Herramientas para un punzonado de calidad

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1 66 HERRAMIENTAS Foto: Herramientas para un punzonado de calidad Jose Luis Ordóñez Jiménez Periodista Reafilados de 0,5 mm cada 250 mil golpes. Debido a que el punzón es el elemento que mayor desgaste sufre en un proceso de corte, existen diferentes materiales y recubrimientos que le permiten a esta herramienta, en condiciones óptimas, realizar millones de golpes durante su vida útil, para ello, es recomendable elegir el útil indicado para cada trabajo, en cuanto a su forma, tamaño, lubricación, desempeño, exposición, recubrimiento y, además, realizar mantenimientos periódicos. Si bien, para desarrollar un trabajo de punzonado de manera óptima, es necesario contar con parámetros de trabajo correctos, maquinaria alineada y sincronizada, materiales en buenas condiciones (garantizando una óptima planitud, limpio libre de polvo, lubricado y calibrado) y un software de programación que permita la flexibilidad de la aplicación de punzones para cada trabajo, este proceso requiere de una atención especial en cuanto a la elección, uso y mantenimiento de los punzones, puesto que dicha herramienta es la que mayor desgaste sufre durante el proceso, debido a su continuo contacto con la placa metálica a cortar. Por ello, conocer los diferentes materiales, tipos de punzones, recubrimientos, formas, nuevos avances y el momento indicado para un

2 HERRAMIENTAS 67 mantenimiento y reafilado oportuno, les permitirá a los operarios lograr un rendimiento óptimo en los procesos de punzonado. Materiales Actualmente, los materiales más utilizados para la fabricación de dicha herramienta son los aceros rápidos (HSS), que tienen dentro de sus componentes vanadio, molibdeno y cromo, y el M2, un acero rápido aleado al tungsteno y molibdeno, que permiten una mayor resistencia al desgaste y una menor pérdida de filo. Otro de los materiales utilizados para el desarrollo de punzones, por parte de algunos fabricantes, es conocido como DuraSteel, un acero templado al aire que contiene 1,10 % de carbono; 7,50 % de cromo; vanadio en 2,40 %; tungsteno en 1,15% y 1.60% de molibdeno. Este acero se diseñó específicamente para que fuera utilizado en sistemas de herramientas de alto rendimiento, para proporcionar gran resistencia al desgaste y a la presión, lo que le permite un mayor intervalo de tiempo entre los reafilados de la herramienta. Micrografía aceros para herramientas con fabricación metalurgia en polvo Metalurgia en polvo Con información de NAGA Tools Además de los anteriores compuestos, los fabricantes de punzones desarrollaron aceros para herramientas con fabricación especial de metalurgia en polvo y un triple proceso de templado térmico, que permiten obtener un acero más compacto (véase imagen Micrografía), que soporta, de mejor manera, los tonelajes de las máquina durante el proceso de trabajo. El uso de este material permite que los punzones tengan una duración de hasta un 40 % o 50 % más, que otros tipos de herramienta de su clase. Recubrimientos Además de su estructura de acero de alta calidad, los punzones pueden contar con recubrimientos que alcanzan las 0,3 micras de espesor, con el propósito que las herramientas tengan una mayor duración en el proceso de trabajo. Acero de herramientas Convencionales La micrografía muestra que el proceso metalúrgico de partícula del acero, produce un acero más homogéneo y de alta calidad con alta resistencia al desgaste, dureza y estabilidad dimensional. Las herramientas hechas de acero rápido, sin recubrimiento, pueden ser utilizadas en todos los aceros al carbono y galvanizados; y aquellas con algún tipo de recubrimiento son utilizadas con mayor frecuencia para el trabajo con inoxidables. Los recubrimientos para punzones que se pueden encontrar actualmente son: Carbonitruros de titanio: Este tipo de recubrimiento se aplica mediante un proceso de deposición química de vapor o (CVD, por sus siglas en inglés), que brinda una mejor lubricación de la herramienta, lo que a su vez le permite un menor desgaste. Nitrurado: Es un recubrimiento de nitruro de titanio que brinda un incremento en cuanto a la dureza superficial de la herramienta y una mayor resistencia a la corrosión y la fatiga. Desgaste de punzón Foto: us.trumpf.com La fuerza de la máquina y el grosor de la chapa determina el tipo de punzón a utilizar, debido a que existen diferentes clases de punzones. Punzón sin recubrimiento después de golpes sobre acero inoxidable. Punzón con recubrimiento después de golpes sobre acero inoxidable.

3 68 HERRAMIENTAS Foto: retecon.co.za Una correcta alineación del punzón y la matriz permitirán un menor desgaste de la herramienta. Los diferentes tipos de recubrimiento le dan un 40% más de vida útil a la herramienta, y el tiempo de afilado se puede realiza alrededor de los golpes. Para el ingeniero Ernesto Caraballo, asesor comercial de Makser, cuando se trabaja con herramientas de más de 3 mm de diámetro se recomienda que tengan recubrimientos para un mejor desempeño. Para las herramientas por debajo de los 3 mm de diámetro, no se recomienda hacer recubrimiento, puesto que el ataque químico al que se somete el punzón, puede romperlo. Al alcanzar los golpes es conveniente realizar uno de los cuatro afilados recomendados para este tipo de herramientas, por ello se estima que algunos tipos de punzones pueden trabajar más de de golpes, con afilados de 0,5 micras en promedio cada uno; otros punzones pueden tener longitudes de vida útil desde 3 mm hasta 12 mm de longitud, reafilable, lo que depende directamente de la calidad del acero con que fue hecha la herramienta y la empresa que los fabrique. Flat, Whisper y Roof. La elección de cada una de las formas está dirigida hacia un mejor desempeño de la herramienta y una mejor calidad en el acabado de la pieza. Las herramientas tipo Flat son utilizadas en punzones con medidas inferiores a 12 mm de diámetro, en trabajos que requieran de poca fuerza de tonelaje por parte de las máquinas. Mientras que los punzones con afilado Whisper se utilizan en diámetros mayores a 10 mm ofreciendo un corte tipo tijera, (ya que cuentan con una inclinación de hasta 5 o 10 grados en la cara de contacto con el material) para reducir el impacto, el ruido y maximizar la vida de la herramienta. Por su parte, en el proceso de punzonado, las herramientas tipo Roof al hacer contacto con la lámina, generan un punto de flexión y un posterior desgarre de la misma, lo que neutraliza la fuerza transversal que se genera en el proceso de punzonado, y favorece el trabajo con punzones de diámetros mayores a los 15 mm. De igual manera, los diferentes tipos de afilado ayudan en la disminución de ruido en el proceso de maquinado, puesto que la forma en que cada uno de ellos hace contacto con la superficie de la lámina es diferente, en este sentido, con los punzones planos se genera un mayor ruido, Espesor de la lámina y la fuerza de perforación Tipos de punzones Crédito: Cortesía Makser Formas de los punzones Además de los diferentes materiales y recubrimientos, los punzones se dividen en tres formas básicas, Plana o Crédito: Cortesía Makser

4 HERRAMIENTAS 69 mientras que con las Whisper y Roof el nivel se reduce debido a que el contacto se hace progresivamente. Geometría de punzones En cuanto a la geometría de las herramientas, existen formas básicas para el desarrollo del punzonado como son redondas, cuadradas, rectangulares y oblongas; sin embargo la posibilidad de fabricar formas especiales está siempre vigente mientras los parámetros de resistencia y tamaño se ajusten a los diversos modelos de porta herramientas presentes en cada máquina. Es importante resaltar que las formas especiales requieren de un buen asesoramiento por parte del proveedor ya que permiten minimizar tiempos de fabricación en planta, lo que reduce el número de golpes por operación y el consumo de estaciones de trabajo, para un proceso más limpio, menos rugoso, y más económico. Todo ello depende del nivel de producción para cada aplicación en particular. Las geometrías que se pueden crear en los punzones son infinitas, y dependerán directamente del trabajo que el usuario requiera.

5 70 HERRAMIENTAS Factores que influyen en su desgaste Durante el trabajo la herramienta está sujeta a una serie de acciones mecánicas, térmicas y químicas, que ejercen un efecto de desgaste, tanto en los punzones, como en la matriz en tres zonas en partículas, caras, laterales y bordes del punzón y de la matriz, lo que produce un crecimiento de las presiones que provocan la aparición de partículas abrasivas, por lo tanto, es necesario conocer los factores que la afectan. El desgaste de los punzones se genera de forma natural por el proceso de mecanizado, pero debe prestarse especial atención cuando el desgaste se muestra de forma prematura, ya sea por no establecer una correcta holgura para el proceso de punzonado, por una mala alineación de la matriz y el punzón, o falta de lubricación en el proceso. Una holgura correcta El agujero hecho en una chapa por medio del punzonado, debe tener el mismo diámetro de punzón utilizado, pero la matriz deberá tener un diámetro mayor; dicha diferencia de medida entre el punzón y la matriz es conocida como holgura. Crotesía: Gemini Colombia Ltda. Punto de inicio Contacto de la guia con el material Tipo de material Aluminio Acero Acero inoxidable Espesor del material (mm) Si esta diferencia no es la correcta, es posible que se presente un desgaste indeseado en la herramienta, adicionalmente, si dicha relación de porcentaje es mayor, no se presentará un trabajo perfecto sino que aparecerán rebabas en la lámina y esta, al momento que la herramienta suba, se adherirá al punzón lo que generará un consecuente desgaste de la herramienta. Punzonado Existen en el mercado herramientas con lubricación activa que permiten al punzón y a la matriz, tener conductos de entrada y salida tanto de aire como de aceite para lubricación precisa en el punto de contacto Tolerancias recomendadas Piercing (relevancia en el agujero) Factor Blanking (relevancia en el retal) Factor Menor de 2,49 15 % 15 % Entre 2,49 y 5 20 % 15 % Mayor a 5 25 % 20 % Menor de 3 20 % 15 % Entre 3 y 6 25 % 20 % Mayor 6 30 % 20 % Menor de 1,50 20 % 15 % Entre 1,5 y 2,77 25 % 20 % Ente 2,79 y 4,01 30 % 20 % Mayor a 4,01 35 % 25 % Regreso punto de inicio Por otra parte, si el porcentaje de la holguraes menor, la descender el punzón este presentará un mayor roce con el material, y en el peor de los casos, hará contacto con la matriz lo que generará un desgaste o rompimiento de la herramienta. Para determinar una correcta holgura y evitar desgastes prematuros, se debe tener en cuenta el material y el espesor de la lámina a trabajar, para multiplicarlo por el factor correspondiente a cada lámina (véase cuadro Tolerancias recomendadas), y así obtener la holgura recomendada para un correcto punzonado. El factor que se debe tener en cuenta para determinar la holgura necesaria, dependerá del tipo de trabajo que se realizará. Si la finalidad del trabajo es realizar punzonados que generen agujeros con bordes finos, se debe tener en cuenta el factor Piercing; mientras que si el trabajo no requiere de bordes finos en el agujero, pero si retales de calidad, como en el caso de una moneda, se deberá hacer énfasis en el factor Blanking. Además, como regla general, los expertos en el tema recomiendan que el diámetro del agujero a realizar no puede ser menor al espesor de la lámina, si esto ocurre, la

6 HERRAMIENTAS 71 herramienta presentaría mayores desgastes, hasta un posible rompimiento de la misma, y un posterior deterioro de la matriz. Fuerza de punzonado Otro de los factores esenciales para evitar un desgaste prematuro de la herramienta, es determinar correctamente la fuerza requerida en el proceso de punzonado, para ello, se deben tener en cuenta factores como las toneladas métricas que maneja la máquina a utilizar, el perímetro del agujero a realizar, el espesor de la lámina y el factor de corte del material. Al tener claros dichos datos, se podrá determinar la fuerza de tonelaje requerida (véase gráfica cálculo de fuerza de punzonado); por ejemplo, para conocer el tonelaje necesario para realizar un agujero cuadrado de 35mm en una chapa de acero de 4mm, la fórmula nos daría el siguiente resultado: Perímetro = 4 x 35 = 140 mm Espesor = 4 mm Factor de corte = 45 Kg/mm2 Tonaleje necesario 140 x 4 x 45 = 25,2 Tons F = P x e x G F= Fuerza (Ton. métricas) P= Perímetro del agujero (mm) e= Espesor (mm) G= Factor de corte (Kg/mm2) Cálculo de fuerza de punzonado Tipo de material Aluminio Acero Inoxidable Factor de corte Kg/mm Kg/mm Kg/mm2 De igual manera, se debe verificar el tonelaje requerido para el proceso, puesto que si se sobrepasar el tonelaje máximo que permite la punzonadora, se podrían ocasionar daños tanto a la herramienta como a la máquina. Alineación y lubricación Un problema de alineación entre punzón y matriz, en donde los centros no coincidan, es otro de los factores que acortan la vida útil de la herramienta. Este desajuste se puede presentar por un mal montaje por parte del operario; un mal funcionamiento de la casetera o portapunzones encargadas de fijar los punzones común en las maquinas con estructura en C, o por desalineación en la torreta para las máquinas de estructura cerrada. En cualquiera de los casos, se debe hacer un mantenimiento preventivo del equipo para mantener una alineación óptima entre punzón y matriz. Algunos sistemas permiten doblar piezas pequeñas, varias veces, dentro de un mismo proceso de punzonado Crotesía: Gemini Colombia Ltda.

7 72 HERRAMIENTAS Herramientas Especiales Rollerball Sheetmarker SnapLock HexLock Uso: Para marcas o grabados en la Uso: Para unir materiales y eliminar superficie de la lámina metálica, la herramienta así las operaciones secundarias como usa un inserto de punta de soldadura por puntos, remachado o su- diamante en un soporte con resorte para jeción con tornillería roscada. producir la marca. Uso: Herramienta diseñada para aprovechar las capacidades de programación ampliadas de las punzonadoras hidráulicas y de otro tipo capaces de operar en el eje X y Y con el cabezal abajo, con el beneficios de hacer formas que no son posibles con herramientas de deformación de un solo golpe. Aplicación típica: El espesor de material máximo que se puede trabajar es 2.70 mm en acero al carbono. Comentarios: La punzonadora debe ser capaz de sostener el cabezal abajo mientras la lámina se mueve en el eje X y/o Y. Aplicación típica: La herramienta se puede usar en todos los tipos y espesores de material. Comentarios: Se puede producir una amplia gama de resultados, que van de un grabado muy ligero hasta surcos bastante profundos en la lámina. La punzonadora debe ser capaz de sostener el cabezal abajo mientras la lámina se mueve en el eje X y/o Y. Con información de NAGA Tools. Sistemas de herramientas de alto rendimiento Aplicación típica: Espesor de material de 0.50 mm a 3.00 mm. Una limitaciónesel tipo de material, tamaño de la estación y capacidad de tonelaje de la punzonadora. Comentarios: Adecuado para unir materiales de tipo o espesor diferentes. Función de fijación y ubicación seguras para ofrecer un ensamble rápido y preciso. Uso: Brinda un método fiable y seguro de retener sujetadores roscados de uso común en lámina metálica. Aplicación típica: Espesor de material de 0.50 mm a 3.00 mm. Su limitaciónes el tipo de material, tamaño de la estación y capacidad de tonelaje de la punzonadora. Comentarios: Adecuado para tuercas hexagonales y pernos de cabeza hexagonal que se apeguen a las normas DIN933 o DIN934. Foto: wrenthamtool.com La lubricación de los punzones puede realizarse de manera manual cada golpes, si no se cuenta con una máquina que realice dicho procedimiento de manera automática. Finalmente, el prolongar la vida útil de un punzón depende de la lubricación que se realice en el proceso. Por lo que es recomendable hacerlo cada o golpes,lo que dependerá directamente del trabajo que se esté realizando. Es de resaltar, que existen en el mercado herramientas con lubricación activa, es decir, permiten que tanto como el punzón como la matriz, tengan conductos de entrada y salida de aire y de aceite para lubricación precisa en el punto de contacto. De igual forma, el mercado nacional cuenta con máquinas que hacen dicho procedimiento de lubricado automáticamente, y la operación puede ser graduada para que se realice con la frecuencia que el operador lo estime.

8 Desarrollo de los punzones En cuanto al avance para el materiales de punzones, Carolina Navas ingeniera de Naga Tools representante de Mate en Colombia, resalta que, el desarrollo de herramientas especiales para punzonado, permite que actualmente en el mercado nacional, se puedan encontrar punzones en aplicaciones especiales de acuerdo a las necesidades del cliente, como la herramienta Hexlock, con la cual se puede hacer dobleces que permiten la fijación de tuerca, en cualquier tipo de espesor o diámetros de lámina que requiera el cliente. De igual manera, se encuentran herramientas compuestas por esferas que generan un embutido en diferentes formas, de manera más rápida y detallada. (Véase cuadro Herramientas Especiales). Además, la evolución en este tipo de herramientas a permitido desarrollar punzones especiales como el Easysnap que permite minimizar los desperdicios de material, puesto que en el proceso de punzonado el punzón genera micro uniones en Los nuevos sistemas de afilado de punzones garantizan la calidad de los bordes para mejores resultados en la perforación. Foto: Cortesía Makser Contouring La herramienta Contorno está especialmente diseñada para el proceso de nibling, para mordisquear paredes de menores espesores, lo que genera un fino contorno, que no es posible con una herramienta normal, además, ayuda a la eliminación de operaciones secundarias. Con información de Gemini Colombia Ltda. la lámina, para que el operario sea quien pueda retirar manualmente los sobrantes de la pieza, de ser requerido, resalta Navas. Lo que no se debe olvidar Dentro de las recomendaciones que los expertos hacen para un correcto punzonado y de igual manera, prolongar la vida útil de los punzones, se encuentran: Mantener tanto punzones y matrices en buen estado para lograr un proceso eficiente y preciso. En el momento de almacenar los punzones, estos se deben colocar en espacios individuales para evitar que se golpeen y pierdan su filo. Cuando en los agujeros de la pieza empieza a aparecer la rebaba, se debe revisar el borde de corte del punzón y la matriz, para detectar si necesitan ser afilados. Verificar que se tenga una constante capa de aceite en el punzón. Antes de cada proceso se debe comprobar la correcta alineación de los punzones y matrices. Para una operación sin contratiempos, es recomendable mantener las APLICACIONES ESPECIALES Slotting Esta herramienta permite un corte continuo del material sin dejar la común marca en el borde del material. Igualmente permite la eliminación de procesos secundarios herramientas limpias además de hacer constantes chequeos y limpiezas antes y después del mecanizado. Para ello, en trabajos de ocho horas, es recomendable realizar una hora de mantenimiento a la herramienta y otro a la máquina, y verificar una correcta lubricación tanto de la matriz como del punzón. Cabe resaltar, que actualmente se encuentran en el mercado máquinas de afilado automático que garantizan las micras que requieren la mayoría de herramientas, por lo que con estas se garantiza una vida útil de la herramienta y procesos de punzonado con mejores acabados. Fuentes Ernesto José Caraballo. Asesor Comercial Herramientas Makser. herramientas@makserweb.com Carolina Navas. Industrial ThecnicalAdvisor NAGA Tools. carolinanavas@nagatools.com Stiven Aguilar Núñez. Gerente Future Tools Ltda. Herramientasfuturetools@hotmail.com Eng. Gabriel A. Garavito. General Manager. GEMINI COLOMBIA S.A.S. g.garavito@gemini.com.co mexico.pma.org www. wisegeek.com