Page 4 - Metalforming Mexico Winter 2022

Herramientas por diseño
Por Peter Ulintz
Entendiendo las Fuerzas Horizontales en Matrices de Estampados
Acero del punzón
Lámina metálica b
a
Acero de la matriz
Penetración al momento que las fracturas se encuentr
c
El movimiento descendente del ari- ete de una prensa aplica una fuerza vertical sobre el conjunto de la matriz que está montado en la prensa así como en la pieza de trabajo dentro de la matriz. La fuerza vertical se expresa en términos de fuerza-en-toneladas (tonelaje) o de kiloNewtons (kN).
Es práctica común estimar las fuerzas verticales en un conjunto de matriz antes de iniciar el diseño de la misma. Tener conocimiento de estas fuerzas permite al diseñador de matri- ces determinar los espesores para las zapatas de las matrices, las áreas de conformado y los aceros de las matrices para de esta forma minimizar deflex- iones en las mismas. Estimar estas fuerzas ayuda también a determinar el tamaño, la cantidad y el espaci- amiento de cualquier paralela que se requiera para lograr la línea de ali- mentación y las alturas de cierre de la matriz que se pretenden.
Antes de que se puedan diseñar los componentes de una matriz, se requiere un conocimiento considerable acerca de las fuerzas que actuarán sobre cada uno de los componentes individuales. Se deben analizar las fuerzas verticales para determinar si
Peter Ulintz ha trabajado en la industria de estampados en metal y de herramentales y troqueles desde 1978. Su experiencia en la industria incluye, fabricación de herramentales y troqueles, ingeniería en herramentales, diseño de procesos, desarrollo
avanzado de productos y administración de ingeniería. Como docente y presentador técnico, Peter es orador en seminarios nacionales de la PMA, mesas redondas regionales, conferencias internacionales y en programas de colegios y de universidades. Él, brinda también asesorías y programas de capacitación in situ a la industria de conformados en placa metálica.
Peter Ulintz, Director Técnico, PMA
pulintz@pma.org
se crean fuerzas horizon- tales o empujes laterales, también llamados vectores de fuerza, durante los pro- cesos de corte y de confor- mado. Las fuerzas horizon- tales dentro de la matriz con frecuencia pueden causar muchos problemas rela- cionados con la alineación.
a
Un vector de fuerza rep-
resenta una fuerza con mag-
nitud y dirección. Esto con-
trasta con simplemente dar
la magnitud de la fuerza,
conocida como una cantidad escalar. Por ejemplo, en lugar de decir 2 ton (escalar), decimos que la fuerza es de 2 ton verticalmente hacia la cama de la prensa (vector).
Fuerzas Horizontales en Operaciones de Corte
Un ejemplo simplificado de un vec- tor de fuerza en una matriz para estam- pados se muestra en la Fig. 1. El trián- gulo abc representa la relación física entre el punzón y la matriz donde se presenta la carga máxima de corte antes de que se fracture el metal. El lado ac representa el espaciamiento de punzón-a-matriz. El lado bc repre- senta el espesor de la lámina metálica a través de la zona de fractura (esto es, el espesor de la lámina menos la pro- fundidad de penetración del punzón). Este mismo triángulo representa tam- bién la distribución de la fuerza en el proceso de corte. El lado bc representa la fuerza vertical de corte y el lado ba la fuerza horizontal resultante.
La fuerza vertical se adquiere con un medidor de esfuerzo (monitor de fuerza) o calculándola por medio de las fuerzas de corte conocidas, se puede usar una proporción (ratio) para encontrar la fuerza horizontal:
Asuma que la Fig. 1 muestra un ori-
Fig. 1—Vectores de fuerza en una operación de corte.
Espaciamiento = Fuerza Horizontal Longitud de Fractura Fuerza de Corte
ficio de 1.00-pulg.-diá. en un acero dulce con un espesor de 0.100-pulg., con una fuerza de corte de 35,000 psi. La penetración del punzón es igual a 35 por ciento del espesor del material (0.035 pulg.) y el espaciamiento pun- zón-a-matriz mide 10 por ciento (0.010-pulg.) del espesor del material por lado.
La fuerza de corte requerida para producir el orificio de 1.00-pulg.-diá. Puede encontrarse mediante la sigu- iente forma:
Fuerza de corte = circunferencia del orificio x profundidad de penetración x fuerza de corte
Fuerza de corte = 3.1416 pulg. x 0.035 pulg. x 35,000 psi
Fuerza de corte = 3848 lb.-fuerza o 1.924 ton
Sustituyendo, encontramos que la fuerza horizontal de corte:
0.010/0.065 = Fuerza horizontal/ 3848
Fuerza horizontal = (0.010 x 3848)/ 0.065
Fuerza horizontal = 592 lb.- fuerza o 0.296 ton
Dada la alineación precisa de la matriz, y un espaciamiento igual de
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