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AGRADECIMIENTO
A mi Papá Marco Antonio Alarcón Ramírez quien siempre me apoyo en
todo, le dedico todos mis éxitos, y todos mis fracasos, porque me enseño que de
ellos puedes aprender más, Gracias por haberme enseñado todo lo que se, y todo
lo que soy, Gracias porque nunca estuve solo, y por permitirme tener al mejor
Padre que un hijo pueda tener, con todo el cariño del mundo tu hijo.
Marco Antonio Alarcón Herrera
Con mucho cariño principalmente a mis padres que me dieron la vida y han
estado conmigo en todo momento. Gracias por todo papá y mamá por darme una
carrera para mi futuro.
A mis hermanas y a Marco por el apoyo que siempre me han dado
Delia Coyoy Salgado
INDICE
3
CAPITULO I Generalidades 3
1.1 TROQUELADO 3
1.2 PROCESOS DE FORMADO MECÁNICO 8 1.3 PRENSAS TROQUELADORAS 16
CAPITULO II Estudio de Troqueles 19
2.1 TROQUELES 19 2.2 CARACTERISTICAS Y APLICACIONES 20 2.3 TROQUEL CONVENCIONAL 20 2.4 PROCESO DE TROQUELADO FINO 21 2.5 TROQUELES PROGRESIVOS 23
CAPITULO III Diseño del Proyecto 28
3.1 RECOMENDACIONES DE DISEÑO 28
3.2 ESTUDIO ECONÓMICO 32
CAPITULO IV Desarrollo de Proyecto 41
4.1 FUNCIONAMIENTO DE LLAVES DENTADAS
O DE SIERRA 41
4.2 DESARROLLO 42
4.3 ANÁLISIS DEL PORCESO DE FABRICACIÓN 44
4.4 DISEÑO DE PROTOTIPO DE TROQUEL, PRUEBAS Y
OBTENCIÓN DE PROTOTIPOS 44
4.5 ESTUDIO ECONÓMICO 54
Conclusiones 61
Bibliografía 62
Anexos 63
Tablas técnicas 63
Formulario 65
Planos 67
CAPITULO I
4
GENERALIDADES
BREVE HISTORIA Y BENEFICIOS DEL TROQUELADO
1.1 TROQUELADO En términos sencillos, el troquelado es un método para trabajar láminas metálicas
en frío, en forma y tamaño predeterminados, por medio de un troquel y una
prensa. El troquel (figura 1.1) determina el tamaño y forma de la pieza terminada y
la prensa suministra la fuerza necesaria para efectuar el trabajo.
Cada troquel está especialmente construido para la operación que va ha efectuar
y no es adecuado para otras operaciones. El troquel tiene dos mitades, entre las
cuales se coloca la lámina metálica. Cuando las dos mitades del troquel se juntan
se lleva a cabo la operación. Normalmente, la mitad superior del troquel es el
punzón (la parte más pequeña) y la mitad inferior es la matriz (la parte más
grande). Cuando las dos mitades del troquel se juntan, el punzón entra en la
matriz.
En las distintas operaciones se emplean troqueles de diferentes formas.
Los más sencillos son los troqueles de perforación, utilizados para hacer agujeros
en la pieza.
Los troqueles de corte se utilizan para estampar una forma determinada en una
lámina de metal para operaciones posteriores.
5
Los troqueles de flexión y doblado están diseñados para efectuar pliegues simples
o compuestos en la pieza en bruto.
Los troqueles de embutir se emplean para crear formas huecas. Para lograr una
sección reducida en una parte hueca, como el cartucho de un fusil, se utilizan
troqueles reductores especiales. Cuando la pieza terminada debe tener una
protuberancia en la parte inferior o central suelen emplearse troqueles hidráulicos.
En éstos el cuño se sustituye por un pistón que introduce en la pieza agua o aceite
a presión, lo que obliga al metal a doblarse hacia fuera contra la matriz.
Los troqueles de rebordeado forman un reborde curvo en piezas huecas. Un tipo
especial de troquel de rebordeado, llamado troquel de costura con alambre,
enrolla firmemente los bordes externos del metal alrededor de un alambre que se
inserta para dar resistencia a la pieza.
Los troqueles combinados están diseñados para realizar varias de las operaciones
descritas en un solo golpe de la prensa; los troqueles progresivos permiten realizar
6
diversas operaciones sucesivas de modelado con el mismo troquel.
Figura 1.1 Troquel
1.1 PARTES DE UN TROQUEL (figura 1.2)
Porta troquel. Es el bastidor del troquel y consiste de una zapata o placa inferior,
una zapata o placa base superior la relación y localización entre una y otra se
mantiene por medio de pernos guía y bujes.
Este porta troqueles puede ser comprado comercialmente o puede ser hecho
mediante especificaciones especiales.
La placa base inferior algunas veces es conocida como placa matriz, soporta las
partes fijas que contiene el troquel, la placa porta matriz se construye de fundición
o de acero.
La placa base superior algunas veces llamada porta punzones soporta las partes
que contiene la parte móvil del troquel en los porta troqueles pequeños la placa
superior tiene una espiga o mamelón por lo cual la placa se sujeta a la prensa,
esta placa está hecha del mismo material que la placa inferior.
7
Ambas placas están terminadas y maquinadas en sus superficies inferior y
superior con una tolerancia del paralelismo de ±0.001mm.
Pernos guía. Los cuales guían la placa superior con relación a la placa inferior
están rectificados y montados a presión en la placa inferior, ellos están hechos de
acero para herramientas.
Los pernos guía deslizan dentro de unos bujes que van montados dentro de la
placa superior y pueden ser desmontables , están hechos de bronce, fundición o
acero; cuando estos son de acero se endurecen debido a su tolerancia, van
rimados con ajuste suave en relación con el diámetro de los pernos guía.
Placa porta punzones. Como su nombre lo indica sirve para sujetar los
punzones, esta pieza es muy importante porque de ella depende la presión de la
matriz. Junto con la placa base superior, los punzones y la espiga o mamelón
forman la parte móvil del troquel.
El sistema de fijación de los punzones varían notablemente y dependen de las
características de la pieza que se ha de trabajar, cuando los punzones son
perfectamente guiados por un puente o planchado puede insertarse en el porta
punzones con cierta tolerancia que les permita libertad de movimiento.
En caso de mala alineación o defectuosa perpendicularidad de la pesa de la
prensa con un carro los punzones abarbarán esta alineación evitando su ruptura;
el material empleado para esta placa es un acero al carbono de buena calidad.
Extractor o placa guía Esta placa puede tener dos funciones: a) cuando es fija sirve para guiar y extraer.
b) cuando es móvil y con resortes sirve para planchar y extraer, el espesor de la
placa está en función de la altura de los punzones (la altura A) la altura de la placa
llamado H la altura total del punzón A = 11/3 de la distancia a que se encuentra a
la placa matriz está en función del espesor del material a troquelar y el empleado
8
para esta placa es de 4 a 6 veces el espesor del material a troquelar y el
empleado para las placas es, acero al carbono
Punzones Los punzones son los órganos móviles de corte, estos tienen la forma
de la pieza que se va a cortar y se sujetan a placas porta punzones o directamente
a la placa base superior deben trabajar completamente perpendiculares a la
matriz; los punzones se fabrican de acero para herramientas
Matrices. La placa matriz juntamente con el punzón es uno de los elementos
principales para el corte, en los útiles convencionales esta placa la encontramos
situada en la parte inferior o fija, tanto si el troquel esta previsto de placa guía fija o
placa móvil. En troqueles compuestos encontramos situada la placa matriz, se
fabrica de acero aleado para herramientas.
En la matriz se realizan unas aberturas, por medio de varios métodos. La forma
del punzón corresponde a la abertura de la matriz pero es ligeramente más
pequeño, en una cantidad igual a la determinada por el “Juego entre matriz y
punzón” requerida. El tipo y espesor del material y la operación que se va a llevar
a cabo establecen dicho juego.
Las dos partes se encuentran montadas en un porta troquel: la matriz montada
sobre la base y el punzón en una zapata superior. El uso de un porta troquel
asegura una alineación adecuada del punzón y la matriz, sin importar el estado de
la prensa.
9
1. Porta troquel superior 11.piloto
2. Porta troquel inferior 12. Punzón segundo corte
3. Porta matriz 13. Punzón corte final y doblado
4. Matriz 14. Tapa lateral
5. Botador 15. Espiga
6. Tapa lateral 16. Columnas guía
7. Tapa guía 17. Casquillo guía
8. Sufridera 18. Tope distanciador
9. Porta punzón 19. Entrada de material
10. Punzón primer corte
Figura 1.2 Partes de un troquel
1.2 PROCESOS DE FORMADO MECÁNICO
10
Consiste en como su nombre lo indica el formado de partes con la aplicación de
fuerza mecánica, se considera uno de los procesos de formación más importantes,
en términos del valor de la producción y del método de producción. El formado de
partes se puede efectuar con el material frío (formado en frío) o con material
caliente (formado en caliente). Las fuerzas utilizadas para formar las partes
pueden ser de tipo de flexión, compresión o cizallado y tensión. Los procesos de
formado se pueden clasificar sobre la base de la forma en que se aplica la fuerza.
La deformación es ú nicamente uno de los diversos procesos que pueden usarse
para obtener formas intermedias o finales en el metal.
El estudio de la plasticidad está comprometido con la relación entre el flujo del
metal y el esfuerzo aplicado. Si ésta puede determinarse, entonces las formas
mas requeridas pueden realizarse por la aplicación de fuerzas calculadas en
direcciones específicas y a velocidades controladas.
El formado por doblado se efectúa al obligar al material a doblarse a lo largo de
un eje. Entre los procesos por doblado están el doblez, corrugado y rechazado en
alta velocidad. El formado por cizallado (guillotinado) es en realidad, un proceso
de separación de material en el cual se hace pasar a presión una o dos cuchillas
a través de una parte fija.
1.2.1 Cizallado
Cizallado es un proceso de corte para láminas, produce cortes sin que haya
virutas, calor ni reacciones químicas. El proceso es limpio rápido y exacto, pero
esta limitado al espesor que puede cortar la maquina y por la dureza y densidad
del material. El cizallado es él termino empleado cuando se trata de cortes en
línea recta; el corte con formas regulares redondas u ovaladas e irregulares se
11
efectúan con punzo cortado y perforación. El cizallado suele ser en frió en especial
con material delgado de muchas clases tales como guillotinado de papeles de
fibras, telas, cerámica, plásticos, caucho, productos de madera y la mayoría de los
metales.
El cizallado llamado también guillotinado en ciertas actividades se hacen en frió en
la mayoría de los materiales. En general es para cortes rectos a lo ancho o a lo
largo del material, perpendicular o en ángulo. La acción básica del corte incluye
bajar la cuchilla hasta la mesa de la maquina, para producir la fractura o rotura
controladas durante el corte. La mayoría de las cuchillas tienen un pequeño
ángulo de salida. Para ciertas operaciones especificas como punzonado o
perforado, no hay esos ángulos de alivio.
El cizallado o guillotinado puede emplearse con una gran variedad de materiales
para cortar papel o refinar libros y en la cizalla escuadradora para lamina.
El cizallado también incluye procesos tales como punzado o perforación,
estampado, punzado con matrices y refinado. El formado por compresión se
efectúa al obligar al material, frío o caliente, a adecuarse a la configuración
deseada con la ayuda de un dado, un rodillo o un buzo o punzón. El formado por
compresión, incluye procesos tales como forja, extrusión, laminado y acuñado.
1.2.2 Punzonado
El punzonado es una operación de corte de chapas o láminas, generalmente en
frío, mediante un dispositivo mecánico formado por dos herramientas: el punzón y
la matriz. La aplicación de una fuerza de compresión sobre el punzón obliga a éste
a penetrar en la chapa, creando una deformación inicial en régimen elastoplástico
12
seguida de un cizallamiento y rotura del material por propagación rápida de fisuras
entre las aristas de corte del punzón y matriz. El proceso termina con la expulsión
de la pieza cortada.
La operación mecánica de punzando. En esta operación se ilustra con la figura
1.3, es la de obtener una figura determinada sobre la lamina en forma continua,
oponiéndose a esta presión sobre la lamina en forma continua, oponiéndose a
esta presión la resistencia al corte del material, el material cede y se produce el
corte de la figura determinada.
Figura 1.3.
Operación de punzonado.
C=D-d/2
C= claro entre punzón y matriz.
D= diámetro de la matriz
d= diámetro de el punzón
1.2.3 Etapas del Proceso de Corte En la figura 1.3.1muestra el claro correcto entre punzón y matriz.
La figura 1.3.2 se muestra un tira de material se muestra una tira entre punzón y
matriz.
13
Figura 1.3.1 Figura 1.3.2
Figura 1.3.3 al iniciar el proceso de corte, el material cercano a la matriz y punzón
tiene un esfuerzo a la tención y el material intermedio tiene un esfuerzo a la
compresión
Figura 1.3.4 el punzón continua su penetración produciendo las grietas entre el
material en la arista de corte del punzón y la matriz.
Figura 1.3.3 Figura 1.3.4
Figura 1.3.5 Al continuar se penetración el punzón, origina que las grietas
mostradas en la figura 4 se encuentren produciéndose un corte correcto, al no
encontrarse las grietas, el material se corta en forma incorrecta.
Figura 1.3.6 el material se separa cuando el punzón penetra aproximada mente un
tercio del espesor del material.
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Figura 1.3.5 Figura 1.3.6
Figura 1.3.7 el material cortado, se recupera del esfuerzo a la compresión
mostrado en la figura 3 esto provoca una adherencia de material a la matriz, que
frecuentemente el punzón debe de penetrar, como mínimo, hasta la arista inferior
de la matriz, que es el inicio de el desahogo cónico. Al mismo tiempo, el material
de corte, también se recupera de los esfuerzos a la tensión y provoca un
adherencia al punzón, haciendo necesario el uso de extractores o pisadores, para
mantener la posición de el material de corte.
Figura 1.4.8 con la penetración del punzón completa se observa que las secciones
del material de corte y las piezas cortada tienen la misma sección pero invertida
indicando que el corte es recto.
Figura 1.3.7 Figura 1.3.
15
Figura 1.3.9Se ilustra el perfil del material de corte y la pieza cortada en forma
correcta.
1. Características de los bordes de el material cortado
2. La deformación plástica es caracterizada por un radio pequeño R.
3. La zona bruñida tiene la altura D y aspecto brillante.
4. La fractura angular dada por la distancia P y con un aspecto mate.
5. La rebaba tendrá una altura H
Figura 1.3.9 Se ilustra el perfil del material de corte y la pieza cortada en forma
correcta
16
1.2.4 Acuñado
Es casi un trabajo en frió con piezas pequeñas. Se desplaza el material por la
presión y el impacto hacia las cavidades de la matriz. Como la cavidad está dada
por completa y en forma muy precisa por los dados se necesita controlar con
mucho cuidado el volumen del material; por lo tanto si el llenado es excesivo de la
capacidad de la matriz puede dañar la maquina o producir artículos defectuosos.
El acuñado es especial para la producción de piezas pequeñas en donde se
requieren de detalles y acabados muy exactos en las superficies. Su aplicación
principal para fabricar monedas medallas y piezas similares.
1.2.5 Formado Con Matriz Muestra
El formado con matriz muestra es similar a algunos aspectos del acuñado. El
formado por clavado se emplea para hacer moldes o dados excepto que la
impresión se hace contra una pieza grande de material para empujar el metal
desplazado hacia un área abierta, alrededor del modelo impreso en el material.
También se utilizan para estampar materiales blandos o para moldear plásticos u
otros materiales. Suele ser más fácil hacer el objeto macho y prensarlo contra el
material blando que maquinar la parte hembra en el material del dado. Cuando se
hacen matrices, se alisa la superficie con esmeril después de formar con el dado
maestro. Se utiliza para hacer cierto número de cavidades idénticas para moldes
múltiples de compresión.
1.2.6 Mortajado
El entallado o mortajado es un proceso de corte fino para la lamina y plancha y
difiere del cizallado en que la cuchilla esta a cierto ángulo. La cuchilla puede ser
de cualquier configuración si se trata de partes pequeñas.
17
1.2.7 Niblado
El corte de laminas (niblado) incluye hacer recortes sucesivos hasta que se
produce una forma más grande o recortada. Las formas internas se pueden
empezar con facilidad a partir de agujeros taladrados y se emplean para producir
secciones perforadas grandes. El recorte se utiliza en lugar de punzonar o
perforar, para la producción de poco volumen o a baja velocidad las maquinas
recortadoras o tijeras para lamina son muy adaptables, poco costosas, sencillas
para manejarlas y mantenerlas, aunque la producción es lenta.
1.2.8 Perforación
El perforado es un proceso para recortar un agujero conformado en una lámina o
placas metálicas. Se suele hacer en frió y se obtienen casi de cualquier forma. Las
aplicaciones incluyen perforar las arandelas hacer agujeros para remaches
mediante elementos estructurales de acero, aberturas en paneles que se van a
terminar con otros procesos a fin de poder montar instrumentos o equipos y en
operaciones similares.
Otros procesos de formado.
El formado por tensión se efectúa al estirar el material para que adopte la
configuración deseada. Incluye procesos tales como estirado, formado por
trefilado y abocinado.
Las herramientas de corte son, ya sea, de un solo filo o de filos múltiples.
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Con los avances de la tecnología, se han desarrollado materiales más fuertes y
más duros. El procesamiento eficiente de esos materiales no era posible con los
procesos tradicionales para remoción de material. Por lo tanto, se han creado
varios procesos nuevos y especializados. Al contrario de los procesos
tradicionales en donde la remoción del material necesita una herramienta de corte,
los procesos no tradicionales se basan en los fenómenos ultrasónicos, químicos
electroquímicos, de electro descarga y haces de electrones, láser e iones. En
estos procesos, la remoción de material no esta influida por las propiedades del
material; se puede maquinar material de cualquier dureza. Ahora bien, algunos de
estos procesos se encuentran en la etapa experimental y no se presentan para
elevados volúmenes de producción. En la mayoría de estos procesos, se maquina
una parte cada vez. Los procesos no tradicionales son más complejos y se
requiere considerable pericia y conocimientos para operarlos en forma eficiente.
1.3 PRENSAS TROQUELADORAS (figura 1.4) Una prensa troqueladora es una máquina en la cual materiales laminados pueden
ser troquelados, doblados, planchados, cortados, embutidos, perforados, etc.
La acción de las prensas se lleva a cabo por medio de una herramienta que es
impulsada a presión contra el material laminado. La herramienta puede ser maciza
o hueca, afilada o sin filo y de formas variadas según el caso.
La prensa usada para llevar a cabo estos cambios de forma tiene una mesa
estacionaria o platina, sobre la cual se sujeta la matriz. Una corredera guiada o
carro, que sujeta el punzón, se mueve hacia arriba y abajo perpendicularmente a
19
la platina. El movimiento y la fuerza del carro son suministrados por un cigüeñal,
un excéntrico o cualquier otro medio mecánico. También se emplean prensas
accionadas hidráulicamente.
Si clasificamos a las prensas de acuerdo al mecanismo de conducción, se pueden
clasificar en mecánicas o hidráulicas, pudiendo ser las primeras operadas
manualmente, en el caso más elemental, y con motor en la mayoría de los casos.
El funcionamiento de las prensas operadas con motor está basado en el siguiente
principio:
El motor hace girar un volante de la prensa que está unido al cigüeñal de la
misma directamente o por medio de engranes o bandas, operándose con auxilio
de un embrague de fricción; Este embrague es accionado por medio de un pedal o
una estación de botones. El embrague se desconecta automáticamente después
de cada revolución, a no ser que el operador mantenga oprimido el pedal, en cuyo
caso la prensa repite el trabajo. Después de que el embrague desconecta al
volante, un freno detiene el movimiento del propio cigüeñal. Una biela transmite el
movimiento del cigüeñal a una parte móvil de la prensa o ariete, deslizándose éste
en unas guías.
Las prensas manejadas con el pie generalmente son llamadas prensas de pedal,
son usadas solo para trabajos livianos. Las prensas de manivela, son el tipo más
común por su simplicidad. Son usadas para la mayoría las operaciones de
perforado, recorte y de estirado simple. Las prensas de doble manivela están
provistas de un método para mover los soportes de discos o las matrices de
acción múltiple. Las de conducción excéntrica se usan sólo donde se necesita un
solo martinete de golpe corto. Las de acción de leva están provistas de un reposo,
en la parte inferior del golpe, por esta razón a veces se usan para accionar los
anillos de sostén del disco en las prensas de estampado. Las de conducción por
charnela son usadas donde se requieren grandes adelantos mecánicos junto a
una acción rápida, como puede ser en el acuñado, cortado o en el modelado
20
Guerin. Los mecanismos de palanca acodillada son usados principalmente en las
prensas de estirado para accionar el soporte de discos.
El corte de materiales en frio. Generalmente se efectúa en una prensa alimentada
manualmente o por medio de un alimentador automático, las prensas tienen una
energía que es usada mediante un troquel al impacto con el material. Se usan
prensas mecánicas e hidráulicas.
Existen dos clases de corte de metales en frio, que son:
El recortado, que se usan para obtener la pieza cortada con las dimensiones
requeridas como producto final.
El perforado, que es usado para obtener una formación con las dimensiones
requeridas.
Las prensas mecánicas, como la ilustrada con las figura 1.4, de construcción
relativamente más sencilla, aprovechan la energía suministrada por un volante
que proporciona una gran de la energía requerida.
Las prensa hidráulicas, sus principios son similares a las prensas mecánicas, con
la diferencia de que se proporciona la energía requerida con un cilindro hidráulico,
mismo que se le pude modificar la velocidad de alimentación del aceite para
aumentar o disminuir la cantidad de golpes por minuto. Otra característica es que
al modificar la presión de alimentación se aumenta o disminuye su capacidad de
fuerza estos criterios dependen de la capacidad del cilindro que tenga la prensa.
21
Figura 1.4
Arreglo típico de una prensa para cortar lamina (troqueladora)
CAPITULO II ESTUDIO DE TROQUELES
2.1 TROQUELES
Definición: Herramienta empleada para dar forma a materiales sólidos, y en
especial para el estampado de metales en frío.
En el estampado se utilizan los troqueles en pares. El troquel más pequeño, o
cuño, encaja dentro de un troquel mayor, o matriz. El metal al que va a darse
forma, que suele ser una lámina o una pieza en bruto recortada, se coloca sobre la
matriz en la bancada de la prensa. El cuño se monta en el pistón de la prensa y se
hace bajar mediante presión hidráulica o mecánica.
22
En general cualquier operación realizada en un troquel se le llama troquelado y
hay tres tipos que son:
Simples: Estos troqueles permiten realizar solamente una operación en cada
golpe del ariete o carnero, son de baja productividad y normalmente es necesario
el uso de otros troqueles para poder concluir una pieza y considerarla terminada.
Compuestos: Estas herramientas permiten aprovechar la fuerza ejercida por el
ariete realizando dos o más operaciones en cada golpe y agilizando así el
proceso.
Progresivos: Estos troqueles constan de diferentes etapas o pasos, cada uno de
ellos modifica el material en una determinada secuencia establecida por el
diseñador (secuencia de corte), de tal manera que al final se obtiene una pieza o
piezas terminadas. Son altamente productivos aunque su mantenimiento y
operación es más compleja que en los anteriores y requiere mayor capacitación
del personal involucrado.
2.2 CARACTERISTICAS Y APLICACIONES Quizá la principal característica de las piezas metálicas troqueladas es que, con
unas cuantas excepciones, el espesor de la pared es esencialmente el mismo en
toda la pieza. Las piezas troqueladas terminadas son, algunas veces, bastante
complicadas en forma, con muchas salientes, brazos, agujeros de varias formas,
huecos, cavidades y secciones levantadas como se muestra es la figura 2.1En
todos los casos, el espesor de la pared es esencialmente uniforme. No se realizan
repujados gruesos del tipo que se encuentra en muchos vaciados.
23
FIGURA 2.1 Colección de piezas troqueladas
Los troquelados se llevan a cabo en espesores que varían desde 0.025 mm hasta
9 mm de espesor. El tamaño de las piezas troqueladas va desde la más pequeña
usada en los relojes de pulsera, hasta los, grandes tableros empleados en
camiones o aviones.
2.3 TROQUEL CONVENCIONAL Las piezas troqueladas pueden maquinarse después del recortado o doblado si se
requieren dimensiones más precisas de las que pueden producirse por troquelado,
o cuando se requieren formas que no son factibles solamente por troquelado.
Ejemplos de esto es el escariado de los barrenos centrales de poleas o engranes
troquelados, superficies rectificadas para darles planicidad y ranuras o áreas de
alivio que requieren un cambio en el espesor de la pieza.
2.4 PROCESO DE TROQUELADO FINO El proceso de troquelado fino es una técnica de prensado que utiliza una prensa
especial y herramientas y troqueles de precisión para la producción de piezas que
quedan casi terminadas y listas para usar cuando salen de la prensa de
troquelado fino, a diferencia de las piezas que se troquelan por métodos
convencionales. El troquelado fino produce piezas con superficies cortadas
limpiamente a lo largo de todo el espesor del material. En comparación, las piezas
troqueladas convencionalmente por lo general exhiben un borde cortado con
limpieza sólo sobre un tercio del espesor del material y el resto presenta fracturas.
24
Con el troquelado convencional, cuando estas superficies desempeñan alguna
función, se puede requerir alguna forma de operación secundaria de acabado,
como, rectificado, escariado, pulido, etc. A menudo se necesitan varias de estas
operaciones para terminar la pieza.
Cuando se emplea el troquelado fino, aparte del mejoramiento de la calidad de las
superficies cortadas, puede obtenerse una mayor precisión dimensional; además
el proceso permite operaciones que normalmente no se realizan con troquelado
convencional.
Ciclo de la prensa En la figura2.2 se presenta la secuencia de operaciones
durante un ciclo de la prensa para troquelado fino: (1) el troquel se carga con
material (2) El movimiento hacia arriba del carro levanta la platina inferior y el porta
troquel. Esto levanta el material hasta la cara de la matriz. (3)Conforme cierra el
troquel, el anillo V se encaja en el material. El material se sujeta entre el anillo V (o
aguijón) y la placa de la matriz, por fuera del perímetro de corte. El contrapunzón
(el cual está bajo presión) sujeta el material contra la cara del punzón cortador por
la parte interior del perímetro de corte. (4) Mientras la presión del anillo V y la
contrapresión se mantienen constantes, el punzón continúa su carrera hacia
arriba, cortando limpiamente la pieza. Ésta queda dentro de la matriz mientras que
el recorte interior queda dentro del punzón. En la posición máxima superior, todas
las presiones son eliminadas. (5) El carro se retrae y se abre el troquel. (6) Casi
enseguida de que se abre el herramental, se vuelve a aplicar la presión del anillo
V. Esto desprende del punzón la tira del material que había quedado insertada en
él y empuja el recorte interior fuera del punzón. La alimentación con material
comienza. (7) Se vuelve a aplicar la contrapresión expulsando la pieza que
continuaba en la matriz. (8) La pieza y el recorte se saca del área del troquel por
medio de un chorro de aire o con un brazo removedor. (9) El ciclo se completa y
queda listo para volver a empezar.
25
FIGURA 2.2 Ciclo de una prensa de troquelado fino.
2.4.1 Características típicas y sus aplicaciones Las razones para considerar el troquelado fino incluyen la necesidad de acabados
superficiales mejorados, forma de escuadra en los bordes cortados, mayor
precisión dimensional y una apariencia y planicidad superiores, comparadas con
las que se obtienen mediante el troquelado convencional
Se pueden incorporar piezas como pistas para levas, pernos localizadores,
remaches y guías a la pieza hecha por troquelado fino. La producción de
26
engranes, segmentos de engrane, trinquetes y cremalleras es uno de los
principales campos de aplicación del troquelado fino.
Acabado superficial y escuadrado de los bordes El acabado promedio de la
superficie en piezas hechas por troquelado fino es de 0.45 mm. Es posible obtener
un súper acabado de 0.1 a 0.2 mm con matrices de carburo para aplicaciones
como levas especiales para las cuales se requiere una superficie pulida. Debido al
desgaste de los troqueles y a los materiales usados, la cifra de 0.45 mm puede
rebasarse después de producir cierto número de piezas.
La perpendicularidad de los bordes cortados rara vez es de 90 grados, pero no
varía más de 40 a 50 minutos, aproximadamente. La calidad del material cortado y
le estado del herramental son las condiciones que más influyen en estas
características.
2.5 TROQUELES PROGRESIVOS (figura 2.3) Troqueles progresivos realiza una serie de operaciones en tiras de material, en
dos o más estaciones durante cada golpe de la prensa para producir una pieza,
según la tira de material se mueve atraves del troquel progresivo. Cada estación
de trabajo realiza una o más operaciones distintas, pero la tira debe moverse
desde la primera estación y atraves de cada una de ellas para producir una parte
completa.
Pueden incorporarse en el troquel una o más estaciones intermedias que se les
llaman muertas no para ejecutar trabajo sobre la tira de metal, sino para posicionar
la tira, facilitar el avance de la misma de una estación a otra, proporcionar
seccione máximas de la matriz, o simplificar su construcción.
El avance lineal de la tira de material a cada golpe de la prensa se conoce como la
progresión, avance o paso y es igual a la diferencia entre estaciones inmediatas
27
que se les llaman muertas no para ejecutar trabajo sobre la tira de material sino
para posicionarla, facilitar el avance de la misma de una estación a otra,
proporcionar secciones máximas de matriz o simplificar su construcción.
El avance lineal de latirá de material a cada golpe de la prensa se conoce como la
progresión, avance o paso; y es igual a la distancia entre estaciones. Las partes
de la tira que no se desean se van cortando de la misma según avanza a través
del troquel, y una o mas cintas o lengüetas se dejan conectadas a cada parte
parcialmente completada para construirla a través de las estaciones del troquel.
Algunas veces las partes se hacen de piezas cortadas individualmente, que no
forman parte ni están conectadas a una tira; en tales casos, se emplean de dos
mecánicos u otros dispositivos par el movimiento de la pieza de estación a
estación.
En el troquel progresivo, las partes permanecen conectadas a la tira de material
que se hace avanzar atreves del troquel por alimentadores automáticos y
posicionados con rapidez y precisión por medio de guías.
Tipos de troqueles progresivos las operaciones necesarias para hacer una parte,
ser incorporadas dentro de una serie de troqueles individuales, un troquel
progresivo o un troquel de transferencia. Los troqueles individuales pueden ser de
cualquiera de los dos, operación simple o sencilla.
28
Figura 2.3
Troquel progresivo
La capacidad de la prensa y el tonelaje dependen de la medida del troquel y
cuanto trabajo tiene que ejecutar. La longitud de un troquel progresivo o de
transferencia es determinado por la medida de la parte y el número de
operaciones que van a ser ejecutadas. El número de estaciones del troquel no son
necesariamente la misma como el número de operaciones básicas pero depende
de cómo estas operaciones son combinadas y divididas, cuando el
acomodamiento de la tira es diseñada. El acomodamiento podría incluir las
estaciones y dar estaciones extras, si es necesario para hacer la función del
troquel más fuerte, dar espacio para trasladar de estaciones muertas necesarias
para hacer un troquel más fuerte, dar espacio para trasladar de estación a
estación y dar estaciones extras. En ocasiones es necesario hacer troqueles
29
extras provisionales para realizar pruebas y así verificar la formación de la pieza y
cuantas estaciones son necesarias.
El número de estaciones para ser usado en un troquel progresivo o en un troquel
de transferencia podría ser cuidadosamente considerado particularmente si una o
dos estaciones más podrían hacer el troquel tan largo que la siguiente prensa más
larga podría ser requerida. Si una prensa más grande no está disponible o si no
puede ser comprada, las operaciones siguientes para hacer la parte deben ser
combinadas dentro de más pocas estaciones del troquel o la parte debe ser hecha
en más de un troquel. También la siguiente prensa más grande puede operar en
menos carreras por minuto que la aprensa más pequeña. Resultando una
producción más baja y un aumento del costo.
Si las partes tienen un embutido más grande en un extremo que en otro y las
piezas grandes de forma irregular, algunas veces pueden inclinarse en un ángulo
a la cama de la prensa para obtener un embutido más favorable o una posición de
formado para ganar una mejor superficie de planchado.
Partes pequeñas pueden ser hechas de dos o más por carrera para utilizar más
eficientemente la prensa. Un chorro de aire o la gravedad son usados para
descargar el troquel. Las partes más grandes que tienen una velocidad de
producción más baja son cargadas y descargadas manualmente con alguna
asistencia de la gravedad. Las partes de alta producción más baja son cargadas y
descargadas manualmente con alguna asistencia de la gravedad. Las partes de
alta producción de cualquier medida pueden ser transferidas para cargar
automática y mecanismos de descarga. Las prensas manualmente cargadas
usualmente son operadas intermitentemente por el operador. Las prensas de alta
producción están trabajando continuamente. Cuando se montan como en línea de
producción, las prensas son sincronizadas, esto es que todo el equipo auxiliar y la
prensa en la línea operan como unidad.
30
Los troqueles progresivos y de transferencia con zapatas fuertes, postes guía,
bujes y mamelón y elementos de troquel reducen el uso del troquel de la vibración
y distorsión y mejora la producción.
Siempre que es posible, se produce una pieza con un troquel compuesto con
objeto de fabricarla en una sola operación. Los troqueles progresivos para
troquelado han estado en uso por varios años.
Las operaciones que pueden efectuarse en los troqueles progresivos para
troquelado fino son las siguientes:
· Achaflanado (interno o externo)
· Doblado (laterales, lengüetas salientes, etc.)
· Acuñado para abocados adelgazado del material en componentes tipo martillo,
bridas y monedas o medallas.
· Formado embutidos superficiales son posibles en ciertas piezas y materiales).
31
CAPITULO III DISEÑO DEL PROYECTO
3.1 RECOMENDACIONES PARA DISEÑO Utilización del material Las piezas deben diseñarse para lograr el máximo
aprovechamiento del material. Las formas que pueden acomodarse muy juntas
son mejores que las que tienen que espaciarse sobre el material. Una pieza en
forma de L se acomoda mejor que una en forma de T.
Otros ejemplos se ilustran en la figura 3.1 Este aprovechamiento del material
también requiere una estrecha comunicación entre el diseñador y el fabricante de
troqueles, o cuando menos la habilidad del diseñador para visualizar una
distribución como lo haría el fabricante de troqueles.
FIGURA3.1 Dos ejemplos de piezas para permitir un mejor acomodo de las
planillas y, en consecuencias, un mejor aprovechamiento del material.
32
También debe considerarse el aprovechamiento de las porciones sobrantes para
producir piezas adicionales. En el caso de grandes proyectos, muchas piezas
requerirán el mismo espesor y material. Al diseñar una pieza pequeña a partir de
un pedazo de material remanente del recorte de una pieza más grande, el
diseñador ahorra material. En estos casos, deben hacerse las anotaciones
pertinentes en el dibujo para proporcionarla información al personal de
manufactura. La figura 3.2 presenta un ejemplo de este tipo de casos.
Otro ejemplo es el troquel típico para la laminación de un motor en el que las
piezas de la armadura y del campo se hacen de la misma tira de material con muy
poco desperdicio.
33
FIGURA. 3.2Los rediseños pequeños permiten que una pieza pueda cortarse del
material sobrante del recorte de otra pieza.
Agujeros. El diámetro de los agujeros perforados no debe ser menor al espesor
del material, como se muestra en la figura 3.3 Los manguitos de soporte de
punzones especialmente sincronizados o el método de troquelado fino, permiten
hacer agujeros más pequeños; pero con el herramental convencional de
troquelado, la rotura de punzones se vuelve excesiva si se intentan perforar
agujeros más pequeños que el mínimo establecido.
FIGURA 3.3 Reglas de diseño para el tamaño y espaciamiento de los agujero
34
El espaciamiento entre agujeros debe tener un mínimo de 2 veces el espesor del
material, aun cuando se prefieren 3 veces desde el punto de vista de la resistencia
del troquel. Por ejemplo, si el espesor de la pared es demasiado pequeño, la
capacidad de la matriz para resistir la presión de perforado es amenazada
seriamente.
FIGURA 3.4Los agujeros perforados no deben localizarse demasiado cerca del
borde de la pieza.
La distancia mínima del borde de un agujero al siguiente debe ser cuando menos
igual al espesor del material, aunque es preferible que sea de 1.5 a 2 veces al
espesor véase figura 3.4 Un espaciamiento demasiado pequeño hace que la pieza
se deforme en el área del borde que esta junto al agujero.
Perforar un agujero antes de doblar la pieza es menos costoso que efectuar el
perforado o barrenado de la pieza como una operación secundaria. La distancia
mínima entre el borde inferior de un agujero y la otra superficie debe ser 1.5 veces
el espesor del material, más el radio del doblez, según se ilustra en la figura 3.5. El
agujero se distorsiona si esta distancia mínima no se respeta.
35
FIGURA 3.5 Espaciamiento mínimo entre un agujero perforado y un doblez para
evitar la distorsión del agujero.
Los autores han empleado el siguiente método para eliminar o minimizar la
distorsión cuando el diseño requiere que el borde inferior del agujero esté a una
distancia menor que la distancia mínima recomendada.
Una ranura no funcional, ya sea cuadrada o rectangular, puede perforarse
directamente debajo del agujero o agujeros deseados (debe respetarse la
distancia mínima de un espesor de pared entre los agujeros). Debido a esto,
durante el doblez ningún esfuerzo o deformación (o al menos muy poca) se
transmite al agujero figura 3.6. El método de prueba y error en la experiencia son
necesarias para determinar dimensiones.
36
FIGURA. 3.6 Método para evitar la distorsión de agujeros ubicados junto a un
doblez.
37
FIGURA 3.7 Problema de alineación de los agujeros en los extremos opuestos de
una pieza doblada en U. (a) Método normal. No se recomienda si se requiere una
alineación precisa de los agujeros. (b) Método más preciso: agujeros perforados o
barrenados después del doblado. (c) Los agujeros ovales o sobredimensionados
compensan el desalineamiento. (d) El agujero piloto asegura que la plantilla quede
centrada en la matriz de doblado.
38
A menudo se desea incluir dos agujeros alineados en los extremos opuestos de
una pieza doblada en U, con objeto de sostener una flecha o con algún otro
propósito. Los diseñadores deben entender que es difícil doblar una pieza a partir
de una plantilla preperforada que tenga los agujeros alineados con precisión.
Pueden considerarse varias alternativas: (1) perforar o barrenar los agujeros
después del formado. Esto es más caro, pero permite una excelente alineación.
(2) Usar amplias tolerancias en los agujeros o hacer en uno de ellos una ranura
para alinear la pieza, si la función de la pieza lo permite. (3)Incluir un agujero piloto
en el fondo de la U. Se hace coincidir este agujero con un perno localizado en la
matriz de doblado, en el cual se coloca la plantilla. (Otro punto, si verdaderamente
se quiere alinear con precisión mediante este método, es usar materiales con un
estrecho control de espesor. Aun cuando el material con una estrecha tolerancia
de espesor tiene un precio mayor, el costo adicional puede más que compensarse
por los ahorros realizados al no tener que llevar a cabo una operación secundaria
véase la figura 3.7
El diseñador de piezas troqueladas debe intentar siempre especificar agujeros
redondos en lugar de agujeros cuadrados, rectangulares u otras formas. Los
costos de hacer punzones y matrices redondos son bastante más bajos que para
cualquier otra forma.
FIGURA 3.8Reglas de diseño para radios de esquinas interiores y exteriores en
piezas recortadas.
39
FIGURA 3.8 Las proyecciones y lengüetas estrechas hacen que los punzones del
troquel sean estrechos y frágiles. Esto debe evitarse. Las proyecciones deben ser
anchas si posteriormente van a someterse a operaciones de doblado.
Aristas afiladas. Las aristas a escuadra, ya sea internas o externas, deben evitarse
siempre que sea posible. Las aristas externas a escuadra tienden a romper
prematuramente los punzones o matrices, originando rasgaduras, grandes
rebabas o bordes ásperos en el área de la arista de la pieza recortada.
Asimismo las aristas interiores a escuadra en punzones y matrices son un punto
de concentración de esfuerzo que pueden llevar a la rotura y falla durante el
tratamiento térmico o uso. Una regla general es dejar la arista con un radio mínimo
de redondeo de una y media veces el espesor del material y nunca menor de 0.8
40
mm véase figura 3.8. Debe recordarse que inevitablemente habrá una arista a
escuadra siempre que dos bordes producidos por operaciones de cizallado,
ranurado o recortado hagan intersección en ángulo aproximadamente recto. Tales
esquinas pueden redondearse puliendo la pieza en tambor o mediante alguna otra
operación segundaria.
Secciones estrechas Las proyecciones largas y estrechas deben evitarse, dado
que tienden a distorsionarse y requieren punzones delgados y frágiles. Como regla
general, las secciones largas no deben ser menores de 1.5 veces el espesor del
material. Si la proyección o lengüeta es relativamente corta, esta precaución
puede ser menos estricta.
3.2 ESTUDIO ECONÓMICO 3.2.1 Cantidades económicas para producción El troquelado convencional es un proceso de alta producción. La producción es
muy rápida, de 35 a 500 o más golpes por minuto. Si la producción total es
suficiente para justificar el uso de troqueles compuestos o progresivos, tanto el
recortado como el doblado pueden realizarse en un solo golpe de prensa. En
estos casos, las piezas pueden producirse completas a una velocidad de miles por
hora.
Un troquel progresivo para la producción de piezas requiere altos rangos de
producción (250 000 piezas al año, por ejemplo) para justificar la inversión. Los
troqueles convencionales para producir tales piezas podrían constar de un troquel
recortador y perforador y de un troquel doblador que juntos, cuestan sólo la mitad
de un troquel progresivo. Como regla general, un troquel progresivo no deberá
considerarse, a menos que puedan eliminarse cuando menos dos operaciones
secundarias.
41
El costo de los troqueles de doblez varía considerablemente, según su
complejidad y tamaño. Un troquel simple convencional para formar un doblez
puede ser muy barato, mientras que un troquel para doblado complejo o un troquel
de embutido para una pieza grande puede requerir una inversión grande.
Como resultado de estos significativos costos de herramental para el troquelado
de metales, aun con bajos costos de mano de obra por unidad con operaciones
múltiples, el troquelado convencional es un proceso para alta producción.
Las prensas troqueladoras son relativamente bajas en costo comparadas con otro
equipo para alta producción. Sin embargo, el costo de la prensa no es un factor
significativo en el cálculo del tamaño del lote económico, debido a que las prensas
son versátiles. Casi cualquier prensa tiene la posibilidad de realizar un amplio
rango de operaciones de troquelado.
Generalmente el troquelado fino puede clasificarse como un proceso de
producción de alto volumen, ya que la calidad y el costo del herramental requieren
una razonable cantidad de piezas para justificar el gasto. Una comparación entre
varios métodos de producción debe mostrar una verdadera justificación, debido a
que los costos del herramental no son el único factor que debe tomarse en cuenta.
En algunos casos, cantidades de 1000 a 5000 piezas pueden amortizar el costo
del herramental. Esto sucede cuando se elimina una costosa operación
secundaria (como el perfilado por control numérico, rectificado o un escariado
difícil) al diseñar la fabricación de la pieza por medio de troquelado fino. Como
guía general, puede decirse que las cantidades mínimas por considerar están
entre 10000 y 20000 piezas.
Comparaciones producción tiempo El ciclo de operación es ligeramente más lento
en el troquelado fino que en el troquelado convencional. Una rapidez de prensa de
45 golpes por minuto podría ser un buen promedio en las operaciones de
troquelado fino. Al comparar el troquelado fino con el troquelado convencional, el
42
costo total de todas las operaciones necesarias para completar una pieza
incluyendo el maquinado secundario, deben considerarse 3.2.2 Troquelado de Pequeños Volúmenes En forma muy general, puede decirse que para condiciones promedio, la línea
divisora entre producciones de poco volumen y las regulares (de volumen medio)
está entre 5000 y 10000 piezas por partida o lote. Probablemente lo más
importante es la cantidad total que se espera produzca el herramental durante su
vida. Si esta cantidad es menor de 20 000, entonces los métodos para pequeños
volúmenes probablemente darán los costos totales más bajos. Cuando se requiere
de 10000 a 20000 piezas, puede ser ventajoso tener tanto estimaciones de
herramental convencional como de herramental para bajos volúmenes de
producción. Esto permite hacer un estudio comparativo de costos.
Otra regla para diferenciar el método de bajo volumen y el regular es la siguiente:
cuando el costo de los troqueles excede el costo de las piezas por producir, se
trata de un trabajo de bajo volumen. Otra ventaja de los métodos para volúmenes
pequeños es el poco tiempo requerido para la elaboración del herramental
necesario. Debe notarse, sin embargo, que la calidad de las piezas producidas
con el herramental de tipo permanente es usualmente superior que la producida
con troqueles temporales y, por tanto, la intercambiabilidad de las piezas
producidas es mejor.
Los métodos de troquelado para bajos volúmenes deben considerarse en
cualquiera de las siguientes condiciones:
(1) Para producciones piloto, prototipo o experimentales, particularmente cuando
se esperan cambios de diseño, por lo que aún no es recomendable el uso de
herramental permanente.
43
(2) Para producción de piezas de repuesto después de que el herramental original
se ha desechado.
(3) Para productos como equipo industrial, médico o de laboratorio cuyos
volúmenes de producción no son grandes.
(4) En los casos en que es esencial el envío inmediato de un componente para el
éxito comercial de un producto (por ejemplo, un artículo de temporada cuyo
desarrollo ha comenzado tardíamente o requiere mucho tiempo). Con un menor
tiempo de fabricación del herramental, la producción puede empezar con más
rapidez. En estos casos, los requerimientos económicos básicos (bajo costo y alta
productividad) pueden desecharse con el herramental temporal. Estas
consideraciones deben tomarse en consideración cuando luego se desarrolle el
herramental de tipo permanente.
(5) Como repuesto a herramentales de tipo permanente, cuyo trabajo es esencial,
a fin de evitar interrupciones en el proceso de manufactura.
(6) Para negocios con escaso presupuesto donde no se considera conveniente
invertir una gran suma en costoso herramental permanente.
44
CAPITULO IV DESARROLLO DE PROYECTO
4.1 FUNCIONAMIENTO DE LAS LLAVES DENTADAS
O DE SIERRA Cuando se inventaron las primeras cerraduras eran grandes cajas metálicas que
necesitaban para abrirse llaves de hierro muy grandes y pesadas.
Son las cerraduras más abundantes en nuestro alrededor, desde el mas simple
candado hasta posiblemente la puerta de nuestra casa funcionan con una de
estas llaves
Sin embargo en siglo XX ha habido una evolución muy grande en el diseño de
nuevos sistemas de cierre de puertas que ha ocasionado una gama actual de tipos
de llaves muy amplia y variada.
Su mecanismo es ingenioso pero no reviste excesiva complejidad. Básicamente
se trata de una pieza cilíndrica, con una cavidad para la llave, que gira dentro de
otra pieza de forma tubular. El giro de la pieza interior actúa sobre el mecanismo
que corre el pasador o resbalón de la cerradura.
La pieza tubular y la cilíndrica tienen varios taladros coincidentes por donde se
mueven unos pistones seccionados que impiden el movimiento de giro en
ausencia de la llave. Así, introduciendo la llave cada diente empuja su pistón hasta
la posición correcta de desbloqueo liberando la pieza cilíndrica y permitiendo su
giro.
Este mecanismo básico se ha ido complicando por las ideas de distintos
fabricantes, han aparecido llaves con dientes a ambos lados, con dos filas de
dientes en paralelo y hasta aquellas de fichet, con perfil en forma de H y dientes
en los cuatro bordes (un peligro para los bolsillos). El porque de estas
complicaciones resulta evidente, la seguridad de los primeros tipos es bastante
relativo, pueden abrirse con unos útiles bastante simples y mucha practica.
La llave común consiste en una pieza de metal con dientes o surcos que tiene la
forma de la cerradura y se utiliza para abrirla introduciéndola en ella y girando. La
45
cabeza de la llave es más ancha y plana para permitir efectuar el giro de la llave
cuando se abre o se cierra la puerta. Cada fabricante de cerraduras fabrica una
serie completa de llaves diferentes para que no se puedan abrir una cerradura con
las llaves de otra cerradura del mismo modelo. Las llaves antiguas eran como un
tubo redondo de hierro con una paleta al final, las cerraduras antiguas usaban ese
tipo de llaves.
A nivel de usuario se utilizan llaves para acceder a los siguientes espacios.
• Oficinas, talleres y locales comerciales
• Puerta de acceso a bloques de viviendas
• Buzones donde se deposita la correspondencia de correos
• Puerta de acceso a viviendas
• Acceso a las habitaciones de los hoteles
• Acceso al interior de los automóviles.
• Acceso a cajas fuertes y de seguridad
La tecnología que desarrolla y produce cerraduras cada vez procura hacer
cerraduras más seguras que impidan poder abrir las dependencias cerradas a
ladrones o intrusos y por tanto llaves también más sofisticadas y difíciles de
duplicar.
4.2 DESARROLLO El Proyecto consistirá en el diseño y puesta a punto de un troquel progresivo de
estampado de forma de llave para duplicado modelo R52 de alba y/o RH-52 de
phillips.
El troquel que se va a desarrollar para la fabricación de la pieza es un Troquel
46
Progresivo Combinado. Bajo esta definición se clasifican los troqueles progresivos
que por un lado tienen acción mixta, esto es, que se realizan varias
transformaciones en el mismo troquel y por otro no tienen los útiles en línea sino
combinados de modo que realizan una acción simultánea sin necesidad de
repetición.
La acción simultánea a realizar será el corte de un desarrollo para separarlo del
fleje y su embutición hasta formar la pieza final.
El Proyecto y Definición de este tipo de troqueles no se puede realizar
directamente por la complicación que entraña, por lo que será necesario realizar
pruebas con troqueles simples e independientes a fin de encontrar las
dimensiones y efectos necesarios en la definición del troquel combinado.
Se realiza una planificación por fases del Proyecto:
-- Recopilar toda la información necesaria y realizar el estudio del proceso de
producción.
-- Realizar la fase de Prototipo consistente en:
_ Diseño de Prototipo que realice el corte por un lado de desarrollos válidos.
_ Diseño de Prototipo que realice la embutición por otro lado de estos desarrollos
para lograr la pieza.
_ Definición de dimensiones de los elementos mecánicos activos que realizan
ambas operaciones simples.
_ Obtención de Prototipos de piezas.
-- Realizar la fase Serie consistente en:
_ Diseño de Troquel Serie que realice en un solo paso el corte y estampado.
_ Obtención de Primeras Muestras.
_ Definición detallada del proceso de producción.
47
4.3 ANÁLISIS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN Antes de la definición del proceso de fabricación que se utilizará para fabricar la
tapa se realizará un análisis de los planos a fin de tratar de resolver todos aquellos
problemas que puedan surgir.
Tomando todas estas exigencias se define el proceso de producción.
Definido el Proceso de Fabricación se recopila todo el material técnico (Normas,
Especificaciones, etc.…) necesario para la realización del Proyecto completo a fin
de no retrasar ninguna fase posterior.
Para la definición del material se hará una prueba de dureza Rockwell realizando
una selección idónea entre las posibilidades para que no haya retrasos cuando
sea necesario y realice su labor de búsqueda de suministrador ajustando los
plazos de suministro a las necesidades del Proyecto.
Se realiza el Cálculo del desarrollo circular necesario así como el fleje del que se
extraerá.
Para finalizar esta fase se eligen las prensas idóneas en las que se realizarán
Prototipos y Primeras Muestras.
4.4 DISEÑO DEL PROTOTIPO DE TROQUEL, PRUEBAS Y OBTENCIÓN DE PROTOTIPOS El Prototipo de Troquel no es la forma final del Troquel Serie sino un troquel que
deberá cumplir:
-- Económico tanto en plazos como en costo.
-- Resolutivo a la hora de comprobar la capacidad de fabricación de la pieza
ofertada.
-- Se aprovecharán elementos ya existentes y utilizados en anteriores proyectos.
48
-- Concluyente en la definición de las dimensiones claves que se utilizarán para el
troquel serie.
-- No habrá elementos mecánicos, neumáticos o hidráulicos más allá de los de la
prensa de pruebas. La introducción y recogida de la máquina del desarrollo y de la
pieza se harán de forma manual.
-- Se obtendrán las dimensiones de los elementos activos partiendo de la forma de
una R52 de alba, con la consigna de conseguir que se “copien” en el desarrollo.
Una vez definido el Prototipo se subcontratará el mecanizado otorgando a la
recepción de los componentes una atención crítica para detectar errores de
mecanizado.
Recibidos los componentes, se montan y se realizan las pruebas para la
fabricación de los Prototipos de la Pieza llevando un diario de pruebas que refleje
todos los ajustes realizados.
Se fabrican los Prototipos de la pieza llevando a cabo un control y estudio
dimensional con máquina tridimensional.
Pieza a realizar (figura 4.2)
La forma a realizar fue tomada de las especificaciones de la forja (llave antes de
que tenga una combinación especifica) modelo Rh52 y/o R52 (figura 4.1) este
modelo es fabricado por ALBA® empresa que se encarga de la distribución del
modelo a otros vendedores de llaves sin importar que el estampado haga
referencia a otras marcas comerciales (philips, yale etc.)
Figura 4.1
49
Dimensiones
Clave Descripción Marca Unidad Precios Cantidad Importe
CERACC00065 LLAVE LATON R52 ALBA PZA 4.35 1.00 4.35
50
4.4.1 Descripción del Material
Latón
Cu63/Zn37
Descripción General:
Marcas comunes: Boltomet L® IMI 237® MS 63
Buena maquinabilidad, excelente para trabajo en caliente, conformado y
soldadura. Se emplea en reflectores, tornillos, cadenas, cerrojos y remaches.
Propiedades Eléctricas
51
Coeficiente de Temperatura ( K-1 ) 0,0016-0,0017
Resistividad Eléctrica ( µOhmcm ) 6,2-6,6
Propiedades Físicas
Densidad ( g cm-3 ) 8,45
Punto de Fusión ( C ) 900-920
Propiedades Mecánicas
Alargamiento ( % ) <55
Dureza Brinell 65-136
Módulo de Elasticidad ( GPa ) 95-110
Resistencia a la Cizalla ( MPa ) 280-310
(28.55520-31.611222Kg/mm2)
Resistencia a la Tracción ( MPa ) 330-500
Propiedades Térmicas
Coeficiente de Expansión Térmica @20-
100C ( x10-6 K-1 ) 19,0-20,5
Conductividad Térmica a 23C ( W m-1 K-1 ) 125
Pieza en: latón
Piezas a realizar: 100,000
Espesor de la lamina: 1/16´´ = 1.5875mm
Precio del material: $20 kg
4.4.2 Primer diseño (figura 4.3)
52
Figura 4.3 Dibujo de la Tira de Material Propuesto.
Cálculos Para realizar los cálculos se tomaron los siguientes aspectos:
Un troquel simple con una disposición normal
No se tomo en cuenta el vaciado
Los cálculos siguientes fueron obtenidos de las tabla anexas
Dimensionamiento de la base matriz
Calculo de la tira de material
Paso P P=22.908mm
Ancho del fleje B B=86.2893mm
Metros necesarios de fleje 2290.8m
Peso del material por pieza 0.0265164kg
Peso del material 2651.640.009Kg
Costo por pieza $0.5303
Costo total $53032.8
Centro de presión (10.615, 25.8365)
53
Espesor E de la matriz de corte E= 17 mm
Espesor E1de la placa porta matriz E1= 14.4 mm
Espesor E2 de extractor-guía E2=12 mm
Espesor E3 de las guías E3= 6.175
Ancho B del fleje B= 22.908 mm
Ancho aproximado A2de guías A2= 30±7
Ø nominal de tornillos M8
Largo C1 de guías C1= 258.86 mm
Juego h3 de entrada del feje h3= 0.79375 mm
Parte recta del corte de la matriz h1= 0.7937 mm
Altura h del tope 2.38125
Dimensionamiento del cabezal punzónador
Longitud L normalizado de los punzones L= 90mm
Diámetro mínimo del punzón dmin=2.38125X10-3
Espesor E4 de la placa porta punzones E4=14 mm
Espesor E5 de la brida E5= 9.666 mm
Ancho S1 de la pestaña de la brida S1= 0.833 mm
Espesor E6 de la placa de apoyo E6= 2mm
Toneladas de la prensa f=20
Diámetro d2 d2= 32f7
Rosca d1 d1= M22X1.5
Vástago
Largo L2 L2= 1.75 (32f7)
Debido a las deficiencias presentadas en el primer diseño nos vimos en la
necesidad de comenzar uno nuevo, en el cual si se tomara en cuenta el vaciado
y se obtuvieran dos piezas por golpe partir de la reubicación de los punzones lo
cuan nos ayuda disminuir el desperdicio de material y al mismo tiempo obtener
un menor costo.
54
4.4.3 Diseño Definitivo
Los cálculos siguientes fueron obtenidos de las tabla anexas
Calculo de la tira de material
Paso P P=40.22643mm
Ancho del fleje B B=56.13577mm
C´= C´´ 1.6757mm
B5 10.7376mm
Metros necesarios de fleje 2200.8m
Peso del material por pieza 0.0265164kg
Peso del material 2651.640.009Kg
Costo por pieza $0.5003
Costo total de materia $53002.8
Costo por pieza amortizando el troquel $0.66
Costo total $69702.8
Centro de presión (10.615, 25.8365)
Perímetro de punzón de vaciado 18.07mm
Área de corte de punzón de vaciado 26.0096 mm2
55
Dimensionamiento de la base matriz
Espesor E de la matriz de corte E= 17 mm
Espesor E1de la placa porta matriz E1= 14.4 mm
Espesor E2 de extractor-guía E2=12 mm
Espesor E3 de las guías E3= 6.175
Ancho B del fleje B= 22.908 mm
Ancho aproximado A2de guías A2= 30±7
Ø nominal de tornillos M8
Largo C1 de guías C1= 258.86 mm
Juego h3 de entrada del feje H3= 0.79375 mm
Parte recta del corte de la matriz H1= 0.7937 mm
Altura h del tope 2.38125
Dimensionamiento del cabezal punzónador
Longitud L normalizado de los
punzones
L= 90mm
Diámetro mínimo del punzón dmin=2.38125X10-3
Espesor E4 de la placa porta
punzones
E4=14 mm
Espesor E5 de la brida E5= 9.666 mm
Ancho S1 de la pestaña de la brida S1= 0.833 mm
Espesor E6 de la placa de apoyo E6= 2mm
Toneladas de la prensa f= 13.5 T
Diámetro d2 d2= 32f7
Rosca d1 d1= M22X1.5
Vástago
Largo L2 L2= 1.75 (32f7)
4.4.4 Prensa Hidráulica Troqueladora
56
Las prensas manejadas con el pie generalmente son llamadas prensas de pedal,
son usadas solo para trabajos livianos. Las prensas de manivela, son el tipo más
común por su simplicidad. Son usadas para la mayoría las operaciones de
perforado, recorte y de estirado simple. Las prensas de doble manivela están
provistas de un método para mover los soportes de discos o las matrices de
acción múltiple. Las de conducción excéntrica se usan sólo donde se necesita un
solo martinete de golpe corto. Las de acción de leva están provistas de un reposo,
en la parte inferior del golpe, por esta razón a veces se usan para accionar los
anillos de sostén del disco en las prensas de estampado. Las de conducción por
charnela son usadas donde se requieren grandes adelantos mecánicos junto a
una acción rápida, como puede ser en el acuñado, cortado o en el modelado
Guerin. Los mecanismos de palanca acodillada son usados principalmente en las
prensas de estirado para accionar el soporte de discos.
Se determino que el modelo de prensa mas adecuado a nuestro proceso de
estampado es el siguiente, en el que podemos observar los siguientes beneficios:
Esta prensa nos permite realizar el proceso de manufactura de una manera fácil,
ya que cuenta con un sistema semiautomático que admite montar el rollo de latón,
este a su vez es guiado por cuatro columnas para su fácil manejo y de forma
rápida debido a que utiliza una transmisión de poder a base de engranes, con una
capacidad aproximada de 3,000 por hora, y con una presión de 15 toneladas por
área de troquel (14 cm x 28 cm) con una altura útil de 14 cm. Lo que nos permite
cumplir con la norma de acuerdo a los datos calculados.
Precio estimado de la prensa (seminueva) :
$ 17000.00
57
4.5 ESTUDIO ECONOMICO Debido a que en la actualidad es un dispositivo indispensable; que la mayoría de
las cerraduras y candados usan el mismo tipo de llave, fue que se tomo la decisión
del modelo.
A continuación se muestra un listado de algunos modelos de cerraduras y
candados que la usan:
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ARTÍCULO CARACTERÍSTICAS
Candado 9
Diseñados especialmente para cortinas metálicas y otros usos.
Pasador cilíndrico cromado de acero templado, y seguro
preventivo que impide retirar la llave cuando el candado está
abierto
ARTÍCULO CARACTERÍSTICAS
Candado 112 Cuerpo metálico reforzado y satinado con cilindro y pernos de
latón y contrapernos de carrete.
Candado 113 Cuerpo metálico reforzado y satinado con cilindro y pernos de
latón y contrapernos de carrete.
Candado 114 Cuerpo metálico reforzado y satinado con cilindro y pernos de
latón y contrapernos de carrete.
Candado 115 Cuerpo metálico reforzado y satinado con cilindro y pernos de
latón y contrapernos de carrete.
Candado 116
Cuerpo metálico reforzado y satinado con cilindro y pernos de
latón y contrapernos de carrete.
Candado 114 P Cuerpo metálico reforzado y satinado con cilindro y pernos de
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Línea Residencial
Esta línea cumple con todas las necesidades de seguridad,
calidad, duración, funcionalidad, decoración, diseño y estética
en su hogar, cubre desde la entrada principal hasta la cerradura
de paso que no requiere de seguridad ni privacidad.
Línea Comercial
Esta línea de uso rudo (heavy duty) que ofrece YALE está
diseñada para las aplicaciones comerciales más exigentes
cumpliendo especificaciones internacionales entre ellas esta la
norma "UL", ANSI BHM., resistentes al fuego.
Línea Económica
Es una línea de cerraduras que esta al alcance de cualquier
presupuesto, desde los grandes constructores de interés social
hasta la remodelación de su propio departamento que le está
entregando infonavit
Línea Alta Seguridad
Cumple con la necesidad más importante de la actualidad, la
seguridad en su puerta de entrada. Por su cilindro y llave de
punto, con tarjeta personal para duplicado de llaves. Su
elegancia en el diseño, su herraje de latón forjado y la
resistencia del acabado de por vida, brindan un plus a su
seguridad.
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Cerradura de Perilla Cilíndrica
La cerradura de perilla cilíndrica YALE presenta varias ventajas
como son, su fortaleza por el diseño de coraza central de acero
permitiéndole superar las normas internacionales de seguridad, su
fácil y noble instalación que permite absorber pequeñas
variaciones en la preparación de la puerta y su sistema antipánico
para fácil salida de emergencia entre otras.
Modelos:
Ball Crowm Tulip Lotus Novo Plymouth Claremont
Cerradura de Perilla Residencial
Otra opción de elegancia y distinción para gustos refinados.
Modelo: Oval
Cerradura de Manija
Cerraduras que permiten dar el toque ornamental por sus
novedosos y actuales diseños ya que se adapta a todo tipo de
decoración con el concepto vanguardista y funcional de la manija,
la cual se puede emplear en casos de usos para minusválidos.
Modelos: Cambridge Vento Aqua Eifel
Cerradura Decorativa de Entrada Esta cerradura es idónea para cubrir la necesidad de asegurar y
decorar la puerta de entrada en departamentos y casas, su
cerradura de cerrojo con una pulgada de penetración brinda
seguridad y su jaladera da un toque de refinamiento.
La Cerradura de Alta Seguridad de Entrada
Cumple con la necesidad más importante de la actualidad, la
seguridad en su puerta de entrada. Por su cilindro y llave de punto,
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con tarjeta personal para duplicado de llaves. Su elegancia en el
diseño, su herraje de latón forjado y la resistencia del acabado de
por vida, brindan un plus a su seguridad.
Modelos: Nova Riviera Caribe Valencia Venecia
Modelos Alta Seguridad: Class Stylo Elegant
Cerradura de Doble Seguridad de Entrada
Esta línea está diseñada para cubrir las necesidades donde sea
requerida una mayor seguridad, ya sea para uso residencial o
comercial. Esta cerradura brinda la facilidad de ser operada con
una sola llave para las dos cerraduras que la integran.
Modelos: Ball Crown Claremont Lotus Tulip
Cerradura Electrónica Digital para control de accesos
YALE incorpora esta cerradura a su Gamma de productos, para
cubrir las actuales necesidades de Control de Acceso tanto en uso
comercial como residencial.
Opera con códigos de 6 dígitos.
Modelos: Ball Crown
Seguridad Adicional
Esta línea de YALE está diseñada para brindar mayor seguridad
en las puertas que lo requieran. Estas cerraduras son aplicables
para cualquier tipo de puerta.
Modelos: B400 B500
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Costos de fabricación
Descripción Precio Inicial Precio final
Die-set $1800 $2000
Punzón 1 $1500 $2000
Punzón 2 $2500 $7000
Matriz 1 $600 $1000
Matriz 2 $2600 $4000
Tortillería $850 $700
Total $9850 $16 700
63
Tendríamos un tiempo de fabricación de 16.66 horas
64
CONCLUSIONES
Los troqueles son una herramienta indispensable e irremplazable en la industria
metal-mecánica debido a las capacidades de manufactura sobre placas metálicas,
los troqueles, en la actualidad son en su mayoría automatizados debido a son
herramientas de trabajo muy eficientes, económicas, rápidas, y de gran capacidad
de maquinado.
Contamos con todo lo necesario para el diseño de troqueles, debido a que se
realizaron correctamente todos los cálculos pertinentes y además los dibujos
auxiliares.
En nuestro caso particular fue la forma más eficiente de manufacturar nuestro
producto debido al material y la eficiencia de nuestro troquel, dadas las
especificaciones de nuestro material a troquelar, con esto podemos esperar que el
producto final sea lo mas rentable posible solo resta la aprobación del mismo para
empezar con la manufactura del troquel.
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BIBLIOGRAFÍA
Troquelado Y Estampación. G. Navarro
Maquinas Herramientas Y Manejo De Materiales. W. Pollack
Ingeniería de manufactura. U. Scherer
Apuntes de sexto semestre del Ing. J. Anguiano Gamiño.
Apuntes de octavo semestre del Ing. Javier Ferrer Vera.
Tesis profesional del Ingeniero Delfino Palomo Rivas.
www.philips.com
www.alba.com
www.wikipedia.com
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ANEXOS Tablas de Técnicas
Coincidente en
Tipo/Forma Resultados
CU02 Aleación CU020200 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,005 mm, Temple: Laminado
CU02 Aleación CU020205 Latón (Cu63/Zn37)
Hoja Espesor: 0,008 mm, Anchura del rollo: 200 mm,
Temple: Duro
CU02 Aleación CU020210 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,0125 mm, Anchura del rollo: 150
mm, Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020220 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,025 mm, Anchura del rollo: 150 mm,
Temple: Duro
CU02 Aleación CU020230 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,038 mm, Anchura del rollo: 150 mm,
Temple: Duro
CU02 Aleación CU020240 Latón (Cu63/Zn37)
Hoja Espesor: 0,05 mm, Anchura del rollo: 150 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020250 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,075 mm, Anchura del rollo: 165 mm,
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Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020260 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,1 mm, Anchura del rollo: 150 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020270 Latón (Cu63/Zn37)
Hoja Espesor: 0,125 mm, Anchura del rollo: 150 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020276 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,125 mm, Anchura del rollo: 300 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020280 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,15 mm, Anchura del rollo: 150 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020291 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,15 mm, Anchura del rollo: 300 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020300 Latón (Cu63/Zn37)
Hoja Espesor: 0,25 mm, Anchura del rollo: 150 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020301 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,25 mm, Anchura del rollo: 300 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020375 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 0,38 mm, Anchura del rollo: 165 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020400 Latón (Cu63/Zn37)
Hoja Espesor: 0,5 mm, Anchura del rollo: 300 mm,
Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020450 Latón (Cu63/Zn37) Hoja Espesor: 1,0 mm, Temple: Semi Duro
CU02 Aleación CU020600 Latón (Cu63/Zn37)
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Hoja Espesor: 2,0 mm, Temple: Semi Duro
Formulario C=E+ Bn/100
P=B2 +C´´´
B= C´+ B1 +B2 + B3 + B4 + C´´´
Dimensionamiento de la base matriz
Elemento a calcular Formula empleada
Espesor E de la matriz de corte E= 0.6 3√F≥8
Espesor E1de la placa porta matriz E1= 0.8E+8
Espesor E2 de extractor-guía E2=0.7E+3≥12
(valor mínimo a adoptar 12mm)
Espesor E3 de las guías E3= 2e + 3
Ancho B del fleje B= 25 a 50
Ancho aproximado A2de guías A2= 30±7
Ø nominal de tornillos M8
Largo C1 de guías C1= 3B
Juego h3 de entrada del feje h3= 0.5e
Parte recta del corte de la matriz h1= (2 ÷ 4)e
Altura h del tope h≥1.5e
Dimensionamiento del cabezal punzonador
Elemento a calcular Formula empleada
Longitud L normalizada de los
punzones
60mm
L= 70mm
90mm
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Diámetro mínimo del punzón dmin=(Kc/40)·e
Espesor E4 de la placa porta punzones E4= E+10
Espesor E5 de la brida E5= E/3 +7
Ancho S1 de la pestaña de la brida S1=1÷1.5 ·E5
Espesor E6 de la placa de apoyo E6=2ó 4mm
Toneladas de la prensa 15-20 F=pt e Kc
Diámetro d2 d2= 32f7
Rosca d1 d1= M22X1.5
Vástago
Largo L2 L2= 1.75 (32f7)
70
71
72
73
