Mecánica y Optimización del Punzonado Industrial: Fuerzas, Desgaste y Precisión en el Corte de Chapa

Mecánica del Corte por Punzonado

El proceso de corte por punzonado se desarrolla en tres etapas:

1. Deformación

   Se produce por los esfuerzos del punzón sobre la chapa. La deformación puede ser elástica o plástica.

2. Penetración

   El filo del punzón penetra en la chapa, lo que provoca la aparición de grietas en el material debido a las tensiones localizadas.

3. Fractura

   Las grietas se unen y originan la fractura total. El punzón continúa su descenso por la expulsión del material cortado.

Características de la Superficie de Corte

El corte por punzonado produce una serie de características distintivas en la superficie de la pieza:

1. Deformación plástica, indicada por un radio.
2. Zona bruñida (brillante) de ancho d.
3. Zona de fractura (P) con penetración.
4. Rebaba, caracterizada por una altura (h).

Todas estas características dependen de múltiples factores:

• El material de la chapa.
• La fuerza aplicada.
• El espesor del material.
• El juego entre el punzón y la matriz.
• Las filas de corte.
• La sujeción del material.
• El tamaño del punzón.

Fuerzas en el Punzonado

Las fuerzas requeridas para el corte por punzonado varían en función del juego (clearance) entre el punzón y la matriz.

Si las grietas internas no se encuentran alineadas, las curvas de fuerza-penetración aparecen con menor pendiente y tienden a suavizarse, llegando en algunos casos a ser horizontales. Las fuerzas aplicadas en el punzón descienden menos en la pendiente cuanto más alineadas estén las grietas iniciales de rotura.

Desgaste y Vida Útil de la Herramienta

La herramienta de punzonado está sometida a intensas acciones mecánicas (tracción y compresión).

Factores que Intervienen en el Desgaste

• Material de trabajo (chapa).
• Material de la herramienta.
• Número de punzonados.
• Diámetro del punzón.
• Juego de corte.
• Lubricación.

Todo ello produce efectos de desgaste tanto en el punzón como en la matriz.

Zonas de Desgaste

El desgaste se produce principalmente en tres zonas:

1. Caras.
2. Flancos.
3. Bordes del punzón y la matriz.

La chapa que va a ser punzonada es sometida a deformación plástica, lo que provoca un endurecimiento por las presiones localizadas en la zona de corte, causando la aparición de partículas abrasivas. En la superficie lateral del punzón y de la matriz, el desgaste se produce principalmente por adhesión.

Criterios de Inutilidad de la Herramienta

Los criterios utilizados para determinar la inutilidad o el fin de la vida útil de la herramienta son:

• Consumo energético y fuerza máxima.
• Altura máxima tolerable de la rebaba.
• Medición del desgaste.
• Medida del aumento de juego.

Vida de la Herramienta

Respecto a la vida útil de la herramienta, se observa que:

1. Existen ecuaciones que modelan la vida de la herramienta, proporcionando una idea del número de punzonadas posibles.
2. Se podrá predecir la duración de la herramienta.
3. Los estudios son escasos debido a la complejidad del mecanismo.
4. La complejidad se debe a que el desgaste está ligado a la vida de la herramienta, pero intervienen varias causas:

Factores que Influyen en la Duración

• El espesor de la chapa.
• Las tolerancias de juego.
• El giro de los utillajes.
• Lubricar los punzones, las guías y la chapa.
• Mecanizar radios.
• Tratamientos superficiales y mantenerlos en buenas condiciones.

Precisión de las Piezas Punzonadas

En los procesos de fabricación es fundamental establecer especificaciones de precisión. Resulta útil realizar un estudio detallado de la previsión de defectos.

Tipos de Defectos de Precisión

Los defectos de precisión se clasifican en tres tipos:

1. Defectos por Posición

   Incluyen defectos en los bordes del punzonado, irregularidades en el contorno o inexactitud en el corte de la pieza.

2. Defectos por Dimensión

   Se producen cuando no coinciden el recorte y el agujero. Estos defectos pueden ser causados por tensiones y deformaciones.

3. Defectos por Forma

   Están influenciados por factores de la herramienta, como el juego de corte, la forma del punzón y el desgaste del punzón.

Factores Principales que Afectan la Precisión

• El material de la chapa.
• La herramienta utilizada.
• Las variaciones de la máquina.

1 Posición Relativa de las Grietas Según el Juego

El juego (clearance) entre el punzón y la matriz es crítico para la calidad del corte y la vida útil de la herramienta:

• Juego Insuficiente

  Consecuencias: Aparecen cortes secundarios, mejora la precisión de corte, pero aumenta significativamente el desgaste de la herramienta.

• Juego Excesivo

  Consecuencias: La zona brillante es menor, aumenta la deformación, la altura de la rebaba es mayor, aumenta la vida útil de la herramienta, pero disminuye la precisión.

• Juego Normal (Óptimo)

  Consecuencias: No hay cortes secundarios, el corte se produce con pequeña deformación y las grietas se encuentran alineadas, optimizando el proceso.