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Muchos de los problemas con lastroqueladoras ocurren cuando eltroquel frío al principio de la
producción matutina produceestampados con gotas o dimensionesincorrectas. Un estampado aceptablese genera cuando la compresora y eltroquel alcanzan las temperaturas deoperación adecuadas, los lubricantesson liberalmente distribuidos, laautomatización es finamente ajustaday un proceso estable y fijo esconseguido. Los problemas dearranque son los causantes de unacantidad limitada de estampadosdefectuosos que posteriormente sondesechados. Posteriormente dentro delproceso ya no se encuentran másproblemas de producción.
El problema inverso es mucho más
severo. Se obtienen buenosestampados al principio del procesode producción cuando el troquel seencuentra frío, pero en cuanto elproceso comienza a calentarse, secomienzan a formar una serie degotas. La producción debe detenersemientras se busca una solución por elpersonal especializado en resolverproblemas o bien, hasta que el procesose enfría lo suficientemente paracomenzar a hacer un poco de másestampados.
Numerosos acontecimientosadversos ocurren cuando el troquelaumenta su temperatura. Laviscosidad del lubricante es reducida,ocasionando que una cantidad menorde lubricante sea retenido entre eltroquel y la hoja de metal. Si el troquel
Toda la carrera de 45 años de de
Stuart Keeler ha sido dedicada a
traer ciencia a las troqueladoras.
Entre sus logros más destacados
de su carrera se encuentran su
descubrimiento del “Forming Limit
Diagram” y el desarrollo del
“Circle Grid Analysis”. En
reconocimiento a su exitosa
aplicación de la ciencia en el
forjado de hojas de metal, fue
elegido como miembro de la
American Society of Metals en
1979 y un miembro de la Society
of Automotive Engineers en 1990.
En 1992 Stuart recibió el
prestigioso premio William Hunt
Eisenman presentado por la ASM
International “en las
contribuciones sobresalientes en
la aplicación práctica de
materiales de la ciencia e
ingeniería de materiales dirigidos
a la producción y uso de
ingeniería.”
Keeler Technologies LLC
P. O. Box 283
Grosse Ile, MI 48138
Fax: 734/671-2271
e-mail: [email protected]
La Ciencia del Forjado
¿Tiene Fiebre el troquel?
TECNOLOGIA EN MAQUINARIS
Por: STUART KEELER
Falla (zona roja)
Marginal (zona amarilla)
Seguridad(zona verde)
La producción despuésde haber sido enfriadoel troquel
Primeroproducciónde mañanacorre C
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A D
B E
C
Los gráficos muestran cómo tanto la temperatura del troquel como la severidaddel forjado incrementan según aumenta el tiempo de producción.
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se calienta lo suficiente, el lubricantepuede estropearse. Segundo, el troquelexperimentará una expansión termal.Un deslizamiento ineficiente o unincremento en las fuerzas de fricciónpueden generarse.
El tercer acontecimiento comienzaen la hoja de metal y es amplificado, loque trae como consecuencia elincremento en la temperatura deltroquel. Cuando la hoja de metal sedeforma (se tensa), se crea calor.
El resultado del incremento detemperatura de la hoja reduce latensión de flujo del metal, creando unárea suave en el punto de alta tensión.Este ensuavizamiento local causa quela tensión se expanda y que seincremente continuamente latemperatura local. Este punto calienteen la hoja de metal transfiere el caloral troquel y crea un punto decalentamiento localizado entre ellos,creando a su vez un punto mayor decalentamiento en el troquel. En lamedida en el troquel se calienta más,menos calor es transferido delestampado al troquel. Los estampadossubsecuentes se vuelven más calientesy más suaves en la zona crítica.Eventualmente, gotas o rasgadurascomienzan a formarse.
Un estudio del caso ilustra esteproblema y sus soluciones potenciales.Un disparador láser térmico fue usadopara rastrear el punto caliente sobre eltroquel. Al principio de la producciónmatutina, el troquel había sidoencendido permaneciendo ociosohasta el tercer cambio. El troquel teníauna temperatura uniforme de 70° F.La medición del grosor ultrasónico dela zona crítica del estampado mostróque la severidad del forjado seencontraba en la porción más bajadentro del rango de la zonaamarilla/marginal (punto A en lagráfica).
En la medida que la temperaturadel troquel se incrementaba, laseveridad del forjado aumentaba. A los
quince minutos de producción, elpunto caliente del troquel alcanzó los84° F. y el nivel de tensión delestampado (punto B) había cruzadoel punto de falla (zona roja).Ocasionales rupturas comenzaron aobservarse y empezaron a incrementaren frecuencia cuando la temperaturadel troquel se elevaba hasta los 90°F.En este punto la producción fuedetenida. Después de un descansopara permitir el enfriamiento deltroquel, unos pocos estampados más
fueron hechos sin rupturas. Sinembargo, la medición del grosorultrasónico de estos estampadosmostró un adelgazamiento y posiblescambios en las dimensiones delestampado en comparación con lasque se hicieron al principio de laproducción (troquel frío).
Para verificar el efecto de latemperatura en el troquel, el punto decalentamiento crítico (punto caliente)del troquel fue envuelta en compresasde de hielo picado por un lapso de 30minutos. El punto crítico del troquelfue enfriado a 50° F. —acompañadode muchas miradas extrañas einteresantes comentarios de lostrabajadores de producciónpreguntando que si el pobre troqueltenía fiebre.
El primer estampado tras lareanudación de la producción (puntoC) se encontraba dentro de la zonasegura (verde). Después de 30 minutos(punto D) el troquel se habíacalentado a 70° F. y el estampado teníala misma severidad de forjado que alprincipio de la producción matutina.Después de 45 minutos el troquelhabía alcanzado nuevamente unatemperatura de 84° F. (punto E) y laruptura reapareció. Nótese que estaproducción controlada antes de que lafalla ocurriera, duró tres veces másque la primera producción matutina.
La severidad del forjado de esteestampado era una función de latemperatura del troquel (comomuestra la gráfica) y podría serrápidamente evaluada con undisparador láser térmico. Una vez queel problema fue entendido, variassoluciones fueron posibles. El troquelpodría ser internamente taladrado contúneles de enfriamiento para quecirculase agua a 40° F. al punto críticodel troquel. El troquel entero podríahaber sido enfriado, pero tras haberlocalizando y enfriado el puntocaliente del troquel, se enfriaba y sereforzaba a su vez la zonacorrespondiente en el estampado, estoen la medida en que se disminuía sutemperatura relativa al resto de lahoja. El troquel también podría habersido modificado para usar unacorriente externa circulante delubricante enfriado.
Una ruta potencialmente menoscara sería una investigación adicionaldel por qué la deformación fuelocalizada en un cierto punto deltroquel. Al aplanar las deformacionesseveras e irregularidades en el troquel,no sólo se eliminan las rupturas, sinoque también se crean estampados másrobustos y con dimensiones másconsistentes. Después de todo, laconsistencia dimensional de losestampados es la exigencia clave hoyen día. MF
LA CIENCIA DEL FORJADO
Numerosos
eventos adversos
ocurren cuando
el troquel aumenta
de temperatura.
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