Capítulo uno: ¿Qué es una matriz de estampación de metal?

Una matriz de estampación de metal es un proceso de conformado en frío que comienza con una tira de metal, conocida como pieza bruta o acero para herramientas. Mediante una o varias matrices, este método corta y moldea el metal para lograr la forma deseada de chapa o perfil. La fuerza aplicada a la pieza bruta altera su geometría, induciendo una tensión que la hace apta para doblarse o moldearse en formas complejas. Las piezas de estampación producidas mediante este método pueden variar considerablemente en tamaño, desde excepcionalmente pequeñas hasta extremadamente grandes, según la aplicación específica.

Un troquel de estampación de metal, también conocido como prensado, abarca diversas técnicas como punzonado, troquelado, perforación, acuñado y otras operaciones. La precisión en el diseño es esencial para garantizar que cada punzón alcance una calidad óptima.

Las matrices utilizadas en el troquelado son herramientas especializadas, diseñadas para producir diseños específicos, desde objetos cotidianos sencillos hasta componentes informáticos complejos. Pueden diseñarse para operaciones monofuncionales o como parte de una serie secuencial de funciones realizadas por etapas. Existen cuatro tipos de matrices para estampación de metal: matrices de punzón único, matrices progresivas, matrices compuestas y matrices de transferencia.

Al comenzar a diseñar una matriz de estampado, preste atención al acero y los materiales como se indica a continuación:

Si el material de estampado tiene una alta dureza, como el acero inoxidable, la matriz de estampado debe utilizar acero con buen material de resistencia al desgaste, como Cr12MoV.

1.2 Para materiales blandos,Como el aluminio, el requisito de resistencia al desgaste de la matriz de estampación es ligeramente menor, pero se debe considerar la adherencia del material para evitar que se adhiera a la matriz. Se puede elegir un acero para matrices con buenas propiedades antiadherentes.

Para matrices que están sujetas a grandes cargas de impacto durante el funcionamiento, como matrices de estampación para cubiertas de automóviles grandes, el material debe tener alta tenacidad y se pueden seleccionar aceros como SKD11.

Si el entorno de trabajo de la matriz presenta riesgos de corrosión, como trabajar en un ambiente húmedo, debe elegir un acero para matrices con resistencia a la corrosión, como el acero inoxidable.

Para lotes pequeños, los requisitos de rendimiento del material de la matriz se pueden reducir adecuadamente y se pueden seleccionar materiales de menor precio, como el acero 45, y se puede realizar un tratamiento térmico adecuado para mejorar el rendimiento.

Para lotes grandes, se recomienda elegir acero para matrices con alto rendimiento, alta resistencia al desgaste y larga vida útil. Materiales como el carburo cementado pueden utilizarse para matrices de estampación de producción en masa.

Los moldes de alta precisión requieren una pequeña deformación del material, como el acero CrWMn, que tiene una pequeña deformación de temple y es adecuado para fabricar moldes de estampado de alta precisión.

Para cumplir con los requisitos de rendimiento, se consideran exhaustivamente el precio del acero para moldes, el costo de procesamiento, etc. Por ejemplo, algunos aceros para moldes nuevos ofrecen buen rendimiento, pero son caros, por lo que es necesario sopesar la relación costo-beneficio.

Una matriz o molde de punzón único se compone de un molde cóncavo y un molde de punzón, o de varios moldes cóncavos y varios moldes de punzón. Cada punzón solo realiza una perforación o forma, ya que su estructura y función son fijas y están diseñadas para un proceso específico. Fabricado en metal, no es aplicable a otros procesos. Generalmente se utiliza para producciones de pequeña o mediana escala, especialmente cuando la posición o forma del punzón requiere cambios frecuentes. Se puede ajustar y reemplazar con flexibilidad durante el proceso de producción, y el costo de una matriz de punzón único es bajo. Es adecuada para la producción de lotes pequeños de estampación metálica con procesos relativamente simples.

Primero, coloque la placa metálica a perforar en el área de trabajo de la matriz de punzón simple. La pieza suele sujetarse para asegurar su estabilidad durante el proceso de estampado. El punzón de la matriz de punzón simple desciende, ejerciendo fuerza de impacto sobre la pieza metálica. Forme el orificio o la forma deseada. Tras el impacto, el punzón se separa de la pieza para prepararla para el siguiente estampado. A continuación, retire manualmente la pieza y repita la operación anterior.

2.1 Producción más rápida: se pueden realizar múltiples cortes a partir de varias matrices.

2.2 Posicionamiento de la pieza en bruto: Cargar y reposicionar la pieza en bruto es fácil. Se puede girar, voltear y desplazar con poco esfuerzo.

2.3 Geometrías complejas – Produce geometrías complejas sin necesidad de cálculos o ajustes especiales.

2.4 Manipulación de matrices – Las matrices son más ligeras y menos costosas de manipular.

2.5 Herramientas: las herramientas son más pequeñas y de fácil acceso.

La matriz progresiva, también conocida como matriz continua o molde, es una matriz de estampación en frío que utiliza materias primas en forma de tira en una sola pasada y utiliza varias estaciones para completar múltiples procesos de estampación simultáneamente en un conjunto de moldes. Cada proceso de estampación del molde se completa. Una vez completado, la cinta transportadora de material se desplaza a una distancia fija y las piezas troqueladas se forman gradualmente en el molde continuo. El conformado continuo es un método de proceso con procesos concentrados que facilita el recorte, la incisión, el ranurado, el punzonado, la deformación plástica y el troquelado. Este proceso se completa en un molde.

El troquel progresivo puede completar múltiples procesos en una sola alimentación. El siguiente es el flujo de trabajo típico de un troquel progresivo:

(1) La placa o tira metálica se introduce en la matriz progresiva en forma de bobina. El sistema de alimentación guía el material metálico para asegurar su posicionamiento preciso en el molde.

(2) El sistema guía la tira de metal dentro del molde, el sistema de sujeción asegura que la tira de metal permanezca estable durante todo el proceso de estampado y el sistema de guía asegura que la tira de metal esté posicionada con precisión.

(3) Primer proceso de estampado: En el primer proceso de la matriz progresiva, la tira de metal pasa a través del primer punzón y matriz para completar el primer proceso de estampado, que puede ser punzonado, corte o conformado, etc.

(4) La correa metálica guía la pieza de trabajo que ha completado el primer proceso hasta la ubicación del siguiente proceso a través del sistema de movimiento.

(5) Estampado de segundo proceso: En este segundo proceso, la tira metálica pasa por otro juego de punzones y matrices para completar el segundo proceso. Este proceso se repite en todo el molde, y cada operación se realiza en una tira continua de metal.

(6) Continuar hasta que la pieza de trabajo pase todos los procesos diseñados.

(7) Descarga: Después de completar todos los procesos, la pieza de trabajo se descarga del molde para la siguiente operación, como el ensamblaje o el procesamiento posterior.

3.1 Las matrices progresivas son ideales para producir piezas simples a moderadamente complejas con formas repetitivas y características uniformes.

3.2 Son altamente eficientes para la alimentación continua de material y requieren una mínima intervención del operador.

3.3 Las matrices progresivas son adecuadas para tiradas de producción largas con un diseño de pieza consistente.

3.4 Cada estación de la matriz es responsable de realizar una operación específica, como cortar, doblar, punzonar o formar, a medida que avanza la tira.

La matriz compuesta es una matriz de estampación que completa simultáneamente los procesos de perforación interna y externa en la misma estación (puede realizar múltiples operaciones de estampación simultáneamente en una sola pasada). Se pueden completar múltiples procesos en una sola estampación, incluyendo múltiples perforaciones o la conformación de formas. El diseño multiproceso combina en cierta medida las ventajas de las matrices de un solo punzón y las matrices progresivas.

Las matrices compuestas se aplican en numerosas operaciones de estampación de metal. Cuando una pieza de estampación metálica requiere estampar más de una característica y estas operaciones pueden realizarse de forma independiente, se puede utilizar una matriz compuesta. Las matrices compuestas proporcionan múltiples características de estampación de metal con cada pasada de la prensa. Además, proporcionan una excelente planitud de la pieza.

4.1 Eficiencia: Las matrices compuestas cortan piezas complicadas en una sola pasada, evitando la necesidad de utilizar múltiples matrices.

4.2 Rentabilidad: La estampación compuesta fabrica piezas rápidamente, ahorrando tiempo y dinero.

4.3 Velocidad: la estampación compuesta produce piezas en segundos y puede producir más de 1000 piezas en una hora.

4.4 Repetibilidad: el uso de una sola matriz en el estampado con matriz compuesta garantiza que cada pieza tenga las mismas dimensiones y configuración.

Coloque las materias primas a procesar en la posición designada mediante dispositivos automáticos o manuales. Cuando el molde superior desciende bajo la acción de la corredera de la prensa, el molde, el descargador y el punzón del molde superior entran en contacto con la tira y continúan presurizando. A continuación, los bordes exteriores del punzón y el molde cóncavo actúan sobre el molde y el punzón, produciendo protuberancias y depresiones. El orificio interior del molde se troquela y se perfora simultáneamente para separar la pieza de la tira.

Las materias primas se forman directamente después de ser estampadas por el molde compuesto.

El estampado con troquel de transferencia es similar a un troquel progresivo, pero las piezas se transfieren de una estación a otra mediante un sistema de transferencia mecánico. Se utiliza principalmente cuando es necesario retirar piezas de la tira para realizar operaciones en estado libre. El molde de transferencia puede ser un solo molde o varios moldes o máquinas dispuestas en fila para formar una línea de producción. Se utiliza típicamente para producir piezas más complejas, donde cada estación de trabajo puede realizar diferentes operaciones como punzonado, doblado, estirado, etc.

5.1 Las matrices de transferencia son adecuadas para piezas complejas que requieren múltiples operaciones y un posicionamiento preciso.

5.2 Son capaces de producir piezas intrincadas con tolerancias estrictas.

5.3 Las matrices de transferencia se utilizan a menudo en producciones de gran volumen debido a su eficiencia y capacidades de automatización.

5.4 La pieza de trabajo se mueve entre estaciones y cada estación puede realizar operaciones como cortar, doblar, perforar o acuñar.

El estampado con troquel de transferencia utiliza un dispositivo de transmisión para transferir la pieza. Tras estampar cada estación, esta se traslada mecánica o manualmente a la siguiente para su procesamiento. Los sistemas de estampado con troquel de transferencia pueden constar de varios troqueles individuales o de una serie de troqueles.

Generalmente, el acero, el aluminio, el cobre, el acero inoxidable y el latón se utilizan comúnmente en el estampado de materias primas.

6.1 La matriz de un solo punzón es simple y flexible, pero la velocidad es lenta.

6.2 La estampación progresiva permite fabricar piezas con geometrías complejas de forma rápida, rentable y con alta repetibilidad.

6.3 La estampación compuesta se forma en un solo paso, por lo que es adecuada para piezas con estructuras relativamente simples.

6.4 La matriz de transferencia es adecuada para situaciones en las que es necesario completar varios procesos en una sola carrera.

Mantenimiento

Elimine las virutas metálicas, los residuos y los residuos de lubricante del troquel después de cada uso o a intervalos regulares. Utilice cepillos, sopladores de aire o disolventes de limpieza (adecuados para el material del troquel) para mantener limpia la superficie del troquel. Por ejemplo, en una operación de estampado de alto volumen de piezas de automóviles, podría ser necesario limpiar el troquel a diario.

Aplique el lubricante adecuado regularmente para reducir la fricción entre las piezas móviles del troquel. Los aceites o grasas de estampación de alta calidad pueden prevenir el desgaste y el sobrecalentamiento. La frecuencia de lubricación depende de la velocidad y la carga de estampación; para un troquel con uso moderado, podría ser necesario lubricarlo una vez por semana.

Revise periódicamente si hay signos de desgaste, como marcas en punzones y matrices, grietas o deformaciones. Utilice inspección visual, lupas o métodos de prueba no destructivos como la inspección por partículas magnéticas. Por ejemplo, revise los bordes de corte de las matrices de troquelado para detectar signos de desgaste cada pocos miles de ciclos de estampación.

Afilado o sustitución de punzones y matrices

Si los filos de los punzones y matrices se desafilan, se pueden afilar para restaurar su capacidad de corte. En casos de desgaste severo, es necesario reemplazar los componentes desgastados. Por ejemplo, un punzón utilizado para perforar agujeros puede necesitar afilarse después de cierto número de usos para mantener los bordes limpios.

Para pequeñas grietas o áreas dañadas en el cuerpo de la matriz, la soldadura puede ser una opción viable de reparación. Sin embargo, es crucial utilizar un proceso de soldadura y un material de relleno adecuados para el material de la matriz para garantizar que la zona reparada tenga propiedades similares a las del material original. Después de la soldadura, la pieza reparada suele requerir tratamiento térmico y mecanizado para restaurar su forma y dimensiones.

Si los componentes de la matriz se desalinean debido a vibraciones o impactos durante el estampado, es necesario ajustar la alineación. Esto puede implicar el uso de calzas o mecanismos de ajuste de precisión para realinear los punzones y las matrices. Por ejemplo, en una matriz de estampado progresivo, la desalineación puede provocar una formación de piezas imprecisa, y realinear las estaciones puede corregir este problema.

Una matriz de estampación de metal es una herramienta especializada que se utiliza en el proceso de fabricación. Está diseñada para cortar, moldear o formar láminas de metal en las formas y componentes específicos deseados.

Generalmente consta de varias partes, como el juego de matrices (incluidas las mitades superior e inferior de la matriz), punzones y cavidades. Los punzones se utilizan para aplicar fuerza y ​​deformar o cortar el metal.

- Hay 4 tipos de matrices de estampación según las operaciones que realizan, como matrices de corte para cortar formas de una hoja más grande, matrices de perforación para crear agujeros y matrices de doblado para plegar el metal.

- Las matrices están hechas de materiales como acero para herramientas que puede soportar altas presiones e impactos repetidos durante el proceso de estampado.

La precisión en el diseño y la fabricación es crucial, ya que determina la exactitud y la calidad de las piezas estampadas. Estas requieren un mantenimiento adecuado para garantizar un rendimiento constante y una larga vida útil en entornos de producción industrial, donde desempeñan un papel clave en la producción en masa eficiente de componentes metálicos.