INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
DISEÑO DE UN TROQUEL DE CORTE PARA UNA JUNTA DE MOTOR A GASOLINA
Tesis Curricular para optar al Título Profesional de Ingeniero Mecánico
GALVÁN CARDEL JHOAN MANUEL HUERTA FLORES LUIS JIMÉNEZ DÍAZ MARTHA VICTORIA
RODRÍGUEZ REYES NADXIELI
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
Dedicatoria:
Es tan duro como difícil encontrar las palabras que describan el ser maravilloso que me permitiste conocer, Atesoro cada una de tus palabras, como grandes lecciones de vida y los momentos compartidos como si fuesen tu más grande legado, los cuales me dan la fuerza y el valor que necesito para afrontar los obstáculos y situaciones difíciles que se me presenten porque sé que siempre estarás conmigo, cuidándome donde quiera que estés.
Este proyecto fue más difícil de lo que creí, de hecho, desde tu partida inesperada todo es más difícil. Pero sin ti, no hubiera logrado nada. Cada una de estas páginas y los resultados son tuyos, porque tú me pusiste en el camino de este proyecto y de mi vida.
Te dedico esta tesis y todo lo que con ella conlleva; para ti mi gran amigo José Juan Casas Castro †, que te nos adelantaste en el camino, como todo un campeón.
Atte.
Rodríguez Reyes Nadxieli
Diseño de Fabricación de un Troquel de Corte de Cuerpo para Motor a Gasolina
INDICE
Página
OBJETIVOS 1
INTRODUCCIÓN 2
CAPITULO I
GENERALIDADES 3
1.1 El troquel 3
1.1.1 Principio de Funcionamiento 5
1.1.2 Diferentes formas de Troquelar 10
1.2 Prensas 14
1.2.1 Definición 14
1.2.2 Tipos de prensas y su Clasificación 14
CAPITULO II
ANALISIS DE LAS JUNTAS DE MOTOR 24
2.1 Definición 24
2.1.1 -Función de una Junta 24
2.2 Teoría del Sellado 24
2.3 Materiales de Fabricación 26
2.4 La junta en el Mercado 26
2.4.1 -Reemplazo de una Junta 29
2.5 Nuestra Junta 31
2.5.1 -Aplicaciones 31
2.5.2 -Localización 32
2.5.3 -Plano del Producto 33
2.5.4 -Requerimientos para el diseño y Fabricación 34
CAPITULO III
MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS 35
3.1 Materiales de Fabricación 35
3.2 Tira del Material 37
3.3 Calculos 39
3.4 Despiece del Diseño 41
3.5 Costos 65
CAPITULO IV
CONCLUSIONES 68
BIBLIOGRAFÍA 91
Diseño de Fabricación de un Troquel de Corte de Cuerpo para Motor a Gasolina
INDICE DE TABLAS
Página
TABLA 1: Calculo de Tonelaje 69
TABLA 2: Propiedades del Acero D2 70
TABLA 3: Propiedades del Acero 4140-T 72
TABLA 4 Equivalencias 73
TABLA 5: Resortes de Carga Media Baja 74
TABLA 6: Resortes de Carga Media Alta 75
TABLA 7: Resortes de Carga Pesada 76
TABLA 8: Resortes de Carga Extra Pesada 77
TABLA 9: Medidas Estándar para Tornillos Guías 78
TABLA 10: Medidas Métricas para Tornillos Guías 79 TABLA 11: Medidas Estándar para Tornillos cabeza Hexagonal 80 TABLA 12: Medidas Métricas para Tornillos cabeza Hexagonal 82
TABLA 13: Medidas Estándar de Postes traseros 84
TABLA 14: Medidas Estándar de Porta Troqueles de 2 postes 87 TABLA 15: Medidas Estándar de Porta Troqueles de 4 postes 89
OBJETIVOS
Definir con claridad lo que es un troquel, su principio de funcionamiento, sus componentes y los elementos involucrados en el proceso de troquelado; la definición de prensa, tipos de prensa y las propiedades mecánicas de los metales involucradas en el proceso de Troquelado.
A corto plazo, pretendemos ofrecer el servicio de diseño de troqueles para diversas empresas, puesto que es un trabajo bien pagado y en México no existe una carrera como tal, los cursos sobre diseño de troqueles son realmente costosos, por tal motivo, es importante que entendamos el principio de funcionamiento, las normas y estandarizaciones, y así desarrollarnos como proveedores, calificados y de alta calidad. Y no solo diseñar troqueles de Corte, sino cualquier tipo de troquel que el cliente requiera.
Para este proyecto se decidió diseñar un troquel de corte de cuerpo para una junta de motor a Gasolina; se eligió una junta ya que es un producto que exige precisión y por lo mismo, es un ejemplo perfecto para el desarrollo de este proyecto.
Existen pocos fabricantes nacionales de Juntas, por lo tanto confiando en el éxito de nuestro proyecto, mantenemos la posibilidad de ingresar a esta lista de fabricantes. Garantizando un producto de calidad, apegándonos a los avances tecnológicos. Y pensando la manera de reducir los costos de nuestros troqueles y a su vez la reducción de los costos del producto, para así ser competitivos y promover una mayor demanda en el mercado automotriz.
DISEÑO DE UN TROQUEL DE CORTE PARA UNA JUNTA DE MOTOR A GASOLINA
INTRODUCCIÓN
Existe una amplia diversidad de productos que se obtienen por medio de troquelado. Ya que es un herramental de precisión, y nos da la capacidad para incrementar la productividad de forma representativa, reduciendo el número de piezas defectuosas, y mejoran la calidad en nuestro productos.
EL Troquel es un herramental empleado para dar forma a láminas (en su mayoría), es decir, existen troqueles de corte, estampado, embutido, perforado, picado, engargolado y de corte progresivos; en el capitulo II, describiremos de manera más detallada los tipos de troqueles y su principio de funcionamiento.
Con el desarrollo de este trabajo se pretende definir con claridad lo que es un troquel sus principios de funcionamiento, sus componentes y a su vez los elementos involucrados en el proceso de troquelado; la definición de prensa, tipos de prensa y las propiedades mecánicas de los metales.
Poniendo en práctica los principios de funcionamiento y los conceptos teóricos básicos., Se desarrolló el diseño de un troquel de corte de cuerpo, como aplicación en la industria automotriz, se selecciono una junta para un motor a Gasolina.
Siendo uno de nuestros objetivos principales, que esta tesina sea una guía rápida y útil para los interesados en el proceso del diseño de un troquel de Corte. Por lo mismo, se resaltarán las diferentes variables a tomar en cuenta para saber que tipo de troquel o prensa debemos utilizar en las diferentes áreas a aplicar. Principios de funcionamiento, fórmulas, estándares de diseño y principios básicos.
EL TROQUEL
EL Troquel es un herramental empleado para dar forma a láminas (en su mayoría), es decir, existen troqueles de corte, estampado, embutido, perforado, picado, engargolado y de corte progresivos.
El troquelado es un medio industrial que se define como el conjunto de operaciones a las que se somete una chapa metálica con el objeto de variar su forma inicial en otra prefijada mediante dispositivos especiales llamados troqueles.
En el estampado se utilizan los troqueles en pares. El troquel más pequeño, o cuño, encaja dentro de un troquel mayor, o matriz. El metal al que va a darse forma, que suele ser una lámina o una pieza en bruto recortada, se coloca sobre la matriz en la bancada de la prensa. El cuño se monta en el pistón de la prensa y se hace bajar mediante presión hidráulica o mecánica.
En las distintas operaciones se emplean troqueles de diferentes formas.
Los más sencillos son los troqueles de perforación, utilizados para hacer agujeros en la pieza.
Los troqueles de corte se utilizan para estampar una forma determinada en una lámina de metal para operaciones posteriores.
Los troqueles de flexión y doblado están diseñados para efectuar pliegues simples o compuestos en la pieza en bruto.
Los troqueles de embutir se emplean para crear formas huecas. Para lograr una sección reducida en una parte hueca, como el cuello de un cartucho de fusil, se utilizan troqueles reductores especiales. Cuando la pieza terminada debe tener una protuberancia en la parte inferior o central suelen emplearse troqueles hidráulicos. En éstos el cuño se sustituye por un pistón que introduce en la pieza agua o aceite a presión, lo que obliga al metal a doblarse hacia fuera contra la matriz.
Los troqueles de rebordeado forman un reborde curvo en piezas huecas. Un tipo especial de troquel de rebordeado, llamado troquel de costura con alambre, enrolla firmemente los bordes externos del metal alrededor de un alambre que se inserta para dar resistencia a la pieza.
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
Los troqueles combinados están diseñados para realizar varias de las operaciones descritas en un único recorrido de la prensa; los troqueles progresivos permiten realizar diversas operaciones sucesivas de modelado con el mismo troquel.
En la acuñación de monedas se obliga al metal a pasar entre dos troqueles coincidentes, en los que figura un huecograbado del dibujo que debe formarse en la moneda.
Los punzones son los que cuya sección tiene la forma de la pieza a recortar.
La matriz, esta provista de una plataforma perforada que permite el paso del punzón y de las piezas recortadas.
En la imagen siguiente se aprecia el esquema de un troquel y sus partes (figura 2.1)
Figura 2.1 Las partes de un troquel
1. Zapata Inferior 2. Punzón Matriz A 3. Punzón Matriz B 4. Placa Botadora 5. Planchador B 6. Planchador A
7. Matriz 8. Punzón Redondo
9 – 11. Tornillos 12. Placa porta Punzones
13. Punzón de Forma A 14. Punzón de Forma B
15. Taza 16. Zapata Superior
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Al descender, el punzón aprieta la tira de metal contra la matriz y empuja a la pieza a recortar dentro del hueco de la matriz. Se originan deformaciones plásticas en una y otra parte del plano de corte, y se inician grietas de rotura. Con ello se producen, en ambas caras opuestas, unos desgarros que, al llegar a juntarse, provocan la separación del disco o recorte de la tira de material.
Punzonado o corte de la chapa
El punzonado es una operación mecánica con la cual mediante herramientas especiales aptas para el corte se consigue separar una parte metálica de otra obteniéndose una figura determinada.
La relación entre espesor S de la chapa y el diámetro D del punzón resulta S/D para la chapa de hierro y punzón de acero, con valor de 1,2 máximo.
Por lo tanto la chapa de hierro, para ser cortada debe tener un espesor menor o igual al diámetro del punzón (D).
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
Descripción de un troquel
El corte de la chapa se realiza mediante una matriz de corte o hierro de cortar (fig. 2.2).
Se compone la matriz de dos pares:
¾ Punzón
¾ Matriz (propiamente dicha) Además si es completa
¾ Mazo (guía del punzón)
¾ Dos chapas (pasillo de circulación de la tira de chapa)
¾ Sistema de tope
Figura 2.2
Desgaste de matriz
El esfuerzo de corte afecta los filos luego de producir una gran cantidad de piezas, como consecuencia tenemos piezas con rebabas y contorno indefinido y por ende se necesita rehabilitar la matriz, perdiendo en el proceso hasta 1 mm, siendo la cota de afilado máximo de 6 mm, a razón promedio de 0,15 mm por cada rectificado, resultando posible rectificar unas 40 veces, produciendo por lo tanto 1.000.000 en total (figura 2.3).
Figura 2.3
Juego Entre Punzón Y Matriz
Debido a la operación que llevan acabo el punzón y la matriz, es necesario que exista un juego entre ambas partes, el juego, no es otra cosa más que una diferencia dimensional (figura 2.4).
El juego entre punzón y matriz depende del grueso de la chapa.
El juego es aplicable para una chapa de gran espesor y será mayor para acero duro que para acero dulce o aluminio, etc.
El valor del juego es entre el 5 a 13% dependiendo del espesor de la chapa.
Determinado el juego correcto se aumenta la duración de la herramienta.
Figura 2.4
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
Disposición De La Figura
La mejor disposición de la figura a cortar asegura una pérdida de material mínima.
La separación mínima de figuras a cortar nunca debe ser menor al espesor de la chapa.
Esfuerzo De Corte
En el contacto con la chapa, el punzón comprime y luego corta. La dilatación del material produce contra las paredes de la matriz rozamiento durante el corte, y por ende necesitando un mayor esfuerzo.
Un buen centrado garantiza un menor desgaste de guías laterales y evita resquebrajamientos de aristas del punzón y la matriz.
Siendo el recortado una operación de cizallado hay que vencer la resistencia a la rotura por el cizallado.
Ed=P*E*R Donde:
P= Perímetro total a recortar en mm.
E= Espesor del metal en mm.
R= Resistencia a la rotura por cizallado, en Kg/mm2.
Ed= Esfuerzo de Recortado en Kg.
El punzón de goma es apto para aleaciones ligeras. Se corta en una sola operación sobre una plancha de acero de unos 6 mm y una almohadilla de goma, no experimentando desgaste apreciable luego de una gran cantidad de piezas.
El uso de este procedimiento es limitado a finas chapas, hasta 0,25 mm.
Esfuerzo por Extracción
Después del recortado la tira del material queda sujeta alrededor del punzón. Esta sujeción es tanto más importante, cuanto mayor es la sección cizallada y cuanta más cantidad de material sobrante quede alrededor de la pieza. Generalmente, este esfuerzo se da en función de la dimensión del material sobrante y en porcentaje del esfuerzo recortado.
• Recorte en plena chapa Eex =7%Ed
• Material sobrante superior a tres veces el espesor −Eex =A−7%Ed
• Material Sobrante Normal Eex =2%Ed
Esfuerzo de expulsión.
Es el esfuerzo a vencer para hacer salir a la pieza de la parte perforada de la matriz.
Generalmente , se admite como:
Ed Eej =1.5%
El cálculo del esfuerzo de recortado, permite escoger la prensa apropiada para el trabajo a realizar.
El cálculo de las esfuerzos de extracción y de expulsión sólo se justifica en el caso de herramientas en las cuales las funciones de extracción y expulsión las realizan resortes.
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
DIFERENTES FORMAS DE TROQUELAR
En el troquelado el principio de funcionamiento es el mismo, aunque las operaciones sean diversas, pero existen diversas formas de troquelar como son:
• Cizallado
• Mortajado
• Niblado
• Perforación
• Punzonado
• Acuñado
• Formado con matriz muestra
Cizallado
Es un proceso de corte para laminas y placas, produce cortes sin que haya virutas, calor ni reacciones químicas. El proceso es limpio rápido y exacto, pero esta limitado al espesor que puede cortar la maquina y por la dureza y densidad del material. El cizallado es él termino empleado cuando se trata de cortes en línea recta; el corte con formas regulares redondas u ovaladas e irregulares se efectúan con punzo-cortado y perforación. El cizallado suele ser en frió en especial con material delgado de muchas clases tales como guillotinado de papeles de fibras, telas, cerámica, plásticos, caucho, productos de madera y la mayoría de los metales.
El cizallado llamado también guillotinado en ciertas actividades se hacen en frió en la mayoría de los materiales. En general es para cortes rectos a lo ancho o a lo largo del material, perpendicular o en ángulo. La acción básica del corte incluye bajar la cuchilla hasta la mesa de la maquina, para producir la fractura o rotura controladas durante el corte. La mayoría de las cuchillas tienen un pequeño ángulo de salida. Para ciertas operaciones especificas como punzonado o perforado, no hay esos ángulos de alivio.
El cizallado o guillotinado puede emplearse con una gran variedad de materiales para cortar papel o refinar libros y en la cizalla escuadradora para lámina.
Mortajado
El entallado o mortajado es un proceso de corte fino para la lamina y plancha y difiere del cizallado en que la cuchilla esta a cierto ángulo. La cuchilla puede ser de cualquier configuración si se trata de partes pequeñas.
Niblado
El corte de laminas (niblado) incluye hacer recortes sucesivos hasta que se produce una forma más grande o recortada. Las formas internas se pueden empezar con facilidad a partir de agujeros taladrados y se emplean para producir secciones perforadas grandes. El recorte se utiliza en lugar de punzonar o perforar, para la producción de poco volumen o a baja velocidad
las maquinas recortadoras o tijeras para lamina son muy adaptables, poco costosas, sencillas para manejarlas y mantenerlas, aunque la producción es lenta.
Perforación
El perforado es un proceso para recortar un agujero conformado en una lamina o placas metálicas. Se suele hacer en frió y se obtienen casi de cualquier forma. Las aplicaciones incluyen perforar las arandelas hacer agujeros para remaches mediante elementos estructurales de acero, aberturas en paneles que se van a terminar con otros procesos a fin de poder montar instrumentos o equipos y en operaciones similares.
Punzonado
El punzonado es una operación de corte de chapas o láminas, generalmente en frío, mediante un dispositivo mecánico formado por dos herramientas: el punzón y la matriz. La aplicación de una fuerza de compresión sobre el punzón obliga a éste a penetrar en la chapa, creando una deformación inicial en régimen elasto-plástico seguida de un cizallamiento y rotura del material por propagación rápida de fisuras entre las aristas de corte del punzón y matriz. El proceso termina con la expulsión de la pieza cortada (fig. 2.5).
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
Figura 2.5
Acuñado
Es casi un trabajo en frió con piezas pequeñas. Se desplaza el material por la presión y el impacto hacia las cavidades de la matriz. Como la cavidad esta dada por completa y en forma muy precisa por los dados se necesita controlar con mucho cuidado el volumen del material;
por lo tanto el llenado es excesivo de la capacidad de la matriz puede dañar la maquina o producir artículos defectuosos. El acuñado es especial para la producción de piezas pequeñas en donde se requieren de detalles y acabados muy exactos en las superficies. Su aplicación principal para fabricar monedas medallas y piezas similares (fig. 2.6).
Formado Con Matriz Muestra
El formado con matriz muestra es similar a algunos aspectos del acuñado. El formado por clavado se emplea para hacer moldes o dados excepto que la impresión se hace contra una pieza grande de material para empujar el metal desplazado hacia un área abierta, alrededor del modelo impreso en el material. También se utilizan para estampar materiales blandos o para moldear plásticos u otros materiales. Suele ser más fácil hacer el objeto macho y prensarlo contra el material blando que maquinar la parte hembra en el material del dado. Cuando se hacen matrices, se alisa la superficie con esmeril después de formar con el dado maestro. Se utiliza para hacer cierto número de cavidades idénticas para moldes múltiples de compresión.
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
PRENSAS
Para poder diseñar un troquel es indispensable saber en que tipo de prensa, y las características de la misma, será montado. Puesto que sin esta información nuestro diseño será erróneo y tendremos que hacer modificaciones, lo que implica más inversión monetaria y en tiempo.
A continuación de forma breve se define que es una prensa, tipos y sus clasificaciones.
DEFINICIÓN
La maquina utilizada para la mayoría de las operaciones de trabajo en frió y algunos en caliente, se conoce como prensa. Consiste de un bastidor que sostiene una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el ariete linealmente y en ángulos rectos con relación a la bancada.
Una prensa debe estar equipada con matrices y punzones, diseñada para ciertas operaciones específicas. La mayoría de operaciones de formado, punzonado y cizallado, se pueden efectuar en cualquier prensa normal si se usan matrices y punzones adecuados.
Las prensas tienen capacidad para la producción rápida, puesto que el tiempo de operación es solamente el que necesita para una carrera del ariete, mas el tiempo necesario para alimentar el material. Por consiguiente se pueden conservar bajos costos de producción.
Tiene una adaptabilidad especial para los métodos de producción en masa, como lo evidencia su amplia aplicación en la manufactura de piezas para automóviles y aviones, artículos de ferretería, juguetes y utensilios de cocina.
TIPOS DE PRENSAS Y SU CLASIFICACIÓN
No es muy correcto llamar a una prensa, prensa dobladora, prensa de repujado, o prensa cortadora, entre otras, pues los tres tipos de operaciones se pueden hacer en una maquina.
A algunas prensas diseñadas especialmente para un tipo de operación, se le puede conocer por el nombre de la operación, prensa punzonadora o prensa acuñadora.
La clasificación esta con relación a la fuente de energía, ya sea operada manualmente o con potencia. Las maquinas operadas manualmente se usan para trabajos en lamina delgada de metal, pero la mayor parte de maquinaria para producción se opera con potencia. Otra forma de agrupar a las prensas, esta en función del número de arietes o los métodos para accionarlos.
Los tipos más generales de clasificación de prensas son los siguientes:
Fuente De Energía
1. Manual 2. Potencia
a) Mecánica
b) Vapor, gas, neumática.
c) Hidráulica
Ariete
1. Vertical de simple efecto 2. Vertical de doble efecto 3. En cuatro correderas 4. De configuración especial
Diseño Del Bastidor
1. De banco 2. Inclinable 3. De escote 4. De puente
5. De costados rectos 6. Yunque
7. Columna
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
Métodos De Aplicación De Potencia Al Ariete
1. Manivela 2. Leva 3. Excéntrica
4. Tornillo de potencia 5. Cremallera y piñón 6. Junta articulada 7. Hidráulica
8. Palanca acodillada 9. Neumática
Propósito De La Prensa
1. Cizallas de escuadra 2. Cizallas de circulo 3. Dobladora
4. Punzonado 5. Extruido 6. Empalmado 7. Enderezado 8. Forzado 9. Acuñado
10. De transferencia 11. Roedora
12. Estirado 13. Revólver 14. Forja
Para seleccionar el tipo de prensa a usar en un trabajo dado, se deben considerar:
El tipo de operación a desarrollar, tamaño de la pieza, potencia requerida, y la velocidad de la operación. Para la mayoría de las operaciones de punzonado, recortado y desbarbado, se usan generalmente prensas del tipo manivela o excéntrica. En estas prensas, la energía del
volante se puede transmitir al eje principal, ya sea directamente o a través de un tren de engranes.
La prensa de junta articulada se ajusta idealmente a las operaciones de acuñado, prensado o forja. Tienen una carrera corta y es capaz de imprimir una fuerza extrema.
TIPOS DE PRENSAS
1. Prensa sencilla
2. Prensa abierta con guía punzones
3. Prensa cerrada con guía punzones y guías laterales 4. Prensa abierta con columnas de alimentación 5. Prensa con sujetados y columnas de guía 6. Prensa abierta con porta punzón y sujetador 7. Prensa abierta con guías y resorte de repulsión
Tipos De Prensas Para Doblar
1. Prensa para doblado de soportes
2. Prensa con dos columnas de guía para doblado en U 3. Prensa para doblado múltiple
4. Prensa con matriz giratoria 5. Prensa con punzones oscilantes 6. Prensa con matrices móviles
7. Prensa con dispositivo auto-alimentador
Prensas Para Embutir
El embutido se produce por la penetración del punzón en la matriz figura 3.1 – 3.6.
La chapa (disco) debe pasar entre el punzó y la matriz de modo preciso (admitiendo cierto juego) para evitar la aparición de pliegues en las paredes de la pieza. Como regla general podemos decir que, a mayor espesor, menor posibilidad de formación de pliegues.
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
El troquel puede montarse en una prensa excéntrica o de mano.
Con troqueles sencillos se puede modificar un perfil esbozado para obtener el definitivo.
Con punzones de goma se pueden embutir recipientes a fin de abobarlos, actuando en su interior de modo que al comprimirse verticalmente y expandiéndose hacia los lados logran la forma. Se emplea en chapas de metal ligero.
El achaflanado de los bordes de la matriz ayuda a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operación de embutir.
Es conveniente hacer agujero pequeño en la matriz para evacuar el aire encerrado.
Embutido De Una Etapa Con Apreta-Chapa
Figura 3.1
Embutido Inverso
Figura 3.2
Embutido Con Punzón Telescopico
Figura 3.3
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
Embutido Con Matriz De Doble Acción
Figura 3.4
Embutido Con Matriz De Acción Simple:
Figura 3.5
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
Embutido Inverso Con Matriz De Acción Simple Y Punzón Actuador:
Figura 3.6
Prensas Para Trabajos Mixtos Progresivos
Prensas Múltiples (O De Paso)
Se entiende por trabajo progresivo de prensado la serie de operaciones sucesivas que transforman gradualmente, con una mismo troquel, una chapa plana, una tira o una cinta, a fin de obtener piezas con otra forma.
El procedimiento consiste en un mínimo de dos fases, a saber: corte y doblado, o embutido y corte
El objetivo es él poder obtener en un solo tiempo y con un solo troquel una serie de operaciones sucesivas.
Es necesario que los punzones estén paralelos entre sí y actúen sincronizados haciéndolos trabajar en forma regular.
Prensas Combinadas (De Bloque)
Son prensas que por tener acción mixta, tiene sus útiles combinados (no en línea), realizando el proceso en una sola operación.
Las operaciones que combinan pueden ser de corte, embutido, doblado, agujereado, etc.
Por lo tanto tendremos por ejemplo
¾ Prensas para doblar y embutir
¾ Prensas de cortar y embutir
¾ Prensas para cortar, embutir y agujerear.
CAPÍTULO II: ANALISIS DE LAS JUNTAS DE MOTOR
ANALISIS DE LAS JUNTAS DE MOTOR Definición
Junta es un sello mecánico que evita fugas de aceite y compresión, para múltiples de admisión y escape fabricados en celulósicos, lámina, combinados y con grafito. (figura 4.1)
Las juntas también son llamadas dependiendo del país, y en algunos casos de las regiones, encontramos términos como juntas, juntas de unión, juntas de estanqueidad, empaquetaduras, empaques, empaquetaduras, guarniciones, sellos, sellos de bridas, sellos estáticos o gaskets.
Figura 4.1
Función de una junta
Es el elemento que efectúa el sellado por tiempo prolongado entre dos piezas, en las que se deba retener algún fluido, bajo determinadas condiciones de presión y temperatura. Su correcto desempeño depende de la selección de materiales, su diseño y en gran medida del cuidado en la instalación.
TEORIA DEL SELLADO
Los conceptos básicos de la teoría del sellado se pueden enumerar de la siguiente manera:
1 .Relación de la tensión de sellado y la constante elástica con la presión interna de trabajo e irregularidades de las superficies en contacto.
2 .Relación entre compresibilidad y recuperación elástica del material de la junta y la deformación de ésta.
3 .Relación entre la permeabilidad del material de los elementos sellantes y la densidad de los mismos.
4 .Efectos en la tensión, en el espesor y en el factor de forma, en el proceso de relajación del material de las juntas durante el servicio de éstas.
5 .Efectos de la temperatura, el ciclado térmico y el re-torque en el proceso de relajación del material de las juntas durante el servicio de éstas.
6 .Efectos de las condiciones de operación del motor sobre la constante elástica del material de las juntas y su relajación.
7 .Relajación del material de las juntas y su influencia en la pérdida de tensión en la unión.
8 .Resistencia del material de las juntas a los fluidos con los que se encuentra en contacto, durante la operación del motor.
En la unión de dos piezas se presenta dos tipos de sellado, los cuales son:
• Sellado estático, en el que las juntas, se encuentran bajo cargas de compresión permanentes y la unión se ve afectada por el tipo de fluido que se retiene y por los cambios de presión y temperatura. Ejemplo:
En el área de contacto entre culata y bloque se presentan cambios de temperatura, dilataciones y contracciones, altas presiones en los tiempos de combustión, eventuales detonaciones y autoencendido (cascabeleo), depósitos de carbón que se incendian y aceites mezclados con combustible, convirtiéndola en el área de mayor exigencia de sellado, razón por la cual se debe tener como prioridad la calidad en las juntas de la culata
• Sellado dinámico que se presenta cuando se debe evitar la pérdida de algún fluido a través de los orificios por los que salen los ejes de las máquinas que cumplen la función de transmitir movimiento; este sellado es especialmente difícil, debido a que se involucran variables como características del fluido, temperaturas máxima y mínima de trabajo, presión interna, desgaste del retenedor de aceite y del eje debido al movimiento rotativo y estado superficial de éste, velocidad de giro del eje, y finalmente, las condiciones del medio ambiente como humedad, polvo y agentes oxidantes que deterioren el retenedor de aceite y eleje. Ejemplo:
CAPÍTULO II: ANALISIS DE LAS JUNTAS DE MOTOR
En el motor se debe garantizar el sellado especialmente en la aplicación de los retenedores de aceite, pues éstos evitan la fuga continua de aceite y el ingreso de contaminantes líquidos y sólidos al motor. Son éstas, pues, las dos áreas más importantes en el sellado de un motor.
Materiales de Fabricación
Mucho depende de su localización en el motor el material del que será la junta que se va realizar, pues depende de los esfuerzos a los que se somete y a los fluidos con los que tiene contacto. Pero algunos de los materiales son:
• Papel Celulosa Caucho: Es un papel fabricado a base de celulosa y aglutinado con elastómeros, que se obtienen en diferentes espesores y calidades, con buena resistencia a aceites, gasolina y agua.
• Corcho: es la corteza del árbol llamado alcornoque y es el material más antiguo empleado en la fabricación de empaques, su difusión es muy amplia aunque nuevos materiales sintéticos, han mejorado algunas de sus propiedades como la resistencia a la temperatura y presiones, haciendo que su empleo vaya disminuyendo paulatinamente.
• Poli acrílico: Sirve como un acabado protector, de metales. Emulsiones acuosas para pinturas y ligante para pintura, piel, papel y textiles. Adhesivos en dispersión y de contacto. Acabado del cuero y apresto de textiles. Sustancias que mejoran la viscosidad de los lubricantes y espesan el látex. Modificadores de otras resinas.
• Papel Celulosa: Es un papel fabricado con químicos especiales que le dan resistencia a aceites, gasolina y agua.
• fluoro elastómeros: son cauchos sintéticos mas resistentes al calor y a los fluidos que jamás se han desarrollado. Resisten muchos cientos de fluidos normales y difíciles entre márgenes de temperatura muy amplios y continúan proporcionando un servicio de estanqueidad seguro por mucho tiempo después de que los cauchos normales han fallado
• Laminas con Recubrimientos
LA JUNTA EN EL MERCADO
Existen más de 15 juntas diferentes en un motor a Gasolina, y obviamente cada una con una función especial y de un material o materiales diferentes, como son (figura 4.2):
• Junta de Culata o Cabeza
• Junta de tapa de Válvula
• Junta de Carter
• Salidas de escape
• Junta de palier
• Múltiple de Admisión
• Múltiple de Escape
• Juntas de Camisas de Cilindros
• Juntas de Tapas de Distribución
• Juntas de Bomba para agua
• Junta para bomba de Aceite
• Junta de Termostato
• Etc.
FIGURA 4.2
Se eligió una junta para motor a Gasolina en específico porque la condición básica es la del mayor índice de compresión en el motor diesel, que puede llegar a relaciones de 21:1, en tanto que, en los motores a gasolina el índice de compresión puede llegar comúnmente hasta 9:1. La
CAPÍTULO II: ANALISIS DE LAS JUNTAS DE MOTOR
razón de éstos índices es que en los motores diesel la mezcla se detona por compresión y en los motores a gasolina se detona por chispa. Por estas razones, los materiales y diseños de las respectivas juntas de culata son diferentes, de tal manera que las juntas aplicadas a los motores diesel son más
También un mismo modelo de junta se puede usar para diversos Modelos de Autos y de diferentes marcas. Por ejemplo, a continuación se muestra un listado de los autos que ocupan un mismo modelo de Junta para el Carter, entre otros.
Reemplazo de una Junta
Aunque las juntas por su diseño y sus materiales son aptos para trabajar en buenas condiciones de sellado hasta la reparación del motor, se pueden presentar eventuales fallas de sellado por recalentamientos del motor, por falta de lubricación o por lubricación contaminada con residuos de la combustión, haciendo obligatorio su reemplazo..
En la mayoría de los casos una junta falla por pérdida de torque en los tornillos del múltiple, debido a una mala aplicación, a una mala instalación o debido a un múltiple torcido o deteriorado. Esto provoca que se presente fuga por la unión de dos piezas que tienen una junta o si es necesario bajar una de las partes del motor, se recomienda en todos los casos hacer el cambio del mismo por uno nuevo. Aunque las juntas sean de excelente calidad, una vez hayan trabajado, presentarán deformaciones por recalentamiento, por apriete y por acción del fluido que se retiene, haciendo muy probable que se presente fuga si se reutilizan. En la mayoría de las juntas el costo es muy bajo comparado con la mano de obra necesaria para su reemplazo.
Se deben reemplazar absolutamente todos las juntas, pues debido al alto costo de la reparación de un motor y el tiempo que este trabajo demanda, no tiene sentido reinstalar algunas juntas, que seguramente en muy corto tiempo presentarán mal desempeño, permitiendo fugas o mezcla de fluidos, obligando de esta manera a instalar nuevas que se pudieron haber instalado inicialmente, evitando paradas y sobre costos de operación.
La duración de una junta dependerá de las condiciones de trabajo de las partes a sellar, de la calidad de los materiales y de la calidad del diseño. En el caso de un vehículo, el usuario normalmente espera que las juntas duren hasta la próxima reparación del motor. Esto se obtiene cuando las juntas son fabricadas con excelentes materiales, bajo procesos controlados y con diseños que garanticen la calidad y vida útil necesarias para el motor.
El mercado nacional actualmente cuenta con pocos fabricantes de juntas automotrices como son:
• TF VICTOR, S.A. DE C.V.
• JUNTAS CEBEA-OVERSEAS
• Vulcanitech, S.de R.L.
• Industrias Solart, S.A.de C.V.
CAPÍTULO II: ANALISIS DE LAS JUNTAS DE MOTOR
• Steel Rubber Group S.A.de C.V.
• Aranvehe-Empi
• Azteca Enterprises
• Federal-Mogul SAISA
• Manufacturas Diversas, S.A.de C.V.
• Rock Ford Constant Velocity
• Juntas Ciccarelli
• Juntas Klinger, S.A.de C.V.
Nuestra Junta
El diseño del troquel de Corte de Cuerpo que se diseñó, es para obtener la Junta para Tapa Frontal de un Motor a Gasolina de Nissan (figura 5.1). La cual su material de fabricación es papel celulosa.
… Junta De Nissan con Número 13533-7Y00A (fig. 5.1)
Aplicaciones
Su aplicación es para el automóvil Altima (figura 5.2) y la camioneta X-Terra (figura 5.3); ambos de Nissan. Con número de parte 13533-7Y00A.
CAPÍTULO II: ANALISIS DE UNA JUNTA DE MOTOR A GASOLINA
Altima (fig. 5.3) X-Terra (fig. 5.4)
Localización
A continuación se muestra una imagen de la localización de la junta, en el despiece de un motor a gasolina (figura 5.4).
Figura 5.4
Plano del Producto
CAPÍTULO II: ANALISIS DE UNA JUNTA DE MOTOR A GASOLINA
Requerimientos para el Diseño y Fabricación
La figura 5.5 nos muestra un ejemplo de una Solicitud de trabajo con los requerimientos para el diseño y fabricación de un herramental.
Con esto podemos saber si la prensa es la correcta y nos dará la presión que necesitamos para el corte de la junta.
También nos permite conocer el área útil de la máquina, y así saber la altura total del troquel.
MATERIALES DE FABRICACIÓN
A continuación se presenta una lista de las partes del troquel y los materiales que se van a emplear para su fabricación.
FE COMERCIAL
Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas
ACERO D-2
Acero al alto carbono y alto cromo. Dimensionalmente estable de excelente rendimiento al corte y resistencia al desgaste.
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Aplicaciones
Herramientas de corte de gran rendimiento (matrices y punzones), herramientas para la técnica de estampado, herramientas para trabajar madera, cizallas para cortar de poco espesor, herramientas para laminar roscas, herramientas para estirar, para embutición profunda y extrusión en frío, para las industrias farmacéutica y de cerámica, cilindros para laminar en frío (cilindros de trabajo) para trenes de laminación de cajas múltiples, herramientas de medición, moldes pequeños para material plástico que exigen gran resistencia al desgaste.
ACERO 4140-T
Su alto contenido en Cromo le da una buena dureza y su contenido en Molibdeno la distribuye uniformemente y da una alta resistencia.
Normalmente no requiere un tratamiento térmico adicional, sin embargo se puede templar a durezas mayores para incrementar sus resistencia.
Aplicaciones
Tiene amplia aplicación en construcción de vehículos por ejemplo para cigüeñales, brazos de ejes, bielas, pernos, ejes de contramarcha, ejes de bombas y engranajes.
-Muy utilizado en piezas forjadas como herramientas, llaves de mano, destornilladores, etc.
-perforadoras, cortadoras, tornillos, coples, mesas rotatorias, junturas, ruedas, válvulas, tornillos alta temperatura, ruedas dentadas, pistones, eslabones para cadena, etc.
En el Capitulo de “Información Técnica”, se anexan unas tablas más específicas de las propiedades de y características de estos aceros.
TIRA DEL MATERIAL
Destinándose el procedimiento del troquelado a la fabricación de grandes cantidades de piezas, la economía del material y como consecuencia la reducción de los desperdicios, representa un factor muy importante.
Los factores determinantes de las dimensiones de la matriz, troquel o estampa vienen determinados por la posición relativa de la ventana de la figura matriz y esta es consecuencia del tamaño y de la forma de la pieza a obtener.
Frecuentemente las piezas tienen una forma irregular, de manera que tanto pueden encontrarse situadas a lo largo de la tira del material, como transversalmente, longitudinalmente o en su propio centro; estas disposiciones dependen de la necesidad de obtener el máximo rendimiento por unidad de superficie de material empleado. En estos casos es necesario estudiar detenidamente la posición de las piezas de manera que la posición relativa en la sucesión de cortes permita un aprovechamiento máximo, reduciendo al mínimo la pérdida de la merma.
Un aspecto que hay que tener presente en las matrices de punzonar es la separación mínima que debe existir entre dos piezas consecutivas, ya que el material sufre una deformación por embutidora. Esta deformación está en relación directa con el espesor del material, como norma general, esta separación nunca debe ser inferior al propio espesor del material más ½ e.
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Paso en las matrices de Punzonado Simultaneo
En las matrices de punzonado simultaneo, los punzones y figuras recortadas en la placa matriz deben mantener entre sí, una posición relativa correcta. Esta posición relativa correcta se le llama Paso.
EL paso se determina sumando a las dimensiones longitudinales de la pieza la anchura de la distancia mínima entre dos piezas, que es el desperdicio o retal que queda entre las mismas.
Observando la geometría de la pieza y estudiando las diferentes posibilidades se posicionamiento de la pieza nuestra tira de material queda como se indica en la firgura 6.1. Ya que nuestro troquel estará constituido por dos punzones iguales, para ahorro de tiempos muertos y evitar el cambio de tira para el segundo corte.
Fig. 6.1 Posición de las figuras en la tira del material
CÁLCULOS TONELAJE
Es indispensable saber, las características de la prensa en la cual será montado en nuestro troquel. Pues son elementos determinantes en el diseño de troqueles. Pero también nuestra pieza nos da para determinar el tipo de prensa que se requiere para la geometría.
Para esto, se requiere calcular el tonelaje requerido de la prensa para el corte de la pieza. Esto se calcula con la fórmula:
* * [ ] 1000
p E r
RT = tons
En donde:
T= Tonelaje requerido en Toneladas.
P= perímetro de la figura punzonar en mm.
E= Espesor del material a punzonar en mm.
r
R=
Coeficiente de Resistencia al corte en kg2mm
En el capitulo de información técnica, se presenta la formula pata determinar el tonelaje necesario para efectuar un punzonado, con un ejemplo. Y una tabla de valores prácticos de la resistencia al corte y a la tracción.
En nuestra pieza:
P= 650.877mm (solo una pieza, para la formula se tendrá que multiplicar por dos) E= 1.397mm
rR= 5
2
kg mm
(650.877 *2)(1.397 )(5
2)
9.092 1000
mm mm kg
T = mm = Tons
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
NO. RESORTES
Para el cálculo del número de resortes que será necesario para expulsar la pieza; también se utiliza la misma fórmula de tonelaje, pero en este caso, no es todo el perímetro de la pieza, solo se tomará en cuenta el perímetro exterior.
P= 332.993mm (solo una pieza, para la formula se tendrá que multiplicar por dos) E= 1.397mm
rR= 5
2
kg mm
(332.993 *2)(1.397 )(5 2)
4.651 1000
mm mm kg
T = mm = Tons
Luego del tonelaje total, tomamos sólo el 20%, que en este caso serían 0.9302 Tons que sería igual a 930.20 Kg.
De la tabla de Resortes de Carga en el capítulo de información Técnica, elegiremos cuales es el apropiado para nuestro troquel.
En nuestro diseño colocaremos resortes de carga media alta (azules) de 1” dia x 1-1/4” long, que tiene una carrera total con carga de 385lbs, que es igual a 175Kg.
No.resortes = (20% tonelaje en kg)/ (carga del resorte en kg) No. Resortes = (930.20Kg)/(175kg)=5.315 resortes
Número que redondearemos a 6 resortes de 1” diámetro x 1-1/4” de longitud, de carga media.
Despiece y lista de materiales
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Zapata Inferior
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Punzón Matriz A
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Punzón Matriz B
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Botador
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Matriz
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Planchador A
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Planchador B
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Punzón de Forma A
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Punzón de Forma B
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Punzón Redondo
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Zapata Superior
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
Ensamble
COSTOS
Cotizamos con dos proveedores de Acero y Fierro Comercial, Aceros Nicolás Romero S.A. de C.V. y Aceros Bohler S.A. de C.V., para obtener el costos teórico de nuestra materia prima, para la realización del troquel.
CAPÍTULO III: MATERIALES, DISEÑO Y COSTOS
En base en las cotizaciones anteriores, y para obtener el precio de nuestro acero, aplicaremos la fórmula para obtener el peso de nuestras placas, en base a sus dimensiones.
La formula aplicar es:
Para placas:
[ ]
Peso(lb)= [ ( )][ ( )][ ( ) * (0.2833) Peso (kg)= (peso (lb)) * (0.4536)
espesor in ancho in longitud in
Para Redondos:
Peso(lb)= [ 2( )][ ( ) * (0.2225)
Peso (kg)= (peso (lb)) * (0.4536) diametro in longitud in
⎡ ⎤
⎣ ⎦
Por lo tanto nuestros precio total del acero sería:
Se mando cotizo el costo que tendría el simple diseño, de la junta seleccionada, y la respuesta que obtuvimos es, un costo unitario de $16,500.00 + IVA.
CONCLUSIONES
Con esta información comprobamos que el diseño de troqueles es una profesión bien pagada.
Que requiere de mucha práctica para desarrollar una visión sobre lo que vamos a diseñar y todos los procesos que interfieren en el mismo, y visualizar algún conflicto o complicación con un simple razonamiento al visualizar la pieza.
Depende mucho de la geometría de la pieza para el tiempo de diseño de un troquel, pero aproximadamente un diseño tarda de 1 a 4 semanas, considerando semanas laborales de 5 días, y días de trabajo de 8hrs.. Finalizando el diseño, hay que considerar las modificaciones que se requieran realizar en el diseño por causa de factores externo que no se haya tomado en cuenta, como pueden ser:
• Comportamiento del Material
• Deformación en el Temple
• ETC
Para finalizar este trabajo, se recomienda que la persona que se dedique al diseño existe una cualidad muy importante que tiene que tener o desarrollar: LA PACIENCIA.
CALCULO TONELAJE
PROPIEDADES ACERO D2
PROPIEDADES ACERO 4140 -TRATADO
TABLA DE EQUIVALENCIAS
Resortes de Carga Media Baja
Resortes de Carga Media – Alta
Resortes de Carga Pesada
Resortes de Carga Extra pesada
Tabla de Medidas Estandar para Tornillos
Guias
Medidas Métricas para los Tornillos Guias
TABLA 15. MEDIDAS ESTÁNDAR DE PORTA TROQUELES DE 4 POSTES
BIBLIOGRAFÍA
• Manual del Ingeniero Mecánico.
Autor: Eugene A. Avallone Theodore Baumeister III Edición: 9°
• Troquelado y Estampación Autor: Tomás López Navarro
Edición: 6°
• Diseño de Matrices Autor: J. R. Paquin
• Aplicación de la Ingeniería y la Tecnología en el diseño de Herramientas Autor: Rogelio Medina Guevara.
• Documento de Investigación sobre Troqueles Autor: Ariadna Limón Cerda
