Principios Clave do Deseño de Moldes de Recorte e Perforación

RESUMO

O deseño de troqueis de recorte e punzonado é unha disciplina de enxeñaría especializada centrada na creación de ferramentas de prensa robustas para o corte e punzonado preciso de chapas metálicas. O éxito depende de cálculos precisos das forzas de corte, da selección estratéxica dos materiais da ferramenta e de técnicas avanzadas de deseño. Os obxectivos principais son xestionar de forma efectiva a tensión do material, garantir cortes limpos con mínimos rebordos e maximizar a vida útil e a precisión do conxunto de troquel.

Fundamentos das operacións de recorte e punzonado

No mundo da fabricación de chapa, o recorte e o punzonado son operacións de corte fundamentais que definen a xeometría final dunha peza. Aínda que a miúdo se agrupan con procesos semellantes, teñen funcións distintas. O recorte é o proceso de eliminación de material excedente da beira exterior dunha peza estampada para acadar o seu perfil final. O punzonado, por outra banda, consiste en crear características internas como furos ou ranuras extraendo material do interior do perímetro da peza. Ambas as operacións baséanse nunha acción de cizaladura, na que se concentra un esforzo extremo ao longo das arestas de corte dun punzón e matriz, facendo que o material se fracture limpiamente.

A calidade dun bordo cortado mecanicamente caracterízase por catro zonas: reborde, brillo, fractura e rebordo. Como se describe detalladamente nas guías de Orientacións AHSS , a vantaxe ideal para os aceros de alta resistencia presenta unha zona de rebarbado distintiva e unha zona de fractura suave, o que é crucial para previr fisuras nas operacións de conformado posteriores. Comprender estes fundamentos é o primeiro paso cara ao deseño dunha ferramenta que produza compoñentes consistentes e de alta calidade.

Para clarificar os seus roles, resulta útil comparar estas operacións con outros procesos de corte comúns. O punzonado é semellante ao perforado, pero o material extraído (o disco) é a peza desexada, mentres que no perforado o disco é refugo. O cizalhamento é un termo máis xeral para referirse ao corte de chapa metálica en liña recta entre dúas lamas. Escóllese cada proceso en función do resultado desexado e da súa posición dentro da secuencia de fabricación.

Principios básicos do deseño de matrices e cálculos clave

O deseño efectivo de matrices é un proceso baseado en datos fundamentado nos principios de enxeñaría. Antes de comezar calquera modelaxe, os deseñadores deben realizar cálculos críticos para asegurar que a ferramenta poida soportar as forzas operativas e funcionar de xeito fiábel dentro da prensa seleccionada. O cálculo máis fundamental é o da forza de corte, que determina a tonelaxe requirida da prensa. A fórmula exprésase xeralmente como: Forza de Corte (F) = L × t × S , onde 'L' é a lonxitude total do perímetro de corte, 't' é o grosor do material, e 'S' é a resistencia ao corte do material.

Determinar con precisión a forza de corte é esencial para escoller unha prensa con tonelaxe adecuada, normalmente cun marxe de seguridade do 20-30%. Outro factor crítico é o xogo da ferramenta, o espazo entre o punzón e a abertura da ferramenta. Tal como se describe nunha guía exhaustiva por Jeelix , o xogo óptimo é normalmente do 5-12% do grosor do material por cada lado. Un xogo insuficiente aumenta a forza de corte e o desgaste da ferramenta, mentres que un xogo excesivo pode provocar rebarbas grandes e un bordo de pobre calidade. Para os aceros avanzados de alta resistencia (AHSS), estes xogos adoitan necesitar ser aumentados para xestionar as maiores tensións implicadas.

A selección de material para os compoñentes da matriz é outro principio fundamental. As matrices e os insertos deben posuír un equilibrio entre dureza para a resistencia ao desgaste e tenacidade para previr o astilamento baixo impacto. As opcións máis frecuentes inclúen os aceros para ferramentas D2 e A2 para aplicacións xerais, mentres que a produción de alto volume ou o traballo con materiais abrasivos pode requerer aceros de metalurxia de pó ou carburo. O proceso de selección supón un equilibrio entre custo e rendemento, co obxectivo de maximizar a vida útil da matriz e minimizar o tempo de inactividade para mantemento. Para aplicacións complexas, como no sector do automóbil, é crucial contar cunha experiencia especializada. Empresas como Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. especialízanse en matrices de estampación para o sector do automóbil, aproveitando simulacións avanzadas e coñecementos en materiais para ofrecer solucións de ferramentas robustas e eficientes.

Anatomía dun conxunto de matriz de recorte e perforación

Unha punzón non é un bloque monolítico de aceiro senón un conxunto de precisión formado por compoñentes interdependentes, cada un coa súa función específica. Comprender esta anatomía é fundamental para deseñar, construír e manter ferramentas eficaces. O conxunto completo está aloxado nun conxunto de punzóns, que consta dunha peza superior e outra inferior (ou placa) aliñadas mediante pernos e buxes guía. Este sistema fundamental garante un aliñamento a nivel de micrómetros entre as metades superior e inferior da ferramenta durante o funcionamento a alta velocidade, o cal é esencial para previr danos e manter a consistencia das pezas.

Os compoñentes principais de traballo son o punzón e o bloque de troquel (ou botón de troquel/inserción). O punzón, montado na sandalia superior do troquel, é o compoñente macho que realiza o corte. O bloque de troquel, montado na sandalia inferior, é o compoñente femia con unha abertura na que entra o punzón. A xeometría precisa e o xogo entre estas dúas pezas definen a forma final do burato punzonado ou do bordo recortado. O seu material, dureza e acabado superficial son fundamentais para a duración da ferramenta e a calidade da peza.

Outro compoñente crucial é o expulsor. Despois de que un punzón atravesa o material, a recuperación elástica do chapa fai que esta se adhira ao punzón. A función do expulsor é retirar forzosamente o material do punzón durante o movemento ascendente da prensa. Os expulsores poden ser fixos ou ter molas, sendo este último tipo o que proporciona presión para manter o material plano durante a operación de corte, mellorando así a planitude da peza. Para troqueis progresivos, tamén son esenciais os guías. Estes son pernos que se introducen nos buratos previamente punzonados na fenda para garantir un aliñamento preciso en cada estación seguinte.

Lista de comprobación de mantemento para compoñentes de troquel:

• Punzones e buxías de troquel: Inspeccione regularmente as arestas de corte para detectar redondeamento, escoriaduras ou desgaste excesivo. Afíneas segundo sexa necesario para manter un corte limpo e reducir a forza de corte.
• Pins de guía e buxes: Asegúrese de que están adequadamente lubricados e comprobe signos de agarrotamento ou desgaste. As guías desgastadas poden provocar desaliñamentos e colisións catastróficas do troquel.
• Placa expulsora: Verifique que as molas (se aplicable) teñan presión adecuada e non estean partidas. Comprobe o desgaste na superficie de contacto.
• Conxunto de troquel: Inspeccione os calceiros da matriz en busca de rachaduras ou danos. Asegúrese de que todos os elementos de fixación estean apertados á especificación correcta.
• Limpieza xeral: Manteña a matriz libre de restos, limals e outros detritos que poidan causar defectos nas pezas ou danos na ferramenta.

Técnicas e materiais avanzados no deseño de matrices

Máis aló dos principios básicos, o deseño avanzado de matrices centrase na optimización do rendemento, manexo de materiais difíciles e prolongación da vida útil das ferramentas para produción en alta volumes. Un dos avances máis importantes é o uso de matrices progresivas, que realizan múltiples operacións (por exemplo, punzonado, recorte, dobrado) secuencialmente en diferentes estacións dentro dunha única ferramenta. Como explican os expertos de Eigen Engineering , dominar o deseño de matrices progresivas require un planeamento sofisticado do trazado da banda para maximizar o aproveitamento do material e garantir a estabilidade da banda mentres avanza pola matriz.

Para lograr unha planicidade excepcional das pezas, empréganse técnicas como o embutido de precisión e o corte e arrastre. O embutido de precisión é un proceso especializado que utiliza unha almofada de alta presión e un anel en V para suxeitar o material firmemente, obtendo unha peza totalmente cortada por cizalladura, con bordos rectos e cunha zona de fractura case nula. De xeito semellante, o método de corte e arrastre, descrito por O Fabricante , consiste en embutir a peza parcialmente a través da faixa e manteñela plana cunha almofada de presión antes de ser expulsada nunha estación posterior. Este control sobre o material durante o corte minimiza as tensións internas que provocan a deformación.

Deseñar para aceros de alta resistencia avanzados (AHSS) presenta retos únicos debido á súa gran resistencia e menor ductilidade. Isto require maiores folgas nas matrices, estruturas de ferramentas máis resistentes e materiais de ferramentas premium como os aceros de metalurxia do pobo ou carburo para soportar as forzas extremas e o desgaste abrasivo. Ademais, a xeometría do punzón pode modificarse para reducir a tonelaxe máxima e o impacto. O uso dunha cara de punzón esbelga ou biselada espalla a acción de corte durante un período lixeiramente máis longo, o que reduce significativamente a forza requirida e atenúa o violento efecto de "rotura repentina" que pode danar tanto a matriz como a prensa.

Matrices progresivas fronte a matrices de estación única

• Vantaxes das matrices progresivas: Velocidade de produción extremadamente alta, custos de man de obra reducidos, alta repetibilidade e consolidación de múltiples operacións nunha soa ferramenta.
• Desvantaxes das matrices progresivas: Custo inicial moi alto da ferramenta, proceso complexo de deseño e fabricación, e menor flexibilidade para pezas grandes ou profundamente embutidas.
• Vantaxes das matrices de estación única: Menor custo de utillaxe, deseño máis sinxelo e maior flexibilidade para producións de baixo volume ou pezas moi grandes.
• Desvantaxes dos troques de estación única: Velocidade de produción moito máis lenta, custos de man de obra máis altos por peza e posibilidade de inconsistencias debido ao manipulado e posicionamento repetidos.

Preguntas frecuentes

1. Cal é a regra de deseño da matriz?

Aínda que non existe unha única "regra", o deseño de troques segue un conxunto de principios establecidos. Estes inclúen o cálculo das forzas de corte en función das propiedades do material, o establecemento dun xogo axeitado entre punzón e troque (normalmente do 5-12% do grosor do material por lado), asegurar a rigidez estrutural do conxunto de troque e planificar unha secuencia lóxica de operacións no trazado da banda. O obxectivo principal é crear unha ferramenta segura, fiábel e que produza pezas que cumpran consistentemente cos requisitos de calidade.

2. Que é a fundición con troque de recorte?

Unha ferramenta de recorte na fundición por moldes ten un propósito similar ao dunha en estampado de chapa metálica pero opera nun tipo diferente de peza. Despois de crear unha peza mediante fundición por moldes (inxección de metal fundido nun molde), queda material sobrante como o canal de alimentación, rebosamentos e rebarbas. Un molde de recorte é unha ferramenta utilizada nunha operación secundaria de prensa para cortar este material indeseado, deixando unha peza fundida limpa e rematada.

3. Cal é a regra de aceiro para o corte por moldes?

O corte por moldes de regra de aceiro é un proceso diferente que se utiliza normalmente para materiais máis brandos como papel, cartón, espuma ou plásticos finos. Consiste en premer unha lama afiada e fina de aceiro (a "regra de aceiro"), dobrada na forma desexada e embebida nunha base plana (moitas veces contrachapado), dentro do material. É un método rentable para cortar formas en aplicacións de materiais non metálicos ou de chapa metálica moi fina.

4. Caís os diferentes tipos de corte por moldes?

O corte por troquelado abarca varios métodos adaptados a diferentes materiais e volumes de produción. No chapa metálica, isto refírese principalmente a operacións de estampado como punzonado, embutición e recorte usando ferramentas ríxidas (conxuntos de punzón e troquel). Outras formas inclúen o corte por troquel plano (para materiais máis grosos), o corte por troquel rotativo (para produción a alta velocidade de etiquetas ou xuntas) e métodos de corte dixital como o corte por láser ou por axet de auga, que non utilizan ningún troquel físico.