MATERIALES Y TRATAMIENTOS TÉRMICOS

MATERIALES Y TRATAMIENTOS

En esta sección describiremos los materiales usados para la fabricación de los elementos del troquel progresivo así como los diferentes tratamientos a aplicar.

MATERIALES PARA FABRICACIÓN DE PIEZAS.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS.

TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS.



Los aceros están formados por aleaciones de elementos variando sus características según las proporciones de dichos elementos. A continuación describiremos las características de los principales materiales utilizados para la formación de aceros:

· CARBONO. Elemento fundamental que acompaña al hierro en los aceros. Hace que aumente la dureza y resistencia disminuyendo la ductilidad. El aumento de carbono aumenta la capacidad de temple.

· CROMO. Aumenta la dureza, resistencia y elasticidad. Material favorable para la cementación.

· MANGANESO. Favorece la forjabilidad y le resta efectos perjudiciales al azufre.

· MOLIBDENO. Facilita el temple haciendo el material resistente a altas temperaturas.

· NIQUEL. Mejora la resistencia, tenacidad y ductilidad favoreciendo el temple.

· VANADIO. Aumenta la forjabilidad, disminuyendo la capacidad de soldar.

· COBALTO. Permite que el acero conserve su dureza a altas temperaturas.

· ALUMINIO. Favorece la nitruración.

· AZUFRE. Favorece el mecanizado, perjudicando en la resistencia y tenacidad.

· FOSFORO. Favorece la colada en piezas fundidas, perjudicando en sus propiedades mecánicas.



TABLA DE EQUIVALENCIAS DE ACEROS


ESPAÑA /ALEMANIA /FRANCIA/ SUECIA /OBSERVACIONES

F-1110 / 1.1141 / XC-15 / 1370 / Buen material para soldadura

F-1140 / 1.1191 / XC-45 / 1650/ Bonificar o temple por inducción

F-1250 / 1.7220 / 35 CD 4 / 2234 / Bonificar max. 35 Hrc.

F-1280 / 1.6511 / 35 NCD / ------/ Piezas para fricción

F-5211 / 1.2379 / Z160CDV12 / 2310 / Alta resistencia al desgaste

F-5220 / 1.2510 / 90MCV5/ 2140/ Piezas que trabajan con tensiones

F-5229 / 1.2842 / 90MV8/ ------- / Tenacidad y elasticidad

F-6220/ 1.0037 / A-50 / 1312/ Fabricación de oxicortes

CHAPA AZUL/ 1.1248 / XC-70 / 1774 / Fabricación de sufrideras

CARMO/ ---------/ ------- / 2249/ Acero pretemplado a 46Hrc

GG-25 / GG-25/ FGL215HB / 0215-0/ Fundición gris para bases

GGG-60 / GGG-60/ FGS600-3/ 0732-03/ Fundición de acero. Carros-pisador







TRATAMIENTOS TÉRMICOS: TEMPLADO - REVENIDO - RECOCIDO

· A través de los tratamientos térmicos podemos modificar las propiedades de los metales, mediante alteraciones de su estructura, pudiendo así desempeñar con garantías los trabajos demandados. Las aleaciones de tipo ferroso son las que mejor se prestan a ello.

· El tratamiento térmico consiste en calentar el acero a una temperatura determinada, mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forme la estructura deseada y luego enfriarlo a la velocidad conveniente. Los factores temperatura-tiempo deben ser muy bien estudiados dependiendo del material, tamaño y forma de la pieza. Con el tratamiento conseguiremos modificar microscópicamente la estructura interna de los metales, produciéndose transformaciones de tipo físico, cambios de composición y propiedades permitiéndonos conseguir los siguientes objetivos:

Estructura de mejor dureza y maquinabilidad.
Eliminar tensiones internas y evitar deformaciones después del mecanizado.
Estructura más homogénea.
Máxima dureza y resistencia posible.
Variar algunas de las propiedades físicas.


* TEMPLADO

El temple es un tratamiento que tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia del acero. Después del temple siempre debe de realizarse la operación de revenido.

Calentaremos el acero a una temperatura suficientemente elevada para transformarlo en austenita, seguido de un enfriamiento adecuado para transformar esta en martensita.

A continuación describiremos los diferentes elementos constituyentes de los aceros dependiendo de las temperaturas y enfriamientos a que son sometidos:

Austenita. Es una solución sólida de carburo de hierro, dúctil y tenaz, blanda y resistente al desgaste.

Bainita. Es una mezcla difusa de ferrita y cementita, que se obtiene al transformar isometricamente la austenita a una temperatura de 250º-500ºC.

Martensita. Es el constituyente de los aceros cuando están templados, en magnética y tiene una dureza de 50-60Hrc.

Ferrita. Es hierro casi puro con impurezas de silicio y fósforo(Si-P). Es el componente básico del acero.

Cementita. Es el componente mas duro de los aceros con dureza superior a 60Hrc con moléculas muy cristalizadas y por consiguiente frágil.

Perlita. Compuesto formado por ferrita y cementita.



Existen diferentes tipos de temple de los cuales describiremos los más interesantes.

Temple continuo completo. Se aplica a los aceros hipereutectoides (contenido de carbono inferior a 0,9%). Se calienta la pieza hasta la temperatura de temple y seguidamente se enfría en el medio adecuado (agua, aceite, sales, aire) con lo que obtendremos como elemento constituyente martensita.
Temple continuo incompleto. Se aplica a los aceros hipereutectoides (contenido de carbono superior a 0,9%). Se calienta la pieza hasta la temperatura indicada, transformándose la Perlita en austenita y quedando intacta la cementita. Después de enfriar, la estructura resultante estará formada por martensita y cementita.
Temple escalonado. Consiste en calentar el acero a temperatura adecuada y mantenerlo hasta que se transforme en austenita, seguidamente se enfría con una temperatura uniforme en un baño de sales hasta transformarlo en bainita.
Temple superficial. Se basa en un calentamiento superficial muy rápido de la pieza y un enfriamiento también muy rápido, obteniendo la austenización solo en la capa superficial, quedando el núcleo de la pieza blando y tenaz y la superficie exterior dura y resistente al rozamiento.


* REVENIDO

Con este tratamiento eliminamos la fragilidad y las tensiones creadas en la pieza.

Siempre hay que realizarlo después del temple.

Consiste en calentar las piezas a una temperatura inferior a la del temple, consiguiendo que la martensita se transforme en una estructura más estable, terminando con un enfriamiento rápido, dependiendo del tipo de material.

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que más influyen en el resultado del revenido.

Hay que tener muy en cuenta que el revenido es fundamental para conseguir el adecuado temple y una buena tenacidad en las piezas.

Se calienta y enfría el acero para conseguir una estructura molecular del material (temple) para posteriormente volver a calentarlo y enfriarlo modificando así la estructura anteriormente conseguida (revenido).


* RECOCIDO

El recocido se obtiene al calentar las piezas a una temperatura adecuada y enfriándolas lentamente en el mismo horno o recubriéndolas de arena o cenizas calientes.

Su función es la de afinar y ablandar el grano, eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformación del material en frío.

Recocido de regeneración. Tiene por objeto afinar el grano de los aceros sobrecalentados.
Recocido globular. Se realiza para lograr una más fácil deformación en frío.
Recocido contra la acritud. Recuperamos las propiedades perdidas en la deformación en frío(acritud).
Recocido de ablandamiento. Ablandamos piezas templadas con anterioridad para su mecanización.
Recocido de estabilización. Elimina las tensiones de las piezas trabajadas en frío.
Recocido isotérmico. Mejoramos la maquinabilidad de las piezas estampadas en caliente.
Doble recocido. Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleación.


TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS

Cementación. Nitruración. Cianuración. Sulfinización. Carbonitruración

¨ CEMENTACION. Consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa exterior de la pieza, templando dicha capa y consiguiendo solamente el endurecimiento de la capa superficial permaneciendo el núcleo sin templar. La cementación se aplica a piezas que deben de ser resistentes al desgaste y a los golpes. Dureza superficial y resistencia.



¨ NITRURACION. Consiste en enriquecer la superficie de la pieza en nitrógeno calentándola en una atmósfera especifica a temperatura comprendida entre 500 y 580 ºC, formándose una capa de muy poca profundidad pero de dureza muy superior a la capa de cementado. Durante el proceso no hay deformaciones y obtenemos una mayor resistencia a la corrosión.



¨ CIANURACION. Consiste en endurecer la superficie exterior de las piezas introduciendo carbono y nitrógeno. Posteriormente hay que templar las piezas.



¨ SULFINIZACION. Consiste en aplicar una pequeña capa superficial de aleaciones de Azufre (S) Nitrógeno (N) y Carbono (C) en aleaciones férreas y de cobre. Después de la aplicación las dimensiones de las piezas aumentan ligeramente, aumentando su resistencia al desgaste, favoreciendo la lubricación y evitando el agarrotamiento.



¨ CARBONITRURACION. Consiste en un enriquecimiento superficial simultaneo de carbono y nitrógeno en las piezas de acero. Podemos considerarlo como un tipo de cementación con adición de nitrógeno con lo que aceleramos la difusión del carbono reduciendo las deformaciones del temple y dotando a las piezas con algunas de las características típicas de la nitruración.

PROCESO DE FABRICACION

Fases Del Proceso De Fabricación.

A continuación describiremos las diferentes fases que intervienen en el proceso de fabricación de un troquel progresivo:



Diseño
Mecanización
Montaje
Puesta a punto

DISEÑO
El diseño de cualquier tipo de troquel es complejo, aunque contemos con herramientas como Autocad y Catia para dibujar en dos y tres dimensiones, pudiendo comprobar hasta el más mínimo detalle del proyecto. En primer lugar partiremos del plano pieza que nos proporciona el cliente para poder realizar un estudio de banda. Este estudio de banda puede tener limitaciones especificadas por el cliente como son el numero de pasos, el ancho de banda, etc.


En el estudio de banda dibujaremos los diferentes pasos que necesitará el fleje de chapa hasta transformarse, en el ultimo paso, en la pieza del plano pieza. Generalmente se dividen en zona de corte de desarrollo, zona de doble y embutición, zona de calibrado y zona de corte pieza final. Cada paso debe de ir posicionado dentro del troquel con agujeros centradores de banda, que pueden formar parte de la pieza final o bien pueden estar incluidos la banda retal. En este último caso se incorporaran los punzonados para los centradores en los pasos iniciales del troquel.


Una vez definido el estudio de banda procedemos a definir los elementos activos internos del troquel denominados matrices en la base inferior y machos en la base superior, su función es la de cortar, doblar y embutir o deformar la banda para conseguir la pieza final.


El troquel progresivo generalmente esta compuesto de dos bases (inferior y superior). En la base inferior dibujaremos las matrices, los compensadores de pisador, los detectores de paso, las bandejas de recogida de retales, los casquillos guía, los resortes de elevación y los elevadores de banda, sobre los que están las guías de banda. En la base superior se hallan los machos, el pisador, los resortes de pisador, los postizos de pisador, los centradores, los despegadores y las columnas guía.


Para empezar a dibujar las bases del troquel hay que tener en cuenta el cuaderno de cargas o especificaciones técnicas que nos proporciona el cliente. En esta documentación nos indicaran las dimensiones máximas totales del troquel, tipo de amarres a prensa, ranuras y agujeros de centraje en prensa, tipo de detectores del troquel y todas las especificaciones que el cliente crea oportunas y que tendremos que incorporar en el proyecto.


Una vez diseñado el troquel progresivo se numeran todas las piezas componentes del mismo para realizar posteriormente la lista de materiales, pieza fundamental para poder hacer seguimiento de todos los elementos del troquel, desde su recepción hasta su tratamiento térmico.


Todas las piezas tienen que estar croquizadas individualmente, un trabajo laborioso pero muy necesario para su construcción y seguimiento por los diferentes departamentos de la empresa. En el croquis deben de ir reflejados el numero de pieza, el material, el numero de orden de fabricación del troquel y el tratamiento térmico cuando la pieza vaya a ser tratada.

MECANIZACION
Es recomendable empezar por mecanizar las piezas que tendremos que mandar posteriormente al tratamiento térmico, ya que así adelantamos tiempo para su realización. Las demás piezas de conjunto también debemos de mecanizarlas primero ya que nos proporcionaran abundante trabajo para otras secciones de la empresa (taladro, rectificadora, ajuste) y cuando estén acabadas procederemos a posicionarlas en sus alojamientos sobre las bases, pisadores y elevadores comprobando que no hay ningún error.
Actualmente y con los medios a nuestra disposición nos será conveniente hacer perfilados y copiados de piezas en conjunto montadas sobre las bases, organizando las piezas a mecanizar según nuestras necesidades, por lo que es aconsejable seguir los siguientes pasos:
En la base inferior montaremos los tacos matriz de doble, embutición y calibrado para hacer un mecanizado de semiacabado en conjunto de todas las formas, dejando de 3 a 5 décimas más de material para su posterior copia final. La copia final o de acabado la realizaremos una vez templadas (tratamiento térmico) las piezas, reajustadas y montadas sobre la base. Recordamos que aunque estén montadas todas las piezas para copiar o perfilar seguramente será necesario soltar las contiguas a la que se va a mecanizar, puesto que la herramienta de la maquina puede chocar con ellas.
En la base superior seguiremos el mismo criterio para los machos de doble, embutición y calibrado.
El pisador merece un capitulo aparte. Este elemento va alojado generalmente en la base superior y su función es la de pisar(sujetar) la banda y despegarla de los machos al abrirse el troquel. Tiene una serie de piezas denominadas pastillas de pisador que pueden también estar perfiladas o copiadas, en cuyo caso se habrá previsto su mecanización y montaje para que una vez mecanizados los machos montemos el pisador en la base superior para mecanizar las pastillas. Si optamos por no templar las pastillas de pisador, la mecanización será en acabado, sino será en semiacabado acabando posteriormente después de realizado el tratamiento térmico y reajuste de las pastillas de pisador. Para copiar el pisador, este tiene que estar con sus columnas de centraje en base y montado sobre los topes a su altura de copia correspondiente.

MONTAJE
Como ya hemos comentado anteriormente y aunque existan programas para la búsqueda de desarrollos de corte para las bandas transformadas por el troquel, es aconsejable realizar piezas prototipo para asegurar que con las piezas que fabricaremos, machos y matrices de corte, obtendremos un corte dentro de las tolerancias marcadas por el plano pieza que nos da el cliente.
Estas piezas prototipo podemos hacerlas con el mismo troquel progresivo solamente fabricando los puestos del troquel que nos sean necesarios y montándolos sobre el mismo troquel, así como los elevadores, pisadores, columnas, casquillos, muelles, etc. Una vez montado todo lo necesario para el correcto funcionamiento de los puestos con los que queremos trabajar, meteremos el troquel en la prensa y con un desarrollo de banda teórico, cortado por ejemplo a láser, procederemos a su transformación hasta obtener una pieza teórica. Dicha pieza será controlada tridimensionalmente tanto en volumen como en corte de desarrollo identificando las correcciones que debemos de realizar hasta obtener una pieza con todas sus medidas dentro de las tolerancias del plano pieza. Sólo entonces procederemos a realizar los machos y matrices de corte definitivos.
Para evitar probables incidencias con el troquel montado dentro de la prensa deberemos de realizar las comprobaciones que a continuación se describen:
Comprobación de machos y matrices. Cerrando el troquel en gravedad comprobaremos que los machos entran en las matrices con su holgura correspondiente. La holgura de doble entre macho y matriz es la del espesor de banda y la de corte dependerá de dos variables, espesor de banda y calidad del material de la banda. Para espesores de hasta 2mm generalmente aplicaremos un 7% y para superiores un 10%. Para cerrar el troquel paso a paso colocaremos unas calas en los topes de cierre del troquel, disminuyendo su espesor hasta llegar a cerrar el troquel totalmente a topes de cierre.
Comprobación de elevadores de base inferior. Con la matriceria montada en la base meteremos los elevadores con su guiado comprobando que en su recorrido inferior estén a la altura de las matrices o bajo las mismas. Generalmente los elevadores y las matrices forman la línea de trabajo del troquel.




Comprobación del pisador en base superior. Con los machos montados en su base colocaremos el pisador en su alojamiento comprobando que baja hasta su posición de trabajo y que las pastillas de pisador tienen la holgura correspondiente con los machos (0.5mm) para que no se produzca ningún roce innecesario. Procederemos a bloquear el pisador en esa posición, bien con tornillos, con bulones o como proceda para poder realizar posteriores comprobaciones con total seguridad.
Comprobación del conjunto troquel. Una vez comprobados todos los elementos de ambas bases procedemos a su cierre en conjunto hasta los topes de cierre de troquel. Todas estas operaciones nos aseguran que no vamos a ha tener ningún choque entre elementos del troquel, ya que en prensa y con el troquel montado completo seguramente produciría la rotura de los elementos que se interfieran.

PUESTA A PUNTO
Una vez montado el troquel progresivo completo y realizadas las comprobaciones oportunas, lo introduciremos en la prensa y procederemos a su cierre total por gravedad como ultima comprobación de seguridad. Si la presión de los muelles no permite cerrar totalmente procederemos a bajar con la presión de la prensa poco a poco hasta que cierre totalmente a topes de cierre.
Visualmente comprobaremos que los pisadores de la base superior superan en fuerza a todos los elementos de la base inferior hasta llegar a los topes de compensación. La función de estos es la de compensar el esfuerzo y equilibrar a los pisadores, siendo los apoyos de los mismos en la base inferior. Seguidamente los machos se introducirán en las matrices hasta que el troquel llegue a los topes de cierre.
Ahora podemos proceder a introducir la banda paso a paso hasta el ultimo puesto. Tendremos que fijarnos en cada paso que la banda sufre las deformaciones correctas. De no ser así procederemos a reparar el incidente y no pasaremos a otro paso como medida de seguridad.
Pasada la banda hasta el ultimo paso obtendremos la pieza final que deberá ser comprobada tridimensionalmente.
Para la puesta a punto de troqueles progresivos con puestos de embutición es conveniente la realización de varias bandas completas para poder marmolear posteriormente el troquel en prensa. Este paso es necesario para obtener los espesores correctos entre macho y matriz en los puestos de embutición y calibrado. Tendremos que desmontar todos los muelles con el fin de dejar las partes móviles a bloque. Introduciremos una banda pintada de azul dentro del troquel en la prensa, poco a poco y sin presión para no deformar la banda cerraremos el troquel detectando los puntos fuertes de apriete y procediendo a marmolear los mismos hasta obtener una pegada uniforme de azul en todos los machos y matrices de embutición y calibrado.
Montamos el troquel completo otra vez y procedemos para la obtención de una nueva pieza que será controlada de nuevo tridimensionalmente.
Haremos también la ultima comprobación de seguridad que consiste en asegurarnos que todos los retales caen correctamente por sus salidas de retal a las rampas de evacuación. De no ser así se producirá una acumulación de retales con la consiguiente rotura de la matriz.