<h2>TL;DR</h2><p>Para eliminar las grietas en los bordes de piezas troqueladas, especialmente en aceros avanzados de alta resistencia (AHSS), es necesario cambiar el enfoque de la ductilidad global (estrangulamiento) a la conformabilidad local (fractura). Las reglas empíricas tradicionales, como un juego de corte del 10%, suelen fallar con materiales modernos como el acero bifásico (DP). Para solucionarlo, los ingenieros deben optimizar los juegos de corte (a menudo aumentándolos al 15–20% del espesor del material), seleccionar materiales con altas relaciones de expansión de agujero (HER) validadas según ISO 16630 y utilizar estrategias de diseño de matrices como los "metal gainers" para reducir la deformación en el borde. Abordar la zona afectada por el corte (SAZ) es el método más eficaz para prevenir fallos en el borde.</p><h2>La ciencia de las grietas en el borde: conformabilidad global frente a local</h2><p>Una idea errónea común en el estampado metálico es que una alta elongación a tracción garantiza resistencia a la fisuración. En realidad, las grietas en el borde son un fallo de <strong>conformabilidad local</strong>, distinta de la <strong>conformabilidad global</strong> medida en ensayos de tracción estándar. La conformabilidad global rige fallos como el estrangulamiento en el cuerpo de una pieza, donde la deformación se distribuye. Sin embargo, las grietas en el borde ocurren en el borde cortado, donde la microestructura del material ha sido comprometida por el propio proceso de corte.</p><p>Cuando un punzón genera una plantilla, crea una "zona afectada por el corte" (SAZ) o zona endurecida por deformación. En esta región estrecha, el material es significativamente más duro y frágil que el metal base. En grados AHSS, este efecto se amplifica. Por ejemplo, los aceros bifásicos (DP) consisten en islas duras de martensita dispersas en una matriz blanda de ferrita. Durante el proceso de corte, la gran diferencia de dureza entre estas fases provoca la nucleación de microvacíos en la interfaz ferrita-martensita.</p><p>Posteriormente, cuando el borde se estira —durante operaciones de abocardado o expansión de agujero—, estos microvacíos coalescen en grietas macroscópicas mucho antes de que el material alcance su límite teórico de elongación. Por lo tanto, confiar en datos de fluencia/elongación a tracción para predecir el comportamiento del borde es un error técnico fundamental. El factor determinante no es cuánto se estira el material globalmente, sino cuánto puede expandirse el borde dañado antes de que se propague la fractura.</p><h2>Optimización del juego de corte: la regla del 10% ha muerto</h2><p>Durante décadas, el juego estándar en matrices fue del 10% del espesor del material. Aunque efectivo para aceros suaves, esta proporción suele ser perjudicial para materiales AHSS. Juegos más ajustados en materiales de alta resistencia pueden generar una "cizalladura secundaria" —un defecto en el que las grietas iniciadas desde el punzón y la matriz no se unen continuamente—. Esta desalineación obliga al punzón a cortar el material restante, creando un borde irregular, fuertemente endurecido, con una zona secundaria de bruñido que actúa como concentrador de tensiones.</p><p>Datos recientes de estudios industriales, incluidos los de <a href="https://www.metalformingmagazine.com/article/?/materials/high-strength-steel/edge-cracking-in-advanced-automotive-steels">MetalForming Magazine</a>, sugieren que la solución es el <strong>juego calculado</strong>. Para muchos grados DP y CP (fase compleja), aumentar el juego al <strong>15–20% del espesor del material</strong> produce una fractura más limpia. Un juego mayor permite que los planos de fractura superior e inferior se fusionen suavemente, minimizando la profundidad de la zona afectada por el corte y reduciendo el pico de dureza en el borde.</p><p>Este enfoque contraintuitivo —ampliar el hueco para mejorar la calidad— a menudo resulta en una relación de expansión de agujero (HER) significativamente mayor. Sin embargo, debe equilibrarse con la altura del rebabo. Aunque juegos mayores puedan producir un rebabo más alto, el borde mismo conserva más ductilidad. Si el rebabo queda en el lado de compresión del doblez subsiguiente, el riesgo de fisuración suele ser insignificante comparado con el beneficio de una superficie de corte más limpia.</p><h2>Selección de material: la relación de expansión de agujero (HER)</h2><p>Al seleccionar material para piezas con agujeros abocardados o bordes estirados, el <strong>ensayo de expansión de agujero ISO 16630</strong> es el estándar de referencia para la predicción, superando las métricas tradicionales de tracción. Este ensayo expande un agujero punzonado con un punzón cónico (ápice de 60°) hasta que aparece una grieta a través del espesor, proporcionando una medida directa de la ductilidad del borde.</p><p>La selección del grado de material juega aquí un papel crítico. Aunque los aceros DP son populares por su relación resistencia-costo, su heterogeneidad microestructural (martensita dura frente a ferrita blanda) los hace propensos al fallo en el borde. Los <strong>aceros de fase compleja (CP)</strong> a menudo ofrecen un rendimiento superior en piezas sensibles al borde. Los grados CP utilizan una matriz de bainita y ferrita reforzada por precipitación, que crea una distribución de dureza más uniforme. Esta homogeneidad reduce la nucleación de microvacíos durante el corte, otorgando a los aceros CP valores de HER significativamente más altos que los aceros DP de resistencia a tracción similar.</p><p>Además, la limpieza del material es imprescindible. Como señalan expertos de <a href="https://www.ulbrich.com/blog/cracking-under-pressure-how-high-quality-metal-and-metallurgical-expertise-prevent-cracking-in-stamping/">Ulbrich</a>, las inclusiones e impurezas (como azufre u óxidos) sirven como puntos de inicio de grietas. Especificar acero de alta calidad y limpio, con límites controlados de inclusiones, ayuda a asegurar que el valor teórico de HER del material sea alcanzable en producción.</p><h2>Soluciones de diseño de matrices e ingeniería de procesos</h2><p>Más allá de la metalurgia, la geometría determina el resultado. Cuando una pieza requiere un reborde estirado que excede los límites del material, los ingenieros de procesos deben alterar la trayectoria de deformación. Una técnica eficaz es el uso de <strong>metal gainers</strong>. Diseñando un exceso de material (un "gainer") en la matriz de embutición o en la prensachapas, los ingenieros pueden proporcionar material adicional que fluya hacia el reborde durante la operación de conformado. Esto convierte una condición de estirado puro en una combinación de embutido-estirado, reduciendo significativamente la deformación localizada en el borde.</p><p>El mantenimiento de las herramientas es igualmente crítico. Un filo de corte mellado o desafilado aumenta el volumen de la zona de material deformado, endureciendo aún más el borde. Son obligatorios programas regulares de afilado en la producción de AHSS. Además, el uso de punzones biselados (a menudo con un corte tipo tejado de 3–6 grados) puede reducir la carga brusca y mejorar la calidad de la superficie cortada.</p><p>La implementación de estas estrategias avanzadas requiere socios de fabricación con capacidades especializadas. Por ejemplo, <a href="https://www.shao-yi.com/auto-stamping-parts/">Shaoyi Metal Technology</a> utiliza prensas de alta tonelaje (hasta 600 toneladas) y precisión certificada según IATF 16949 para gestionar las exigentes ventanas de procesamiento de los aceros automotrices modernos. Tanto para prototipado rápido como para producción en masa, utilizar un estampador que comprenda los matices del comportamiento de los AHSS evita costosas iteraciones de herramientas.</p><h2>Resumen de acciones correctivas</h2><p>Eliminar las grietas en el borde rara vez se logra con una única solución; requiere un ajuste sistemático de tres factores principales: Material, Juego y Geometría.</p><ul><li><strong>Material:</strong> Cambiar a grados con altos valores de HER según ISO 16630 (por ejemplo, CP en lugar de DP) y controlar estrictamente las impurezas.</li><li><strong>Juego:</strong> Aumentar el juego de la matriz al 15–20% para AHSS para asegurar un plano de fractura limpio y minimizar la zona afectada por el corte.</li><li><strong>Geometría:</strong> Utilizar metal gainers para alimentar material al reborde y asegurarse de que los punzones permanezcan afilados para evitar un endurecimiento excesivo por deformación.</li></ul><section><h2>Preguntas frecuentes</h2><h3>1. ¿Cuál es la diferencia entre conformabilidad global y local en el estampado?</h3><p>La conformabilidad global se refiere a la capacidad de un material para distribuir la deformación en una gran área, resistiendo el estrangulamiento (adelgazamiento) durante operaciones de embutición. Está correlacionada con el valor n (exponente de endurecimiento por deformación). La conformabilidad local, por el contrario, es la resistencia del material a la fractura en puntos específicos de concentración de tensiones, como los bordes cortados. Está correlacionada con la relación de expansión de agujero (HER) y es el factor principal para prevenir grietas en el borde.</p><h3>2. ¿Cómo afecta el juego de corte a las grietas en el borde en AHSS?</h3><p>El juego de corte determina la calidad del borde cortado. Un juego insuficiente (por ejemplo, el tradicional 10%) en AHSS provoca cizalladura secundaria, creando un perfil de borde irregular y frágil que se fisura fácilmente. Aumentar el juego al 15–20% permite que las grietas de fractura desde el punzón y la matriz se encuentren limpiamente, resultando en un borde más liso, con menos endurecimiento por deformación y mayor ductilidad.</p><h3>3. ¿Qué es el ensayo de expansión de agujero ISO 16630?</h3><p>ISO 16630 es el método normalizado para evaluar la ductilidad del borde en chapas metálicas. Se punzona un agujero de 10 mm en una muestra (típicamente con un juego del 12%), y un punzón cónico expande el agujero hasta que aparece una grieta a través del espesor. El aumento porcentual del diámetro del agujero (HER) proporciona una métrica cuantitativa de la capacidad del material para resistir grietas en el borde.</p><h3>4. ¿Por qué el acero bifásico (DP) sufre grietas en el borde?</h3><p>El acero DP tiene una microestructura compuesta por islas duras de martensita en una matriz blanda de ferrita. Durante el corte, la diferencia de dureza entre estas fases crea concentraciones severas de tensiones, provocando la formación de microvacíos en los límites de fase. Estos vacíos debilitan el borde, haciéndolo muy susceptible a la fisuración durante operaciones posteriores de conformado.</p><h3>5. ¿Qué son los metal gainers en el diseño de matrices?</h3><p>Los metal gainers son características geométricas añadidas al área de complemento o de prensachapas en el diseño de una matriz. Proporcionan una longitud excesiva de material en áreas específicas. Durante el proceso de conformado o abocardado, este material extra fluye hacia la pieza, reduciendo la cantidad de estiramiento requerido en el borde. Esto disminuye la deformación localizada y evita que el borde alcance su límite de fractura.</p></section>