¿Cómo elegir las herramientas para una prensa plegadora? – Guía definitiva

Herramientas para prensas plegadoras A menudo se considera erróneamente un accesorio menor en el conformado de metales, pero la realidad es todo lo contrario. A pesar del avance de Prensas plegadoras En máquinas sofisticadas, multieje y autoestabilizadoras, es crucial reconocer que las herramientas son el único elemento que interactúa directamente con la pieza durante el proceso de doblado.

La distinción entre las herramientas RFA, New Standard, europeas y americanas se ha vuelto menos clara. Muchas características esenciales para lograr un doblado de alto rendimiento se han incorporado a diversos tipos de herramientas. Independientemente de la herramienta y el estilo de sujeción elegidos, es fundamental garantizar que cumplan al menos algunos requisitos fundamentales.

Elementos básicos de las herramientas de prensa plegadora

Alta precisión

Las herramientas deben fabricarse con tolerancias de 0,0004 pulgadas. Esto es fundamental para lograr la precisión de la pieza sin necesidad de calzar ni realizar ajustes durante la configuración.

Secciones segmentadas

Permiten construir piezas de diferentes longitudes a partir de varias piezas precortadas. Las piezas pequeñas también son más seguras y fáciles de manipular.

Instalación auto-retenida. 

Debe poder cargar las herramientas con el ariete levantado. El sistema de sujeción debe sujetar varias piezas hasta que se aplique la presión de sujeción.

Asientos autónomos

Al aplicar presión de sujeción, los punzones se elevan mecánicamente hasta su posición. Esto elimina la necesidad de presionar el punzón contra la matriz durante el montaje.

Carga frontal 

Debería poder instalar las herramientas desde la parte frontal de la máquina. Esto reduce el tiempo de preparación, ya que ya no necesita perder tiempo deslizando las herramientas desde el extremo de la prensa plegadora. En la mayoría de los casos, la carga frontal también elimina la necesidad de carretillas elevadoras y grúas puente.

Tamaños estándar

Las herramientas de altura común reducen la necesidad de ajustes en la máquina al cambiar de trabajo. Los brazos de soporte delanteros, la altura del tope trasero y los dispositivos de seguridad se mantienen en la misma posición. Y como las herramientas se fabrican a la misma altura, puede agregar piezas estándar y asegurarse de que coincidan con sus herramientas actuales.

Muchas herramientas de prensa plegadora de alta calidad se fabrican según el sistema métrico. Por lo tanto, una abertura en V de tamaño nominal de 0,250 pulgadas es en realidad de 6 mm (0,236 pulgadas). Además, los radios de las esquinas de las curvas en chapa metálica son ligeramente elípticos, por lo que basta con acercarse para obtener el valor correcto. Para simplificar, en este artículo, las dimensiones en sistema imperial se han redondeado.

Tenga en cuenta que la siguiente discusión se centra en el doblado por aire, y con razón. La tendencia es abandonar el doblado por el fondo o el acuñado y adoptar el doblado por aire siempre que sea posible. Sin embargo, tenga en cuenta que no todas las piezas pueden producirse con las técnicas clásicas de doblado por aire.

Los operadores de toda la industria utilizan herramientas muy diferentes para fabricar piezas de calidad similar o idéntica. Muchos fabrican piezas aceptables con herramientas incorrectas porque no tienen acceso a las herramientas adecuadas. Logran que funcione; pero "hacer que funcione" no es eficiente ni repetible, y puede dificultar seriamente el flujo de trabajo. Las mejores prácticas en la selección de herramientas deberían tener un objetivo simple y elegante: lograr piezas de la mejor calidad en el menor tiempo posible.

¿Qué herramientas necesitas y por qué?

Un taller de mantenimiento necesitará y utilizará herramientas de prensa plegadora diferentes a las de un fabricante a medida. Por lo tanto, antes de entrar en detalles, identifique sus necesidades y limitaciones presupuestarias.

Por ejemplo, podría necesitar herramientas adicionales para acortar los tiempos de configuración. Podría seguir los principios de la fabricación eficiente y reconocer las ventajas de tener una biblioteca de herramientas independiente para cada prensa plegadora, y por lo tanto, estar dispuesto a invertir en conjuntos de herramientas duplicados almacenados en las máquinas. Así, no perderá un valioso tiempo de configuración yendo y viniendo del almacén de herramientas y buscando las herramientas correctas en otros lugares. Una ventaja adicional es que ya no es necesaria la compatibilidad de estilos de herramientas entre máquinas, ya que las herramientas tienden a permanecer en la máquina de destino (véase Figura 3).

Si necesita comprar herramientas adicionales duplicadas para ampliar el almacén de herramientas de cada plegadora, elegirlas es relativamente sencillo. A menudo encontrará estas herramientas ubicadas en lugares convenientes, si no están ya en las prensas plegadoras. Busque las herramientas con mayor desgaste: aquellas con superficies de trabajo brillantes y relucientes. El cuerpo de las herramientas probablemente también estará limpio y reluciente. Las herramientas oxidadas y sucias en la parte inferior del estante no son buenas candidatas.

Selección de matrices

Para obtener el máximo rendimiento de su inversión, elija un número mínimo de matrices inferiores que cubran toda la gama de espesores de metal que fabrica su taller. Los talleres con poco conocimiento del sector, aplicaciones imprevistas y presupuestos limitados deberían intentar seleccionar matrices inferiores utilizando... Regla de 8×2.

Primero, determine el rango de espesores de metal que desea doblar. Por ejemplo, podría necesitar doblar material con un espesor de entre 0,030 y 0,250 pulgadas.

En segundo lugar, evalúe la matriz en V más pequeña necesaria multiplicando el metal más delgado por 8. En este caso, el material de 0,030 pulgadas necesitaría la matriz más pequeña, por lo tanto: 0,030 × 8 = 0,24, que redondearemos a 0,25.

En tercer lugar, evalúe la matriz en V más grande necesaria multiplicando el metal más grueso por 8. En este caso, el material más grueso de 0,250 pulgadas necesitaría la matriz más grande: 0,250 × 8 = 2.

Ya has determinado el troquel más pequeño y el más grande que necesitas: 0,25 y 2 pulgadas. Para completar lo que necesitas entre ambos, empieza con el troquel en V más pequeño y duplica su tamaño. En este caso, obtienes un troquel de 0,5 pulgadas (0,25 × 2 = 0,5). A continuación, duplica el troquel de 0,5 pulgadas para obtener 1,0 pulgadas y, a continuación, duplica ese tamaño para obtener 2,0 pulgadas. Esto te da un mínimo de cuatro aberturas diferentes para el troquel en V para doblar material de 0,030 a 0,250 pulgadas: 0,25, 0,5, 1,0 y 2,0 pulgadas.

Selección de punzones

También se utiliza el espesor del material para determinar el número mínimo de punzones superiores. Para materiales de 4,7 mm (0,187 pulg.) o menos de espesor, se puede utilizar un punzón de cuchilla descentrado agudo con un radio de 1,0 mm (0,04 pulg.). El ángulo agudo permite doblar más de 90 grados, y el descentrado permite formar formas en J. Para soportar fuerzas mayores al conformar materiales de entre 4,7 mm (0,187 pulg.) y 1,27 mm (0,5 pulg.) de espesor, se recomienda un punzón recto con un radio de aproximadamente 3,1 mm (0,120 pulg.).

Tenga en cuenta que, en algunas aplicaciones, incluidas aquellas que utilizan materiales más gruesos y de alta resistencia, la pieza tiende a arrugarse, agrietarse o incluso partirse en dos al utilizar los estándares de doblado habituales en la industria. Es una cuestión de física. Una punta de punzón estrecha ejerce más fuerza en la línea de doblado; si a esto le sumamos una abertura estrecha en la matriz en V, las fuerzas aumentan aún más. Para aplicaciones exigentes, y especialmente cuando el espesor del material supera las 0,5 pulgadas, es recomendable consultar con su proveedor de materiales sobre el radio de punta de punzón recomendado.

La regla del 8

En un mundo ideal, debería poder seleccionar la abertura de la matriz en V utilizando la regla del 8; es decir, la abertura de la matriz en V debe ser 8 veces el espesor del material. Para determinar esto, multiplique el espesor del material por 8 y elija la matriz más cercana disponible. Por lo tanto, si tiene un material de 0,060 pulgadas de espesor, necesita una matriz de 0,5 pulgadas (0,060 × 8 = 0,48; 0,50 pulgadas es el ancho de matriz más cercano); para un material de 0,125 pulgadas, necesita una matriz de 1 pulgada (0,125 × 8 = 1). Esta relación proporciona el mejor rendimiento angular, por lo que muchos la llaman el "punto óptimo" para la selección de matrices en V. La mayoría de las tablas de plegado publicadas se basan en esta fórmula.

¿Bastante simple? Bueno, lo sería en ese mundo perfecto, y podríamos vivir en ese mundo perfecto si los diseñadores de chapa metálica siempre siguieran la regla del 8. Pero, por desgracia, en el mundo real, abundan las excepciones.

La apertura de la matriz en V determina el radio

Al doblar acero dulce con aire, el radio de curvatura interior se forma aproximadamente en el 16 % de la abertura de la matriz en V. Por lo tanto, si dobla material con aire sobre una matriz en V de 1 pulgada, el radio de curvatura interior será de aproximadamente 0,16 pulgadas.

Supongamos que una impresión especifica un material de 3,27 mm (0,125 pulg.). Idealmente, multiplicaría ese grosor por 8 y usaría una matriz en V de 2,54 mm (1 pulg.). Es bastante sencillo. Pero muchos diseñadores de chapa metálica prefieren especificar un radio de curvatura igual al grosor del metal. ¿Qué sucede si la impresión especifica un radio interior de 3,27 mm (0,125 pulg.)?

Nuevamente, el material se dobla con aire con un radio interior de aproximadamente el 16 % de la abertura de la matriz. Esto significa que su matriz de 1 pulgada puede producir un radio de 0,160 pulgadas. ¿Y ahora qué? Simplemente use una matriz en V más estrecha. Una matriz de 0,75 pulgadas le dará un radio interior cercano a 0,125 pulgadas (0,75 × 0,16 = 0,12).

Un razonamiento similar se aplica a las impresiones que especifican radios de curvatura mayores. Supongamos que necesita moldear acero dulce de 3,2 mm de espesor con un radio de curvatura interior de 8,1 mm (0,320 pulgadas), más del doble del espesor del material. En este caso, elegiría una matriz de 5 cm (2 pulgadas), que produciría un radio de curvatura interior de aproximadamente 8,1 mm (2 × 0,16 pulgadas).

Esto tiene sus límites. Por ejemplo, si para lograr el radio de curvatura interior especificado se necesita una abertura de matriz en V inferior a cinco veces el espesor del metal, se comprometerá la precisión angular, posiblemente se dañará la máquina y sus herramientas, y se pondrá en una situación muy insegura.

Longitud mínima de brida

Tenga en cuenta la longitud de las bridas al elegir sus matrices en V. La brida mínima que puede formar una matriz en V es de aproximadamente el 77 % de su apertura. Por lo tanto, una pieza que se forme sobre una matriz en V de 2,54 cm (1 pulgada) necesitará una brida de al menos 1,94 cm (0,77 pulgadas).

A muchos diseñadores de chapa metálica les gusta ahorrar metal y especificar una brida demasiado corta, como una brida de 0,5 pulgadas en un espesor de material de 0,125 pulgadas (consulte Figura 4Según la regla del 8, un material de 0,125 pulgadas de grosor requiere una matriz en V de 1 pulgada, pero esa matriz en V de 1 pulgada requiere que la pieza de trabajo tenga una pestaña de al menos 0,77 pulgadas. ¿Y ahora qué? De nuevo, se puede usar una matriz en V más estrecha. Por ejemplo, una matriz de 0,625 pulgadas puede formar piezas con pestañas de hasta 0,5 pulgadas (0,625 × 0,77 = 0,48, redondeando a 0,5).

Esto también tiene límites. Al igual que con los radios de curvatura interiores estrechos, si una brida requiere un ancho de matriz inferior a cinco veces el espesor del material, experimentará problemas de precisión angular, posibles daños a la máquina y sus herramientas, y se pondrá en peligro.

Reglas de selección de punzones

Para las formas en L, las reglas son… no hay reglas. Casi cualquier forma de punzón funcionará. Por lo tanto, al seleccionar punzones para un grupo de piezas, siempre debe considerar estas piezas en L al final, ya que prácticamente cualquier forma de punzón puede manejarlas.

Al conformar estas formas en L, utilice un punzón que también pueda conformar otras piezas, en lugar de añadir herramientas innecesarias a la biblioteca. Recuerde que, al especificar las herramientas, siempre es mejor usar menos, no solo para minimizar el coste de las herramientas, sino también para reducir el tiempo de configuración al reducir el número de formas de herramientas necesarias en el taller (véase Figura 5).

Otras formas requieren reglas específicas para la selección del punzón. Por ejemplo, al formar formas en J, las reglas son (ver Figura 6):

• Cuando la pierna pequeña que está arriba es más larga que la pierna inferior, necesitas un golpe de cuello de cisne.
• Cuando la pierna superior pequeña es más corta que la inferior, cualquier forma de golpe funcionará.
• Cuando la pierna pequeña que sube es igual a la pierna que baja, necesitas un golpe agudo compensado.

Como puede ver, las reglas de selección de punzones se centran principalmente en la interferencia de la pieza, y aquí es donde el software de simulación de plegado puede desempeñar un papel importante. Si no tiene acceso a un software de simulación de plegado, puede usar los planos de su proveedor de herramientas con fondo de cuadrícula para comprobar manualmente la interferencia entre el punzón y la pieza.

Reglas de compensación

Si está utilizando un conjunto de herramientas convencional, necesitará usar dos ciclos de ariete para formar desplazamientos o formas Z. Para estas formas, las reglas son (ver Figura 8):

• La pata central (red) debe ser más grande que la mitad del ancho del cuerpo de la matriz en V; tenga en cuenta que este es el ancho total del cuerpo de la matriz, no la abertura de la matriz en V.
• La pata lateral debe ser más corta que la altura del troquel en V más la altura del elevador.
• Cuando la pata central (alma) mide menos de la mitad del ancho del cuerpo de la matriz en V, necesitará una herramienta especial que forme ambos pliegues con una sola pasada. La ventaja de estas herramientas de formado es que no es necesario voltear la placa. La desventaja es que requieren aproximadamente tres veces la fuerza estándar para doblar con aire.

Reglas para doblar a través de recortes y ingletes

Cualquier material sin soporte dentro de la matriz en V está sujeto a deformación; en agujeros y otros cortes, esta deformación se manifiesta como reventones. Cuando los agujeros cerca de las líneas de plegado son pequeños, el reventón asociado también lo será. Además, la mayoría de las aplicaciones toleran cierta distorsión, por lo que no existe una regla definitiva sobre el mejor ancho de matriz en V cuando un corte se encuentra en o cerca de una línea de plegado.

Cuando las bridas, los cortes y los ingletes están claramente demasiado cerca de la línea de plegado para el espesor del metal, se pueden especificar matrices de tipo balancín. Los balancines giran y sujetan el material durante todo el proceso de plegado, eliminando así el reventón.

La imagen de abajo muestra piezas idénticas con cortes cerca de las líneas de plegado. La del primer plano, con el característico resalte, se formó con una matriz en V convencional; la del fondo, con una matriz de tipo balancín. Observe también que los dos óvalos de la izquierda tienen el mismo ancho (de adelante hacia atrás) y están a la misma distancia de la línea de plegado; solo difieren en longitud. Se puede apreciar claramente un mayor resalte en el óvalo más largo.

Altura del punzón para una profundidad de caja determinada

La altura del punzón es crucial al formar cajas de tres y cuatro lados. En algunos casos, los punzones cortos pueden formar cajas de tres lados si un lado formado puede sobresalir de la prensa plegadora durante el tercer plegado final. Si está formando cajas de cuatro lados, debe elegir un punzón lo suficientemente alto como para abarcar la altura de la caja en diagonal. 

Si no hay bridas superiores (de retorno), o si estas sobresalen, no se necesita mucho espacio entre el punzón superior y la matriz inferior para retirar la pieza después del doblado. Sin embargo, si tiene bridas de retorno (bridas superiores que sobresalen hacia adentro) en los cuatro lados, se necesita suficiente espacio para girar y retirar la caja después del doblado.

Combinación de dobladillo y dobladillo

Las herramientas de dobladillo pueden formar piezas con bordes doblados en una sola configuración, como se muestra en Figura 11Solo tenga en cuenta que si necesita dobladillar espesores superiores a 0,125 pulgadas, es posible que necesite herramientas personalizadas para soportar las fuerzas excesivas requeridas.

Las reglas de selección de la abertura de la matriz en V son básicamente las mismas que para las herramientas de doblado estándar. Los precurvados de 30 grados para los dobladillos requieren alas mínimas ligeramente más largas (al 115 % de la abertura de la matriz en V seleccionada) debido a los ángulos agudos. Por ejemplo, si se forma material sobre una matriz en V de 0,375 pulgadas, se necesitaría una ala de al menos 0,431 pulgadas (0,375 × 1,15).

Piezas sin rayones

Casi todas las herramientas típicas de doblado con matriz en V dejan marcas en la pieza, simplemente porque el metal se introduce en la matriz durante el doblado. En la mayoría de los casos, las marcas son mínimas y aceptables, y aumentar el radio del hombro puede reducirlas.

Para aplicaciones donde incluso el marcado mínimo no es aceptable, como al doblar materiales prepintados o pulidos, puede usar insertos de nailon para eliminar rayones (ver Figura 12) La flexión sin rayones es especialmente importante para la fabricación de piezas críticas de aeronaves y aeroespaciales, porque es difícil para los inspectores inspeccionar visualmente una pieza y notar la diferencia entre un rayón y una grieta.

La simplicidad es una virtud

Las herramientas de precisión y las prensas plegadoras actuales pueden alcanzar niveles de precisión sin precedentes. Con las herramientas adecuadas y un material consistente, una prensa plegadora puede doblar una brida a un ángulo específico con un radio de curvatura interior específico. Sin embargo, el plegado por aire define el radio de curvatura interior como un porcentaje de la abertura de la matriz, y contar con las herramientas adecuadas es fundamental. Especificar una gran variedad de radios con tolerancias ajustadas aumentará los costos de las herramientas. Cuantas más herramientas necesite, más cambios tendrá que hacer, lo que aumenta aún más los costos.

Dicho esto, los diseñadores de piezas de chapa metálica pueden hacer que la selección de herramientas y la operación de doblado en general sean mucho más fáciles si siguen algunas reglas básicas al diseñar piezas:

1. El radio de curvatura interior debe ser 1,5 veces el espesor del metal.
2. La longitud de la brida debe ser al menos seis veces el espesor del metal. Esto también aplica a los agujeros en la pieza; es decir, los agujeros deben ubicarse lejos de la línea de doblez, a una distancia al menos seis veces el espesor del material.

1. La dimensión de la banda desplazada (en forma de Z) debe ser al menos 10 veces el espesor del metal.

Existen numerosas excepciones a estas reglas, y cada una conlleva complicaciones. Se puede usar una abertura de matriz en V más estrecha para doblar un radio más cerrado o una brida más corta; sin embargo, si se dobla un radio demasiado agudo, se corre el riesgo de arrugar la línea de plegado y exceder el tonelaje nominal de las herramientas y la prensa plegadora. Se puede doblar un desplazamiento más estrecho, pero, como ya se mencionó, esto requiere una herramienta especial y un tonelaje de conformado considerable.

Si una pieza no necesita una brida corta, un desplazamiento estrecho ni un radio reducido, ¿para qué complicarse? Siga estas tres sencillas reglas y mejorará el rendimiento angular, acortará el tiempo de configuración y reducirá el coste de las herramientas.

Conclusión

Al considerar cuidadosamente estos factores, puede tomar decisiones informadas al momento de seleccionar herramientas de prensa plegadora que se ajusten a sus requisitos específicos de doblado de metal.