El troquelado de partes con propiedades internas

Existe un creciente número de aplicaciones que requieren no sólo el troquelado de partes a partir de una hoja o bobina, sino también un troquelado preciso de propiedades internas dentro de la parte.

Ejemplos de esto son las tarjetas GSM (acrónimo de Global System for Mobile Communications) que contienen pestañas cortadas para los módulos internos SIM usados a lo largo de Europa, las tarjetas de fidelidad y los rótulos portátiles que las acompañan y que se ven hoy en todas partes en los Estados Unidos, o las ranuras que uno ve en las etiquetas de los equipajes para permitir que éstas se fijen a las correas de las maletas. (Ver Figura 1).

Cuando una parte troquelada cuenta con propiedades internas tales como orificios o pestañas desprendibles, las herramientas comunes deben reemplazarse con una de las tres opciones siguientes: troqueles progresivos, troqueles compuestos, o variantes de los troqueles con filetes de acero. Además de los orificios simples u otras formas internas de corte, las propiedades internas incluyen a menudo el estriado o la perforación. En este documento discutiremos como pueden elegirse y configurarse las herramientas para troquelar partes de tal complejidad con propiedades de corte interno, y consideraciones técnicas pertinentes para una implementación exitosa.

Orificios internos
El perforador usado para crear los orificios internos y secciones cortadas similares del interior de la parte puede hacerse con tipos estándar de herramientas de En dicho troquelado y en la perforación del orificio interno, la principal consideración técnica es el espacio entre el orificio y el troquel, y qué tanto penetra en la cavidad del troquel. Estas son las mismas consideraciones técnicas que uno necesita abordar cuando corta el perímetro externo de una parte.

Para alcanzar la calidad requerida, se correlaciona el espacio entre el perforador y el troquel con el espesor del material que va a cortarse. Si el sustrato es papel seda delgado, se requiere un ajuste preciso del perforador y el troquel, de tal magnitud que esencialmente no exista espacio. Si se están cortando materiales más gruesos, como es el caso de tarjetas plásticas de 0.030 pulgadas (0.76 mm), se da por el contrario la necesidad de un espacio libre considerable. Como una norma general, el perforador debe ser más pequeño que el diámetro del orificio de la cavidad del troquel en una proporción de hasta 1/10 del espesor del material, sin importar el sustrato; bien sea metal, plástico, papel, imán o cualquier otro material. Ésta es una primera aproximación, y es la aplicación extremadamente inusual que no requiere entonces de un ajuste preciso del espacio libre para alcanzar una calidad óptima y las dimensiones exactas del orificio que se requieren. De hecho, el orificio al que se llega es siempre más pequeño que el diámetro del punzón puesto que el material tiende a cerrarse.

Esto se debe a que se libera tensión en el material, que existía antes de que el orificio se perforara. En las aplicaciones donde el tamaño del orificio es crítico, pueden ser necesarias numerosas iteraciones en el diámetro del orificio para alcanzar la dimensión deseada. Hay también algunas sutilezas en retenciones y desmoldadores que se presentan típicamente en aplicaciones con tolerancias muy precisas, y que están más allá del alcance de esta discusión.

Los fabricantes reputados de equipos de corte de precisión tendrán experiencia no sólo en el diseño de herramientas de alta precisión sino que contarán también con inventarios disponibles de herramientas representativas que pueden usarse para la producción de muestras y para determinar el diseño final de la herramienta para una aplicación específica.

Estriado
Una cuchilla estriadora como la que se muestra en la Figura 2 presenta nuevos aspectos con los que probablemente no estén familiarizados quienes sólo han utilizado herramientas sencillas de perforado.

Entre las los factores que requieren ajuste para lograr una línea de estriado con las características deseadas se encuentra el espesor de la hoja y el ángulo del cuchillo, es decir el punto de bisel en el extremo. El filo de la punta del cuchillo y la velocidad con la que la herramienta se acciona afectará el resultado. El espaciamiento de los dientes en el cuchillo perforador es otra variable que se ajusta para obtener el resultado deseado, y las diversas maneras en las que se puede variar la forma y el espaciamiento de los dientes se ve reflejado en la variedad de líneas de estriado que pueden crearse.

Como se muestra en la Figura 3, la mecánica del estriado es muy distinta a la de una perforación estándar. A diferencia de las herramientas hembra y macho en las que un perforador encaja en un troquel, el estriado utiliza una hoja de una cuchilla para cortar el material contra un yunque. Generalmente el yunque está hecho de un acero suave que permite "ceder" un poco, algo así como 0,00010 pulgadas (0,0025 mm), para que la hoja no se amelle muy rápidamente. En un nivel microscópico uno vería que la meta del espacio libre cero nunca se logra por completo, sino que la hoja corta un poco el yunque con cada golpe. A diferencia del yunque de acero suave, el bloque del troquel mismo está hecho de acero, lo que amellaría la hoja muy rápidamente si el yunque no estuviese en su lugar.

Por lo general, la hoja tiene un ángulo de 60º. El patrón del diente utilizado para estriar varía tanto por el espaciado (número de dientes por pulgada o mm) como por la profundidad (el relieve o la ranura entre los dientes). Para una perforación recta, la profundidad del diente sería el espesor de la perforación de modo que esencialmente se están punzando orificios en el material. O, para obtener una línea perforada, los dientes tendrían una profundidad que es menor que el espesor del material.

En algunas aplicaciones, como en el caso de un material tan fuerte como el PVC, existe a menudo una combinación de estriado y perforación. Una herramienta más sofisticada dispone también la hoja misma de manera que genere cortes parciales; en otras palabras, es en realidad una cuchilla sin un patrón de dientes.

El espesor de la cuchilla varía también para aplicaciones diferentes. El espesor de hojas es descrito convencionalmente en tamaño de puntos, en las mismas dimensiones que los puntos se definen para un tipo de letra. Esto se debe a que las primeras aplicaciones de estriado y perforación se hicieron en prensas tipográficas y las hojas se crearon en tamaños específicos de punto de igual manera que si fuesen tipos móviles. Un espesor de dos puntos (es decir, aproximadamente 0,028 pulgadas o 0,7 mm) es bastante común en aplicaciones tales como tarjetas plásticas de ocasión.

Como se muestra en la Figura 4, la manera como se orquestan la secuencia y el tiempo con los que el perforador y la cuchilla cortan es una parte crítica del diseño del troquel. El perforador siempre dirige la hoja porque se quiere que éste atraviese todo el material y llegue al bloque del troquel, mientras que la hoja sólo roza el yunque. En esta figura, la hoja se muestra en el lado derecho del esquema en azul, y penetra apenas el material mientras se encuentra con el yunque (representado en blanco).

En el lado izquierdo del esquema se muestra la operación de perforado, con el perforador azul penetrando el material para hacer un orificio en éste. Las flechas muestran la diferencia en altura de las dos operaciones de corte, es decir el punzado uniforme y el estriado. Esta altura se conoce como la guía de perforado.

Es importante notar que la de perforado se construye durante el diseño de la herramienta y no es algo que pueda ajustarse mientras la herramienta se encuentra en la prensa. En consecuencia, es un ejemplo de la importancia de adquirir herramientas de proveedores de sistemas de troquelado que cuenten con experiencia en una aplicación específica y que garanticen el desempeño de la herramienta en relación con la guía de perforado y otros parámetros semejantes. El tipo de prensa de perforado que se esté utilizado tendrá también un impacto sobre el desempeño cuando se trata de estas herramientas más complejas. Para un espacio en blanco a través de una aplicación de tarjeta plástica podría ser adecuada una prensa de 15 toneladas (14.000 kg).

Sin embargo, se requieren prensas por encima de 30 toneladas (27.000 kg) para obtener la estabilidad y los caballos de fuerza necesarios para un desempeño máximo cuando se estría o perfora. De otro modo, las características agregadas de la herramienta necesarias para crear formas troqueladas internas llevarán a las prensas más livianas por encima de su capacidad.

Estriar, por ejemplo, toma sólo un poco de energía en una prensa de perforado porque es más fácil cortar a través del material que cortar presionando contra un yunque. Una hoja estriadora trabaja cuando el material se deforma, al verse empujado a izquierda o derecha. Como una regla básica, se requiere media tonelada de capacidad de prensa (500 libras o 220 kg) para hacer una pulgada a lo largo de una línea de perforación.

En herramientas de estriado, o en cualquier herramienta de tipo de hoja tales como troqueles de plecas de acero, se construye también una detención de troquel (ver Figura 5) para protección.

Esta detención, que es en esencia un bloque de acero en las partes superior e inferior de la herramienta, asegura que la herramienta no pueda cerrarse más allá de la distancia necesaria para permitir que la hoja trabaje. Esto mantiene la hoja de la cuchilla intacta incluso si la prensa se encuentra levemente desajustada. Esta característica se requiere cuando se trabaja con hojas pero no es una parte estándar de la herramienta de perforado, que generalmente se ajusta apenas en términos de qué tanto se cierra la prensa durante el alistamiento de un trabajo.

En la segunda parte de este artículo veremos las opciones que reemplazan las herramientas comunes para crear partes troqueladas con propiedades internas.