Post on 02-Oct-2015
description
INFORME TCNICO
DISEO MATRIZ DE CORTE
Nombre: Salvador Caadell - Mnica Mart
Profesor: R.Ros - R.Fernndez
Mdulo: 03 Diseo de chapa y estampacin
Unidad Formativa: M3 UF5
Curso: S2G
Fecha: 22/12/2014
TABLA DE CONTENIDOS
Bibliografa y Webgrafa ................................................................................................. I
Definicin de trminos .................................................................................................. II
1 Informe Tcnico ....................................................................................................... 1
1.1 Objeto del informe tcnico .............................................................................. 1
1.1.1 Explicacin del proceso de diseo. .............................................................. 1
1.2 Enunciado y justificacin de prestaciones y parmetros ............................. 2
1.2.1 Datos del material de la pieza a obtener. ..................................................... 2
1.2.2 Esfuerzos totales ......................................................................................... 5
1.2.3 Tolerancia Punzn-Matriz ............................................................................ 7
1.2.4 Elementos de la estampa de corte. .............................................................. 8
1.3 Exposicin de soluciones escogidas ........................................................... 12
1.4 Clculos de comprobacin ............................................................................ 12
1.4.1 Dimensiones mnimas de los elementos (Medidas crticas) ...................... 12
1.4.2 Esfuerzos de pandeo de un punzn .......................................................... 16
1.4.3 Clculo del centro de esfuerzos de corte (analtica y grficamente). ......... 17
1.4.4 Vida til de la placa matriz. ........................................................................ 20
1.4.5 Calculado dimensiones del centrador. ....................................................... 20
1.4.6 Potencia de la prensa a utilizar. ................................................................. 20
I
Bibliografa y Webgrafa
II
Definicin de trminos
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 1/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
1 INFORME TCNICO
1.1 Objeto del informe tcnico
1.1.1 Explicacin del proceso de diseo.
1.1.1.1 Objetivos a conseguir. (Justificacin de su Construccin)
En motivo del pedido de R&R, S.L., nace la razn de realizar este proyecto que consiste
en la construccin de una matriz de corte que producir piezas especficas para el
montaje de estantes para el hogar.
1.1.1.2 Descripcin de la pieza a obtener.
La pieza a obtener consiste en una chapa con las siguientes dimensiones:
1.1.1.3 Descripcin del proceso de corte y fases presentes en el mismo.
El proceso de corte se realiza en tres fases:
La primera fase troquela los dos punzones de paso, que determinan el paso y permiten
que la chapa avance hasta el tope. Asimismo tambin se realizan los dos primeros
agujeros correspondientes a la figura T.
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 2/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
La segunda fase consta del corte en forma de T apaisada, que finaliza el primer perfil
definitivo soltndolo de la banda de chapa. Adems, esta fase troquela dos agujeros que
pertenecen a la figura U. La segunda fase se troquela simultneamente con la primera.
En la tercera y ltima fase conseguimos la figura U en posicin horizontal. La tercera
fase se troquela simultneamente con la segunda y la primera.
1.2 Enunciado y justificacin de prestaciones y parmetros
1.2.1 Datos del material de la pieza a obtener.
1.2.1.1 Tipo material.
Chapa de acero 0,2%C.
1.2.1.2 Sigma trabajo.
38-40 kp/mm2. Los clculos de esfuerzo se realizarn considerando t=40kp/mm2.
1.2.1.3 Espesor de chapa.
El espesor de la chapa es de 0,7mm.
1.2.1.4 Disposicin ptima sobre la banda.
Se han estudiado diversas disposiciones y valorado el aprovechamiento de chapa en
cada caso:
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 3/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
BPSbanda 100% Sbanda
Spieza
Separacin entre piezas y separacin entre piezas y ancho de fleje.
s = separacin mnima en mm
e = espesor de la chapa en mm
En nuestro caso: s=1.5e=1.50.7=1.05mm; s=1.5e=1.50.7=1.05mm
1 disposicin: Horizontal de la figura T
28.3221.1605.20 mmSbanda %67.551008.322
72.179%
2 disposicin: Vertical de la figura T
255.3171.2105.15 mmSbanda %59.5610055.317
72.179%
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 4/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
3 disposicin: Horizontal de la figura U
28.3221.1605.20 mmSbanda %15.581008.322
72.187%
4 disposicin: Vertical de la figura U
255.3171.2105.15 mmSbanda %11.5910055.317
72.187%
5 disposicin: Horizontal de las figuras T + U
21.4431.2205.20 mmSbanda %92.821001.443
72.18772.179%
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 5/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
6 disposicin: Vertical de las figuras T + U
215.4441.2105.21 mmSbanda %72.8210015.444
72.18772.179%
Evaluados los resultados de aprovechamiento, se escoge la 6 disposicin para la
produccin. A partir de este punto todos los clculos se basan en esta disposicin.
1.2.1.5 Paso de banda.
El paso de banda es de 21,5mm
1.2.1.6 Ancho de banda.
El ancho de banda calculado es de 21,1mm. 19mm+1,05mm+1,05mm=21,1mm
Como este ancho de banda no existe en el mercado, nos adaptamos al mercado
comprando una anchura de 30mm.
1.2.2 Esfuerzos totales
1.2.2.1 Corte (por fase)
peFc t
1 fase: NFc 96.177957.637.040
2 fase: NFc 96.219957.787.040
3 fase: NFc 1316477.040
Fuerza de corte total: FFFtot FcFcFcFc 321
TNFctot 3.59.5295131696.219996.1779
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 6/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
1.2.2.2 Trabajo realizado en el corte (por fase).
Consideramos que el recorrido durante el cual se aplica la fuerza es el grosor de la chapa.
Entonces:
eFcWc
1 fase: JWc 97.12457.096.1779
2 fase: JWc 97.15397.096.2199
3 fase: JWc 2.9217.01316
Trabajo total realizado en el corte:
FFFtot WcWcWcWc 321
JWctot 14.37072.92197.153997.1245
1.2.2.3 Extraccin (por fase)
FcFext 07.0
1 fase: NFext 6.12496.177907.0
2 fase: NFext 15496.219907.0
3 fase: NFext 12.92131607.0
Fuerza de extraccin total:
FFFtot FextFextFextFext 321
NFexttot 72.37012.921546.124
1.2.2.4 Expulsin (por fase)
FcF 015.0exp
1 fase: NF 7.2696.1779015.0exp
2 fase: NF 3396.2199015.0exp
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 7/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
3 fase: NF 74.191316015.0exp
Fuerza de extraccin total:
FFFtot FFFF 321 expexpexpexp
NF tot 44.7974.19337.26exp
1.2.2.5 Corte, extraccin, expulsin total.
expFFextFcFTOT
TNFTOT 7.506.574644.7971.3719.5295
1.2.2.6 Fuerza total que la prensa necesita para realizar el corte.
TOTTOTTOTprensa FFF %10
TNFTOTprensa 3.666.632006.57461.006.5746
1.2.3 Tolerancia Punzn-Matriz
1.2.3.1 Clculo del juego / holgura
Juego establecido= 0,05mm
Punzn cilndrico, 2:
La figura que deseamos es interior. Por lo tanto:
El valor del del punzn para hacer el agujero de 2mm, es de 2.
El valor de la matriz para hacer el agujero de 2mm, es de 2+juego 2.05mm.
Las figuras en T, en U y los punzones de paso cortan un perfil exterior, por lo tanto:
Las medidas de la matriz sern iguales a la pieza que deseamos cortar.
Las medidas de los punzones se aumentarn a razn de: medida de la pieza+juego.
1.2.3.2 Valor del ngulo de salida del recorte y criterios de eleccin del mismo.
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 8/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
El ngulo de salida nos permite al retal (sea pieza til o no) a eliminarse fcil y
rpidamente, evitando que se encalle y dae la matriz o punzones. El ngulo de salida
empieza despus de un tramo perpendicular, que llamamos vida de la matriz. Este
tramo tiene un espesor de 2 a 3 veces el grosor de la chapa a cortar. Un mayor grosor de
la vida de la matriz y un menor ngulo de salida aumentan la durabilidad de esta. El
grosor de nuestra vida es de 1,05mm. El ngulo de salida establecido habitualmente es
de entre 1 y 3, pero en nuestro caso queremos una matriz muy duradera. Por ello, el
ngulo de salida establecido es de 30.
1.2.4 Elementos de la estampa de corte.
1.2.4.1 Funcin de cada uno de ellos.
1- Placa base inferior: es una placa metlica que se encarga de soportar los
esfuerzos del conjunto. Es rgida para absorber gran cantidad de energa. Se fija al
porta-matriz mediante bridas. Permite la salida de los retales. Sus dimensiones son
ms grandes que las placas superiores.
2- Placa matriz: es una placa metlica con los perfiles de las piezas perforadas. Es la
placa de corte que, juntamente con los punzones, se encarga de cortar por
cizalladura la chapa con la forma deseada. Se fabrica con acero templado, para
que sea dura y experimente menor desgaste. Su superficie de corte, por donde se
desliza la chapa, est rectificada.
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 9/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
3- Placa gua: tiene por objetivo guiar los punzones en su recorrido para cortar la
chapa. Para ello, est perforada con el perfil de los punzones, por donde pasan al
cortar. Adems extraen la chapa fuertemente abrazada a los punzones despus
del corte.
4- Placa porta punzones: sujeta los punzones en su disposicin para que no se
muevan durante el proceso de corte. Evitan que los punzones se tuerzan o se
desven.
5- Placa sufridera: absorbe los impactos de los punzones mientras trabajan, para que
los esfuerzos no los claven en la placa base superior y la desgasten. Tienen un
tratamiento de temple y revenido.
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 10/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
6- Placa base superior: es una placa metlica que se encarga de soportar los
esfuerzos del conjunto. Es rgida para absorber gran cantidad de energa. En ella
se rosca el vstago que transmite los esfuerzos.
7- Punzones de paso: son cuchillas de perfil rectangular que se disponen
longitudinalmente respecto el avance de la chapa. La longitud del corte que
producen es igual a la distancia que debe avanzar la chapa entre cada golpe de
matriz. De esta manera, los bordes laterales de la chapa se cortan a tiras
longitudinales, y en cuanto la chapa avanza, el final del espacio cortado hace tope
mecnico, situando la chapa en la posicin adecuada para que sus diversas fases
coincidan.
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 11/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
8- Punzones de figura: son cuchillas con el perfil de las piezas de chapa que
deseamos obtener. A partir de un solo punzn, o con diversos, se corta la chapa
con la forma deseada.
9- Vstago: es un elemento normalizado que une la parte mvil de la prensa con la
placa base superior. Se encarga de transmitir el esfuerzo de corte de la prensa al
conjunto de la matriz. Se rosca a la placa base superior centrando su eje con el
centro de esfuerzos de los punzones. Las dimensiones del vstago escogido se
basan en la norma DIN 9859.
10- Pernos: se usan habitualmente tornillos Allen DIN 912. Se roscan y mantienen los
conjuntos de placas superiores e inferiores como dos conjuntos que trabajan por
separado, pero unidos, rgidos y fieles.
11- Pasadores: se usan pasadores normalizados para centrar las placas. Es muy
importante que todos los elementos estn perfectamente alineados.
1.2.4.2 Material empleado y tratamiento trmico.
1- Placa base inferior: 1.1730
2- Placa matriz: 1.2380 Templado y revenido
3- Placa gua: 1.1730
4- Placa porta punzones: 1.1730
5- Placa sufridera: 1.2311 Templado y revenido
6- Placa base superior: 1.1730
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 12/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
7- Punzones: 1.2380 Templado y revenido
8- Pletinas punzones: 1.2311 Templado y revenido
9- Vstago:
10- Pernos:
11- Pasadores:
1.3 Exposicin de soluciones escogidas
1.4 Clculos de comprobacin
1.4.1 Dimensiones mnimas de los elementos (Medidas crticas)
1.4.1.1 Clculo de los tornillos que sujetan la placa matriz.
Factores que habr que tener en cuenta:
La fuerza (F) que tendr que soportar equivale a la fuerza de corte de la matriz y la de
expulsin, que son las dos fuerzas ejercidas cuando la prensa baje. De modo que
tenemos que fijar las placas para que no suban debido a las fuerzas de reaccin.
Tenemos que tener en cuenta tambin la cantidad de tornillos que ponemos.
La resistencia (Rc) de los tornillos. Esta depender de la cualidad del material, y por lo
tanto, de los esfuerzos mximos que puede soportar la seccin. Sabemos que la calidad
de un tornillo la determinan dos nmeros separados por un punto. La calidad de los
tornillos que hemos empleado es de 8.8. Sabiendo que el primer nmero multiplicado por
10 obtendremos la tensin mxima y si multiplicamos el primero por el segundo
obtendremos la tensin admisible, que es la que usaremos para calcular la seccin.
Conocidos estos valores, y con la siguiente frmula, calcularemos la superficie (S) que
debe tener el tornillo de fijacin de las placas superiores e inferiores:
c
extc
R
olscFFF
Rc
FS
arg4/)( exp
2
244.22
/64
arg4/)72.37044,799,5295(mm
mmkg
olscNNNS
Nuestro perno ha de tener una seccin de 22.44mm2.
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 13/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
De la siguiente frmula extraeremos el radio para saber el mtrico:
2rS ; mmmmS
r 67.244.22 2
El mtrico mnimo es de 5.34. En nuestro caso hemos escogido de M6. As pues, hemos
sobre dimensionado.
1.4.1.2 Clculo de los tornillos para el fin de punzones.
Calculamos los tornillos de la pieza en forma de T por ser la ms desfavorable.
La calidad de los tornillos es de 8.8.
Calculamos la Fuerza de extraccin de la pieza.
peFc t NFc 1848667.040
FcFext 07.0 NFext 36.129184807.0
En este caso slo consideramos la Fuerza de extraccin.
Calcularemos la superficie (S) que debe tener el tornillo de fijacin de la pletina y el
punzn.
2
267.0
/64
arg3/36.129arg3/mm
mmkg
olscN
R
olscF
Rc
FS
c
ext
Extraemos el radio para saber el mtrico.
2rS ; mmmmS
r 46.067.0 2
El mtrico mnimo es de 0.92. En nuestro caso hemos escogido de M3. As pues, hemos
sobre dimensionado.
1.4.1.3 Dimensiones mnimas de la placa sufridera.
Las dimensiones de longitud y anchura de las placas que forman el conjunto matriz se
establecen en funcin de la disposicin de las fases y sus cortes, dejando siempre un
margen. El espesor es el factor que debemos calcular en cada placa.
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 14/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
En el caso de la placa sufridera, no se usa ningn clculo para establecer su grosor. La
experiencia de aos de matricera ha establecido una norma. Las placas sufrideras
trabajan correctamente con espesores de entre 4 y 8mm. En nuestro caso establecemos
el grosor en 6mm.
1.4.1.4 Dimensiones mnimas de la placa base.
Placa base superior: su espesor debe ser generoso, y es el mayor de todas las placas del
conjunto superior, ya que su funcin es absorber los esfuerzos de cada golpe.
Normalmente se establece un espesor de entre 20 y 40mm. Su espesor mnimo nos viene
condicionado por la longitud de la rosca del vstago. En nuestro caso establecemos un
grosor de 25mm.
Placa base inferior: es la nica placa cuyas dimensiones de longitud y anchura son
mayores que las dems. Se establece as porque debe soportar los esfuerzos de corte y
para que el conjunto inferior se asiente mejor. Tambin por este motivo su espesor debe
ser superior. El tamao de nuestra placa base inferior es de 120mm de longitud, 108mm
de anchura y un grosor de 12mm.
1.4.1.5 Dimensiones mnimas de la placa matriz.
Sus dimensiones de anchura y longitud condicionan las dems placas. Ese tamao se
adapta a la forma y disposicin de las fases de corte. Una vez tenemos la disposicin de
banda, para calcular el tamao exterior de la matriz calculamos:
Distancia mnima entre aristas (al borde de la placa o entre aristas de placa matriz):
Dnde a=espesor mnimo de la placa matriz.
Su grosor va en funcin del voladizo o de la zona de apoyo de la placa. Cuanto mayor
voladizo, mayor grosor ya que debe soportar la flexin. En nuestro caso, la matriz se
apoya en su totalidad encima de la placa base inferior.
Grosor mnimo para la matriz totalmente apoyada:
Donde Fc=fuerza de corte, Fe=fuerza extraccin y Fexp=fuerza
expulsin.
Clculos:
am 5,1
3 exp6,0 FFeFca
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 15/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
mmNNNa 74,1044.7972.3709.52956,0 3
mmmmm 12,1674,105,1
El espesor establecido en nuestra placa matriz es de 10mm. Por lo tanto deberemos
aumentarlo. Sus dimensiones son: longitud de 98mm y anchura de 80mm
1.4.1.6 Dimensiones de la placa gua / "pisadores" / extractora.
Las dimensiones de anchura y longitud de la placa gua son iguales a las de la matriz. En
cambio, para calcular su espesor usamos la formula de euler (para empotramientos de
elementos):
Donde h=altura punzn. (Usamos para el clculo la altura de los punzones
de paso, los ms altos)
mmmmm 14354,0
Nuestra placa portapunzones hace 10mm de grosor. Habr que corregir ese defecto.
Adems calcularemos la anchura de la gua de la chapa, es decir la ranura que recibe la
chapa al entrar en la matriz.
Tamao mnimo de la gua de la chapa:
Donde A=profundidad ranura, B=anchura de banda, e= espesor de chapa
mmmmmmA 4,31)7.0(230
1.4.1.7 Dimensiones los punzones
Basamos los clculos en el punzn ms desfavorable que es el punzn cilndrico de
2mm.
Se suele decir con mucha frecuencia que, en casos extremos, el dimetro del agujero
puede ser igual al espesor de la chapa. En general, esto suele ser cierto. Sin embargo, no
se debe olvidar que tambin influye la resistencia especfica de corte de material (). Por
esta razn se establecen las siguientes frmulas:
hH 4,0
eBA 2
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 16/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
Dimetro mnimo admisible, en mm en agujeros redondos:
335
edmn
e = espesor de la chapa en mm
= resistencia del material a la cizalladura en kgf/mm2
mmdmn 73.035
407.0 3
Nuestro punzn de dimetro 2 supera el dimetro mnimo admisible que es 0.73mm.
1.4.1.8 Separacin mnima de la pieza al borde de la placa.
1.4.2 Esfuerzos de pandeo de un punzn
1.4.2.1 Teora y frmula del pandeo (Analticamente)
1.4.2.2 Esfuerzo al pandeo (Grficamente)
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00
Autores:
Se desea perforar una chapa de acero 0,2 %C, de un valor =
de 0,7 mm con un punzn de dimetro
En este caso, la longitud mxima es
tanto debemos acortar la longitud
1.4.3 Clculo del centro de esfuerzos de corte (analtica y grficamente).
Para empezar los clculos necesitamos establecer la ubicacin del origen de
coordenadas. Por ello lo situamos donde muestra
simtricas solo haremos los
0F
1 fase:
mmFfig 512)5.214(1
TE
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
Se desea perforar una chapa de acero 0,2 %C, de un valor = 40
mm con un punzn de dimetro 2 mm.
mxima es de 28 mm. Nuestros punzones son 3
longitud.
Clculo del centro de esfuerzos de corte (analtica y grficamente).
Para empezar los clculos necesitamos establecer la ubicacin del origen de
coordenadas. Por ello lo situamos donde muestran las figuras. Dado que las piezas son
solo haremos los clculos en el eje de las X.
17/20
40 kgf/mm2 y un espesor
. Nuestros punzones son 33+2mm. Por lo
Clculo del centro de esfuerzos de corte (analtica y grficamente).
Para empezar los clculos necesitamos establecer la ubicacin del origen de
Dado que las piezas son
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 18/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
)()( 221111 xlxlxF figfig
mmx fig 06.95.25
)75.105.21()04(1
mmFfig 57.122)12(2
2
mmx fig 32
)()( 221111 figfigfigfigFF xFxFxF
)357.12()06.951(57.63 1 Fx
mmx F 86.757.63
)357.12()06.951(1
2 fase:
mmFfig 6665898561963
)()()()()()()()()( 99887766554433221133 xlxlxlxlxlxlxlxlxlxF figfig
)36()65()108()149()108()65()36()019()36(33 figfig xF
mmx fig 78.566
)36()65()108()149()108()65()36()019()36(3
mmFfig 57.122)12(2
4
mmx fig 174
)()( 443322 figfigfigfigFF xFxFxF
)1757.12()78.566(57.78 2 Fx
mmx F 56.757.78
)1757.12()78.566(2
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 19/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
3 fase:
mmFfig 471419145
)()()( 33221133 xlxlxlxxF FF
)714()1419()714(473 Fx
mmx F 83.947
)714()1419()714(3
Resultante centro de esfuerzos
mmFR 14.1894757.7857.63
)()()( 332211 FFFFFFRR xFxFxFXF
)33.7347()57.4657.78()36.2557.63(14.189 Rx
mmxF 09.4614.189
)33.7347()57.4657.78()36.2557.63(2
DISEO MATRIZ DE CORTE
INFORME TCNICO
E00 20/20
Autores:Salvador Caadell - Mnica Mart
1.4.4 Vida til de la placa matriz.
1.4.5 Calculado dimensiones del centrador.
1.4.6 Potencia de la prensa a utilizar.