MATRIZ PROGRESIVA DE CORTE, DOBLADO Y EMBUTICIÓN

TRABAJO FIN DE GRADO

Grado en Ingeniería Mecánica

MATRIZ PROGRESIVA DE CORTE, DOBLADO Y EMBUTICIÓN

Memoria i Anexos

Autor: Oriol Rodríguez Rica Director: Sergio Gómez González Co-Director: Enric Joan Codina Riera Convocatoria: Junio 2020

Matriz progresiva de corte, doblado y embutición

i

Resum

El disseny de la xapa que subjecta la roda d’un carro de supermercat es una tasca complexa que s’ha

de desenvolupar amb certs criteris per la seva construcció. Per aquest motiu, el disseny de la peça i el

seu mètode de fabricació a través d’ una matriu progressiva de tall, embotició y doblegat son

essencials per la seva posterior construcció.

En primer lloc, es realitza un estudi d’elements finits amb un re disseny de la xapa amb unes cotes

que es deuen complir per verificar que suportarà totes les forces que actuen quan es carrega el carro

de la compra. A més a més, es realitzarà en funció d’un material escollit tenint en compte les seves

propietats.

Un cop s’ha obtingut el disseny de la peça, es realitza el disseny de la matriu amb tots els càlculs i

elements escollits de diferents fabricants per garantir el màxim ús d’ elements normalitzats. Al seu

torn, el disseny de la banda i la seva simulació en cada una de les etapes que es realitza a la matriu,

juguen un paper molt important per els petits detalls, tant en la peça com en la matriu.

Les voltes de qualitat que es realitzen durant el disseny de la peça, de la banda i la matriu han sigut

de vital importància per garantir un disseny correcte i evitar anomalies en qualsevol punt del

projecte.

En l’àmbit mediambiental, s’ han aplicat les estratègies d’ Eco disseny per valorar en quins punts s’ha

millorat i en quins encara hi ha més marge per millorar, tant a nivell de reciclatge com de vida d’ ús

del producte.

Per finalitzar, s’ha realitzat tot el cicle complet de disseny i validació en la creació d’una peça de xapa

metàl·lica, incloent-hi les operacions més habituals a matriceria (tall, doblegat i embotició).

Memoria

ii

Resumen

El diseño de la chapa que sujeta la rueda en un carrito de supermercado es una tarea compleja que

se debe desarrollar con ciertos criterios para su construcción. Por este motivo, el diseño de la pieza y

su método de fabricación a través de una matriz progresiva de corte, embutición y doblado son

esenciales para su posterior construcción.

En primer lugar, se realiza un estudio de elementos finitos con un rediseño de la chapa con unas

cotas que se deben de cumplir para verificar que soportará todas las fuerzas que actúan cuando se

carga el carro de la compra. Además, se realizará en función de un material escogido teniendo en

cuenta sus propiedades.

Una vez se ha obtenido el diseño de la pieza, se realiza el diseño del troquel con todos los cálculos y

elementos escogidos de diferentes fabricantes para garantizar el máximo uso de elementos

normalizados. A su vez, el diseño de la banda y su simulación en cada una de las etapas que realiza la

matriz, juegan un papel muy importante para los pequeños detalles, tanto en la pieza como en el

troquel.

Las vueltas de calidad que se han realizado durante el diseño de la pieza, de la banda y del troquel

han sido de vital importancia para garantizar un diseño correcto y evitar anomalías en cualquier

punto del proyecto.

En el ámbito medioambiental, se han aplicado estrategias de Eco diseño para valorar en qué puntos

se ha mejorado y en cuáles todavía hay margen de mejora, tanto a nivel de reciclaje como de vida de

uso del producto.

Para finalizar, se ha realizado todo el ciclo completo de diseño y validación en la creación de una

pieza de chapa metálica, incluyendo las operaciones más habituales en matricería (corte, doblado y

embutición).


iii

Abstract

The design of the sheet that holds the wheel in a shopping cart is a complex task that must be

developed with certain criteria for its construction. For this reason, the design of the part and its

method of manufacture through a progressive die for cutting, drawing and bending are essential for

its subsequent construction.

Firstly, a finite element study is carried out with a redesign of the sheet metal with dimensions that

must be fulfill to verify that it will withstand all the forces that act when the shopping cart is loaded.

Furthermore, it will be carried out according to a material chosen taking into account its properties.

Once the design of the part has been obtained, the design of the die is carried out with all the

calculations and elements chosen from different manufacturers to guarantee the maximum use of

standardized elements. At the same time, the design of the strip and its simulation in each of the

stages carried out by the die, play a very important role for the small details, both in the part and in

the die.

The quality turns that have been carried out during the design of the part, the strip and the die have

been of vital importance to guarantee a correct design and to avoid anomalies at any point of the

Project.

In the environmental field, Eco-design strategies have been applied to assess where improvements

have been made and where there is still room for improvement, both in terms of recycling and

product life.

To sum up, the entire cycle of design and validation has been carried out in the creation of a sheet

metal part, including the most common operations in mould (cutting, bending and drawing).

Memoria

iv


v

Agradecimientos Me gustaría agradecer a todo el departamento de Matricería de Audi Tooling Barcelona por la oportunidad que me han dado para trabajar. Me han servido de gran ayuda todos los conocimientos aprendidos tanto teóricos, técnicos y herramientas de software que he podido aplicar a mi proyecto. Además de toda la experiencia laboral aprendida durante las prácticas. También me gustaría agradecer a mi tutor Sergio Gómez González por todo su tiempo y dedicación durante todas las fases del proyecto.

Memoria

vi


vii

Índice

RESUM ______________________________________________________________ I

RESUMEN __________________________________________________________ II

ABSTRACT __________________________________________________________ III

AGRADECIMIENTOS __________________________________________________ V

1. PREFACIO ______________________________________________________ 1

1.1. Origen del trabajo .................................................................................................... 1

1.2. Motivación ............................................................................................................... 1

2. INTRODUCCIÓN _________________________________________________ 3

2.1. Objetivo del trabajo ................................................................................................. 3

2.2. Alcance del trabajo .................................................................................................. 4

3. DISEÑO DE LA PIEZA ______________________________________________ 5

3.1. Primera idea de la pieza ........................................................................................... 5

3.2. Material de la pieza .................................................................................................. 6

3.3. Dimensionamiento del diámetro del eje ................................................................. 8 3.3.1. Explicación y características técnicas ..................................................................... 8

3.3.2. Diagramas de esfuerzos ....................................................................................... 10

3.3.3. Elección de la sección crítica ................................................................................ 11

3.3.4. Caracterización del ciclo de carga ........................................................................ 12

3.3.5. Resistencia en la sección B ................................................................................... 13

3.3.6. Diagrama de Söderberg ........................................................................................ 14

3.3.7. Elección del normalizado ...................................................................................... 16

3.3.8. Conclusiones parciales ......................................................................................... 16

3.4. Medidas de la pieza ............................................................................................... 16 3.4.1. Conjunto de pieza, rueda y eje ............................................................................. 17

3.5. Cálculo de elementos finitos ................................................................................. 17 3.5.1. Condiciones de contorno ..................................................................................... 17

3.5.2. Malla ..................................................................................................................... 18

3.5.3. Análisis de convergencia ...................................................................................... 20

3.5.4. Conclusiones parciales ......................................................................................... 24

4. JUSTIFICACIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN _______________________ 25

4.1. Funcionamiento general ........................................................................................ 27

5. DISEÑO, CÁLCULOS Y MÉTODO PLAN _______________________________ 28

Memoria

viii

5.1. Diseño del método plan ......................................................................................... 28

5.2. Cálculos del método plan....................................................................................... 29 5.2.1. Separación entre piezas y con el borde del fleje ................................................. 29

5.2.2. Determinación del paso ....................................................................................... 31

5.2.3. Anchura y longitud de desarrollo de la banda ..................................................... 32

5.2.4. Rendimiento ......................................................................................................... 32

5.3. Operación de doblado ........................................................................................... 33 5.3.1. Radio de doblado .................................................................................................. 33

5.3.2. Expansión lateral .................................................................................................. 33

5.3.3. Determinación de la fibra neutra ......................................................................... 34

5.3.4. Determinación de la longitud inicial de la pieza .................................................. 35

5.3.5. Determinación del ángulo de doblado y recuperación elástica .......................... 35

5.3.6. Tolerancia de doblado entre la matriz y punzón ................................................. 37

5.3.7. Fuerza mínima para producir el doblado ............................................................. 37

5.4. Cálculo de fuerza de corte, de extracción y de expulsión ..................................... 38 5.4.1. Resistencia al pandeo de los punzones ................................................................ 39

5.5. Tolerancias en operaciones de corte ..................................................................... 40

5.6. Cálculos de embutición .......................................................................................... 42

5.7. Dimensiones de la placa matriz ............................................................................. 44

5.8. Muelles ................................................................................................................... 45 5.8.1. Muelles de levantamiento ................................................................................... 45

5.8.2. Muelles de carrera ................................................................................................ 46

6. DISEÑO DE LA MATRIZ PROGRESIVA ________________________________ 48

6.1. Componentes ......................................................................................................... 48 6.1.1. Placa base inferior y superior ............................................................................... 50

6.1.2. Placa matriz .......................................................................................................... 51

6.1.3. Placas guía del fleje............................................................................................... 52

6.1.4. Placa pisadora ....................................................................................................... 53

6.1.5. Placa guía punzones ............................................................................................. 54

6.1.6. Placa porta punzones .......................................................................................... 55

6.1.7. Placa sufridera ...................................................................................................... 56

6.1.8. Punzones............................................................................................................... 57

6.1.9. Tacos o postizos .................................................................................................... 60

6.1.10. Vástago ................................................................................................................. 61

6.2. Elementos normalizados........................................................................................ 63

6.3. Detalles constructivos ............................................................................................ 64 6.3.1. Placa matriz .......................................................................................................... 64

6.3.2. Carrera de los punzones ....................................................................................... 67

6.3.3. Carrera de los muelles .......................................................................................... 71


ix

6.3.4. Proceso de doblado .............................................................................................. 72

6.3.5. Conjuntos y subconjuntos .................................................................................... 73

7. ANÁLISIS MODAL DE FALLOS Y EFECTOS _____________________________ 76

8. SIMULACIÓN DEL MÉTODO PLAN __________________________________ 80

8.1. Primera simulación ................................................................................................ 81

8.2. Segunda simulación ............................................................................................... 83

8.3. Tercera simulación ................................................................................................. 85

8.4. Cuarta simulación .................................................................................................. 87

8.5. Simulación definitiva .............................................................................................. 93

9. SEGURIDAD Y MANTENIMIENTO _________________________________ 101

9.1. Mantenimiento .................................................................................................... 101

9.2. Seguridad ............................................................................................................. 102

10. ANÁLISIS DEL IMPACTO AMBIENTAL ______________________________ 105

10.1. Valoración de la Estrategia Ambiental (VEA) ...................................................... 105

10.2. Análisis de Ciclo de Vida (ACV) ............................................................................ 106

10.3. Estrategias de Eco Diseño .................................................................................... 107

10.4. Aplicación del Eco diseño a la matriz progresiva y a la chapa ............................ 110 10.4.1. Comparación VEA del Diseño ............................................................................. 111

CONCLUSIONES ____________________________________________________ 113

ANÁLISIS ECONÓMICO ______________________________________________ 114

BIBLIOGRAFÍA _____________________________________________________ 119

ANEXO A – FABRICANTES Y NORMALIZADOS ____________________________ 121

ANEXO B – TEORÍA Y NORMATIVAS ____________________________________ 134

ANEXO C – OFERTAS ________________________________________________ 140

ANEXO D – DISEÑOS FALLIDOS ________________________________________ 146

ANEXO E – PLANOS _________________________________________________ 148


1

1. Prefacio

1.1. Origen del trabajo

El origen se encuentra en las prácticas de empresa que llevo realizando desde octubre de 2019 en

Audi Tooling Barcelona. La empresa se dedica al sector de matricería, se encarga del diseño de

troqueles para la estampación de las diferentes piezas que componen una puerta o un capó de un

coche. Esto me ha llevado a pensar en la realización de una pieza completamente nueva hasta su

fabricación y la obtención final de la misma.

1.2. Motivación

Durante mis estudios de Formación Profesional en ‘’Diseño en fabricación mecánica’’, ya me

introdujeron un poco en el mundo de la matricería con alguna que otra asignatura teórica sobre el

funcionamiento de este tipo herramientas.

Con mis estudios previos y la experiencia laboral que estoy adquiriendo, me ha llevado a diseñar una

matriz desde cero. Empezando por el diseño de una pieza funcional para producir en serie y terminar

creando el troquel para poder obtener dicha pieza.

El hecho de acabar entendiendo la adaptación previa de una pieza al proceso de fabricación de un

pequeño troquel, me servirá en un futuro profesional para asentar todos los conocimientos que

estoy adquiriendo poco a poco y relacionarlo con uno de grandes dimensiones.


3

2. Introducción

La matricería es la rama de la mecánica que estudia y desarrolla las técnicas de fabricación de

troqueles para obtener piezas en serie de chapa metálica, por conformación.

La estampación de una matriz progresiva es un proceso de conformado de chapa metálica que

consiste en varias estaciones de trabajo individuales (embutición, corte, doblado), cada una realiza

una o más operaciones diferentes en la pieza. La pieza se lleva de estación a estación en una banda

de suministro y se separa de la banda al final de la operación.

El diseño de una matriz se debe adaptar a la complejidad de la pieza a fabricar, los materiales

utilizados, la prensa, el presupuesto… Para realizar el soporte de la rueda de un carro, se ha optado a

diseñar este tipo de herramienta.

Imagen 1: Banda de chapa conformada (“Software Solutions for Sheet Metal Forming | AutoForm Engineering” n.d.)

Para la realización del proyecto, se ha pensado realizar un lote de 650.000 piezas en serie que es lo

normal en producción de matricería, respetando unas cotas concretas que no se pueden cambiar,

pudiendo realizar cambios en el resto del diseño original. La pieza previa tenía un sobrecoste por la

cantidad de material utilizado debido al espesor, se desechaban muchas piezas cuando se montaban

por las tolerancias en las cotas. Para llevar a cabo esta mejora se debe optimizar al máximo el uso de

material con simulaciones de elementos finitos, anticiparse a fallos que se puedan producir con las

simulaciones correspondientes antes de que se realice la construcción y comprobar que al final, la

pieza acabe siendo funcional.

2.1. Objetivo del trabajo

El objetivo del proyecto es realizar todo el ciclo completo de diseño y validación en la creación de una

pieza de chapa metálica y su matriz, incluyendo las operaciones más habituales en matricería (corte,

doblado y embutición).

Los objetivos parciales son:

Memoria

4

- Rediseñar la pieza para que se adapte a las cotas concretas.

- Reducir al máximo el espesor de la pieza.

- Cumplir con las tolerancias de montaje, incluyendo las tolerancias geométricas.

- Optimización de la banda.

- Optimización en la construcción del troquel.

- Anticiparse a fallos que se puedan producir antes de su construcción física mediante

simulación numérica (FEA).

El diseño del troquel se realiza con CATIA V5 P3 V5R21 de Dassault Systems, los elementos finitos con

ANSYS Student Workbench, la simulación de la banda con AutoForm Forming y la simulación del

troquel mediante PRESSIM.

2.2. Alcance del trabajo

Los límites del trabajo están orientados al diseño en 3D con la justificación de cada una de las

siguientes partes:

Dimensionamiento de la pieza en función a los elementos normalizados del conjunto:

elección de material según las fuerzas que actúan, cálculo del alojamiento sobre el eje para la

obtención de medidas reales. Se limita el diseño sólo al anclaje de la rueda y el eje, no se

tiene en cuenta la parte superior.

Realizar elementos finitos en la pieza con un material isotrópico mediante Ansys Workbench

para verificar si la pieza aguantará la demanda de fuerzas.

Desarrollo de la banda con simulación previa a la construcción del troquel, con Autoform. La

simulación se limita al proceso de cada una de las etapas.

Diseño del troquel: elección de normalizados, tratamientos térmicos, adaptación del diseño

en función de la simulación, cálculo de tolerancias en los elementos que se precisan.

Simulación 3D del funcionamiento del troquel, con PRESSIM. Se limita al movimiento y al

reconocimiento de la colisión entre elementos.

Adaptación a la normativa medioambiental desde un punto de vista de diseño, seguridad y

mantenimiento durante el uso de la matriz y estudio de presupuestos sin tener en cuenta los

costes de transporte y de montaje.


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3. Diseño de la pieza

3.1. Primera idea de la pieza

La pieza a rediseñar se trata de la chapa que sujeta la rueda del carro de la compra con la estructura

de alambre. Antes de empezar, se debe hacer un boceto para tener una primera idea sobre las

fuerzas que actúan y como adaptar el diseño al conjunto normalizado de la rueda.

Imagen 2: Boceto inicial [fuente propia – Catia V5]

El boceto nos da una idea de cómo será la pieza final, respetando las cotas concretas, pero antes hay

que realizar una serie de cálculos para garantizar el funcionamiento sin que colapse. Una vez hecho

todo esto, ya se dibujará el troquel.

Las cotas que se deben respetar son las siguientes:

- El rectángulo superior tenga unas dimensiones de 30x20mm con un redondeo de 4mm.

- Los agujeros superiores deben de ser de diámetro 4mm.

- La pieza es simétrica.

- La distancia entre apoyos es de 40mm.

- Tolerancias geométricas (Paralelismo entre pestañas, planitud en la zona de contacto con

otros elementos). Acabado superficial N8.

Memoria

6

3.2. Material de la pieza

Para empezar, debemos escoger el material más adecuado para que pueda soportar todos los

esfuerzos que se verá sometida sin que colapse, saber cómo se efectuará la obtención y en qué

condiciones ambientales trabajará.

Las características que buscamos son:

- Resistencia media-alta a la rotura para soportar el carro y su carga.

- Fácil de conformar y de cortar en frío para realizar operaciones de corte y doblado en la

matriz.

- Resistente a la corrosión ya que suelen utilizarse tanto en interior como exterior.

Material

Resistencia a la rotura por tensión

(N/mm^2)

Resistencia al corte

(N/mm^2)

Recocido Crudo Recocido Crudo

Acero lamin. Con 0,1% C 303,8 392 245 313,6

Acero lamin. Con 0,2% C 392 490 313,6 392

Acero lamin. Con 0,3% C 431,2 588 343 470,4

Acero lamin. Con 0,4% C 548,8 686 441 548,8

Acero lamin. Con 0,6% C 686 882 548,8 705,6

Acero lamin. Con 0,8% C 882 1078 705,6 882

Acero lamin. Con 1.0% C 980 1274 784 1029

Acero lamin. Acero inoxidable 637 735 509,6 588

Acero lamin. Al silicio 548,8 686 441 548,8

Aluminio 73,5-88,2 156,8-176,4 58,8-68,8 127,4-147

Anticorodal 107,8-127,4 313,6-352,8 88,2-98 245-284,2

Avional (duraluminio) 156,8-196 372,4-441 127,4-156,8 294-352,8

Aluminio lam.en aleac

(siluminio)

117,6-147 245 98-117,6 196

Alpaca laminada 343-441 548,8-568,4 274,4-352,8 441-450,8

Bronce 392-490 490-735 313,6-392 392-588

Cinc 147 245 117,6 196

Cobre 215,6-264,7 303,8-362,6 176,4-215,6 245-294

Estaño 39,2-50 - 29,4-39,2 -

Fibra - - 166,6 -

Latón 274,4-362 431,2-490 215,6-294 343-392

Oro - - 176,4 294

Plata laminada 284,2 284,2 230,3 230,3

Plomo 24,5-39,2 - 19,6-29,4 -

Tabla 1: Resistencia a la rotura y al corte de materiales (Florit 2007)

Según la Tabla 1, descartamos cualquier material que no se pueda laminar. Dentro de los aceros

laminados, escogemos un acero comprendido entre 0.1 y 0.2% de Carbono. Los aceros con bajo

contenido de carbono son aptos para fabricarse en matrices. Para poder realizar la pieza,


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necesitamos un fabricante que nos proporcione la lámina de acero. Se ha encontrado el fabricante

‘’Aceros Llobregat, S.A. ’’. En su catálogo, encontramos el acero F-1110 cuya composición es la

siguiente:

Composición media en %

C Mn Si P S Cr Ni Mo V Otros

0,15 0,6 0,3 <0,035 <0,035

Tabla 2: Composición metal F-1110 (“Aceros Llobregat | Nuestro Mundo Es El Acero” n.d.)

‘’Aceros Llobregat S.A. ’’ nos facilita las equivalencias de aceros similares al que se ha escogido,

pudiendo tener otra alternativa en el caso de no obtener el F-1110.

Equivalencias Aproximadas

UNE DIN WNR AFNOR UNI AISI INTA

F-1110 Ck-15 11.141 XC-15 C-15 1015 F-2

Tabla 3: Equivalencias aproximadas (“Aceros Llobregat | Nuestro Mundo Es El Acero” n.d.)

Guiándonos un poco por las propiedades del acero F–1110 que destaca en admitir embutición y

plegado en frío, tener buena tenacidad y se puede usar para elementos de maquinaria poco

cargados, se ha optado por escogerlo con un tratado de temple a 890ºC, enfriado en agua, con un

módulo elástico mínimo de 30 kg/mm2 y una resistencia a la rotura de 45 kg/mm2. Además, el

espesor debe ser menor de 16mm que aún está por dimensionar. (Ver Anexo A – 1)

Propiedades mecánicas Acero F-1110

Propiedades Valores Unidades

Densidad 7850 Kg/m3

Módulo de Young 210000 MPa

Módulo de Poisson 0,30

Límite elástico 300 MPa

Presión específica 1,96 MPa

Tabla 4: Propiedades mecánicas del Acero F-1110 (“Aceros Llobregat | Nuestro Mundo Es El Acero” n.d.)

Memoria

8

3.3. Dimensionamiento del diámetro del eje

3.3.1. Explicación y características técnicas

Un carro de supermercado, puede aguantar entre 450 y 600 kg sin que colapse, si comparamos con

un carro de tela, el peso que pueden soportar ronda entre los 30-40kg que son más que suficientes

para realizar la compra. Todos esos kilogramos recaen sobre las cuatro ruedas, por lo tanto, en cada

rueda caerán 150kg. En un diseño siempre se sobredimensiona, por lo tanto, se hará el cálculo

siempre para el peor de los casos.

Se realiza este apartado para saber con exactitud el diámetro donde irá alojado el eje de la rueda.

Para empezar a realizar este cálculo, véase Figura 1, debemos tener una cierta idea de las distancias

que más o menos ocuparán la rueda alojada en la chapa. Para ello, proponemos una longitud

aproximada del eje y creamos un esbozo para tener claro donde nos afectan las fuerzas. El eje

inventado tiene una longitud desde el apoyo A hasta el apoyo C de 40mm. Cada apoyo deberá

soportar 75kg, y el rodamiento de la rueda, deberá soportar las reacciones (justo en medio del eje).

Como el rodamiento y la rueda son elementos normalizados, nos limitaremos a usar las distancias;

luego ya se escogerá la rueda.

Antes de continuar, necesitamos saber las características del eje. Un eje, realmente no deja de ser un

‘’normalizado’’, parte de una barra cilíndrica de acero que se puede tornear para adaptarla a nuestro

diseño. El material que forma el eje es un acero CF 53 (AISI 1055) del fabricante ‘’Motedis’’ y el

diámetro está aún por determinar. La tensión de rotura es de 769,8 MPa y la de fluencia es 449,1

MPa. El acabado superficial será mecanizado. El factor de seguridad que imponemos es de 2 para

trabajar a vida infinita. (Ver anexo A - 2).

Como podemos ver en la siguiente Figura 1, tenemos las condiciones de contorno. En cada rueda

caerán 1500N que se dividirán en dos fuerzas de igual magnitud en dirección negativa a la Z, justo en

los extremos del eje. Tendremos una reacción en sentido contrario justo en el medio del eje que

caerá completamente en el rodamiento.


9

Figura 1: Condiciones de contorno [Fuente propia]

Datos:

Memoria

10

3.3.2. Diagramas de esfuerzos

Figura 2: Esfuerzos cortantes [Fuente propia]

Para realizar el diagrama de fuerzas (Figura 2), utilizamos dos ecuaciones, la de sumatorio de fuerzas

es igual a 0 (I) y la de sumatorio de momentos en A es igual a 0 (II) (ITEA (Instituto Técnico de la

Estructura en Acero), n.d.):

[I]

[II]


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Figura 3: Momentos flectores [Fuente propia]

Para el diagrama de momentos flectores (Figura 3), utilizamos la expresión [III] (ITEA (Instituto

Técnico de la Estructura en Acero), n.d.) siguiente:

[III]

3.3.3. Elección de la sección crítica

En este dimensionamiento de eje, tenemos mayor solicitación en el punto B, entonces B es crítico.

[IV]

[V]

[VI]

Con estas expresiones(ITEA (Instituto Técnico de la Estructura en Acero), n.d.), podemos calcular en B

el momento flector máximo [III]; metiendo la inercia de la sección del eje circular macizo [V] y la

distancia del eje central a las fibras externas [VI] en la flexión simple máxima [IV], obtenemos:

Memoria

12

3.3.4. Caracterización del ciclo de carga

La rotura por fatiga ocurre de manera repentina después del último ciclo de carga. En un carro de

supermercado, la carga a fatiga se produce por el peso que se añade. Es por ello que hay diferentes

ciclos de carga. Los más comunes son:

- Ciclo constante: tal y como su nombre indica, la misma solicitación durante el espacio de

tiempo.

- Ciclo pulsatorio: parte de un estado o carga inicial (TARA) hasta su máxima solicitación y

trabaja en ese rango.

- Ciclo alternativo o simétrico: varía de manera sinusoidal a lo largo del tiempo.

Imagen 3: Tipos normalizados de ciclos de carga (ITEA (Instituto Técnico de la Estructura en Acero), n.d.)

En nuestro caso, se trata de un ciclo pulsatorio porque el carro está cargado o descargado, la chapa

recibe sólo el peso del carro, o bien, el del carro más el de la compra.

Para resolver la vida a fatiga, debemos encontrar los valores máximos y mínimos de las tensiones,

para así poder trabajar con la tensión media σm y la de amplitud σa. Las podemos calcular con las

siguientes expresiones (ITEA (Instituto Técnico de la Estructura en Acero), n.d.):

[VII]

[VIII]


13

Como todos los estados tensionales son principales, no es necesario calcular Mohr ni Von Mises para

cambiarlas de estado.

3.3.5. Resistencia en la sección B

Una vez que se ha resuelto la solicitación en B, se debe determinar su resistencia. Para llegar al valor,

se debe calcular la tensión límite a fatiga [IV] en la pieza real σf con las siguientes

expresiones(Budynas 2008):

[IX]

Para encontrar el valor de las K’s ver (Anexo B-1):

Memoria

14

[X]

Introducimos la ecuación [X] en la [IX] y resolvemos:

3.3.6. Diagrama de Söderberg

El diagrama de Söderberg (Ver Figura 4) tiene como ejes las tensiones medias y de amplitud (σa, σm).

Luego se dibuja la línea límite de resistencia que es la unión de los puntos (σF, σf). Aquí hay que

diferenciar dos zonas: la zona de seguridad que sería la que está limitada por los ejes y la recta de

resistencia, y la zona de fallo que sería la parte externa.

Después de delimitar las zonas, representaremos el punto P con sus coordenadas (σa, σm). Si el punto

P queda en la zona de seguridad, no se producirá fallo. Si queda fuera, nos encontraremos en la zona

de vida finita; cuánto más lejos, antes se producirá la rotura.

Cabe destacar que la distancia del punto P hasta la línea límite de resistencia, nos lo marcará el factor

de seguridad. Esta distancia nos la marca la recta de carga, que va desde el origen de coordenadas,

pasando por P y cruzándose con la línea límite de resistencia obteniendo el punto S.

Figura 4: Diagrama de Söderberg (Budynas 2008)

Para encontrar el factor de seguridad se utiliza el teorema de Tales y de este modo obtenemos esta

relación(Budynas 2008):

[XI]


15

Si adaptamos la notación de las tensiones del punto P a nuestro caso (

) tenemos la

siguiente expresión(Budynas 2008):

[XII]

Para realizar el dimensionamiento del diámetro con la ayuda del Diagrama de Söderberg tenemos:

Figura 5: Diagrama de Söderberg

Cuando tenemos situados los datos (ver Figura 5), podemos calcular el diámetro óptimo para que

trabaje con un factor de seguridad de 2. Aplicamos las ecuaciones [XI] y [XII] y obtenemos:

Se multiplica por 103 por un tema de unidades y aislamos el diámetro, obtenemos que:

Memoria

16

Con este resultado, se puede diseñar el diámetro del alojamiento del eje. Para ello, se debe de buscar

un fabricante de ruedas y adaptar a nuestras necesidades.

3.3.7. Elección del normalizado

Con el diámetro obtenido de 9,68mm, se ha encontrado el fabricante ‘’Norelem Ibérica, S.L.’’ que nos

puede proporcionar una rueda con las siguientes características(“Modelos 3D, Dibujos 2D y Archivos

CAD Gratuitos - TraceParts” n.d.):

La rueda escogida tiene la numeración 95064-07532, con un B=32mm, B1=35mm, D=75mm, Carga a

soportar=300kg, D1=12mm (Ver Anexo A-3)) (“NORELEM Spain, Catálogo Completo En Breve Plazo

de Entrega” n.d.).

Podemos observar, que el diámetro del eje será de 12mm y, por lo tanto, el alojamiento mantendrá

las mismas medidas que el eje. En cuanto a peso, cabe recordar que el máximo soportable es de

600kg y cada rueda nos aguantará 300kg. Ya estamos dentro de los requisitos iniciales.

3.3.8. Conclusiones parciales

Para concluir los cálculos, los resultados obtenidos son:

- Alojamiento para el eje 12mm.

- Distancia entre apoyos 40mm.

- Rueda Norelem 95064-07532.

Se debe adaptar la pieza de diseño a las piezas normalizadas que formarán el conjunto (rueda, eje y

chapa).

3.4. Medidas de la pieza

Para realizar el cálculo de elementos finitos, necesitamos tener las medidas reales de la pieza. Por lo

tanto, adaptando el boceto inicial a la rueda y al eje obtenemos la chapa con estas medidas. (Ver

Anexo E).

En la pieza, hemos tenido en cuenta el alojamiento para el diámetro del eje de 12mm, las

dimensiones de la rueda (Ancho y diámetro exterior) y se ha dimensionado en función de las

características solicitadas por el cliente. Además, los radios son suficientemente grandes como para

que colapsen.

El acabado superficial de la pieza es de N8, que ya vendrá determinado por la banda.


17

3.4.1. Conjunto de pieza, rueda y eje

Se comprueba (ver imagen 4) que la chapa libra la rueda (7,3mm) y el eje va solidario con el

rodamiento interno de la rueda (no nos adentraremos en el diseño del eje), se debe verificar el

resultado final que una vez montado no haya colisiones internas. Se podría dejar algo menos de

distancia, pero por un tema de seguridad se ha decidido dejar librado más o menos 7’3mm.

Para verificar a priori que la pieza de chapa es funcional, hemos descargado de

‘’TraceParts’’(“Modelos 3D, Dibujos 2D y Archivos CAD Gratuitos - TraceParts” n.d.), la rueda

normalizada de ‘’Norelem Ibérica, S.L.’’, y creado un eje. Se ha ensamblado todo para comprobar que

no haya interferencias entre los componentes.

Imagen 4: Conjunto Rueda-Eje-Chapa [Fuente propia - Catia V5]

3.5. Cálculo de elementos finitos

En este apartado se pretende estudiar cómo se comporta la chapa al aplicar la máxima fuerza que

sufre cuando hay carga en el carro. Nos servirá para comprobar que la pieza es 100% funcional y que

se podrá fabricar en un troquel, cosa que veremos más adelante.

3.5.1. Condiciones de contorno

En este apartado, debemos introducir el material y las afectaciones que tiene la pieza (Ver tabla 4).

Memoria

18

Las condiciones de contorno aplicadas a la geometría estudiada, se han aplicado en diferentes

puntos. Se ha colocado un ‘’Fixed Support’’, en la parte superior de la chapa, simulando el anclaje al

elemento del carro. También, se han colocado dos fuerzas en Z que simulan el peso que recae en el

eje, tal y como se ha visto anteriormente (Ver Imagen 5).

Para la fuerza, se utiliza el valor máximo para estudiar cómo reacciona la pieza con diferentes

tamaños de malla y hasta qué punto aguanta sin sufrir deformaciones plásticas. Se verificará que con

750N la pieza no colapsa.

Imagen 5: Condiciones de contorno [Fuente propia – Ansys]

3.5.2. Malla

Para llevar a cabo el estudio de convergencia se prueban distintos tipos de malla, hexaedros y

tetraedros, utilizando diferentes tamaños. Después de probar los dos tipos de malla, obtenemos que

la mejor es la de tetraedros mientras que la de hexaedros directamente aparece errónea en el

programa. Los tetraedros nos permiten mallar con un mayor número de nodos.

Para conseguir una convergencia más rápida, se ha aplicado un mallado local en las zonas donde

tenemos agujeros y donde se dobla la pieza, que son las que más tensiones podrían concentrar.


19

Imagen 6: Zona de mallado local en azul y general [Fuente propia – Ansys]

Los elementos que ANSYS utiliza para un estudio mecánico 3D es el SOLID187 para tetraedros. Estos

elementos tienen 3 grados de libertad por nodo, uno por cada eje en el que se estudia la tensión.

Imagen 7: Descripción de Solid 187 de Ansys (“SOLID187” n.d.)

Memoria

20

3.5.3. Análisis de convergencia

Para el análisis de convergencia, se evaluará el comportamiento de la pieza, en función del número

de nodos, variando el tamaño de malla y con una fuerza constante de 750N en cada lado. Se

muestran los datos adjuntos en la siguiente tabla:

Tamaño de malla

(mm)

Nodos Elementos Tensión de Von

Misses (MPa)

Deformación de Von

Misses

Despalzamiento

(mm)

6 5743 2511 385,74 0,0019257 2,3706

5 5771 2527 385,58 0,0019488 2,3795

4 6212 2704 386,6 0,0019127 2,4489

3 7585 3342 386,37 0,001966 2,4457

2 5887 2586 396,97 0,0019813 2,4103

1 9617 4202 393,64 0,0019701 2,3218

0,5 17954 7870 390,56 0,0019676 2,4662

Tabla 5: Datos de análisis de convergencia [Fuente propia – Excel]

Gráfico 1: Convergencia Tensión Von Misses [Fuente propia - Excel]

384

386

388

390

392

394

396

398

0 5000 10000 15000 20000

Ten

sió

n d

e V

on

Mis

ses

(M

Pa)

Número de nodos

Tensión de Von Misses


21

Imagen 8: Tensión de Von Misses- Tamaño de malla 0,5mm [Fuente propia - Ansys]

En la imagen 8, se ve la tensión de Von Misses con un máximo de 390,56 MPa y nuestro valor de

límite elástico es de 300 MPa. Se puede asegurar que la pieza rebasará el límite elástico y sufrirá

deformación plástica. Por lo tanto, no aguantará el peso máximo y se puede asegurar que se

deforma plásticamente pero no se puede verificar en qué punto romperá porque el problema deja de

ser lineal.

Gráfico 2: Convergencia de deformación de Von Misses [Fuente propia - Excel]

0,0019

0,00191

0,00192

0,00193

0,00194

0,00195

0,00196

0,00197

0,00198

0,00199

0 5000 10000 15000 20000

De

form

ació

n d

e V

on

Mis

ses

Número de nodos

Deformación de Von Misses

Memoria

22

Imagen 9: Deformación de Von Misses- Tamaño de malla 0,5mm [Fuente propia - Ansys]

Gráfico 3: Convergencia de desplazamiento [Fuente propia - Excel]

2,3

2,32

2,34

2,36

2,38

2,4

2,42

2,44

2,46

2,48

0 5000 10000 15000 20000

De

spla

zam

ien

to (

mm

)

Número de nodos

Desplazamiento


23

Imagen 10: Deformación- Tamaño de malla 0,5mm [Fuente propia - Ansys]

Como podemos observar, se ha ido reduciendo el tamaño de malla de 6 a 0,5 mm que era el mínimo

que nos permitía el programa en versión estudiante. La gráfica de deformación de Von Misses sí que

converge en los dos últimos mallados (0,5 y 1). Esto nos indica que los resultados son buenos.

Mientras que la gráfica de desplazamiento tiene valores más extraños y no llega a converger porque

superamos el límite elástico del material.

Como superamos el límite elástico, tendremos que adaptarnos a una fuerza inferior. Anteriormente,

se ha citado que el carro puede aguantar entre 450 y 600kg, y se ha dimensionado el eje para el caso

más desfavorable; hacemos el cálculo de elementos finitos con 450Kg en total, con un peso de

112,5kg por rueda y 56,25 kg por cada lado de la pieza. Tan sólo cambiando las condiciones de

contorno de las fuerzas de 750N por las de 562,5N, obtenemos:

Tamaño de malla (mm) Tensión de Von Misses

(MPa)

6 289,3

5 289,18

4 289,95

3 289,78

2 297,72

1 295,23

0,5 292,92

Tabla 6: Convergencia de Tensión Von Misses con Fuerza de 562,5N [Fuente propia - Excel]

Memoria

24

Imagen 11: Tensión Von Misses con fuerza 562,5N [Fuente propia - Ansys]

Con estos resultados, podemos afirmar que la chapa de cada rueda aguantará hasta los 450Kg de

peso total en el carro. Se ha verificado que con una fuerza de 562,5N, no se sobrepasa el límite

elástico (300MPa) y no se deformará la pieza.

3.5.4. Conclusiones parciales

En este apartado, podemos concluir que se ha dimensionado la chapa para soportar los 600kg

primeramente, como caso más desfavorable. Como hemos visto que la pieza se deformaba

plásticamente y no cumplía con las cargas que se presentaban, se ha decidido realizar el estudio para

el caso de 450kg.

En el segundo estudio, sí se han obtenido resultados favorables puesto que no se sobrepasa el límite

elástico del material y se asegura con creces que para estas condiciones de contorno, la pieza no

colapsará.


25

4. Justificación del proceso de fabricación

Para escoger el proceso de fabricación que se va a utilizar, se tienen en cuenta diversos factores:

- El número total de piezas a fabricar.

- Las dimensiones de la pieza.

- La optimización en el presupuesto.

- Definir bien el proceso a realizar.

Como el número de piezas a fabricar es bastante elevado, se precisa una velocidad de producción

elevada. En cuanto a las dimensiones y geometría de la pieza, solo necesitará unos punzonados,

dos conformados y dos doblados, por tanto será sencilla de producir. Cabe destacar que no se

precisará de ningún carro (elemento adicional a la matriz que realiza una operación, ya sea de

corte, doblado, pisado o conformado) para realizar ningún corte puesto que todos se hacen en

vertical (perpendicular al avance de la pieza). El troquel a construir no tendrá grandes

dimensiones porque la pieza es pequeña.

Para realizar la producción de nuestra pieza, el proceso de fabricación que mejor se adapta a

nuestras necesidades es una matriz progresiva. Estas herramientas están diseñadas para realizar

de manera simultánea y automática diferentes tipos de operaciones. Se precisan operaciones de

corte, de conformado y de doblado.

El funcionamiento de un troquel progresivo consiste en la entrada de una banda de chapa por un

lado que va avanzando por su interior. A medida que va avanzando, en cada estación se realiza

una operación. Cuando llega a la última operación, se separa del retal y cae la pieza.

En la imagen 12, se pueden distinguir todas las partes que tiene una matriz progresiva. Se trata

de un corte realizado en el conjunto

Memoria

26

1. Base inferior

2. Placa matriz

3. Guía de banda

4. Placa guía punzones

5. Placa porta-punzones

6. Sufridera

7. Base superior

8. Vástago

9. Pasador

10. Punzón

11. Tornillo

Imagen 12: Corte Matriz progresiva (Florit 2007)

Las ventajas de este tipo de utillajes son:

- Gran volumen y velocidad de producción

- Automatización del proceso

- Bajo coste por unidad fabricada

- Mayor aprovechamiento de material

- Mejor calidad de acabado y reducción de mano de obra

- Mayor facilidad para el reciclaje de retales

En cuanto a desventajas:

- Diseño y ajustes de matriz para obtener la mejor calidad posible son complejos

- Elevado coste de fabricación del troquel

Una vez escogido el método de fabricación se realizarán todos los cálculos, desarrollos y simulaciones

para que pueda ser diseñada.


27

4.1. Funcionamiento general

Un utillaje de este tipo funciona de manera que se va conformando a medida que avanza la chapa.

Los pasos o ciclos dependen de la cantidad de cortes de la pieza, en función de su complejidad.

El ciclo de corte se puede describir de la siguiente manera:

1. La chapa avanza y la parte móvil de la matriz (parte superior) baja.

2. La placa pisadora pisa la chapa ejerciendo presión sobre ella.

3. Los muelles se comprimen provocando que la parte móvil baje un poco más hasta que los

punzones tocan la chapa.

4. Se efectúa la operación de corte/doblado/conformado que toque en cada ciclo y la pieza o

retales caen por la cavidad de la base inferior.

5. La parte móvil vuelve a subir y el material sobrante de los punzones se desprende al entrar

en contacto con la placa pisadora.

Memoria

28

5. Diseño, cálculos y método plan

Antes de empezar a diseñar, se deben tener en cuenta una serie de cálculos que nos facilitarán el

desarrollo de la banda, la construcción de los punzones, la elección de la prensa. Nos darán toda la

información necesaria para hacer la matriz al milímetro.

Cabe destacar que los cálculos a nivel teórico siempre será la mínima distancia posible. En cada caso,

se justificará debidamente el por qué.

5.1. Diseño del método plan

La fabricación de la pieza se realizará en las siguientes siete etapas:

1. Se realiza un punzonado de centraje, de diámetro 4mm. Servirá de guía/tope en cada avance

que se produce. Sólo es necesario 1 punzón porque por los laterales ya va guiado; de esta

manera evitamos el desplazamiento en las tres direcciones del espacio.

2. En la segunda fase se realizan los punzonados circulares de diámetro 12mm, y el rectángulo

30x20mm con redondeos de 2mm.

3. En el tercer punto, se realiza la pequeña embutición

4. La cuarta etapa, consiste en los dos punzonados circulares de diámetro 4mm y el recorte del

perímetro de la pieza.

5. Es idéntica a la cuarta, pero en el otro lado.

6. Se produce un doblado a 90 grados con un punzón.

7. Se separa la pieza con una cuchilla por la pequeña pestaña que queda y la pieza saldrá por el

extremo opuesto que ha entrado.

Debe ordenarse de esta manera porque al tener pestañas de doblado, primero se deben realizar

todos los cortes y embuticiones en esas zonas que se van a doblar, dejando un mínimo de material

en la zona central para que siga avanzando la chapa para separarlo al final. Si se realizan primero los

doblados, los cortes y las embuticiones se deberían de hacer mediante el uso de carros (Parte móvil

de la prensa que realiza una operación en diferente inclinación respecto la del eje Z). El uso de carros

incluye un incremento muy elevado del coste y es un factor a tener en cuenta para la fabricación del

troquel. Siempre que se pueda evitar el uso de carros, se evitará.


29

Imagen 13: Operaciones del método plan [Fuente propia - Catia V5]

5.2. Cálculos del método plan

Cabe destacar que los cálculos a nivel teórico siempre será la mínima distancia posible. En cada caso,

se justificará debidamente el por qué.

5.2.1. Separación entre piezas y con el borde del fleje

La separación entre piezas es sumamente importante para que se pueda pisar correctamente en

todas las zonas y evitar estiramiento de chapa, garantizando una correcta tolerancia. Siempre y

cuando los lados sean paralelos, la separación se rige por la siguiente fórmula(Florit 2007):

[XIII]

Donde:

s = separación entre piezas

e = espesor

Pero si se trata de una zona donde el contorno es un diámetro y la separación entre piezas es

puntual(Florit 2007):

[XIV]

Memoria

30

En nuestro caso, tenemos dos zonas conflictivas del caso [XIII]:

- Zona de punzonado de centraje. Cumplimos con la distancia puesto que luego se separará en

la etapa 7. Además, toda esta zona de la Imagen 14 (marcada en naranja) es la separación

entre piezas. Se deja todo este margen, porque es la única manera de tener la pieza guiada

hasta el final de la fabricación.

- Dejamos el margen del espesor en esta zona porque es una separación puntual, en el borde del

fleje.

Imagen 15: Punzonado de centraje [Fuente propia - Catia V5]

Imagen 14: Separación entre piezas [Fuente propia - Catia V5]

Imagen 16: Separación puntual [Fuente propia - Catia V5]


31

5.2.2. Determinación del paso

El paso es la distancia que hay entre dos puntos iguales de dos piezas consecutivas en el mismo

desarrollo de banda. En nuestro caso, como el punzonado de centraje está puesto para que sea

funcional en todas las operaciones, nuestro ancho de banda será de:

[XV]

Y esto producirá un consumo de material mayor, pero por el contrario, proporcionará una mejor

calidad en cuanto a tolerancias.

Imagen 17: Paso de la banda [Fuente propia - Catia V5]

Memoria

32

5.2.3. Anchura y longitud de desarrollo de la banda

La anchura y la longitud de desarrollo de la banda nos determinarán las dimensiones finales del

troquel, sobre todo de la placa matriz, la base superior e inferior.

La longitud vendrá dada por el número de operaciones (7) por el paso. Se obtiene una longitud de

chapa de 457,8mm.

Mientras que la anchura de la banda, vendrá determinada por los márgenes del fleje, la longitud de la

pieza estirada, teniendo en cuenta cómo trabaja la fibra neutra. Obtenemos una anchura de

169,05mm.

Imagen 18: Diseño de banda [Fuente propia - Catia V5]

5.2.4. Rendimiento

Una vez que tenemos las etapas con sus operaciones, la pieza final, la longitud y la anchura de la

banda, podemos calcular el rendimiento mediante el paso y el ancho de la banda, y la superficie final

de la pieza. Del Catia obtenemos la superficie útil de la pieza que es de 8000mm2. Con la siguiente

fórmula calculamos (Florit 2007):

[XVI]

El rendimiento obtenido es bastante elevado, aún desechando toda esa zona de material de centraje.

Pero sin esa zona, la pieza no tendría las medidas óptimas.


33

5.3. Operación de doblado

5.3.1. Radio de doblado

Para conseguir una deformación permanente en un material, es necesario superar su límite elástico

sin llegar a la rotura de fibras. Para ello, el radio mínimo de doblado debe ser (Florit 2007):

En nuestro caso, el radio de doblado externo será de 3mm y el interno es de 2,3mm. (Ver Anexo E)

5.3.2. Expansión lateral

A causa de las deformaciones por el estiramiento de las fibras, en la zona del radio de doblado se

produce una expansión de la chapa que se calcula como (Florit 2007):

[XVII]

Donde:

g = expansión lateral

e = espesor

r = radio interior de doblado

Entonces,

Teniendo en cuenta la anchura inicial de la pestaña a doblar, obtendremos una anchura final de

(Florit 2007):

[XVIII]

Memoria

34

5.3.3. Determinación de la fibra neutra

Durante el proceso de doblado, se produce una deformación molecular que no permite la

recuperación a su forma inicial. Esto se debe a las deformaciones de estiramiento, de tracción y de

compresión que modifican la longitud inicial. La fibra neutra nos permitirá saber cómo variará la

longitud de la chapa durante el doblado. La fibra neutra separa las diferentes zonas de trabajo a

compresión de las de tracción.

Imagen 19: Comportamiento de la fibra neutra en doblado (Florit 2007)

La relación que guarda es de (Florit 2007):

[XIX]

Posición de la línea de la fibra neutra en función de la relación r/e

r/e Posición de la fibra neutra (X)

0,2 0,347∙e

0,5 0,387∙e

1 0,421∙e

2 0,451∙e

3 0,465∙e

4 0,47∙e

5 0,478∙e

10 0,487∙e

Tabla 7: Posición de la fibra neutra (Florit 2007)


35

La relación que obtenemos no aparece en la tabla de manera exacta, se encuentra entre el 3 y el 4.

Para obtener un valor de 3,285 es preciso interpolar de manera lineal utilizando:

[XX]

Una vez tenemos la interpolación, la posición de nuestra fibra neutra será:

[XXI]

5.3.4. Determinación de la longitud inicial de la pieza

Es importante cuando se produce un doblado tener en cuenta la longitud que se comprimirá, por

eso hay que calcular el excedente de chapa que se debe de dejar para que cuando se produzca la

operación, quede con las medidas deseadas. Se calcula de la siguiente manera (Florit 2007):

[XXII]

Donde,

BA = Tolerancia de doblado

A = Ángulo de doblado

r= radio interno de doblado

x = posición de la fibra neutra

5.3.5. Determinación del ángulo de doblado y recuperación elástica

Cualquier operación de doblado produce una pequeña recuperación elástica en el material. Esto

quiere decir que para doblar a cierta medida, habrá que doblar un poco más para que con la

recuperación elástica nos quede a la medida deseada. En un doblado a 90º es un poco más

complicado porque para doblar de manera perfecta, se precisaría de un carro en la matriz y esto

incrementaría el coste considerablemente.

Por lo tanto, vamos a calcular de cuanto es nuestra recuperación elástica con las siguientes fórmulas

(Florit 2007):

[XXIII]

[XXIV]

Memoria

36

[XXV]

Donde,

Β = recuperación elástica de la chapa

r1= radio previo a la recuperación

r = radio de doblado final

α= ángulo de doblado final

Primero calculamos el factor X,

Gráfico 4: Factor de recuperación elástica del material (Florit 2007)

Buscamos en la gráfica el valor de K y obtenemos 0,98.


37

En caso de querer obtener un radio de 2,3mm (recordar que es el interno de la pieza), se debería

doblar con un radio de 2,247mm y con la recuperación elástica obtendríamos el radio deseado.

Para obtener un radio de 90°, deberíamos doblar 1,83° más.

5.3.6. Tolerancia de doblado entre la matriz y punzón

La matriz y el punzón de doblado deben de tener una luz suficiente para que la chapa deslice entre

ellos y se pueda deformar de manera correcta. Si la luz no es suficiente, el troquel puede llegar a

gripar. La tolerancia viene dada por ser alrededor de un 10% mayor que el espesor. Por tanto, será

(Florit 2007):

[XXVI]

5.3.7. Fuerza mínima para producir el doblado

Para calcular la fuerza mínima necesaria para doblar las dos pestañas, se multiplicará por 2 en la

fórmula puesto que son idénticas. Como el doblado es de 90° el cálculo de la fuerza se rige por la

siguiente fórmula (Florit 2007):

[XXVII]

Donde,

Kdoblado= 0,33 (constante para aceros con bajo porcentaje de carbono)

e = espesor (0,7mm)

σt= tensión a la rotura (441,3MPa)

a = Anchura de doblado (60mm)

l = suma de (Radio matriz + radio punzón + 1,1*espesor) = (3mm+2mm+1,1*0,7mm)

Memoria

38

La fuerza de pisado en el doblado, será de un 10% de la fuerza de doblado, es decir, 212N.

5.4. Cálculo de fuerza de corte, de extracción y de expulsión

Una vez que hemos definido todos los punzones en todas las operaciones, se calculará la fuerza de

corte necesaria y la de extracción que debe hacer el pisador para evitar que la chapa se levante

cuando los punzones salen hacia arriba. La fuerza de corte se calcula teniendo en cuenta el

perímetro, la resistencia a la rotura y el espesor (Florit 2007):

[XXVIII]

El perímetro de corte variará en función de cada punzón, el espesor y la resistencia a la rotura son

constantes, 0,7mm y 441,3MPa respectivamente.

La fuerza de extracción será un 10% de la fuerza de corte para punzones abrazados totalmente por la

chapa y del 8% para punzones que realicen cortes parciales como los punzones de recortes

exteriores.

Cuando se ha finalizado el proceso de corte, la pieza acabada tiende a quedarse encallada en el

interior de la matriz puesto que esta zona no tiene ninguna inclinación. Al producirse el siguiente

corte, la última pieza cortada empujará a la anterior, obligando a bajar por el interior de la matriz.

Este tipo de problema representa un esfuerzo adicional que debe hacer la matriz para evitar que se

atasque se puede aproximar mediante 1,5% de la fuerza de corte, obteniendo la fuerza de expulsión.

Los perímetros de cada punzón están extraídos de Catia directamente.

En la siguiente tabla, se agrupan todos los punzones con su perímetro, la fuerza de corte, de

extracción y de expulsión:


39

Punzón de

Corte

Cantidad Perímetro

(mm)

Fuerza de corte

(N)

Fuerza de extracción

(N)

Fuerza de

expulsión (N)

Centrador Ø4 1,00 12,57 3881,88 388,19 58,23

Punzón Ø12 2,00 37,70 23291,27 2329,13 349,37

Punzón

rectangular

1,00 93,13 28768,79 2876,88 431,53

Punzón Ø4 4,00 12,57 15527,51 1552,75 232,91

Recorte

exterior

4,00 90,54 111873,61 8949,89 1678,10

Punzón de

separación

1,00 17,31 5347,85 427,83 80,22

Fuerza total

(N)

188690,90 16524,66 2830,36

Toneladas

(KN)

188,69 16,52 2,83

Tabla 8: Fuerzas de corte, extracción y expulsión [Fuente propia - Excel]

5.4.1. Resistencia al pandeo de los punzones

Los punzones son elementos que deberán soportar las fuerzas calculadas anteriormente, esta fuerza

según la forma que tenga el punzón, puede producir pandeo. El pandeo se produce cuando aparece

una flexión adicional en el punzón sometido a la acción de esfuerzos axiales de cierta importancia.

Por esta razón, se debe calcular la longitud máxima del punzón sin que pandee con la siguiente

fórmula (Florit 2007):

[XXIX]

Donde,

LMÁX =Longitud máxima del punzón (mm)

E = Módulo elástico = 210000MPa

I = Momento de inercia (mm4)

Fcorte= Fuerza de corte del punzón (N)

Se calcularán los punzones más desfavorables, con ello se verificará que si los más desfavorables

aguantan el pandeo, los que tengan una inercia mayor, lo aguantarán también.

Memoria

40

La inercia de una circunferencia se calcula:

[XXX]

La inercia de un rectángulo se calcula:

[XXXI]

Aunque nuestro punzonado sea un rectángulo con los cantos redondeados, se calcula sin los cantos

porque se partirá de un bruto rectangular totalmente.

Cálculo de pandeo Fuerza de corte (N) Inercia (mm4) Longitud máxima (mm)

Centrador y punzón

Ø4

3881,88 12,57 81,91

Punzón rectangular 28768,79 20000,00 1200,37

Punzón Ø12 11645,63 1017,88 425,62

Tabla 9: Cálculo de pandeo [Fuente propia - Excel]

Como podemos observar, el punzón de diámetro 4 tiene una longitud máxima insuficiente, por lo

tanto a partir de 80mm, se pondrá un refuerzo de diámetro 6mm si fuera necesario y quedaría una

longitud de 184,3mm, que ya es suficiente para no sufrir pandeo.

Finalmente, la longitud total de todos los punzones de corte será de 120,4mm (Postizos incluidos).

Esta longitud está determinada por la carrera que tendrán (Ver 6.3. detalles constructivos).

5.5. Tolerancias en operaciones de corte

La tolerancia de corte es la luz que hay entre punzón y matriz, para facilitar la expansión del material

a causa de la presión que realiza el punzón sobre la chapa y permitir que al cortar, quede un buen

contorno en ella. La tolerancia producirá piezas de mejor calidad.

La tolerancia es muy importante puesto que si hay una luz demasiado grande, el corte puede

producirse de manera irregular produciendo arrugas en la chapa y un contorno sin calidad. Si la

tolerancia es insuficiente, puede provocar un gripaje por el elevado rozamiento que se produciría.


41

Imagen 20: Tolerancia entre matriz y punzón (Florit 2007)

Cuando la tolerancia es la correcta, se consigue un contorno de calidad evitando rebabas y esfuerzos

innecesarios en los elementos que producen el corte.

De cierto modo, la tolerancia no se aplica de manera general a todos los elementos. En contornos

exteriores, la matriz tendrá la medida nominal y el punzón será más pequeño. Mientras que si se

trata de un punzonado interno, el punzón tendrá la medida nominal y a la matriz se le sumará la

tolerancia.

La tolerancia dependerá de la resistencia de corte del material y del espesor. Según la siguiente tabla:

Resistencia de

corte(kgf/mm2)

Factor de tolerancia

<10 0,01*e

11-25 0,03*e

26-39 0,05*e

40-59 0,07*e

60-99 0,09*e

>100 0,10*e

Tabla 10: Tolerancia de corte en función de la resistencia de corte (Florit 2007)

El material que se ha escogido tiene una resistencia al corte de 45 Kg/mm2, esto indica que nuestro

factor de tolerancia será de 0,049mm.

También hay otra manera de encontrar esta tolerancia, según la siguiente fórmula (Florit 2007):

[XXXII]

La medida obtenida con la segunda opción es menos precisa, por lo tanto nos quedaremos con la

primera. Hay que garantizar que se cumpla esta tolerancia para obtener la calidad deseada.

Memoria

42

Como se ha definido anteriormente, en los recortes exteriores, la matriz tendrá la medida nominal y

en interiores, será el punzón.

5.6. Cálculos de embutición

Para realizar la pequeña embutición debemos cerciorarnos de que se haga con calidad. Por ello,

necesitamos calcular la fuerza de embutición, las medidas nominales del diámetro y asegurar la

tolerancia entre el punzón de embutición y la matriz.

Para llegar a calcular la fuerza de embutición, necesitamos hacer unos cálculos previos. Teniendo en

cuenta las medidas de la pieza (López Navarro 1975):

[XXXIII]

Donde,

D = diámetro máximo

dsup = diámetro superior (medida extraída de Catia V5)

dinf = diámetro inferior (medida extraída de Catia V5)

h= altura de embutición que coincide con el espesor

La operación debido a la escasa altura se realizará en una sola operación.

Para calcular la fuerza del punzón, procedemos (López Navarro 1975):

[XXXIV]

[XXXV]


43

Una vez tenemos la constante k de embutición, podemos calcular la fuerza de embutición necesaria

para la operación mediante (se multiplica por 2 por haber dos punzones) (“4.8.- Parámetros de La

Embutición. | DPMCM03.- Procesos de Corte y Conformado.” n.d.):

[XXXVI]

En cuanto al esfuerzo de pisado, es la presión que ejerce el pisador sobre la chapa durante el trabajo.

Tiene que permitir el desplazamiento regular y uniforme sobre los radios de la matriz. Una presión

insuficiente provocaría arrugas y una excesiva, no permitiría la fluidez del material provocando un

alargamiento con una rotura. Se calcula de la siguiente manera (“4.8.- Parámetros de La Embutición.

| DPMCM03.- Procesos de Corte y Conformado.” n.d.):

[XXXVII]

Donde;

Fpisado= Fuerza de pisado

p = coeficiente de presión específica = 1,96MPa

Como son dos punzonados, se multiplicará por 2.

d/D n

0,55 1

0,6 0,86

0,65 0,72

0,7 0,6

0,75 0,5

0,8 0,4

Tabla 11: relación entre diámetros para cálculo de la constante (k) de embutición (López Navarro 1975)

Memoria

44

El juego entre el punzón y la matriz también se rige por otros parámetros. Si el juego es demasiado

pequeño produce un efecto de adelgazamiento que puede acabar en rotura y si es grande, produce

arrugas y defectos superficiales. Rige la misma tendencia que los punzones de corte en cuanto a

funcionamiento de tolerancia (Ver apartado 5.5) (López Navarro 1975).

[XXXVIII]

Para finalizar, solo nos falta calcular los radios de la matriz y del punzón, para obtenerlos utilizamos

(“4.8.- Parámetros de La Embutición. | DPMCM03.- Procesos de Corte y Conformado.” n.d.):

R=radio matriz

r=radio punzón de embutición

[XXXIX]

[XL]

Si se cumplen estas medidas, obtendremos la medida exacta. Así que se deberá tener muy en cuenta

durante el mecanizado. Entre los radios y el juego habrá un buen funcionamiento, la chapa correrá

sin producir arrugas ni roturas.

5.7. Dimensiones de la placa matriz

El espesor de la placa matriz depende del esfuerzo de corte y de la forma de la pieza, sobre todo del

espesor. Es por ello que para calcular el espesor de la placa cuando está totalmente apoyada sobre la

base inferior (nuestro caso) o sufridera inferior, se utiliza (Florit 2007):

[XLI]

Obtenemos:

En cuanto a ángulos de salida de retal, tenemos diferentes tipos, cada uno con sus características

concretas.


45

Imagen 21: Ángulos de salida en la placa matriz (Florit 2007)

La forma B es la que mejor se adapta a nuestro caso y además de muy fácil mecanizado por el tipo de

retal que tenemos exterior. El agujero tiene una parte perfectamente paralela y perpendicular a la

cara superior que se llama vida matriz. Una vez que se ha realizado este mecanizado, se ensancha de

manera cónica con una angulación de escape de 10°.

La vida matriz viene determinada por la siguiente fórmula (Florit 2007):

[XLII]

5.8. Muelles

En el apartado de muelles tendremos de dos tipos con distintos funcionamientos en lo que se

requiere al conjunto. Por una parte tendremos los muelles que realizarán fuerza sobre la placa

pisadora y los muelles que levantarán la chapa para no se atasque.

5.8.1. Muelles de levantamiento

El correcto funcionamiento de este tipo de muelles será esencial para evitar que se atasque la chapa

durante el procedimiento. Se precisan puesto que en la operación de embutición la chapa se hunde y

no podría seguir avanzando puesto que chocaría con la pared de la embutición de la matriz (Ver 6.3.

Detalles constructivos). Entonces es necesario levantar la chapa en cada operación para evitar este

tipo de interrupción.

Memoria

46

Los muelles deben de vencer la fuerza de la banda de chapa y además del taco donde van solidarios.

Para ello se ha elegido el fabricante ‘’MuelleStock’’, que permite realizar muelles en función de la

carga que deben soportar y las medidas que deben de tener.

En la operación 1, es decir, una tira de chapa completamente lisa con el pequeño punzonado de

centraje, el área es de 0,011m2(Catia V5). Si tenemos una densidad de 7850 kg/m3 y un espesor de

0,7mm, realizando un cálculo muy sencillo obtenemos que la operación 1 tiene un peso de 0,06kg,

pero como tenemos 7 operaciones, el peso total de la banda en la zona de trabajo será de 0,423kg.

Se realiza el cálculo de esta manera para sobredimensionar y así cubrir el peso de los tacos que

deberán de levantar. Además, el muelle no puede ser demasiado pequeño para que vaya bien guiado

puesto que no tendrá una guía adecuada en donde ir sujeto. Solo tendrá las paredes de alrededor.

Para evitar que el taco gripe, se escoge un muelle con un diámetro más grande.

Habrá un taco en cada operación (ver 6.3. Detalle constructivos – 6.3.1.), por cada taco, dos muelles

para evitar descompensación cuando suba el taco. Es decir, un total de 14 muelles. Cada muelle

podrá soportar 0,46kg, y en total 6,44kg que serán más que suficientes para levantar los tacos y la

banda de chapa.

El muelle del fabricante ‘’MuelleStock’’ tiene la referencia 200243 y el material con que está

fabricado es Cuerda Piano: ALAMBRE DE ACERO EN 10270-1 SH-PH (DIN 17223/84-C) (“MuelleStock ·

Más de 50.000 Tipos de Muelles Standard En Stock Inmediato.” n.d.). El resto de características ver

en Anexo A - 5.

5.8.2. Muelles de carrera

Para transmitir la fuerza a la placa pisadora desde la parte superior y que los punzones de corte,

embutición y doblado realicen su correcta función, precisamos de muelles. Los muelles se eligen a

través de la fuerza de extracción total, la fuerza de doblado y la fuerza de pisado de embutición. Los

muelles se encargan de pisar bien la chapa en el tramo inicial cuando baja y después de producir el

corte, doblado o embutición, siguen haciendo su función en el retorno. En nuestro caso, se sumarán

las tres fuerzas y se dividirán entre el número de muelles a utilizar. Debido al poco espacio que

disponemos, se ha optado por colocar 6 muelles.

[XLIII]

Para calcular la compresión de cada muelle, se calculará la distancia que recorrerá desde que entra

en contacto con la chapa hasta que finaliza la operación de cada punzón. Como tenemos tres tipos de

operaciones, cada tipo de punzón tendrá una longitud diferente pero la carrera será la misma


47

produciendo así una operación detrás de otra. La carrera total de cada uno será de 20mm. También

se debe tener en cuenta la distancia del pisador para que entre en contacto con la chapa, son 10mm,

que se añadirán a la carrera dejando un total de 30mm. Además se tendrá en cuenta la precarga del

5% de la longitud del muelle (López Navarro 1975). El muelle tendrá una longitud de 80mm.

Teniendo en cuenta esto:

[XLIV]

Por lo tanto, la compresión total del muelle será de 34,4mm con la suma de la precarga. Para la

elección del muelle, debemos obtener la K necesaria para asegurar que la deflexión del muelle no

supere la máxima específica del fabricante. Utilizando la Ley de Hooke:

[XLV]

Donde:

F = Fuerza del muelle

K= constante elástica del muelle

∆x = compresión del muelle

Por lo tanto, nuestro muelle deberá tener una longitud de unos 89mm, con una constante elástica

mayor de 82,2 y poder trabajar con una compresión de 34,4mm aproximada.

El muelle escogido es de ‘’MuelleStock’’ con referencia 700272 que tiene una K superior a la

demandada (141 N/mm) y una longitud de 89mm y el material es Acero Inoxidable: ALAMBRE DE

ACERO EN 10270- 3 “1.4310”NS (INOX-AISI 302) (“MuelleStock · Más de 50.000 Tipos de Muelles

Standard En Stock Inmediato.” n.d.). (Ver Anexo A - 5)

Verificamos que el muelle cuando trabaja a compresión máxima, tiene una longitud de 58,2mm. La

diferencia de estos dos datos son 30,8mm. No es suficiente carrera pero los punzones están

diseñados para que penetren un poco más y hagan su función. (Ver Detalles constructivo 6.3.3.)

Memoria

48

6. Diseño de la matriz progresiva

La matriz progresiva que se va a diseñar debe de tener un buen pisador, que inmovilice la chapa

durante las operaciones que se llevan a cabo para la transformación de la banda. Que haya pisador, y

que funcione de manera correcta, nos ofrecerá unos resultados óptimos, y además, los elementos

activos como los punzones de corte, de doblado y de conformado, deben de ir guiados.

También se emplearán todos los elementos normalizados posibles, y se dividirán en dos tipos:

- Elementos normalizados que se deberán de mecanizar

- Elementos normalizados que se insertarán directamente en el conjunto

Cada componente de la matriz realiza una función específica en el conjunto. Se debe garantizar el

correcto funcionamiento de cada uno, para ello se comprobará en las simulaciones.

Además, es muy importante elegir los materiales adecuados con las siguientes propiedades:

- Elevada dureza superficial para resistir el desgaste.

- Tenacidad y ductilidad

- Alto contenido de carbono para evitar el desgaste por rozamiento

6.1. Componentes

La matriz va a tener un número mayor o menor de piezas según la calidad que se quiera obtener. La

cantidad y la calidad de piezas se argumentarán en este apartado.

Cada componente según la función que desempeña, tendrá una geometría distinta. Los acabados

superficiales se especificarán en los planos y suelen ser N6 o N8, según las superficies que entren en

contacto. Los punzones por ejemplo, tendrán una calidad de N6 (rectificado) puesto que deslizan

sobre el resto de piezas. Las calidades se han elegido según la tabla equivalente a la norma DIN 140

que engloba las rugosidades (Ver Anexo B - 2). La rugosidad de fresado y taladrado suele estar entre

1 - 3,5µ. Hemos elegido 3,2µ – N8. Para los rectificados de caras N6 - 0,8µ.

En cuanto a tratamientos térmicos, los más frecuentes son templados y revenidos. Al ser placas

normalizadas, ya vienen con estos tratamientos. El templado y revenido/bonificado (punzones) son

muy importantes puesto que la matriz está sometida a altas tensiones durante todo el

funcionamiento. Absolutamente todas las placas deben ser sometidas a tratamientos. Todos los


49

tratamientos van combinados con el tipo de material, que debe ser de alta resistencia, sobre todo los

punzones y la plaza matriz.

En cuanto a las dimensiones de las placas normalizadas, se mecanizarán según la geometría que

deban de tener, mediante fresadoras. Los punzones parten de bloques de material en bruto que se

mecanizarán y se rectificarán según la rugosidad y las necesidades de las formas que queramos

adoptar de manera específica. Además se tratarán térmicamente para evitar el deterioramiento,

desgaste, corrosión, reducir la fricción; para así alargar la vida útil produciendo un ahorro y menor

consumo de herramientas/recambios.

También para los punzones, se reduce la tensión térmica que se pueda producir por la fricción.

Aumentando la tenacidad de los punzones respecto a la chapa a cortar, permitirá trabajar a

velocidades más altas mejorando la productividad. Los tratamientos más comunes son:

- Templado: se trata de calentar el material por encima de la temperatura crítica para obtener

martensita, que aumentará la dureza.

- Revenido: se realiza si el material ha sido templado. Este tratamiento facilitaría el

mecanizado puesto que reduce la dureza.

- Bonificado: tratamiento térmico de temple y revenido.

- Nitrurado: trata de endurecer el material a partir de la difusión de nitrógeno en la superficie

consiguiendo resistencia a la corrosión e incrementando la dureza.

- PVD (Physical Vapour Deposition): se utiliza para herramientas de arranque de viruta y

estampación depositando materiales duros evaporados en la superficie.

Según el tipo de tratamiento que se aplique obtendremos ciertas características. El templado suele

realizarse con enfriamiento en aceite para evitar un cambio brusco de temperatura asegurándose

que no se produzcan deformaciones ni grietas. El nitrurado es muy importante cuando se quieren

obtener punzones duraderos y fiables. La tecnología PVD se utiliza mayoritariamente para cortar

materiales muy gruesos y duros, que no es nuestro caso aunque el tratamiento sea muy costoso

garantiza la vida útil del punzón.

Los tratamientos se aplican en la mayoría de piezas teniendo en cuenta la manera que van a trabajar

y la función que desempeñen.

Para las piezas normalizadas, se han escogido diferentes fabricantes. A continuación se describirá

cada una de las piezas que conforman el utillaje. Véase el catálogo adjunto en los anexos.

Memoria

50

6.1.1. Placa base inferior y superior

La placa base inferior y superior forman el armazón de la matriz. Este conjunto se divide en dos

partes, la placa inferior que aguanta y hace de base de la parte fija; y la placa superior que sujeta toda

la parte móvil. Las dos placas están conectadas con cuatro columnas (algunos porta-matrices llevan

dos). La placa superior se desliza por las cuatro columnas a partir de un casquillo de jaula. El conjunto

de ambas placas es normalizado y se ha elegido con cuatro columnas para asegurar el buen

funcionamiento debido a las cargas elevadas. Aunque aumente un poco el coste, nos garantiza las

tolerancias de fabricación. Este conjunto se monta en la base de la prensa y el resto de piezas irán

unidas entre las dos placas por tornillería y pasadores. El armazón está formado por las dos placas,

los cuatro casquillos unidos a la base superior y las cuatro columnas. Ref. 2010.59.5040.1.894

.(“FIBRO” n.d.)

Dimensiones (Ver Anexo A - 5):

- Placa superior e inferior: 400x500x50

- Columnas: 200x⦰40

- Distancia entre columnas: 300x400

- Zona de trabajo 500x250

El material es un acero de fundición F-114.

Las dos placas vienen con sus respectivos

mecanizados para las columnas y la sujeción

de casquillos guía. Para montar el resto de

componentes se realizan los siguientes

mecanizados (Ver imagen 22):

Los agujeros para las columnas tienen un ajuste de H6/h6, en la base inferior con ⦰40 para la

columna y en la base superior con un ⦰58 para el casquillo. Tienen alojamientos de tornillos Allen

para la sujeción y pasadores para la alineación, ambas placas. La superior tiene un agujero roscado

para la colocación del vástago, y alojamientos para los tornillos limitadores de carrera y la inferior

tiene mecanizados para la caída de la chapa y avance de la chapa.

Las tolerancias deberían ser dadas por el fabricante pero no nos las proporciona. Así que se le

aplicarán las siguientes:

1. Paralelismo entre caras de apoyo

2. Planitud en toda la superficie de trabajo

3. Perpendicularidad

Imagen 22: Conjunto placa base superior e inferior [Fuente propia - Catia]


51

4. Ajuste H6/h6 en el recorrido de las columnas

En cuanto a tratamientos térmicos, no se requieren en estas placas porque no están sometidas a

rozamientos y a esfuerzos.

Los acabados superficiales se tienen en cuenta los agujeros de los pasadores y los tornillos de carrera

que se mandrinarán con un N6 especificado por el fabricante del pasador. Las placas no tienen un

acabado superficial proporcionado por el fabricante, aun así, sí vienen rectificadas. Tendrá un

acabado superficial N8.

6.1.2. Placa matriz

La placa matriz es una de las más importantes del conjunto puesto que es la encargada de cortar la

chapa junto con los punzones, también se encarga de las tolerancias que hay entre matriz y punzón

para que la pieza tenga la mejor calidad posible. Se recomienda construir por partes o con zonas

postizas, ya que si sufre una avería o rotura en las partes más conflictivas, es más fácil de reparar y

menor tiempo. En matrices de gran producción es preferible que sean zonas independientes, para así

evitar que se produzcan fracturas o roturas en toda la placa. Pero en este caso, se realiza la placa

entera, y si sufre alguna rotura a posteriori, se solucionará mecanizando la parte rota y colocando un

nuevo taco de sustitución. La placa matriz es de las más complejas porque los tratamientos térmicos,

los acabados y el tiempo de mecanizado se deben hacer todo con mayor precisión. Sin embargo, la

calidad de la pieza, determinará la calidad de la placa (junto a los punzones). Como es nuestro caso,

se debe invertir en buenas calidades de mecanizado, tratamientos y acabados. La referencia de la

placa es 2900. - Placa de acero ISO 6753-1; Ref: 2900.5025.40. (“FIBRO” n.d.) (Véase Anexo A - 5)

Las dimensiones escogidas son 500x250x40. Las dimensiones de anchura y longitud nos vienen

limitadas por la banda, pero el espesor se rige por el cálculo (ver apartado 5.7). Los cálculos nos

aportan las dimensiones mínimas. Las dimensiones que se han escogido han sido

sobredimensionadas respecto a las de diseño para adaptarnos al fabricante.

El material escogido por el fabricante es Acero ISO 6753-1, que se realizará un temple y un revenido

con una dureza de 60HRc, después del mecanizado para garantizar que todas las zonas queden

protegidas.

En cuanto a mecanizados, se realizan los agujeros de corte con la especificación de la vida matriz y la

angulación de salida correspondiente, en la operación de embutición se hace un mecanizado de

copia de superficie para adquirir la forma embutida con una buena tolerancia y en las próximas

estaciones, se realizará el mismo para que la pieza se adapte a la zona embutida. Los mecanizados

para expulsar/levantar esos milímetros necesarios para que se pueda desplazar la banda. También,

se dejan zonas huecas para el doblado y el avance de la chapa que no interfiera con nada. Además,

Memoria

52

como sólo disponemos de un centrador, se dejará el hueco suficiente para que penetren los

centradores en las siguientes etapas con los tacos de centraje. A la salida, se mecaniza una zona con

bajada para facilitar la salida de la pieza final. Los agujeros para los alojamientos de los tornillos y los

pasadores también se mecanizan. (Ver Detalles constructivos 6.3.1)

Para las tolerancias, el fabricante no nos garantiza ninguna tolerancia. Se aplican las siguientes:

- Paralelismo entre caras de apoyo

- Planitud en toda la superficie de trabajo

- Perpendicularidad entre los punzones y la placa pisadora

- Los agujeros de los pasadores tienen calidad H6

Los tratamientos térmicos

deben asegurar el buen

funcionamiento de la placa

puesto que es la que sufre más

esfuerzos, tensiones y más

desgaste. Por esto se aplica

templado y revenido para

obtener durezas de 60HRc.

Debemos asegurar sobre todo

las zonas donde hay radios de

doblado o cortes. Todos los

tratamientos se harán después del mecanizado. En cuanto a acabado superficial, las caras que

están en contacto con otras placas deben de ser bien paralelas para garantizas el buen

deslizamiento con un N6.

6.1.3. Placas guía del fleje

Estas placas se encargan de guiar el fleje de chapa mientras avanza por la matriz. La geometría es

alargada con una anchura de unos 20mm y un espesor de 2 a 3 veces el espesor de la banda, que

siempre será más para facilitar el agarre a las demás placas con los tornillos. Es recomendable que

tengan un ángulo en la entrada por si el sistema de alimentación fallara, que facilite la entrada de

material. La placa va unida a la matriz. La referencia del catálogo es 2923.2099.020. 010.0500, se

trata de un acero de precisión de sección rectangular y cuadrada con creces para mecanización, DIN

59350. (“FIBRO” n.d.)

Las dimensiones de la placa (Ver anexo A - 5) son 500x20,3x10,4. El espesor se debe a la altura de la

cabeza de los tornillos Allen, con un espesor más pequeño no entrarían.

Imagen 23: Placa matriz [Fuente propia - Catia]


53

El material de esta placa es acero templado con revenido UNE 1.2099, HRc 60.

Los mecanizados que se realizan en la pieza son los mandrinados de los pasadores y de los tornillos

Allen, además de la esquina a 30 grados para

facilitar la entrada de la banda.

Las tolerancias en esta placa son:

- Paralelismo entre caras

- Planitud en la superficie de trabajo

- Perpendicularidad

- Tolerancia H6 para los pasadores

Los tratamientos térmicos aplicados son

templado y revenido, posteriormente rectificación de las caras para respetar los paralelismos y

perpendicularidades. Sufren mucho desgaste por deslizamiento de chapa.

6.1.4. Placa pisadora

La placa pisadora es una pieza fundamental en el acabado de la pieza. Se encarga tal y como indica su

nombre de pisar la chapa. Si la ejecución no es correcta, se pueden producir arrugas, roturas u otro

tipo de defectos en la pieza final. Esta placa, va unida a la placa guía punzones. Se ha elegido una

placa de acero ISO 6753-1 con Ref. 2900.5025.32.(“FIBRO” n.d.)

Las dimensiones de la placa original son 500x250x32 (Ver Anexo A - 5) que se mecanizará para

rebajarla a 500x170,5x20. Este rebaje se produce para que la placa pueda acceder a pisar la chapa

entre las placas guía.

El material es un acero UNE 10570, con temple y revenido con una dureza de 56 HRc

aproximadamente.

Los mecanizados producidos en esta placa son los tornillos y pasadores para atornillarla a la placa

guía punzones. Los agujeros para los respectivos punzones que atravesarán la placa. Los mandrinados

para el postizo de los centradores.

Las tolerancias en esta placa son:

- Paralelismo entre caras de apoyo.

- Planitud en toda la superficie de trabajo.

- Perpendicularidad entre los agujeros de los punzones y la cara de apoyo.

- Ajuste deslizante para los agujeros de los punzones.

Imagen 24: Placas guía de banda [Fuente propia - Catia]

Memoria

54

6.1.5. Placa guía punzones

La placa guía punzones realiza la función tal y como indica su nombre. Puede ir guiada por las

columnas pero no es necesario, así se produce un ahorro de material. La placa va anclada a la

pisadora y también a la porta punzones. Se ha elegido una placa de acero ISO 6753-1 con Ref.

2900.5025.32. (Ver Anexo A-5)(“FIBRO” n.d.)

Las dimensiones de esta placa son 500x250x32. El espesor suele ser un 40% de la longitud de los

punzones pero en este caso no se ha podido respetar debido al poco espacio y a la gran carrera de los

muelles para producir todas las operaciones de manera progresiva. Aún así, como va anclada a la

placa pisadora, también realiza de guía sin ser su función principal garantizando ese 40% haciendo la

suma de los espesores de ambas placas.

El material de fabricación es un acero UNE 10570, con temple y revenido con una dureza de 56 HRc.

Los mecanizados que se realizan son los agujeros para que pasen todos los punzones, el alojamiento

del pasador y de los tornillos para anclar a la placa pisadora y los taladrados y roscados para los

tornillos limitadores de carrera.

Las tolerancias aplicadas son:



- Perpendicularidad entre los agujeros de los punzones y la cara de apoyo.

- Ajustes deslizantes para los guiados de punzones.

Los tratamientos térmicos y acabados superficiales son sumamente importantes para evitar

desgastes entre los punzones y la placa, por eso es necesario el templado y revenido.

Imagen 25: Placa pisadora [Fuente propia - Catia]


55

Imagen 26: Placa guía punzones [Fuente propia - Catia]

6.1.6. Placa porta punzones

La placa porta punzones se encarga de sostener todos los punzones y acompañarlos durante todo su

movimiento. Para sostener los punzones, se deben mecanizar las cabezas de los punzones según cuál

sea su forma. Para que cumpla su función, es muy importante el tipo de ajuste que debe de tener. Se

ha elegido la misma placa que para el guiado de de punzones.

Las dimensiones son 500x250x32, esta vez sin modificar.

El material utilizado es un acero UNE 10570, con una dureza de 56 HRc.

Los mecanizados sí son distintos, tenemos el alojamiento de los punzonados, con sus respectivas

cabezas para evitar los giros. Además de los mandrinados, taladrados y roscados para la tornillería y

los pasadores, tenemos agujeros pasantes para el hueco del muelle y para evitar que los casquillos

guía rocen cuando se produzca el movimiento.

Las tolerancias aplicadas son:

- Paralelismo entre caras de apoyo.


- Perpendicularidad entre los

alojamientos de los punzones y la cara

de apoyo

En cuanto a tratamientos térmicos y

acabados superficiales, esta placa no requiere ningún tratamiento térmico puesto que no se

somete a grandes esfuerzos ni rozamientos. Sí que se precisa rectificar los alojamientos para los

punzones para conseguir una buena tolerancia de ajuste. El alojamiento del muelle es suficiente

con un acabado de N8.

Imagen 27: Placa porta punzones [Fuente propia - Catia]

Memoria

56

6.1.7. Placa sufridera

La placa sufridera se sitúa entre la placa base superior y la porta punzones, como su nombre indica,

se encarga de absorber los golpes de los punzonados y protege la base superior. Estas placas suelen

estar tratadas térmicamente, mecanizadas y rectificadas para unirlas al armazón. Se ha elegido una

placa de acero normalizado con Referencia 2923.2842. - Acero de precisión de sección rectangular y

cuadrada con creces para mecanización, DIN 59350. (Ver anexo A - 5) (“FIBRO” n.d.)

Las dimensiones de la placa son 500x250,3x8,2.

El material es un F-522, templado y revenido con una dureza de 56 HRc.

Los mecanizados que se realizan son simples, los agujeros para los tornillos y los pasadores. Se hace

un rebaje de 3mm para dejarla a 250mm en vez de 250,3mm y que cuadre todo a la misma medida.

Además se mecanizan los cuatro librados de los casquillos de jaula y el librado para el muelle.

Las tolerancias aplicadas a la placa serán de paralelismo entre caras de apoyo y planitud en toda la

superficie.

En cuanto a tratamientos térmicos y

acabados superficiales se aplica el

templado y revenido. La dureza no

debe ser muy elevada para absorber

mejor los impactos. El templado se

realiza para conseguir dureza

superficial, evitar desgastes y

mejorar la resistencia a la fatiga. El

revenido se hace para reducir la

dureza y conseguir la adecuada,

aumentando la ductilidad, alargamiento, resiliencia y tenacidad; características que permitirán

soportar mejor los golpes. Los acabados de los pasadores serán de N6. Es importante realizar el

rectificado en las caras de apoyo.

Imagen 28: Placa sufridera [Fuente propia - Catia]


57

6.1.8. Punzones

Los punzones son piezas que se encargan de realizar el corte/doblado/embutido de la chapa. Estos

punzones pueden ser normalizados, dependiendo del tipo que sean. En caso opuesto, se mecanizan a

partir de bloques de acero en bruto a los cuales posteriormente se realizaran los tratamientos

adecuados para asegurar que no se desgasten y aguanten las tensiones.

Van situados en la placa porta punzones con un apriete en la cabeza de cada uno y guiados por la

placa guía punzones y la pisadora. La longitud de cada uno de ellos es variable según el tipo de

operación que realizan puesto que el punzón de doblado llega bastante más abajo, mientras que el

punzón de corte tiene 13mm porque no necesita penetrar tanto y el punzón de embutición es aún

menor, tiene 3,6mm menos respecto al de corte. Esto indica que cada operación tiene una carrera

distinta (Ver Detalles constructivos 6.3.2.). Al ser de distintas carreras, y para que podamos hacer

todas las operaciones de golpe, no se puede elegir ningún punzón normalizado y se deberán fabricar

todos, produciendo un incremento del coste.

Para lograr que trabajen de forma eficiente, es muy importante el diseño de la punta y que esté bien

afilado (en los punzones de corte circulares), por ello a nivel de diseño, deben seguir este tipo de

terminación para que el corte sea limpio y no deforme la chapa.

Imagen 29: Terminación del filo de corte en punzones circulares (Florit 2007)

Para los punzones de corte circulares, se mecanizarán como se muestra en la opción 2 ﮿ . En cuanto a

la vida que puede tener el punzón dependerá del número de ciclos que se pueda realizar.

En la matriz diseñada hay 15 punzones, de los cuáles son 11 de corte, 2 de embutición y dos de

doblado. Todos los punzones partirán de bloques de acero para acero para herramientas con

referencia 1.2842 - O2 - U13 - F522 con una dureza 62 HRc de (“Aceros Llobregat | Nuestro Mundo Es

El Acero” n.d.).

Las dimensiones de los punzones son las siguientes (Las medidas de las cabezas y otros detalles más

específicos de cada punzón se verán en el plano):

Memoria

58

1. Punzón circular de centraje con una zona de corte de diámetro 4 y longitud 43mm con un

refuerzo para evitar el pandeo de diámetro 6 y longitud 77mm.

2. Punzón rectangular de corte de 30x20x120,4 mm.

3. Punzón circular de corte ⦰12x120,4 mm.

4. Punzón circular de corte ⦰12x120,4 mm.

5. Punzón circular de embutición de ⦰ x mm.

6. Punzón circular de embutición de ⦰ x mm.

7. Punzón circular de corte con una zona de corte de diámetro 4 y longitud 43mm con un




9. Punzón de corte exterior de longitud 120,4mm.

10. Punzón de corte exterior de longitud 120,4mm.





13. Punzón de doblado de 60x62x133,4 mm.

14. Punzón de doblado de 60x62x133,4 mm.

15. Punzón de corte rectangular 17,3x5,5x120,4 mm.

Imagen 30: Punzón de corte3, 4 [Fuente propia - Catia]

Imagen 31: Punzón de corte 1, 7, 8, 11, 12 [Fuente propia

- Catia]

Imagen 32: Punzón de corte 2 [Fuente propia - Catia]


59

Imagen 34: Punzón de corte 15[Fuente propia - Catia]

Imagen 36: Punzón de corte 9, 10 [Fuente propia - Catia]

Imagen 33: Punzón de embutición 5, 6 [Fuente propia -

Catia]

Imagen 35: Punzón de doblado 13,14 [Fuente propia - Catia]

Memoria

60

En cuanto a mecanizados, se rectificarán todas las caras según las tolerancias y acabados

especificados en los planos. Las tolerancias deberán tener un correcto apriete se deben respetar

las tolerancias especificadas en los planos para que el corte se ajuste a las medidas nominales.

Se deberán templar todos los punzones para conseguir durezas elevadas entre 62 – 64 HRc y

evitar el desgaste prematuro. Los acabados superficiales son sumamente importantes para que

se deslicen con facilidad por la placa guía. Los acabados superficiales serán de N6.

6.1.9. Tacos o postizos

Los tacos o postizos forman parte de cualquier componente que necesite un recambio rápido en caso

de rotura, o bien para facilitar la unión con otros elementos. En nuestro conjunto tenemos tres tipos

de postizos:

1. 2 Postizos para sujetar el punzón de recorte exterior 70x86x20

2. 5 Postizos para centrar la chapa (suprimen el centrador después de la primera operación

ahorrando material en nuevos punzones) ⦰8x10 y ⦰4x5mm.

3. 6 Postizo para levantar la banda de chapa 11x25x9mm

Imagen 37: Postizo sujeta punzón 1 [Fuente propia - Catia]

Imagen 38: Postizo centrador 2 [Fuente

propia - Catia]

Imagen 39: Postizo levantar chapa 3 [Fuente propia - Catia]


61

El material escogido para la construcción del taco es un acero bonificado F-1272 de ‘’Aceros

Llobregat SA’’ que garantiza una buena resistencia y resiliencia para aguantar los esfuerzos de

fatiga, torsión, flexión y sobre todo choque (“Aceros Llobregat | Nuestro Mundo Es El Acero”

n.d.).

Los mecanizados realizados se especificarán en el plano. Será importante que tengan las caras

rectificadas para garantizar la calidad dimensional.

Las tolerancias son:



- Perpendicularidad entre caras de apoyo

- En el caso del postizo centrador, concentricidad.

No se requerirá ningún tratamiento térmico puesto que ya viene con las propiedades adecuadas

para cumplir su función.

6.1.10. Vástago

El vástago es un elemento normalizado que se encuentra roscado en la placa base superior de la

matriz, exactamente en el centro de gravedad de actuación de las fuerzas de los punzones. Este

elemento sirve para unir la parte móvil del troquel con el cabezal de la prensa, para transmitir las

fuerzas hacia la parte fija.

Se encuentra situado en el punto x = 251,047mm, y = 0,038mm, z = 152,799mm (Centro de gravedad

calculado por Catia V5). La coordenada Z no es necesaria para esta posición puesto que el vástago va

roscado en la base superior. Nos salen unas coordenadas coherentes y muy factibles en cuanto a

posición del vástago porque se encuentra prácticamente en el centro de la matriz, sólo difiere 1mm.

Esto se debe a que los punzones de recorte exterior, producen casi toda la fuerza de corte (Ver tabla

7). En el caso que no se produjera una coordenada en una zona central de la matriz, habría que dejar

alguna operación vacía para así provocar una coordenada céntrica.

Para la elección del vástago, es necesario calcular la fuerza total que debe realizar la prensa. Se

realiza la suma de las fuerzas de corte, de embutición, de doblado y de los muelles de carrera; todo

ello multiplicado por un factor de seguridad de 1,2 que nos asegurará la elección correcta de la fuerza

de la prensa.

[XLVI]

Memoria

62

Según este cálculo y utilizando la normativa DIN 9859, escogemos la fuerza de la prensa

inmediatamente superior a 24Tn, y obtenemos que la prensa debe ofrecer una potencia de 40Tn

y las dimensiones del vástago deben respetar las siguientes medidas:

Tabla 12: Normativa vástagos DIN 9859/ ISO 10242 (Florit 2007)

Por lo tanto, el elemento escogido sigue la normativa DIN 9859 / ISO 10242 del fabricante FIBRO

con Ref. 211.12.32.024 con su descripción de 211.12. - Perno roscado DIN ISO 10242-1. (Ver

Anexo A - 5) (“FIBRO” n.d.)

Cabe destacar que la normativa DIN 9859 es la antigua debido a la referencia del Libro y la

actualizada es la ISO 10242 que cumple exactamente con los requisitos demandados en la tabla

12.


63

6.2. Elementos normalizados

Aquí se especificarán todos los elementos normalizados no modificados que tiene la matriz (Ver

Anexo A).

- 4 columnas guía de ⦰ x mm Ref. 2010.59.5040.1.894 (Porta matrices) – FIBRO.

- 4 Casquillos de jaula ⦰ Ref. 2010.59.5040.1.894 (Porta matrices) - FIBRO.

- 12 muelles para levantar la chapa de ‘’MuelleStock’’ con referencia 200243.

- 6 Tornillos limitadores Allen M4x10 para limitar la carrera de los tacos de levantar la chapa

con normativa ISO7379 de la casa Royme.

- 4 Tornillos limitadores Allen M5x60 para unir la parte inferior (Placa base inferior, placa

matriz y guías de banda) con normativa con normativa ISO7379 de la casa Royme.

- 4 Pasadores ⦰ x mm para la parte inferior con norma DIN 6325 del fabricante Royme.

- 6 Tornillos Allen para unir la placa pisadora con la guía punzones M6x30 con norma DIN

912 del fabricante Entaban. “Suministros Industriales En Zaragoza - Suministros

Industriales Entaban” n.d.)

- 4 Pasadores ⦰ x mm para guiar la placa pisadora y la gu a punzones con norma DIN

6325 del fabricante Royme.

- 6 Muelles de matricería de Carga fuerte para limitar la carrera de los punzones con

referencia 700272 de MuelleStock.

- 6 Tornillos limitadores de carrera que van anclados desde la base superior hasta la placa guía

punzones de M10x110mm con norma ISO7379 de la casa Royme.

- 5 Tornillos Allen M3x12 para sujetar los tacos de los centradores, atravesando la placa

pisadora con norma DIN 912 del fabricante Entaban.

- 4 Tornillos Allen M10x40 para unir la base superior, la sufridera y la porta punzones con

norma DIN 912 del fabricante Entaban.

- Pasadores ⦰ x mm para guiar la base superior sufridera y porta punzones con

norma DIN 6325 del fabricante Royme.

- Vástago de fijación para transmitir las fuerzas, norma ISO 10242 con Ref. 211.12.32.024

del fabricante FIBRO.

- 3 Tornillos Allen M5x30 para sujetar el postizo con el punzón de recorte exterior con

normativa DIN912 de la casa Entaban.

Memoria

64

6.3. Detalles constructivos

En este apartado del proyecto, se especificarán los elementos constructivos con su explicación

detallada para un mejor entendimiento de los conceptos. Además se detallarán los subconjuntos que

encontramos en el troquel.

6.3.1. Placa matriz

La placa matriz es el elemento más complejo de todo el conjunto puesto que tiene muchos detalles

técnicos. Cabe recordar que la placa es simétrica.

- Tenemos cuatro agujeros pasantes en las esquinas para los tornillos Allen y los pasadores.

- Los recuadros amarillos son los agujeros para que el punzón penetre a través de ellos.

- La zona librada para el doblado, es del tamaño de la pestaña en la zona ancha mientras que

una vez doblada, se deja una distancia de 5mm para que la chapa efectúe la salida sin

problemas.

Imagen 40: Detalles constructivos placa matriz [Fuente propia - Catia]


65

- En cuanto al proceso de embutición, tenemos la zona para que se produzca la operación, y

luego los librados de esa zona embutida para que cuando vuelva a actuar el pisador, no

deforme el proceso.

- El alojamiento del taco ovalado, ahí va situado el taco para levantar la chapa. Hay 6

alojamientos idénticos. (Ver Imagen 41)

- El alojamiento del taco centrador, sirve para evitar tener 5 punzones más como el centrador.

(Ver imagen 42)

En la imagen 41, se puede ver el taco para levantar la chapa. Tiene una carrera de 2,1mm suficiente

para que haga su función. Este pequeño conjunto está formado por el tornillo limitador Allen M4x10

y los dos muelles de compresión.

Imagen 41: Alojamiento taco de levantar chapa (posición de reposo) [Fuente propia - Catia]

Memoria

66

Imagen 42: Taco centrador (Posición de reposo) [Fuente propia - Catia]

En la imagen 42, se puede ver el pequeño conjunto del taco centrador, va anclado a la placa pisadora

mediante un tornillo Allen M3x12. Cuando la placa pisadora efectúa su trabajo, el taco baja solidario

y se inserta en el librado que hay en la placa matriz centrando la chapa.

Imagen 43: Detalle vida matriz [Fuente propia - Catia]


67

En la imagen 43 se puede ver la vida matriz y la evacuación de retales tal y como se ha especificado

en los cálculos.

Imagen 44: Detalle profundidad embutición [Fuente propia - Catia]

Con la profundidad de 1,4mm será suficiente para producir toda la zona de embutición.

6.3.2. Carrera de los punzones

La determinación de la carrera de los punzones es una de las partes más complejas para fabricar.

Como se trata de una matriz progresiva, se debe ajustar cada punzón con una longitud distinta para

que se efectúen todas las operaciones a la vez.

El punzón de doblado será el más largo porque es el que más milímetros entrará para poder doblar

toda la pestaña. Seguidamente vendrá el punzón de corte puesto que debe penetrar entre 5 y 7mm

para evitar que la chapa se quede sin cortar. Por último, el punzón de embutición deberá penetrar

exactamente los milímetros que se quiera embutir.

Memoria

68

Imagen 45: Dimensiones de los punzones en la placa porta punzones [Fuente propia - Catia]

En la imagen 45, podemos observar 3 medidas distintas. La medida de los punzones de doblado es de

133,4mm, la medida de todos los punzones de corte es de 120,4mm y la de los punzones de

embutición (marrones) es de 116,8mm. Teniendo en cuenta que la carrera total es de 30mm, 10mm

son para que entre en contacto el pisador con la chapa, y los otros 20mm son para que penetren los

punzones. Justo en el instante 10mm de carrera, empieza a actuar el punzón de doblado. Cuando el

de doblado ha penetrado 13mm empieza a actuar el de corte y cuando lleva 3,6mm empieza a entrar

en contacto el de embutición.

Cabe destacar que entre la placa pisadora y el punzón de doblado hay un margen de 2mm para

asegurarnos de que la chapa está bien pisada (Imagen 46: Recuadro rojo).

Imagen 46: Punzones en posición de reposo [Fuente propia - Catia]


69

Imagen 47: Punzones con carrera de 10mm [Fuente propia - Catia]

En la imagen 47, se puede observar como todas las piezas de la parte móvil han descendido 10mm y

el pisador (placa amarilla) ha entrado en contacto con la chapa/placa matriz. Una vez llegados a este

punto, empezará la acción de los punzones.

Memoria

70

Imagen 48: Punzones con carrera de 30mm [Fuente propia - Catia]

En la imagen 48, observamos que la placa pisadora se queda en la misma posición y se ha realizado la

carrera de 30mm y todos los punzones están en la posición más baja posible. Si tomamos de

referencia la parte inferior de la placa pisadora, el punzón de doblado ha penetrado 18mm, el punzón

de corte 5mm y el de embutición 1,4mm. Con el ajuste de las longitudes de los punzones, la carrera

de los muelles y la distancia que debe recorrer el pisador, verificamos que la acción para realizar la

pieza es funcional.

Otro detalle importante es la carrera de los punzones que realizan los agujeros de diámetro 4mm.

Como la construcción de los mismos tienen dos diámetros distintos, se debe respetar esa diferencia

para que cuando bajen, no interfiera. Es por ello, que se deja el espacio requerido para que efectúe

los 20mm de carrera y tenga su espacio, de tal manera queda un alojamiento específico en la placa

porta punzones para estos 5 elementos de corte (Ver Imagen 49)


71

Imagen 49: Detalle carrera punzones de diámetro 4mm [Fuente propia - Catia]

6.3.3. Carrera de los muelles

Imagen 50: Detalle del alojamiento de los muelles [Fuente propia - Catia]

Memoria

72

En la imagen 50, encontramos la carrera de los muelles de matricería de carga fuerte son muy largos

y precisan de un mecanizado para que pase a través de la porta punzones y la sufridera. Luego el

tornillo limitador Allen M10x110 atraviesa desde la base superior hasta la placa guía punzones.

También se puede apreciar el anclaje de la placa guía punzones con la pisadora a través de Allen

M5x60.

6.3.4. Proceso de doblado

Imagen 51: Detalle constructivo de OP doblado [Fuente propia - Catia]

La operación de doblado es conflictiva puesto que requiere precisión y más detalle que se verá en la

simulación. En cuanto a la construcción, tenemos los punzones de doblado con radio 2, mientras la

placa matriz tiene radio 1. En la placa matriz tenemos un mecanizado de librado hacia adentro para

que cuando la pestaña se doble, la parte embutida no interfiera con nada. Entre la pared del punzón

y la placa matriz, tenemos 1mm de margen, justo para que la chapa no se adelgace ni se rompa por

estiramiento. La operación se producirá de manera satisfactoria con estos tres detalles y se verifican

en la simulación.


73

6.3.5. Conjuntos y subconjuntos

Imagen 52: Parte inferior fija [Fuente propia - Catia]

En la imagen 52, podemos observar la parte inferior de la matriz, está formada por las columnas, las

dos placas guía, la base inferior, la placa matriz y el conjunto de los tacos de levantar la chapa. Está

unida a través de los tornillos Allen M5x60 y los pasadores ⦰8x60 que atraviesan la placa guía, la

matriz y la base inferior.

Memoria

74

Imagen 53: Parte superior de la matriz móvil [Fuente propia - Catia]

Por otro lado, en la parte superior de la matriz, tenemos la placa base superior, la sufridera y la porta

punzones que están unidas mediante los tornillos Allen M10x40 y los pasadores ⦰10x40. Luego,

tenemos la placa guía punzones y la placa pisadora unidas por los tornillos Allen M6x30 y los

pasadores ⦰6x40. Además de los tornillos que limitan la carrera con sus muelles, tenemos los

casquillos de jaula anclados a la base superior con el vástago.

Por lo que respecta a la placa porta punzones (Ver imagen 54), todos los punzones van colocados

directamente sobre la porta punzones gracias al diseño de la cabeza de cada uno, excepto el punzón

de recorte exterior, que va colocado en el postizo mediante los tornillos Allen Tornillos Allen M5x30.

Cabe destacar que en la placa pisadora tenemos los postizos de centraje ya comentados en Imagen

42.


75

Imagen 54: Placa porta punzones y punzones [Fuente propia - Catia]

En resumen, el resultado final del conjunto sería el siguiente:

Imagen 55: Matriz progresiva [Fuente propia - Catia]

Memoria

76

7. Análisis Modal de Fallos y Efectos

El Análisis Modal de Fallos y Efectos (AMFE) se trata de una técnica analítica para asegurar que se ha

considerado y estudiado cada uno de los fallos potenciales de un diseño o proceso, e identificado las

acciones que se deben tomar para prevenir o detectar defectos o problemas potenciales. También se

puede recoger el método en la denominación AMFEC (Análisis Modal de Fallos, Efectos y Criticidad),

que se introduce de una manera más remarcable y más precisa la especial gravedad de los fallos.

Los términos fundamentales del AMFE son el cliente, el producto, la seguridad de funcionamiento, la

detectabilidad, la frecuencia, la gravedad y el Índice de Prioridad de Riesgo (IPR).

Los criterios para valorar el fallo son tres:

1. Frecuencia: probabilidad de ocurrencia del fallo.

2. Gravedad: Importancia, repercusión y perjuicios que provoca el fallo según la percepción del

cliente.

3. Detección: probabilidad de que el fallo no sea detectado antes de llegar el producto al

cliente.

El objetivo principal es mejorar la calidad para satisfacer plenamente al cliente. Aunque otros

objetivos más secundarios son:

- Predecir cuál puede ser un fallo potencial que se puede producir en el diseño y fabricación,

detectando las causas.

- Disponer de los medios, establecer acciones preventivas y correctoras para evitar que se

puedan producir los fallos, obteniendo mayor fiabilidad de los proyectos.

- Analizar y evaluar la eficacia de las acciones adoptadas, con antelación para que surta efecto.

- Familiarizar al personal de trabajo con el equipo para que puedan visualizar los fallos,

detectar las causas, etc.

En cuanto a las ventajas que nos aporta:

- Reducción del tiempo de lanzamiento y del coste, evitando rediseños y modificaciones.

- Mejora continua de la calidad, aprovechando la recopilación metódica de la información.

- Aumentar la fiabilidad de los productos y servicios, obteniendo la satisfacción del cliente.

Los índices que rigen el AMFE son los tres nombrados anteriormente, el índice de frecuencia F, el de

gravedad G y el de detección D.


77

Se numeran según la siguiente valoración:

Clasificación Valoración

Remota 1 - 2

Baja 3 – 4

Moderada 5 – 6

Alta 7 – 8

Muy alta 9 - 10

Tabla 13: Clasificación de índices (Belloví et al., n.d.)

El producto de los tres índices es conocido como Índice de Prioridad de Riesgo (IPR).

En la Tabla 14, se muestran todas las anomalías que se pueden detectar en nuestro diseño y se

pueden corregir antes de que el producto llegue al cliente, pero veremos a continuación que el

producto requiere una fase de puesta a punto una vez se han fabricado y ensamblado todos los

componentes.

Memoria

78

Tabla 14: AMFE de la Matriz de corte progresiva [Fuente propia - Excel]


79

Vamos a evaluar los fallos por partes (contrastar con tabla 14): 1. Se trata de un retal atascado durante la evacuación, es un fallo común que se pueda

producir, así lo indica su IPR de 40. Corrigiendo el fallo, se puede observar que la frecuencia es remota, pero que si se produce, la gravedad sigue siendo dañina para el conjunto.

2. Se trata del gripaje de los tacos que levantan la chapa, es un fallo que es complicado de detectar porque se puede producir por muchos factores (suciedad, mal ajuste, desgaste, etc.), sin embargo si se realiza una buena puesta a punto, se pueden evitar. El 4 en el índice G de corrección es más bajo puesto que hay seis tacos, además deberían gripar como mínimo dos para detectarlo (D = 1).

3. En el caso de la rotura del taco de centraje, la frecuencia es baja, la gravedad y la detección

son elevadas. Se debe realizar una muy buena puesta a punto para coordinar el avance de la chapa y sincronizar la velocidad de la prensa para evitar un descentraje de la pieza, con la rotura de piezas. Si se soluciona el problema, la frecuencia de que ocurra baja al mínimo, pero si se desincroniza, el problema es grave puesto que afecta a la calidad de la pieza y el cliente nos la rechazaría. Por ello baja de 210 a 18.

4. Cuando se produce la rotura del punzón, aún siendo poco frecuente, la gravedad es muy elevada y la detección algo complicada. Con una puesta a punto de la prensa y aplicando las fuerzas necesarias sin ser excesivas, se puede corregir. Cabe destacar que el punzón es una pieza de desgaste y puede colapsar.

5. En la operación de doblado, podemos romper la pieza si la velocidad y la fuerza no son

adecuadas, por ello se deben realizar varios ensayos de puesta a punto. La corrección es casi perfecta y tenemos un fallo con un IPR de 160 a tener un IPR de 3 con el fallo corregido.

6. Los radios de la matriz y del punzón se deberán ajustar manualmente con unas piedras pulidoras, una vez que se ajustan, el fallo pasa a tener un IPR de 1. Como es un defecto de calidad de pieza, tiene un IPR sin corregir de 160

7. Cuando se corrigen los radios, hay que comprobar que punzón realiza mejor el doblado (Ver

apartado de Simulación), una vez comprobado que punzón se ajusta mejor, se deberá realizar la puesta a punto en taller, produciendo una mejora con un IPR de 1.

8. En el proceso de embutición, se debe tener en cuenta el adelgazamiento de chapa, ajustando una buena tolerancia entre punzón y matriz, simulando y con la puesta a punto se mejorará la calidad de obtención de la pieza hacia la deseada, por eso el IPR vuelve a ser 1.

Memoria

80

8. Simulación del método plan

En este apartado, se realiza la simulación del método plan mediante Autoform. La simulación

consistirá en emular todas las operaciones que realiza la matriz y comprobar el comportamiento que

tiene la chapa a lo largo de cada una de ellas es la correcta.

El orden para fabricar un troquel es el siguiente:

1. Diseño de la pieza.

2. Cálculo de elementos finitos. Si no cumplen los requisitos, volver al punto 1.

3. Diseño del método plan.

4. Simulación del método plan. Si no es correcto, volver al punto 1.

5. Diseño del troquel.

6. Ajustar los elementos específicos del troquel. Si no son correctos, volver al punto 4.

7. Fabricación y puesta a punto.

Como podemos comprobar, hay tres vueltas de calidad en el punto 2, 4 y en el 6. Entre ese orden, se

establece un bucle para asegurarnos de que la fabricación del troquel es realizar de la manera más

óptima.

Por tanto, se suele lanzar una primera liberación de pieza para que se pueda ir avanzando en el

diseño del troquel mientras se va simulando. Es un trabajo que se realiza de manera conjunta puesto

que lo que no ves en la simulación, lo puedes ver en el diseño, y viceversa.

En este proyecto, se ha realizado el diseño y la simulación de manera conjunta y se han ido

modificando muchas partes, desde modificar la pieza, modificar el desarrollo de la banda y modificar

el troquel.

Las vueltas de calidad son importantes para ver y corregir fallos antes de fabricar.

Antes de simular, es necesario conocer los conceptos técnicos para poder evaluar los datos. Son los

siguientes:

- Springback: es la capacidad que tiene un material para su recuperación elástica cuando se

embute o se dobla. Se calculará respecto la separación de la pieza teórica y la obtenida en

milímetros.

- Thinning: es la capacidad que tiene un material para estirar sus fibras produciendo un

adelgazamiento.


81

- FLD (Forming Limit Diagram): se trata de la curva límite de formación para predecir el

comportamiento que tendrá la chapa antes de colapsar.

- Rompe radios: se trata de una técnica para golpear el radio en la zona intermedia y que se

produzca una recuperación elástica menor, produciendo una deformación en la zona del

radio.

8.1. Primera simulación

Al principio del proyecto, se realizó un primer diseño de la pieza. La pieza tenía un radio en la pestaña

que se doblaba excesivamente pequeño (0,7mm) y después de realizar los elementos finitos para

verificar que con las cargas que debía de soportar lo hacía con garantías (Ver anexo D), se lanzó la

simulación y se obtuvieron los siguientes resultados.

Imagen 56: FLD con radio 0,7mm [Fuente propia - Autoform]

Memoria

82

Imagen 57: Thinning con radio 0,7mm [Fuente propia - Autoform]

Imagen 58: Springback con radio 0,7mm [Fuente propia - Autoform]


83

Como podemos observar en las imágenes, tenemos rotura, excesivo adelgazamiento produciendo

rotura y un Springback de más de 3mm. El springback no es importante puesto que la pieza con ese

radio no se puede producir ya que rompería.

En cuanto al proceso de embutición, vemos que en la zona embutida no se produce adelgazamiento

(0,00) ni FLD (entorno al 0,1) y de corte no se obtuvieron resultados desfavorables.

La solución al problema era aumentar el radio, pero lo suficiente como para tener una recuperación

elástica favorable.

Entonces se volvió del punto 4 al 1.

8.2. Segunda simulación

En la segunda simulación, se aumentó el radio que rompía a radio 6mm y se obtuvieron unos

resultados muy favorables en cuanto a FLD y thinning pero no tanto a nivel de recuperación.

Imagen 59: Comparativa Springback con radio 6mm [Fuente propia - Autoform]

El springback mostrado en la imagen 59, muestra una comparativa de la operación de doblado. En la

parte izquierda se obtiene una recuperación de (más de 6mm), mientras que si se utiliza un rompe

radios (parte derecha), la recuperación es 2mm menor.

Memoria

84

El springback obtenido nos da cierta noción de cómo se comporta la pieza con un radio mayor, y se

pueden evaluar más cosas acerca de la operación de doblado como el diseño del punzón.

El punzón de doblado se simula con dos tipos ángulos de ataque. El de la parte izquierda no tiene

ángulo mientras que el de la parte derecha tiene cierta angulación. Podemos observar que la chapa

se comporta de manera diferente. Con un ángulo de ataque en el taco, el comportamiento de la

chapa es extraño mientras que sin ángulo, el comportamiento es más progresivo.

Imagen 60: Comparativa de punzón de doblado [Fuente propia - Autoform]


85

En este ensayo, tenemos el comportamiento de la recuperación elástica y cómo se comporta la

chapa con dos tipos de punzonados distintos, pero como el springback es muy excesivo, se decidió

realizar más ensayos con diferentes radios de pieza.

Con esta simulación, nos encontramos en el punto 4 y podríamos avanzar hacia el 5 para empezar a

realizar el diseño del troquel pero, cabe optimizar aún más el springback.

8.3. Tercera simulación

En la tercera simulación, se realizan las pruebas con diferentes radios en la pestaña a doblar, en cada

una de ellas, tanto el FLD como el Thinning son favorables. Se modifica la pieza con radios de 1mm,

2mm, 3mm, 4mm, 5mm y 6mm. Todos los radios nos permiten cumplir los requisitos del fabricante.

Una vez que tenemos las seis modificaciones, se realiza una comparación para comprobar cuál es la

que tiene menor recuperación elástica.

Imagen 61: Comparativa de radios [Fuente propia - Autoform]

Memoria

86

Imagen 62: Comparativa de radios [Fuente propia - Autoform]

Radio (mm) Recuperación

elástica (mm)

1 5,739

2 5,063

3 4,914

4 5,463

5 5,680

6 6,598

Tabla 15: Comparativa de radios [Fuente propia ]

En la tabla 15, tenemos la recopilación de datos respecto a los radios y el Springback. Se observa que

el radio que menos recupera en la pieza es el de 3mm.

Con esta comparativa, podemos pasar de la fase 4 hacia la 5, y realizando las fases anteriores con el

diseño de la pieza con radio 3mm.


87

8.4. Cuarta simulación

Una vez que se tiene la pieza final definida, se procede a entrar en la fase 4-5-6 para realizar todos los

ajustes que hagan falta en el troquel de manera específica.

En la cuarta simulación, se procede a realizar un estudio acerca del taco de doblado y su

comportamiento. El punzón tal cual se muestra en las imágenes, tiene distintos ángulos de ataque. Se

realiza con ángulo de 0, 5, 10 y 15 grados.

Imagen 63: Comparativa ángulo de ataque 0-5-10-5 grados [Fuente propia - Autoform]

Ángulo de ataque (°) Recuperación elástica

(mm)

0 4,855

5 4,218

10 2,907

15 4,999

Tabla 16: Comparativa de ángulos de ataque [Fuente propia]

Memoria

88

Podemos verificar que con un ángulo de ataque de 10° obtenemos un Springback de 2,907mm, que

es el menor de todos los ángulos comparados.

Imagen 64: Comportamiento del punzón con ángulo de ataque 0° [Fuente propia - Autoform]


89

Imagen 65: Comportamiento del punzón con ángulo de ataque 10° [Fuente propia - Autoform]

Si comparamos la Imagen 64 y 65, podemos observar que con el ángulo de ataque de 10° la acción de

doblar es más progresiva y tiene menor recuperación elástica que sin ángulo. La simulación de 5° y

15°, es prácticamente igual que la de 10° y solo varía la recuperación.

También se ha realizado un pequeño estudio sobre la fuerza del pisador en las zonas más conflictivas

que son la de embutición y doblado. Se puede pisar:

- De forma parcial: solo alrededor de la zona que se efectúa la operación.

- De forma total.

En la OP de embutición si tiene sentido realizar el estudio de los dos pisados mientras que en la OP de

doblado, no puesto que es una zona muy pequeña aún así, se comparará.

Memoria

90

En el resto de las operaciones, se realiza el pisado de forma total.

Imagen 66: Pisador total OP Embutición [Fuente propia - Autoform]

Imagen 67: Pisador parcial OP Embutición [Fuente propia - Autoform]


91

Pisador total Pisador parcial

Pieza Fuerza (KN) Pieza Fuerza(KN)

Punzón 15,5 Punzón 15,7

Matriz 45,1 Matriz 23

Pisador 29,5 Pisador 7,3

Tabla 17: Comparativa pisado parcial o total Embutición [Fuente propia ]

En la tabla 17, se recogen todos los datos de la fuerza del pisador total y parcial. Se puede observar

que la fuerza del punzón es idéntica en los dos casos puesto que debe realizar la embutición. Sin

embargo, la fuerza del pisador es distinta porque si pisa de manera total, abarca más superficie de

chapa y al tener que ser uniforme, implica más fuerza. Mientras que si pisa de manera parcial, sólo

recogería la zona de alrededor de la embutición, dejando realizar la operación.

Imagen 68: Pisador total OP Doblado [Fuente propia - Autoform]

Memoria

92

Imagen 69: Pisador parcial OP Doblado [Fuente propia - Autoform]

Pisador total Pisador parcial

Pieza Fuerza (KN) Pieza Fuerza(KN)

Punzón 7,1 Punzón 7,1

Matriz 13,6 Matriz 13,6

Pisador 6,5 Pisador 6,5

Tabla 18: Comparativa pisado parcial o total OP Doblado [Fuente propia]

Como ya se ha nombrado anteriormente, la zona de pisado en la operación de doblado es escasa

debido a los recortes interiores. La fuerza que efectúa el pisador es de 6,5KN en esta OP.

Viendo la comparativa de los dos casos, se ha optado por realizar el pisador total para ahorrar costes

de fabricación y mecanizado. Además, es más sencillo y sigue siendo igual de funcional.

En esta simulación, seguimos en la fase 4 - 5 - 6.


93

8.5. Simulación definitiva

En la última simulación realizada, encontramos un error producido por el programa y detectamos un

desajuste en el punzón de doblado. Mientras se realiza la OP, la pestaña derecha no se comporta

igual que la izquierda, o viceversa. Esto se debe a que el radio del punzón es excesivamente pequeño

y la generación de la malla producía este desajuste (Ver imagen 70).

Imagen 70: Simulación de OP de doblado [Fuente propia - Autoform]

Una vez se ha refinado la malla de los punzones en los radios y también en el radio de la pieza, los

resultados han variado de una manera considerable. Se determina que la simulación óptima se

consigue con un radio del punzón de 2mm y sin ángulo de ataque (0﮿). Se ha vuelto a hacer la

comparativa y darle ángulo de ataque no afecta a los resultados.

Memoria

94

En cuanto a la operación de embutición, verificamos que tanto el thinning (0,042) como el FLD

(0,205) son inexistentes, por tanto trabajamos con valores que permitirán deformar la chapa sin que

se produzca rotura ni deformaciones plásticas (Ver imagen 71 y 72).

Imagen 71: Thinning en OP de embutición [Fuente propia - Autoform]

Imagen 72: FLD en OP de embutición [Fuente propia - Autoform]


95

En cuanto a la comparativa de nuevo respecto al punzón de doblado, se ha realizado de nuevo el

estudio con un radio distinto en el punzón.

Imagen 73: Comparativa Springback radio de punzón de doblado [Fuente propia - Autoform]

Radio del punzón (mm) Recuperación elástica

(mm)

1 2,371

2 1,714

3 2,131

4 2,331

Tabla 19: Comparativa Springback radio de punzón de doblado [Fuente propia]

Como podemos observar en la tabla 19, si realizamos la operación con un radio de 2mm

obtendremos el Springback menor de 1,714mm.

Una vez tenemos el radio del punzón definido, se volverá a calcular el ángulo de ataque con radio

2mm y obtenemos:

Memoria

96

Imagen 74: Comparativa ángulo de ataque con radio 2mm en punzón de doblado [Fuente propia - Autoform]

Ángulo de ataque (°) Recuperación elástica (mm)

0 1,714

5 2,809

10 4,649

15 4,356

Tabla 20: Comparativa ángulo de ataque con radio 2mm en punzón de doblado [Fuente propia]

En la tabla 20, observamos que el punzón con radio 2mm y sin ángulo de ataque es el óptimo. Si

comparamos este resultado de 1,714mm (utilizando trigonometría, se obtiene un ángulo de 1,5°)

con el valor teórico obtenido anteriormente (Ver apartado 5.3.5) de 1,83°; no difiere mucho, incluso

es menor. El valor más fiable es el de la simulación puesto que se tienen más cosas en cuenta a nivel

de trabajo y esfuerzos de los elementos que realizan la operación.


97

Con la simulación del punzón de doblado definitiva, se aplicarán dichas medidas en el diseño.

Además, se debe evaluar el thinning y el FLD para verificar que se puede fabricar sin poner en riesgo

la calidad que se desea obtener.

Imagen 75: Thinning con radio de 2mm punzón de doblado [Fuente propia - Autoform]

Imagen 76: FLD con radio de 2mm punzón de doblado [Fuente propia - Autoform]

Memoria

98

Observamos que en las imágenes 75 y 76, la pieza apenas sufre adelgazamiento (0,088) ni tiene

riesgo de rotura (0,4).

Para finalizar la simulación, se deben asegurar los detalles técnicos de la matriz. Para ajustar el radio

que deberá tener la matriz, se ha hecho una comparativa con distintos radios en la matriz y con el

punzón de doblado de radio 2mm tal y como se ha citado anteriormente.

Imagen 77: Comparativa de radios en la matriz para Springback [Fuente propia - Autoform]

Radio matriz (mm) Recuperación elástica

(mm)

1 1,707

2 2,433

3 2,793

4 2,587

Tabla 21: Comparativa de radios en matriz para Springback [Fuente propia]

Según la Tabla 21 donde se recogen los datos de la simulación, obtenemos que el radio de la matriz

debe de ser de 1mm para realizar la menor recuperación elástica.


99

Para finalizar el diseño en la parte de la matriz se debe realizar un estudio de la pared interior que

quedaría, puesto que cuando se produce la operación de doblado, la pequeña embutición produciría

interferencia con la pared. Para ello se han planteado dos opciones (Ver imagen 78):

1. Inclinación de las paredes.

2. Librar la zona de embutición con un mecanizado.

Imagen 78: Comparativa de diseños en la matriz [Fuente propia - Autoform]

La imagen 78 se trata de una sección donde se encuentra la matriz (verde), la pieza (blanco), pisador

(marrón) y el punzón (verde pistacho). En la parte izquierda tenemos la inclinación de las paredes

mientras que en la derecha tenemos la zona mecanizada para librar esa parte de la pieza.

Imagen 79: Comparativa de diseños en la matriz (springback) [Fuente propia - Autoform]

Memoria

100

En la imagen 79, tenemos los resultados de Springback de cada uno de los diseños. Se concreta que

en el diseño de inclinación de paredes, obtenemos 2,477mm de recuperación mientras que en el

diseño número 2 tenemos 1,744mm y además, coincide con el resultado obtenido anteriormente de

1,714mm y 1,707mm.

El diseño de librar con un mecanizado es óptimo porque el otro diseño al tener un ángulo, se crea

una holgura entre la herramienta y la chapa permitiendo coger un poco más de curvatura.

Para finalizar, la matriz debe de tener un radio de 1mm con un librado para la pequeña zona

embutida. El punzón de doblado debe de tener un radio de 2mm y no debe contener ángulo de

ataque. Todo esto producirá un Springback de 1,7mm, que son 1,5°. Se podrá pasar a la fase 7.


101

9. Seguridad y Mantenimiento

La seguridad y el mantenimiento de una máquina en general van de la mano. Una máquina además

de ser funcional, debe de ser segura para el operario/a que la manipula. Es por ello que un correcto

mantenimiento, garantizará una buena seguridad.

El troquel irá insertado en una prensa que realizará todas las fuerzas para que se produzca la chapa.

Es por ello que se debe garantizar una buena seguridad y mantenimiento para la longevidad del

producto.

9.1. Mantenimiento

El mantenimiento de la matriz servirá para evitar que los elementos que forman su conjunto

provoquen averías a otros componentes o al operario (aún teniendo las medidas de seguridad

adecuadas).

Para ello tenemos cinco procesos de forma progresiva para detectar las anomalías:

1. Restaurar condiciones iniciales.

- Se debe preparar un plan de restauración para los componentes que forman el conjunto.

- Limpieza a fondo de la máquina, revisando los aprietes de tornillería, las conexiones.

- Lubrificación y engrase adecuados y libres suciedad.

2. Mejorar el mantenimiento

- Se debe aislar el troquel para reducir los focos de suciedad. Además de facilitar la entrada a los

elementos que más suciedad mantengan.

- Se debe revisar contínuamente que la pieza final no tenga ninguna anomalía, en caso de tenerlas,

alguna parte interna del conjunto no hace bien su función.

- La caída de los retales de chapa debe producirse sin interrupción, es conveniente revisar que no se

atasquen.

3. Limpieza, inspección y lubricación

Memoria

102

Se trata de un mantenimiento rutinario y diario por parte del operario/a o bien el encargado/a de

manetenimiento; de manera visual. Además del mantenimiento semanal que se producirá.

4. Formación de operarios para la producción

Los operarios deben tener la formación suficiente para prevenir las situaciones anómalas como:

- Desgaste de punzones

- Desgaste de la placa pisadora

- Pérdida de capacidad elástica de muelles

5. Mantenimiento por etapas por los operarios

Una vez los operarios tienen la formación adecuada para trabajar con la matriz progresiva, deben

identificar cada componente y en que operación trabaja para poder valorar donde se produce el

fallo. Esto supone una inspección previa para anticiparse a cualquier rotura o gripaje, teniendo la

pieza de sustitución preparada para cuando se produzca la anomalía. De esta manera se evita la

parada de producción.

9.2. Seguridad

Todas las medidas de mantenimiento siempre deben de tener en cuenta la integridad física de la

persona que está trabajando .

Para garantizar en todo momento la integridad del operario/a, tanto la máquina como la persona

deben de precisar de ciertos elementos (“Riesgos Laborales – Portal de Los Riesgos Laborales de Los

Trabajadores de La Enseñanza” n.d.). Para el operario/a son:

Es preciso llevar gafas de seguridad aunque la prensa disponga de pantallas de protección.

Se debe trabajar con ropa bien ajustada para evitar que se enganchen con la maquinaria.

Evitar la vestimenta de colgantes o abalorios.

Si el operario/a lleva pelo largo, siempre deberá estar recogido.

Uso de tapones u orejeras cuando la prensa esté en funcionamiento.

Uso de guantas para la manipulación de herramientas.

Apagar la máquina antes de interferir en su funcionamiento para reparar/ revisar/...

Utilizar calzado de seguridad en todo momento.

Mantener limpia la zona de trabajo.

No realizar el trabajo bajo los efectos del alcohol o drogas.


103

En cuanto a la protección de la prensa y el troquel, se debe:

Aislar los ruidos.

Proteger las zonas móviles de la prensa.

Situar la seta de emergencia cerca de los mandos del operario.

Alertar con colores amarillos y negros las zonas peligrosas de la máquina.

Garantizar el asilamiento del cuadro eléctrico y el cableado del mismo.

Todas las medidas de seguridad evitarán riesgos de impacto por piezas despedidas, riesgo de lesiones

hacia el operario/a de cualquier tipo, atrapamientos de manos u objetos.


105

10. Análisis del impacto ambiental

En este apartado se debe tener en cuenta el análisis del impacto ambiental que produce nuestro

producto. Durante el desarrollo del proyecto, se han ido diseñando una serie de piezas, útiles y

conjuntos para formalizar toda la matriz. Todo esto es un trabajo previo a la construcción física del

mismo y tenemos la responsabilidad de escoger todas las piezas que irán en nuestro diseño. Por ello,

nos centraremos en la parte del Eco diseño. El eco diseño ayuda a que se realicen proyectos

sostenibles, y el análisis ambiental evalúa los impactos que producirá.

Para realizar el eco diseño, es esencial tener en cuenta la Valoración de la Estrategia Ambiental (VEA).

10.1. Valoración de la Estrategia Ambiental (VEA)

Se trata de una herramienta que utiliza un diagrama de tela de araña las diferentes estrategias del

eco diseño para mejorar y valorar la implantación del producto.

1. Estrategias de mejora ambiental del producto

Es un análisis de mejora en todas las etapas del ciclo de vida:

- Diseño y desarrollo: eficiencia, optimización de la función, desmaterialización del producto.

- Extracción de la materia prima: recursos renovables, reducción del consumo de material,

reutilización de componentes, materiales fácilmente reciclables.

- Proceso productivo: optimización de residuos y emisiones, reducción de recursos, uso de

fuentes de bajo impacto ambiental.

- Empaque, distribución y transporte: envases reutilizables, sistemas de transporte de bajo

impacto, optimización del transporte.

- Uso: vida útil larga, fácil mantenimiento y reparación, optimización de emisiones durante el

uso.

- Fin de Vida, gestión final: reutilizable, reciclable, valoración energética.

2. Valoración cualitativa

Todas las acciones de las etapas del ciclo de vida reciben una puntuación de 0 a 10 según el impacto.

A mayor valoración, mayor impacto. Luego se obtiene un promedio de cada etapa.

Memoria

106

3. Representación gráfica

Es el gráfico de tela de araña (Ver Figura 7) que se obtiene con cada una de las etapas del ciclo de

vida comparando el valor obtenido de la etapa anterior. Este tipo de gráficos comparan dos áreas, a

más área mayor impacto.

10.2. Análisis de Ciclo de Vida (ACV)

El ACV evalúa el impacto de un producto durante su ciclo de vida, de principio a fin. Sigue la

normativa ISO 14040 que determina los aspectos ambientales.

Figura 6: Ciclo de Vida (Sánchez, n.d.)

Como se observa en la Figura 6, se distinguen las etapas del ACV y va relacionado con VEA, citado

anteriormente.

El proceso que relaciona cada una de las etapas aumenta cuando el proyecto es más complejo. Todos

los ACV cubren las mismas etapas pero cada uno de ellos será detallado de una manera distinta. Por

este motivo, se divide en:

- ACV conceptual: destaca por su sencillez. Identifica los impactos más significativos y

generales.

- ACV simplificado: es intermedio. Realiza un análisis aproximado con las etapas más

relevantes.

- ACV completo: tal y como su nombre indica, se realiza de manera muy detallada.


107

10.3. Estrategias de Eco Diseño

Para que el VEA y el ACV funcionen correctamente, deben de existir una serie de procesos o

estrategias para mejorar el producto. Existen 8 estrategias aplicadas a cada etapa del ACV:

1. Desarrollo de nuevo concepto

Para esta estrategia se desarrollan nuevas opciones para cubrir ciertas necesidades. No se trata de un

producto físico, sino de un sistema para satisfacer las necesidades. La idea de esta estrategia es

sustituir una parte del producto por un servicio. Hay dos tipos de mejoras:

- Desmaterialización: hacer el producto más pequeño o bien reemplazar por un sustituto no

material que satisfaga la misma necesidad.

- Uso compartido del producto: varias personas usan el mismo producto sin ser propietarios.

- Integración de funciones: el mismo producto tiene varias utilidades.

- Optimización funcional del producto: funciones auxiliares para mejorar la calidad de manera

más respetuosa con el medio ambiente.

En nuestro proyecto, la pieza irá acoplada a la rueda de un carrito de la compra, por lo tanto será un

producto de uso compartido. Además, se ha optimizado para que el espesor de la chapa sea menor,

produciendo la desmaterialización.

Respecto a la matriz progresiva, se puede realizar un uso compartido puesto que cualquier

trabajador/a profesional podrá realizar las tareas para la producción.

2. Selección de materiales de bajo impacto

Esta estrategia se enfoca en los materiales para minimizar el uso de materiales altamente

contaminantes, dependiendo siempre desde el ciclo de vida del producto.

- Materiales más limpios: evitar ciertos materiales y aditivos tóxicos.

- Materiales renovables: utilizar fuentes que se renueven de manera natural para evitar agotar

los recursos.

- Materiales con menor contenido energético: evitar materiales cuya extracción requiera

mucha energía.

- Materiales reciclados.

- Materiales reciclables.

Memoria

108

En nuestro proyecto, se utilizan al 100% material reciclable o bien reciclado (según los haya obtenido

el fabricante). No requieren de aditivos tóxicos puesto que no llevan pigmentación ni se aplica ningún

tipo de pintura.

3. Reducción en el uso de materiales

La estrategia consiste en minimizar la cantidad posible de materiales en el proyecto. Hay dos tipos,

reducción del uso de materiales y del peso.

En nuestro proyecto, se ha compactado al máximo el uso de materiales realizando un buen diseño de

la banda. Se ha evitado el uso de carros para realizar los cortes en un eje diferente de Z. Se ha

realizado una buena elección de elementos normalizados para que no sobre nada de material sin

realizar la función (superficie de trabajo excesivamente grande). Además de la reducción de espesor

de la chapa al mínimo posible.

4. Optimización del sistema de producción

La estrategia aborda el minimizar el uso de materiales auxiliares y la energía utilizada. Se deben

mejorar los procesos para llegar a ser una producción limpia. Se debe tener en cuenta durante el eco

diseño:

- Técnicas de producción alternativas.

- Menos pasos en la producción.

- Menor consumo energético

- Menos residuos durante la producción

- Menos consumibles

Como se ha realizado el diseño de la pieza, para el número de piezas que se deben fabricar, la técnica

de una matriz progresiva es la más rentable, que no un corte por láser o similares. Para reducir el

número de pasos en la producción se ha realizado el estudio de la banda de chapa junto con la

simulación para ser efectiva. El rendimiento de la chapa indicará el tanto por ciento de residuos

producidos durante la producción, que es del 27,65%/pieza (ver apartado 5.2.4). En cuanto a los

consumibles, los punzones son los que podrían producir más fallo, es por eso que se realizan los

tratamientos térmicos para asegurar su longevidad reduciendo los consumibles.

En este apartado, la pieza y la matriz coincidirán en la VEA.

5. Optimización del sistema de distribución

Se debe asegurar que el producto se transporte de manera eficiente con técnicas de packaging,

modos de transporte eficientes, rutas de transporte optimizadas.


109

En nuestro diseño, al reducir el espesor de la pieza, habrá una reducción considerable durante el

transporte, implicando menor consumo energético. También coincidirán en la VEA.

6. Reducción del impacto durante el uso

La estrategia busca diseñar un producto con un mantenimiento mínimo y evitar el uso de otros

productos por parte del consumidor.

Nuestra pieza diseñada carece de mantenimiento una vez fabricada, por lo tanto el impacto de uso es

nulo. En cambio, la matriz sí que debe tener un mantenimiento adecuado.

7. Optimización de la vida útil

La estrategia está enfocada a satisfacer las necesidades del cliente durante el mayor tiempo posible.

En nuestro diseño, tanto la pieza como la matriz tienen una vida útil de larga duración debido a la

calidad de los materiales que han sido diseñados a vida infinita.

8. Optimización del Sistema de Fin de Vida

En este punto se hace referencia cuando el producto ya no es útil y se convierte en residuo. Por este

motivo, todo el diseño debe de tener una gestión adecuada para su reciclaje.

Nuestro diseño es 100% reciclable puesto que los metales se pueden volver a fundir y tener una

nueva vida útil.

En la siguiente figura, se muestra un diagrama de araña con la rueda estratégica del diseño

Memoria

110

Figura 7: Rueda estratégica de eco diseño (“Estrategias de Ecodiseño Introducción A1,” n.d.)

10.4. Aplicación del Eco diseño a la matriz progresiva y a la chapa

En este apartado, se realizará una valoración de la estrategia ambiental según se ha descrito en el

apartado 10.1 y con los comentarios realizados en cada punto de las Estrategias de Eco Diseño. Se

comparará el diseño de la chapa nuevo, respecto al diseño anterior cuyo espesor era mayor y no

cumplía con las tolerancias. Asimismo, se efectuará el VEA para la matriz progresiva.

Como se trata de un diseño de pieza y de la máquina para su producción, la parte de producción se

solapa y deberán tener la misma valoración.


111

10.4.1. Comparación VEA del Diseño

Las valoraciones están realizadas según el apartado 10.3. y se resumen en esta tabla:

Pieza

Estrategias Actual Antiguo

Desarrollo de nuevo concepto 8 6

Selección de materiales de bajo impacto 8 7

Reducción en el uso de materiales 8 6

Optimización del sistema de producción 9 5

Optimización del sistema de distribución 8 7

Reducción del impacto durante el uso 7 4

Optimización de la vida útil 8 5

Optimización del Sistema de Fin de Vida 8 7

Tabla 22: Comparativa de diseño de pieza actual y antigua

Gráfico 5: Comparativa de diseño de pieza actual y antigua

Como se ve en el gráfico 5, la pieza antigua cuyo diseño tenía mayor espesor y no se cumplían las

tolerancias, hay muchísima diferencia respecto al actual. Cabe destacar que el sistema de producción

se ha visto muy mejorado, por eso hay una diferencia de 4 puntos. Además, la reducción del impacto

durante su uso es muy considerable puesto que el diseño anterior no garantizaba un buen uso hacia

el cliente.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Desarrollo de nuevo concepto

Selección de materiales de bajo

impacto

Reducción en el uso de materiales

Optimización del sistema de producción

Optimización del sistema de

distribución

Reducción del impacto durante el

uso

Optimización de la vida útil

Optimización del Sistema de Fin de

Vida

Estrategias de Eco Diseño

Actual

Antiguo

Memoria

112

Sin embargo, el sistema de fin de vida, la selección de materiales y el sistema de distribución es

menor. Primero porque el material utilizado se podía reciclar y luego al tener mayor espesor, su

distribución es menos óptima.

Por lo que respecta a la matriz progresiva de corte y doblado, hace referencia al sistema de

producción. Por eso mismo, coinciden los valores de producción de la tabla 22 con la 23.

Matriz progresiva de corte doblado y embutición

Estrategias Actual

Desarrollo de nuevo concepto 7

Selección de materiales de bajo impacto 8

Reducción en el uso de materiales 7

Optimización del sistema de producción 9

Optimización del sistema de distribución 7

Reducción del impacto durante el uso 6

Optimización de la vida útil 8

Optimización del Sistema de Fin de Vida 9

Tabla 23: VEA de matriz progresiva de corte, doblado y embutición

Gráfico 6: Diseño de una matriz progresiva de corte, doblado y embutición

Tal y como se muestra en el gráfico 6, el proceso está bastante optimizado excepto el impacto

durante su uso. Tal y como se ha explicado en el capítulo 9, la matriz debe de tener un riguroso

mantenimiento, para que todo funcione a la perfección.

0

2

4

6

8

10

Desarrollo de nuevo concepto

Selección de materiales de bajo impacto

Reducción en el uso de materiales

Optimización del sistema de producción

Optimización del sistema de distribución

Reducción del impacto durante el uso

Optimización de la vida útil

Optimización del Sistema de Fin de Vida

Estrategias de Eco Diseño

Actual


113

Conclusiones

El objetivo principal del proyecto que se ha cumplido ha sido rediseñar y validar una pieza mediante

elementos finitos para adaptar a todas las cotas demandadas y diseñar una matriz progresiva como

proceso para su posterior fabricación.

1. Se ha rediseñado la pieza para que se adapte a las cotas especificadas por el fabricante. El

objetivo se ha cumplido gracias a la utilización de elementos finitos que han sido de gran

ayuda para verificar que la pieza puede soportar todas las fuerzas durante su uso.

2. Se ha reducido el espesor de la pieza al máximo mediante los elementos finitos y la

simulación de la banda, el trabajo paralelo de los dos programas han sido determinantes

para definir el espesor y sobre todo el radio más óptimo para su fabricación.

3. Se han cumplido las tolerancias de montaje, incluyendo las tolerancias geométricas porque

se han tenido en cuenta todos todos los cálculos previos al diseño del troquel, con cada una

de las fuerzas que actuarán en cada momento y las medidas exactas de los punzones y los

detalles de la matriz, con los elementos que interactúan en cada momento.

4. La optimización de la banda se ha cumplido con creces puesto que ha ayudado a diseñar de

una manera concreta los pequeños detalles a nivel de punzonado y matriz, evitando que se

pueda producir cualquier anomalía una vez se construya la matriz.

5. La optimización en la construcción del troquel no se ha cumplido con todo el alcance previo a

la realización del trabajo. La simulación del movimiento del troquel no se ha realizado puesto

que no he tenido acceso al programa durante este tiempo. Aún así, se han tenido en cuenta

todos los detalles constructivos que pueden producir interferencias entre ellos durante su

movimiento de carrera. Además, no es una parte fundamental para la realización del diseño

pero sí para detectar posibles fallos antes de su construcción.

6. Las simulaciones con elementos finitos en la pieza con un material isotrópico mediante Ansys

Workbench han permitido verificar la funcionalidad de la pieza. Los resultados muestran que

la pieza soportará todas las fuerzas y la carga a la que se verá sometida sin inconveniente. El

trabajo paralelo de la simulación mediante Autoform, ha permitido verificar que se podrá

fabricar sin problema aún teniendo que sufrir deformaciones plásticas, sobre todo en la

operación de doblado que es donde más problemas se ha tenido con la determinación del

radio.

Aún no habiendo realizado todo el alcance previo, el diseño sería válido para su construcción en

base a la simulación de la banda y todos los detalles corregidos tanto en la pieza como en los

elementos modificables de la matriz.

Memoria

114

Análisis económico

En el presupuesto se detallarán todos los precios de los materiales en bruto, su coste de mecanizado

y los elementos normalizados. Para realizar este apartado se han solicitado los precios a las empresas

necesarias para así ser objetivos y aproximarse al máximo a la realidad.

Las empresas que nos han facilitado los presupuestos son (ver anexo C), se irá desglosando el gasto

realizado en cada empresa y luego se sumará en un total:

- FIBRO

El fabricante Fibro nos suministrará todas las placas y los elementos especiales para la fabricación de

la matriz.

Nombre Unidades Referencia Material Fabricante

€/unidad

(IVA

incl.)

Precio

total (€)

Placa base

inferior,

superior,

columnas y

casquillos

1 2010.59.5040.1.894 F-114 FIBRO 1011,7 1011,7

Placa guía

punzones,

porta

punzones y

pisadora

3 Ref. 2900.5025.32 Acero

ISO

6753-1

FIBRO 179,08 537,24

Placa matriz 1 Ref: 2900.5025.40

Acero

ISO

6753-1

FIBRO 250,47 250,47

Placa guía

de banda 2 Ref. 2923.2099.020.010.0500

UNE

1.2099 FIBRO 119,8 239,6

Placa

sufridera 1 Ref. 2923.2842 F-522 FIBRO 206,91 206,91

Vástago 1 ISO 10242 / DIN 9859 Acero FIBRO 18,5 18,5

TOTAL 2264,42

Tabla 24: Presupuesto de FIBRO


115

- Aceros Llobregat S.A

En Aceros Llobregat nos suministraremos del material en bruto para posteriormente mecanizar los

punzones y los tacos según convenga.

Nombre Unidades Referencia Material Fabricante

€/unidad

(IVA

incl.)

Precio

total (€)

Punzón centrador/

corte ⦰4 5 1.2842 RE R 12

UNE

F5212

Aceros

Llobregat 68,4 342

Punzón de corte ⦰12 2 1.2842 RE R 12 UNE

F5212

Aceros

Llobregat 54,72 109,44

Punzón de corte

rectangular

30x20x120,4

1 1.2842 LL R 30

X 20

UNE

F5212

Aceros

Llobregat 11,6 11,6

Punzón circular de

embutición de

⦰14,6x116,8

2 1.2842 RE R 16 UNE

F5212

Aceros


Punzón de corte

exterior de longitud

120,4

2 1.2842 LL R 600

X 70

UNE

F5212

Aceros


Punzón de doblado de

60x62x133,4mm 2 1.2842 CU R 70

UNE

F5212

Aceros


Punzón de corte

rectangular

17,3x5,5x120,4mm

1

1.2842 CH R

2100 X 650 X

6,40

UNE

F5212

Aceros


Taco punzon exterior

70x86x20 2 6.000 127203016 F-1272

Aceros

Llobregat 37,6 75,2

Taco Centrar chapa

⦰8x10 y ⦰4x5 5

86

231133000.020 F-1272

Aceros


Taco Levantar chapa

11x25 6

1.000

231133000.015 F-1272

Aceros


TOTAL 1347,03

Tabla 25: Presupuesto (“Aceros Llobregat | Nuestro Mundo Es El Acero” n.d.)

Memoria

116

- Royme Import Export S.L.

La empresa Royme se encargará del suministro de pasadores y tornillos limitadores.

Nombre Unidades Referencia Material Fabricante €/unidad

(IVA incl.)

Precio

total (€)

Tornillos limitadores

Allen M4x10 6 ISO 7379

Acero

12.9 Royme 1,67 10,02

Tornillos limitadores


Acero

12.9 Royme 1,61 6,44

Pasadores ⦰8x60 4 DIN 6325 Acero F-

131 Royme 0,278 1,112

Pasadores ⦰6x40 4 DIN 6325 Acero F-

131 Royme 0,114 0,456

Tornillo limitador


Acero

12.9 Royme 4,54 27,24

Pasadores ⦰10x40mm 4 DIN 6325 Acero F-

131 Royme 0,249 0,996

TOTAL 46,26

Tabla 26: Presupuesto (“ROYME | Expertos En Matricería y Molde” n.d.)

- MuelleStock

Tal y como indica el su propio nombre, se encargará del suministro de los muelles necesarios para la

matriz.

Nombre Unidades Referencia Material Fabricante €/unidad

(IVA incl.)

Precio

total (€)

Muelles de

compresión 12 200243

Acero

inoxidable MuelleStock 2,43 29,16

Muelles de

matricería de carga

fuerte

6 700272 Acero

inoxidable MuelleStock 4,78 28,68

TOTAL 57,84

Tabla 27: Presupuesto(“MuelleStock · Más de 50.000 Tipos de Muelles Standard En Stock Inmediato.” n.d.)


117

- Entaban

La empresa Entaban de Zaragoza se encargará del suministro de la tornillería.

Nombre Unidades Referencia Material Fabricante €/unidad (IVA

incl.)

Precio total

(€)

Tornillo Allen

M6x30 6 DIN 912

Acero

12.9 Entaban 0,21 1,26

Tornillo Allen

M3x12 5 DIN 912

Acero

12.9 Entaban 0,13 0,65

Tornillo Allen

M10x40 4 DIN 912

Acero

12.9 Entaban 0,52 2,08

Tornillos Allen

M5x30 3 DIN 912

Acero

12.9 Entaban 0,18 0,54

TOTAL 4,53

Tabla 28: Presupuesto (“Suministros Industriales En Zaragoza - Suministros Industriales Entaban” n.d.)

- LIM MECANIZADOS SA

LIM MECANIZADOS SA se encargará de realizar todas las modificaciones en lo que respecta a los

punzones, tacos o postizos y las placas de la matriz. Además de garantizar las tolerancias geométricas

y superficiales que se especifican en los planos. Nos facilitan además las horas de trabajo en cada una

de las piezas.

Pieza Cantidad Precio unidad Horas Subtotal (IVA no incl.)

Punzón centrador/ corte ⦰4 5 22,9 0,5 114,5

Punzón de corte ⦰12 2 34,35 0,75 68,7

Punzón de corte rectangular 30x20x120,4 1 91,6 2 91,6

Punzón circular de embutición de

⦰14,6x116,8

2 34,35 0,75 68,7

Punzón de corte exterior de longitud 120,4 2 45,8 1 91,6

Punzón de doblado de 60x62x133,4mm 2 91,6 0,75 183,2

Punzón de corte rectangular

17,3x5,5x120,4mm

1 68,6 1,5 68,6

Taco punzon exterior 70x86x20 2 22,5 0,5 45

Taco Centrar chapa ⦰8x10 y ⦰4x5 5 12,8 0,5 64

Taco Levantar chapa 11x25 6 15,6 0,5 93,6

Placa base inferior 1 471,05 6 471,05

Placa base superior 1 379,45 4 379,45

Placa guia punzones 1 353,3 6 353,3

Memoria

118

Placa matriz 1 418,72 7 418,72

Placa guía de banda 2 140 3 280

Placa sufridera 1 245 5 245

Placa pisadora 1 422 7,5 422

Placa porta punzones 1 399,1 7 399,1

TOTAL 3858,12

IVA 21%

TOTAL 4668,33

Tabla 29: Presupuesto (MECANIZADOS, n.d.)

Para finalizar, se realiza un recuento de cada uno de los fabricantes, que se resumen en la siguiente

tabla:

Fabricante Gasto (€)

FIBRO 2264,42

Aceros Llobregat 1347,03

ROYME 46,26

MuelleStock 57,84

Entaban 4,53

LIM

MECANIZADOS 4668,33

TOTAL 8388,41

Tabla 30: Agrupación de precios

Como se puede observar, el precio total de todos los materiales, tanto los normalizados y los que se

deben de mecanizar, nos supondría un coste de 8388,40 €. Cabe destacar que no se han tenido en

cuenta los gastos de transporte ni de montaje. Tampoco los gastos de puesta a punto de la matriz

una vez montada. El precio para pagar toda esta mano de obra podría ascender suficientemente

como para superar los 10.000€ aún así, nos da una orientación de lo que podría costar la fabricación

de un troquel de estas dimensiones.


119

Bibliografía

“4.8.- Parámetros de La Embutición. | DPMCM03.- Procesos de Corte y Conformado.” n.d. Accessed May 19, 2020. https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/PPFM/DPMCM/DPMCM03/es_PPFM_DPMCM03_Contenidos/website_48_parmetros_de_la_embuticin.html.

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Belloví, Manuel Bestratén, Rosa Ma, Orriols Ramos, and Ingeniero Técnico. n.d. “Redactores: Carles Mata París.”

Budynas, Richard G. y J. Keith Nisbett. 2008. “Diseño En Ingeniería Mecánica.” Diseño En Ingeniería Mecánica, 257–78.

“Estrategias de Ecodiseño Introducción A1.” n.d.

“FIBRO.” n.d. Accessed May 18, 2020. https://www.fibro.de/es/.

Florit, Antonio. 2007. Fundamentos de Matricería. CEAC. Barcelona.

ITEA (Instituto Técnico de la Estructura en Acero). n.d. “Diseño Para Fatiga.” (2002,Septiembre10) Tomo 14: 370. https://www.construccionenacero.com/sites/construccionenacero.com/files/u11/ci41_41210_guia_itea_diseno_para_fatiga.pdf.

López Navarro, Tomás. 1975. Troquelado-y-Estampacion-5ta-Ed.

MECANIZADOS, LIM. n.d. LIM MECANIZADOS SA.

“Modelos 3D, Dibujos 2D y Archivos CAD Gratuitos - TraceParts.” n.d. Accessed May 18, 2020. https://www.traceparts.com/es/.

“MuelleStock · Más de 50.000 Tipos de Muelles Standard En Stock Inmediato.” n.d. Accessed May 18, 2020. https://muellestock.com/.

“NORELEM Spain, Catálogo Completo En Breve Plazo de Entrega.” n.d. Accessed May 18, 2020. https://www.norelem-spain.es/.

“Riesgos Laborales – Portal de Los Riesgos Laborales de Los Trabajadores de La Enseñanza.” n.d. Accessed May 25, 2020. https://riesgoslaborales.saludlaboral.org/.

“ROYME | Expertos En Matricería y Molde.” n.d. Accessed May 18, 2020. https://royme.com/.

Sánchez, Víctor M Soltero. n.d. ECODISEÑO Ingeniería Sostenible de La Cuna a La Cuna ( C2C ) Francisco Aguayo González María Estela Peralta Álvarez Juan Ramón Lama Ruiz.

Memoria

120

“Software Solutions for Sheet Metal Forming | AutoForm Engineering.” n.d. Accessed May 18, 2020. https://www.autoform.com/en/.

“SOLID187.” n.d. Accessed May 19, 2020. https://www.mm.bme.hu/~gyebro/files/ans_help_v182/ans_elem/Hlp_E_SOLID187.html.

“Suministros Industriales En Zaragoza - Suministros Industriales Entaban.” n.d. Accessed May 20, 2020. https://entaban.es/.


121

Anexo A – Fabricantes y Normalizados

1. Características acero F-1110 de ‘’Aceros Llobregat S.A.’’

2. Fabricante Motedis, aceros

3. Fabricante ‘’Norelem ibérica, S.L.’’

4. Fabricante MuelleStock

5. Fabricante FIBRO

6. Fabricante ROYME

7. Fabricante Entaban

Annexos

122

1. Características acero F-1110 de ‘’Aceros Llobregat S.A.’’

2. Fabricante Motedis, aceros


123

3. Fabricante ‘’Norelem ibérica, S.L.’’

Annexos

124

4. Fabricante MuelleStock

- Muelles de levantamiento de banda

- Muelles de carrera


125

5. Fabricante FIBRO

Placa base superior e inferior con casquillos y columnas

Saeulengestell ECO-LINE

2010.59.5040.1.894

Annexos

126

Placa matriz

Placa de acero ISO

6753-1 2900.5025.40


127

Placa guía de fleje

Acero de precisión de sección

rectangular y cuadrada con creces para

mecanización, DIN 59350

Annexos

128

Placa Pisadora, porta y guía punzones

Placa de acero ISO

6753-1 2900.5025.32


129

Mecanización, DIN 59350

Placa sufridera

Acero de precisión de sección

rectangular y cuadrada con creces para

Annexos

130

Vástago


131

6. Fabricante ROYME

Annexos

132


133

7. Fabricante Entaban

Annexos

134

Anexo B – Teoría y normativas

1. Factores modificadores de carga (Budynas 2008)


135

Annexos

136


137

Annexos

138

Normativa DIN 140 de rugosidad


139

Annexos

140

Anexo C – Ofertas

1. MuelleStock

2. Entaban


141

3. Aceros Llobregat S.A.

Annexos

142


143

4. LIM MECANIZADOS S.A.

Annexos

144

5. Royme


145

6. Fibro

Annexos

146

Anexo D – Diseños fallidos

1. Cálculo de elementos finitos

El primer diseño con radio 0,7mm en la pieza cumplía con todas las condiciones de contorno.

Tamaño de malla (mm)

Nodos Elementos Tensión de Von Misses (Pa)

Deformación de Von Misses

Desplazamiento (mm)

6 9604 4260 2,6371E+08 0,0012826 2,6246

5 9848 4349 2,5180E+08 0,0012209 2,6414

4 10477 4640 2,6099E+08 0,0012618 2,6132

3 12419 5511 2,5477E+08 0,001233 2,6519

2 10469 4650 2,6061E+08 0,00126 2,6145

1 15586 6908 2,5625E+08 0,0012405 2,6629

0,5 28110 12830 2,9761E+08 0,0014183 2,6784

Con un tamaño de malla de 0,5mm, tenemos una tensión de Von Misses inferior a los 300Mpa que es

nuestro límite elástico.


147

Annexos

148

Anexo E – Planos

1) Conjunto

2) Conjunto explosionado

3) Placa base inferior (Nº1)

4) Placa base superior (Nº2)

5) Placa matriz (Nº3)

6) Placa guía de banda 1(Nº4)

7) Placa guía de banda 2(Nº5)

8) Placa pisadora (Nº6)

9) Placa guía punzones(Nº7)

10) Placa porta punzones (Nº8)

11) Placa sufridera (Nº9)

12) Punzón centrador y de corte ⦰ (Nº10)

13) Punzón de corte ⦰ (Nº11)

14) Punzón de corte rectangular (Nº12)

15) Punzón de embutición (Nº13)

16) Punzón de recorte exterior (Nº14)

17) Punzón de doblado (Nº15)

18) Punzón de corte rectangular (Nº16)

19) Taco Punzón recorte exterior (Nº17)

20) Taco centrador de chapa (Nº18)

21) Taco levantar chapa (Nº19)

22) Plano de la pieza

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha Firmado


A3

Sergio Gómez

1:5

Matriz progresiva de corte,doblado y embutición

1 de21

04/06/2020

04/06/2020

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha Firmado


A3

Sergio Gómez

Conjunto Explosionado 2 de21

1:5

04/06/2020

04/06/2020

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

16

17

18

1920

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

33

32

34

15

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha Firmado


A3

Sergio Gómez

Lista de materialesNº Cantidad Nombre Normativa1 1 Placa base inferior -2 1 Placa base superior -3 1 Placa matriz -4 1 Placa guía de banda 1 -5 1 Placa guía de banda 2 -6 1 Placa pisadora -7 1 Placa guía punzones -8 1 Placa porta punzones -9 1 Placa sufridera -10 5 Punzón centrador y de corte -11 2 Punzón de corte -12 1 Punzón de corte rectangular -13 2 Punzón de embutición -14 2 Punzón de recorte exterior -15 2 Punzón de doblado -16 1 Punzón de corte rectangular -17 2 Taco Punzón recorte

exterior -

18 6 Taco de levantar chapa -19 5 Taco centrador de chapa -20 6 Tornillo Lim Allen M4x10 ISO 737921 4 Tornillo Lim Allen M5x60 ISO 737922 4 Pasadores 8x60 DIN 632523 4 Pasadores 6x40 DIN 632524 6 Tornillo Lim Allen M10x110 ISO 737925 4 Pasadores 10x40 DIN 632526 12 Muelles de compresión -27 6 Muelles de matricería -28 6 Tornillo Allen M6x30 DIN 91229 5 Tornillo Allen M3x12 DIN 91230 4 Tornillo Allen M10x40 DIN 91231 3 Tornillo Allen M5x40 DIN 91232 4 Casquillos de jaula -33 4 Columnas -34 1 Vástago ISO 10242 Conjunto explosionado

1:5

2 de21

04/06/2020

04/06/2020

(N6)

FresadoN8

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

01/05/2020

1:5

Firmado


Placa Base inferior

Nº 1

3 de21A3

Sergio Gómez 01/05/2020

B

50

104.6

400

50

5 0

100

500

40

4x

H6

0,01 A 0,01 B

A

A

Sección A-A

Todos los agujeros son pasantes, excepto Sección A - A

N6

A

0,01 A0,01

50

3014.1

19.6

23.6

64x 84x

54x

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

01/05/2020

1:2

Firmado


Placa Base inferior

Nº 1

3 de21A3


51 60.728.778.9217169

7.5 112.3

37.4

40

108.7

91.3

17.6

3R

133R

115

41

3R

3.8

3R

41

3R

60

15

5R

5R

3R

5R3R

5R

25

10

(N6)

FresadoN8

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

02/06/2020

1:5

Firmado


Placa base superior

Nº 2

4 de21A3


A

0,01 A

194.5

30

249

30

150

50

5 00

503030

120170

400

105

2 5

Todos los ejes tienen TOL. GEO perepndicular de 0,01 respecto A

18

18

A

B

B

Detalle A Escala 1:2

126x

186x

104x

104x

16

4x

584x

H6

24

Sección B - BN6

0,01

B

0,01 B 11.5

50

40.2

39.2

23

C

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

02/06/2020

1:2

Firmado


Placa base superior

Nº 2

4 de21A3


Vista desde abajo, escala 1:2

35

35

35

77

616x

Detalle C Escala 1:1

18

35

12 1.4

5039.2

Sección D - D

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Sergio Gómez

Fecha

01/06/2020

Firmado


Placa matriz

Nº 3

5 de21

A3

Oriol Rodríguez

01/06/2020

1:2

FresadoN6

- Todos los ejes tienen Tol. geométrica (0,01) perpendicular a A

250

5 0 50

29.6

4 .1+0.

05

0

10x

8H6

6

66.8

9 5.4

65.4 65.4 65.4 35.4

60.7

50

80.4

173

504.8

17.4

4 2.2

40

10R

3R

10.7

12.1+0.05

010x 3R

8 H66

B

C

D

D

A

G

0,01 A

0,01 A 6

40

A14.9

922.9 0 ,01E

- Vida matriz de 1,8mm con salida 10º

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Sergio Gómez

Fecha

01/06/2020

Firmado


Placa matriz

Nº 3

5 de21

A3

Oriol Rodríguez

01/06/2020

1:2

4.8

14

11.6 100

80

Detalle E Escala 2:1

1.4

1 .04

R

1.4

R

12.9

9 1.8

1 0

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Sergio Gómez

Fecha

01/06/2020

Firmado


Placa matriz

Nº 3

5 de21

A3

Oriol Rodríguez

01/06/2020

1:2


14

115

18x

46xM

Detalle B Escala 1:1

- Distancia entre Detalle A es de 69,4

5.4

75.9

0.7

4 0R

15R

65.4

30

19

14.6

6x


20.1

+0.05

0

30.1 +0.05 0

4R

Detalle G Escala 1:1

5.5

17.4+0,05

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

01/06/2020

1:1

Firmado


Placa guía de banda 1

Nº 4

6 de21A4


500

50 50 5050

30

10.18

20.3

1 0

0,01

A A

102x

62x

10.4

4.5

A

0,01 A

0,01 A

FresadoN8

B

82x H6

0,01 B

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

01/06/2020

1:1

Firmado


Placa guía de banda 2

Nº 5

7 de21A4


500

50 50 50 50

20.3

10,2

30

0,01

AA

102x

62x

10.4

4.5

FresadoN8

A0,01 A

0,01 A

B

82x H6

0,01 B

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

02/06/2020

1:2

Firmado


Placa pisadora

Nº 6

A3


8 de21

500

60.2 11335.465.3

1.4

226.2

64.5

76.5

170.5

25.2

2 5 30 40.4 65.4

27

80.4

12

2x 14.62x

30 5.3

15R

40R

62.7 17.3

5 .4

42.2

8.4

25.2

6

Todos los diámetros que están sobre la línea desimetría tienen 65,4 mm entre ellos. El resto deagujeros no mostrados en la sección són pasantessalvo sus simétricos.

(N6)

FresadoN8

Agujeros de punzones0,01 A

Agujeros de punzones0,01 A

Los agujeros de los punzones tienen tolerancia H7.

Agujeros de tornillos y pasadores Tol. Geo.0,01 paralela B

A

A

C

D

20

148

66x 64x

45x

FresadoN6

A

0,01 A

0,01Agujeros de punzones

0,01 A

B

B

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

02/06/2020

1:2

Firmado


Placa pisadora

Nº 6

A3


8 de21

3

10

75x35x

85x


65.4

30

20

7

3


10

7.7 7.7

65.4 65.4

Detalle D Escala 1:1

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

03/06/2020

1:2

Firmado


Placa guía punzones

Nº 7

9 de21A3


60

250

2 26.2

40.5

1 12.860.2

42.3

62

12

17.3

4 2.25.4

4R

80.4 30

20

1

2 3

4

56

7

8

9

10

1112 13

0,01 A

X

Y

Agujeros para los punzones tolerancia H7

A

A

B

32

7.615

6

5 00

Sección A - A

Los agujeros (1,7,11), (2,13), (4,8,10), (3,12) sonidénticos.

(N6)

FresadoN8

A0,010,01 A

C

0,01 C

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

03/06/2020

1:2

Firmado


Placa guía punzones

Nº 7

9 de21A3


0.6

6 5.3

75.8

5 .3

15R

40R


Nº Dext Dint X Y Sup1 12 M10 25 30 N82 10 6 25 60 N83 6 - 55 60 N64 6 4 62,7 0 N65 12 - 95,4 58,2 N66 14,6 - 160,8 58,2 N67 12 M10 194,5 95 N88 6 4 201,2 10 N69 10 6 300 60 N810 6 4 316,6 10 N611 12 M10 420 50 N812 6 - 445 60 N613 10 6 475 60 N8

Los alojamientos conacabado N6, tienentolerancia geométricade perpendicularidad de0,01 respecto de A

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

03/06/2020

1:2

Firmado


Placa porta punzones

Nº 7

A3


10 de21

250

112

6 .7

77.4

223.9

35.3

37.3

1 08

39.3

113.5

1

2 3

4

56

7

8 9 10

11 12

X

Y

A

A

B

D

23

20 2

1.2

5 00

32

Sección A-A

Los agujeros (1,7,10),(2,12), (3,11), (4,8,9)son idénticos.

(N6)

FresadoN8N

6

A

0,01 0,01 A

B

0,01 B

C

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

03/06/2020

1:2

Firmado


Placa porta punzones

Nº 7

A3


10 de21

Nº Dext Dint X Y Sup1 32 - 25 30 N82 10 - 30 80 N83 10 - 60 80 N64 8 6 62,7 0 N65 14 12 95,4 58,2 N66 17 14,6 160,8 58,2 N67 32 - 194,5 95 N88 8 6 201,2 10 N69 8 6 316,6 10 N610 32 - 420 50 N811 10 - 440 50 N612 10 - 470 60 N8

86

5.2

7 0

0.6

65.3

2.3

32.3 5.3

40R

15R

5

70

72

28.1

5

5


N6N6

1R2R2 1

1.5

1R


N6

23.1

1 1.2

2.9

2.9

Detalle D Escala 1:1

N6

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

02/06/2020

1:2

Firmado


Placa sufridera

Nº 9

11 de21A3


250

45

50

30

75

3 03030 30

194.5

80

500

326x

10

4x

104x

50

R4x

6.7

(N6)

FresadoN8

A

A

8.2

Sección A - A

N6

A

0,01 A

0,01

B0,01 B

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

02/06/2020

1:1

Firmado


Punzón Centrador y de corte

Nº 10

12 de21A4


TorneadoN6

8

A A

Sección A - A43.2

120.4

1R

30

0.5

2.5

R

6

4

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

02/06/2020

1:1

Firmado


Punzón de corte diámetro 12

Nº 11

13 de21A4


TorneadoN6

14

A A

Sección A - A

120.4

1

3 0

1R

18.5

R

12

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

04/06/2020

1:1

Firmado



Nº 12

14 de21A4


30

120.4

2

2R

56°

FresadoN6

26 20

3 6

4R4x

4R4x

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

06/05/2020

1:1

Firmado


Punzón de embutición

Nº 13

15 de21A4

06/05/2020Sergio Gómez

116.8

1.5

1 7

14.6

0.8R

1R

30

TorneadoN6

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

04/06/2020

1:1

Firmado


Punzón de recorte exterior

Nº 14

16 de21A4


34.5

4.52 2.7

53x

27.3

FresadoN6

5.3 -0.05

75.77

-0.05

15.05-0.05

R

25.05

-0.05

40.05 -0

.05

R

65.3 -0.05 A

B B


0.6

-0.05

100.4

15

Sección B - B

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

04/06/2020

1:1

Firmado


Punzón de doblado

Nº 15

17 de21A3


72

133.4

6 2

2R

FresadoN6

70

126.4

135

60

2

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

1:1

Firmado


A4

Sergio Gómez

04/06/2020

04/06/2020


Nº 16

18 de21

17.3

120.4

2

11.2

2 3.1

5.4

150

FresadoN6

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

1:1

Firmado


A4

Sergio Gómez

04/06/2020

04/06/2020

Taco punzón recorte exterior

Nº 17

19 de21

86h6

70 h6

25

9.7

30A A

Corte A-A

20

15

53x

(N8)

FresadoN6

8.53x

N8

N8

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha

04/06/2020

5:1

Firmado


Taco centrador de chapa

Nº 18

20 de21A4


8h6

4 h6

0,01 A

A A

15

10

5

0 .5R

0.5R

3Corte A -A

TorneadoN6

A

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodriguez

Fecha Firmado


A4

5:1

Sergio Gómez

04/06/2020

04/06/2020

Taco de levantar la chapa

Nº 19

21 de21

14 h6

11

h6

A A

Corte A - A

2

8

5

FresadoN6

9

Dibujado

Comprobado

Nombre y apellidos

Oriol Rodríguez

Fecha

06/06/2020

2:1

Firmado

ChapaA3


44x

4R4x4

1.4

6 0

30

20

10.7

5

15

A

0,01 A

15R

12

40R

50

15

1 7

45.4

0 ,01

B

B3R

2.3

R

Corte B - B

N8

40

A

0.7R

1.4R 1.4R

0.7R


MATRIZ PROGRESIVA DE CORTE, DOBLADO Y EMBUTICIÓN

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