Componentes clave del juego de matrices para fabricación de precisión

TL;DR

Un juego de troqueles es la estructura fundamental de un dado de estampado metálico, compuesto por placas superiores e inferiores conocidas como zapatas de troquel. Estas zapatas sujetan y alinean todos los demás componentes funcionales con extrema precisión. Las partes más críticas incluyen pasadores guía y bujes que garantizan la alineación, y los componentes operativos, como punzones y matrices, que realizan el corte y conformado real del material.

La base: Juegos de troqueles, zapatas y placas

Cada troquel de estampado, independientemente de su complejidad, se construye sobre una base sólida. Esta base consiste en el juego de troqueles, que incluye las zapatas superior e inferior y varias placas. Estos componentes sirven como el esqueleto rígido al que se montan todas las demás partes operativas. Su función principal es mantener una relación precisa entre las mitades superior e inferior de la herramienta durante todo el ciclo de estampado de alta fuerza. Sin esta base estable, sería imposible lograr precisión y consistencia en las piezas.

Las zapatas de troquel se maquinan típicamente a partir de placas gruesas de acero o aluminio. Según un artículo en The Fabricator , aunque el acero es común, el aluminio es una opción popular porque es ligero, se maquina rápidamente y ofrece una excelente absorción de impactos, lo que lo hace ideal para troqueles de corte. Las placas deben ser maquinadas—ya sea fresadas o rectificadas—para lograr una superficie perfectamente plana y paralela dentro de tolerancias extremadamente ajustadas. La zapata inferior suele tener aberturas para permitir que los punzones y desechos caigan al lecho de la prensa, manteniendo así el área de trabajo despejada.

El grosor y el material del juego de troqueles están determinados por las fuerzas que deben soportar. Por ejemplo, un dado de acuñación que comprime metal bajo una presión inmensa requiere un juego de troqueles mucho más grueso y robusto que un simple dado de doblado. La calidad general del juego de troqueles afecta directamente la vida útil de la herramienta, la precisión de las piezas producidas y los requisitos de mantenimiento con el tiempo. Un juego de troqueles bien construido es el primer paso para garantizar una operación de estampado exitosa.

El Sistema de Alineación de Precisión: Pasadores de Guía, Casquillos y Bloques de Apoyo

Si bien el juego de troqueles proporciona la base, el sistema de alineación de precisión garantiza que las placas superior e inferior del troquel funcionen a la perfección en conjunto. Los componentes principales de este sistema son los pasadores guía y los casquillos. Los pasadores guía, también llamados postes guía, son ejes endurecidos y rectificados con precisión montados en una placa del troquel que se deslizan dentro de los casquillos correspondientes en la placa opuesta. Este acoplamiento garantiza que los componentes operativos se encuentren exactamente como se pretende en cada golpe de la prensa, lo cual es fundamental para mantener tolerancias estrechas y evitar daños en la herramienta.

Existen dos categorías principales de pasadores guía y bujes: por fricción y con rodamientos de bolas. Los pasadores de fricción son pernos de acero macizo que se deslizan dentro de un buje, a menudo revestido con un material resistente al desgaste como el aluminio-bronce, que puede incluir tapones de grafito para la autolubricación. Por otro lado, los pasadores con rodamientos de bolas funcionan sobre una serie de bolas alojadas en una jaula, reduciendo drásticamente la fricción. Esto permite velocidades operativas más altas sin generar calor excesivo y facilita la separación de las mitades del troquel para mantenimiento.

En operaciones que generan una fuerza lateral significativa, los pasadores guía por sí solos pueden no ser suficientes para evitar la deflexión. Aquí es donde entran en juego los bloques de apoyo y placas de apoyo. Los bloques de apoyo son robustos bloques de acero montados en ambas zapatas de troquel que se acoplan para absorber las fuerzas laterales. A menudo utilizan metales diferentes para las placas resistentes al desgaste, como acero contra bronce de aluminio, para prevenir el agarrotamiento. Al absorber la fuerza lateral, los bloques de apoyo protegen a los pasadores guía de doblarse y garantizan que la alineación de los componentes críticos de corte y conformado permanezca perfecta.

Los componentes 'de trabajo': punzones, matrices y expulsores

Los componentes que realizan el trabajo real de corte y conformado del metal laminado son los punzones, los bloques de matriz (o matrices) y los expulsores. El punzón es el componente macho, generalmente fabricado en acero para herramientas endurecido o carburo, que se impulsa hacia abajo para realizar una operación. La matriz, o matriz de troquel, es el componente hembra ubicado en la zapata inferior del troquel. La forma y el juego entre el punzón y la matriz determinan las características finales de la pieza estampada, como el tamaño de un agujero o el ángulo de un doblez.

Después de que un punzón perfora o forma el material, existe la tendencia de que el material se adhiera al punzón durante su retroceso. La función del expulsor es evitar esto. Un expulsor es una placa cargada por presión que rodea los punzones. Cuando el carro de la prensa sube, el expulsor mantiene el material presionado contra la matriz inferior, permitiendo que los punzones se retiren limpiamente. Esta acción es esencial para prevenir la deformación de la pieza y posibilitar el funcionamiento a alta velocidad. Los expulsores pueden ser fijos o con resortes, siendo los diseños con resortes los que proporcionan una presión más controlada.

El diseño y la selección de materiales para estos componentes operativos son fundamentales para la vida útil de la herramienta y la calidad de las piezas. Como lo explica Dynamic Die Supply , las matrices y los punzones deben estar hechos de materiales suficientemente duros para soportar impactos repetitivos y desgaste. La interacción entre estas piezas, junto con las placas de presión que mantienen la pieza fija, determina el éxito del proceso de troquelado. Una alineación adecuada, bordes de corte afilados y una expulsión eficaz son necesarios para producir piezas consistentes y de alta calidad de forma eficiente.

Variaciones de componentes en troqueles progresivos frente a troqueles de estampado

Aunque todos los troqueles comparten componentes fundamentales, su configuración y complejidad varían significativamente según el tipo de troquel. Los dos tipos más comunes son los troqueles de una sola etapa y los troqueles progresivos. Un troquel de una sola etapa realiza una operación por cada golpe de prensa, como recortar una pieza o doblar una brida. Su conjunto de componentes es relativamente sencillo, centrado en realizar esa única tarea. Estos se utilizan frecuentemente en producciones de bajo volumen o para geometrías de piezas más simples.

Por el contrario, una matriz progresiva es una herramienta mucho más compleja que realiza múltiples operaciones simultáneamente en diferentes estaciones. Una tira de material se alimenta a través de la matriz, y en cada estación se lleva a cabo una operación distinta de corte o conformado. Esto permite producir una pieza completa y compleja con cada golpe único de la prensa. En consecuencia, una matriz progresiva contiene numerosos conjuntos de punzones, botones y herramientas de conformado, todos alojados dentro de un solo juego de matriz grande. También incluye componentes adicionales como pasadores piloto para ubicar con precisión la tira en cada estación y elevadores de material para avanzar suavemente el material.

El diseño y la construcción de estas herramientas complejas requieren una experiencia significativa. Para industrias que necesitan piezas intrincadas de alto volumen, los fabricantes de matrices personalizadas para estampado automotriz y componentes similares suelen aprovechar simulaciones avanzadas y gestión de proyectos para entregar troqueles progresivos que garantizan eficiencia y precisión. La elección entre un troquel de una sola etapa y un troquel progresivo depende del volumen de producción, la complejidad de la pieza y el presupuesto, ya que el costo inicial de un troquel progresivo es mucho mayor, pero el costo por pieza es significativamente menor en producción masiva.

Preguntas frecuentes sobre componentes de juego de troqueles

1. ¿Cómo se llaman las partes de un troquel?

Las partes principales de un troquel de estampado incluyen el juego de troquel (zapatas superior e inferior), que sirve como base. Los componentes funcionales clave son los pasadores guía y bujes para alineación, punzones y botones (o bloques) de troquel para corte y conformado, placas separadoras para retirar el material de los punzones, y diversos resortes para proporcionar la fuerza necesaria.

2. ¿Cuáles son los componentes del moldeo por inyección?

La fundición a presión es un proceso de fabricación diferente al estampado y utiliza componentes distintos. Una máquina de fundición a presión emplea un molde, o matriz, que generalmente consta de dos mitades: una mitad fija denominada placa de cierre y una mitad móvil llamada placa de expulsión. En su interior, dispone de un sistema de pasadores de expulsión para extraer la pieza solidificada, una cavidad que forma la geometría de la pieza y conductos o compuertas que permiten que el metal fundido fluya hacia la cavidad. Las aleaciones utilizadas también son diferentes, comúnmente zinc, aluminio o magnesio.

3. ¿Cuál es el detalle de construcción de un juego de matrices?

La construcción de un juego de matrices se centra en dos placas mecanizadas con precisión: las zapatas superior e inferior. Estas placas están alineadas mediante pernos guía y bujes. Todos los demás componentes, como portamachos, bloques de matriz y placas expulsoras, se montan firmemente sobre estas zapatas. Todo el conjunto está diseñado para ser una herramienta autónoma que puede instalarse en una prensa para producir piezas con exactitud y repetibilidad.