Elementos esenciales del troquel de estampación: embutición profunda

Nota del editor: Este es el quinto de una serie de artículos que presentan los fundamentos del diseño y la construcción de troqueles de estampado.

El estirado es un proceso de formación de metal en el que se controla el flujo de material sobre un punzón o hacia una cavidad. En embutición profunda, la profundidad del producto es dos o más veces mayor que su ancho o diámetro.

La embutición profunda se utiliza para geometrías de piezas terminadas que requieren una gran cantidad de formas, como filtros de aceite, ollas y sartenes, tazas y tazones. El proceso generalmente requiere una pieza en bruto semidesarrollada, pero ciertas formas de piezas se pueden fabricar utilizando una pieza en bruto sin desarrollar.

Durante el proceso de estirado, se produce cierto estiramiento del metal a medida que el metal se introduce en la cavidad mediante tensión. Esto puede hacer que el metal se estire y se adelgace, pero también puede hacer que se espese, ya que ciertas geometrías de las piezas, como las copas, obligan a la pieza en bruto a apretarse mientras fluye hacia el troquel.

El flujo de metal hacia la cavidad y sobre el punzón se controla mediante una almohadilla de tracción o un aglutinante. Puede restringir el movimiento del metal para evitar que se arrugue a medida que el material fluye hacia el área del troquel (vea la Figura 1).

Muchas aplicaciones de embutición profunda utilizan un concepto de ingeniería llamado teoría de la relación de estirado. La relación de estirado es la relación directa entre el diámetro del punzón de estirado y el tamaño de la pieza en bruto. Si la pieza en bruto es demasiado grande con respecto al punzón, quedará atrapado demasiado material entre la cara del troquel y el aglutinante. El exceso de material entre estas dos superficies puede causar una resistencia al flujo de metal, lo que resulta en un estiramiento excesivo, adelgazamiento o posible división del metal.

Para ilustrar, imagine que le pido que sostenga el borde de una hoja de papel y luego trato de quitársela. Lo más probable es que pueda sacarlo de tus dedos. Sin embargo, si le pidiera que sujetara ese mismo trozo de papel entre sus palmas, el papel probablemente se rasgaría cuando tratara de pasarlo entre sus manos. Esto se debe a que está agarrando un área de superficie mucho más grande cuando usa las palmas que cuando agarra el borde con los dedos.

Para comprender la teoría de la relación de estiramiento, debe comprender los conceptos básicos del flujo de metal. Un concepto básico es que cuando una pieza en bruto de gran diámetro se ve forzada a fluir hacia una pieza de menor diámetro, el metal debe comprimirse. La acción de apretar se llama típicamente compresión. Si la compresión es alrededor de un vaso, como una copa, se llama compresión circunferencial. La compresión creada por el radio de un perfil de esquina se denomina compresión radial. El punto clave a recordar es que el metal comprimido tiene una gran resistencia al flujo (ver Figura 2).

Debido a esta resistencia, el punzón de tracción debe estar lo suficientemente cerca del borde en bruto para minimizar el área superficial del metal en compresión. En términos simples, el punzón de extracción debe tener un diámetro aceptable con respecto al diámetro de la pieza en bruto. Esta relación se puede definir simplemente como la relación de dibujo límite.

Si el punzón de tracción está demasiado lejos del borde en blanco, el metal comprimido no fluirá y puede resultar en estiramiento y posible división. Si el blanco está lo suficientemente cerca del punzón, el metal se comprimirá y fluirá hacia adentro, lo que resultará en un estiramiento y adelgazamiento limitados (vea la Figura 3).

Es posible que se requieran múltiples operaciones de dibujo para lograr una geometría de pieza muy alta. Este proceso se conoce como reducción de tiro. Un proceso de reducción de estirado exitoso requiere prestar mucha atención no solo a la relación entre el blanco inicial y el punzón de estirado, sino también a las relaciones entre cada operación de estirado.