En mi exploración del trabajo y la fabricación de metales, a menudo me encuentro con el aspecto crítico de Fuerza de golpe Cálculo. Comprender cómo calcular con precisión la resistencia al punzonado es esencial para garantizar la eficiencia y la seguridad de las operaciones. Al determinar la resistencia adecuada para diversas aplicaciones, podemos optimizar el rendimiento, reducir el desperdicio de material y prolongar la vida útil de nuestras herramientas. En este artículo, compartiré información sobre los métodos y factores que influyen en la resistencia al punzonado, ayudándole a tomar decisiones informadas en sus proyectos. Analicemos a fondo los cálculos que sustentan este proceso vital.

Hay casos en los que surgen problemas, como puñetazo Rotura de la punta y fracturas de la brida, ocurren durante la operación de punzonado.

A menudo, la causa de este problema es la falta de datos técnicos sobre las piezas estándar o un error en la selección del material o la forma de la herramienta de punzonado. Para reducir la incidencia de este tipo de problemas, se presentan aquí normas para el uso correcto del punzón, considerando factores como la resistencia a la fatiga del acero para herramientas y la concentración de tensiones en las bridas.

1. Cálculo de la fuerza de punzonado

● Fuerza de perforación P［kgf］

P＝ ℓtτ… ………（1）ℓ : Longitud del perfil de punzonado［mm］（Para un punzón redondo, ℓ＝πd）t : Espesor del material［mm］

τ : Resistencia al corte del material [kgf/mm2] (τ ≒ 0,8 X Resistencia a la tracción σB)

Ejemplo 1: La resistencia máxima de punzonado P al perforar un orificio redondo de 2,8 mm de diámetro en una chapa de acero de alta resistencia con un espesor de 1,2 mm (resistencia a la tracción de 80 kgf/mm²) es la siguiente: Si P = ℓtτ, la resistencia al corte τ es = 0,8 × 80 = 64 [kgf/mm²].

P＝3,14×2,8×1,2×64＝675 kgf

2. Fractura de la punta del punzón

● Esfuerzo aplicado a la punta del punzón σ [kgf/mm2]

σ＝P/A P : Fuerza de punzonado, A : Área de la sección transversal de la punta del punzón (a ) Para punzón de hombro

σs=4 tτ/d… ……………………(2) (b) Para punzón de proyección σJ=4d tτ/(d2－d12)………………(3)

Ejemplo 2: Determine la probabilidad de fractura de la punta del punzón al utilizar el punzón de hombro SPAS6－50－P2.8 y el punzón Jector SJAS6－50－P2.8 (dimensión d1 = 0,7, como se muestra en la página 186). Las condiciones de punzonado son las mismas que en el ejemplo 1.

(a) Para el golpe de hombro, de la Fórmula (2): σs = 4 × 1,2 × 64/2,8 = 110 kgf/mm2

(b) Para el punzón del inyector, de la Fórmula (3): σJ = 4 × 2,8 × 1,2 × 64 / (2,82 － 0,72) = 117 kgf/mm2

De la figura 2, vemos que cuando σs es 110 kgf/mm2, existe la posibilidad de que se produzca una fractura con un punzón D2 a aproximadamente 9000 disparos.

Al cambiar el material a M2, la capacidad aumenta a aproximadamente 40.000 disparos. La posibilidad de usar el punzón inyector funciona de la misma manera.

Debido a que la sección transversal es menor, la punta del punzón se fracturará aproximadamente después de 5000 disparos. La fractura no ocurrirá si la tensión aplicada al punzón durante su uso es menor que la tensión máxima admisible para ese material. (Esto se considera solo una guía, ya que el valor real varía según la precisión y la estructura de la matriz, el material a perforar, la rugosidad de la superficie, el tratamiento térmico y otras condiciones del punzón).

3. Diámetro mínimo de punzonado

● Diámetro mínimo de punzonado: dmin. dmin＝4tτ/σ σ: Resistencia a la fatiga del acero para herramientas［kgf/mm2］

［Ejemplo 3］ El diámetro mínimo de perforación que es posible al perforar 100.000 disparos o más en SPCC de 2 mm de espesor con un punzón M2 es el siguiente. dmin ＝4tτ/σ……………（4） ＝4×2×26/97≒2,1 mm Resistencia a la fatiga para M2 a 100.000

Inyecciones: σ = 97 kgf/mm2 (de la Fig. 2) τ = 26 kgf/mm2 (de la Tabla 1)

4. Fractura por pandeo

● Carga de pandeo P［kgf］ P＝nπ2EI/ℓ2 ………………（5） ℓ＝√ nπ2EI/P ………………（6） n : Coeficiente n＝1 : Sin guía de desmoldeo

n＝2 : Con guía de extracción I : Segundo momento de inercia［a mm4］ Para un punzón redondo, I＝πd4/64 ℓ : Longitud de la punta del punzón［mm］

E : Módulo de Young［kgf/mm2］ D2 : 21000 M2 : 22000 HAP40 : 23000 V30 : 56000

Según la fórmula de Euler, para mejorar la resistencia al pandeo P se pueden utilizar una guía de extracción, un material con un módulo de Young mayor (SKD→SKH→HAP) y reducir la longitud de la punta del punzón. La carga de pandeo P indica la carga en el momento en que un punzón se deforma y se fractura. Por lo tanto, al seleccionar un punzón, es necesario considerar un factor de seguridad de 3 a 5. Al seleccionar un punzón para perforar agujeros pequeños, se debe prestar especial atención a la carga de pandeo y a la tensión aplicada al punzón.

Ejemplo 4: Calcule la longitud total del punzón que no producirá pandeo al perforar un orificio φ8 en acero inoxidable 304 (espesor de chapa 1 mm, resistencia a la tracción σb = 60 kgf/mm²) con un punzón recto (D2). De la fórmula (6): ℓ = √ nπ2EI/P = √ 2×π2×21000× 201/1206 = 262 mm. Si el factor de seguridad es 3, entonces ℓ = 262/3 = 87 mm. Si el espesor de chapa t de la placa del punzón es de 20 mm, se puede evitar el pandeo utilizando un punzón de longitud total de 107 mm o menos. Para un punzón basado en la placa de extracción (la punta de la placa del punzón se guía por la holgura), la longitud total debe ser de 87 mm o menos.

［Ejemplo 5］ La carga de pandeo P cuando se utiliza un punzón SHAL5－60－P2.00－BC20 sin una guía de extracción es la siguiente.

P ＝nπ2EI/ℓ2＝1×π2×22000×0,785/202＝426 kgf

  Si el factor de seguridad es 3, entonces P＝426/3＝142 kgf No se producirá pandeo con una fuerza de punzonado de 142 kgf o menos.