Vistas:157 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2017-09-29 Origen:Sitio
RESUMEN:-Este trabajo de proyecto trata del diseño de una punzonadora de pequeña escala controlada neumáticamente para realizar operaciones de perforación en láminas delgadas (1-2 mm) de diferentes materiales (aluminio y plástico). La reducción del requisito de fuerza de punzonado, que es el objetivo principal de este proyecto, se obtiene mediante la modificación del diseño de la herramienta de punzonado, es decir, mediante la provisión de corte en la cara del punzón. Posteriormente, esto da como resultado una reducción en la cantidad de fuerza de punzonado requerida. Además, se desarrolla un modelo CATIA de la máquina basándose en cálculos con respecto a los requisitos de fuerza de punzonado.
PALABRAS CLAVE:-Fuerza de punzonado, Fuerza de desforre, Punzonado, Cizalla simple y doble, Porcentaje de penetración y Cilindro neumático.
Una punzonadora neumática siempre es una mejor opción que una punzonadora hidráulica para la producción de productos similares si es adecuada para el método. Es comparativamente más económico para la producción de grandes cantidades de productos, ya que utiliza aire comprimido en lugar de algún fluido hidráulico, que es bastante caro. Una punzonadora neumática utiliza aire comprimido para generar alta presión que se aplica al pistón. Una válvula solenoide controla el flujo direccional de aire que entra y sale del cilindro. Los tubos de poliuretano se utilizan para la transmisión de presión desde el cilindro neumático al conjunto del punzón. El aire a alta presión que se alimenta al punzón lo fuerza sobre el material y, a medida que el punzón desciende sobre la lámina, la presión ejercida por el punzón causa primero la deformación plástica de la lámina. Dado que la holgura entre el punzón y la matriz es muy pequeña, la deformación plástica tiene lugar en un área localizada y el material laminar adyacente a los bordes cortantes de los bordes del punzón y la matriz se somete a una gran tensión, lo que provoca que la fractura comience en ambos lados. de la hoja a medida que avanza la deformación.
La punzonadora neumática se desarrolla utilizando varios componentes. Los componentes son cilindro neumático, regulador de presión, válvula de control de dirección/solenoide, válvula de control de flujo, compresor y mesa de montaje. El cilindro se utiliza para el movimiento hacia arriba y hacia abajo de la herramienta de punzonado que realiza la operación de punzonado en la lámina de aluminio/material plástico. El compresor proporciona aire comprimido al cilindro, lo que provoca el movimiento del vástago del pistón. Los componentes de automatización neumática utilizan ampliamente material de sellado hecho de compuestos de caucho. Para que estos sellos funcionen eficientemente y sin problemas, es necesario engrasarlos o lubricarlos para reducir la fricción y la corrosión. Para lubricar equipos accionados por aire comprimido, el método más eficiente y económico es inyectar el lubricante en el aire comprimido que alimenta este equipo. La válvula de control de dirección/solenoide se utiliza para controlar la dirección del aire.
El aire comprimido del compresor a una presión de 8 a 12 bar pasa a través de una tubería conectada a la válvula solenoide con una entrada. La válvula solenoide se acciona con la unidad de sincronización de control. La válvula solenoide tiene dos salidas y una entrada. El aire que entra por la entrada sale por las dos salidas cuando se acciona la unidad de control de sincronización. Debido a la alta presión del aire en la parte inferior del pistón, la presión del aire debajo del pistón es mayor que la presión sobre el pistón. Esto mueve el vástago del pistón hacia arriba, lo que mueve aún más el brazo de esfuerzo, girado por la unidad de control. Esta fuerza que actúa se transmite al punzón, que también se mueve hacia abajo. El punzón es guiado por una guía de punzón que está fijada de manera que el punzón sea guiado claramente hacia la matriz. Los materiales se encuentran entre el punzón y la matriz. Entonces, a medida que el punzón desciende, el material se corta hasta alcanzar el perfil requerido del punzón y la pieza en bruto se mueve hacia abajo a través del espacio libre del troquel.
⒈Selección de materiales: Para preparar cualquier pieza de una máquina, se debe seleccionar adecuadamente el tipo de material considerando el diseño y la seguridad. La selección del material para aplicación de ingeniería está dada por los siguientes factores:
⑴ Disponibilidad de material
⑵ Adecuación del material para la aplicación del producto.
⑶ Adecuación del material a las condiciones de trabajo deseadas,
⑷ Costo de los materiales.
La máquina está compuesta básicamente de acero dulce. Los motivos de la selección son:
① El acero dulce está disponible en el mercado,
② Es económico de usar,
③ Está disponible en tamaños estándar,
④ Tiene buenas propiedades mecánicas, es decir, tiene buena capacidad de mecanizado.
⑤ Tiene un factor de seguridad moderado, porque un factor de seguridad alto da como resultado un desperdicio innecesario de material y una gran selección. Un factor de seguridad bajo genera un riesgo innecesario de falla,
⑥ Tiene alta resistencia a la tracción,
⑦ Bajo coeficiente de expansión térmica.
Los materiales de las láminas a perforar son aluminio y plástico, ya que están reemplazando a muchos metales en el escenario actual debido a sus distinguidas propiedades y características.
⒉ Cálculo de fuerza para el diseño de punzón existente:
Términos y fórmulas utilizadas:
• Fuerza de corte: - La fuerza que tiene que actuar sobre el material en bruto para poder cortar la pieza en bruto o slug.
• Fuerza de extracción: - La fuerza desarrollada debido al resorte (o resiliencia) del material perforado que agarra el punzón.
• Fuerza de corte = L xtx Tmax
• Fuerza de desmontaje =10% -20% de la fuerza de corte
• L= Longitud de la periferia a cortar en mm
• t= Espesor de la chapa en mm
• Tmax= Resistencia al corte en N/mm2
• La fórmula para calcular la fuerza de prensa es la siguiente:
• Fuerza de prensa = fuerza de corte + fuerza de desmontaje
Ejemplo de cálculo para lámina de aluminio
A continuación se muestra un cálculo de muestra para calcular la fuerza de punzonado requerida para diferentes espesores de lámina de aluminio.
• Longitud total de corte, L =50 mm.
• Si Espesor de la Hoja, t = 1mm.
• Resistencia máxima a la tracción del aluminio, Tmax = 180 N/mm2
• Fuerza de corte total = L xtx Tmax
• Fuerza de corte total = 50 × 1 × 180
• Fuerza de corte total = 9000 N
• Fuerza de desforre = 15% de la fuerza de corte = 1350 N
• Fuerza de prensa = Fuerza de corte + Fuerza de desmontaje = 9000 N + 1350 N = 10350 N
Ejemplo de cálculo para láminas de plástico
A continuación se muestra un cálculo de muestra para calcular la fuerza de punzonado requerida para diferentes espesores de lámina de plástico.
• Longitud total de corte L = 50 mm.
• Si Espesor de la Hoja, t = 1mm.
• Máxima resistencia a la tracción del plástico, Tmax = 90 N/mm2
• Fuerza de corte total= 4500 N
• Fuerza de desmontaje = 675 N
• Fuerza de prensa = Fuerza de corte + Fuerza de desforre = 4500 + 675 N = 5175 N
⒊Modificación en el Diseño del Punzón:
Corte del punzón: Si la cara del punzón es normal al eje de movimiento, se corta todo el perímetro simultáneamente. Al inclinar la cara del punzón en ángulo, una característica conocida como corte, la fuerza de corte se puede reducir sustancialmente. La periferia ahora se corta de forma progresiva, similar a la acción de unas tijeras o la apertura de una lata de bebida.
Fmax= Fuerza máxima necesaria para punzonar la chapa de espesor t en Newton (N)
K= Porcentaje de Penetración
t= Espesor de la chapa en mm
I= Cantidad de corte dada a la herramienta (en términos de t) en mm
i) Hoja de aluminio
1) Para I=t/5 y K=0,6
F=0,75 Fmáx.
2) Para I=t/4 y K=0,6
F=0.705Fmáx.
3) Para I=t/3 y K=0,6
F=0,643Fmáx.
4) Para I=t/2 y K=0,6
F=0.545Fmáx.
5) Para I=t/1 y K=0,6
F=0,375Fmáx.
⒋ Comparación de fuerzas para láminas de aluminio y plástico:
• Para aluminio, fuerza de punzonado (F) = 11643,75 N
• Para plástico, fuerza de perforación (F) = 5796 N
• Como el cilindro estará diseñado para una fuerza de perforación máxima (en este caso aluminio), el espesor de la lámina de plástico se puede variar aún más.
• Por lo tanto, el espesor máximo de lámina de plástico que se puede perforar se calcula como
Faluminio = 1,15 x (L x Tmax xt) plástico
11643,75 = 1,15 x 50 x 90 xt
t = 2,25 mm
Espesor máximo de lámina de plástico que se puede perforar = 2,25 mm
⒌ Diseño de cilindro:
• Fuerza requerida = 12000 N (redondeando 11643,75 a 12000 N)
• Presión de trabajo = 10 bar
• Para encontrar el diámetro interior del cilindro utilizamos la siguiente fórmula:-
• Según la fórmula, el diámetro interior del cilindro es = 123,6 mm.
• Según los estándares, diámetro del orificio = 125 mm.
Según el diámetro del agujero,
• El diámetro del vástago del pistón es = 32 mm
• Longitud de carrera = 200 mm
Se desarrolla un modelo CATIA de punzonadora neumática sobre la base de cálculos realizados según el requisito de fuerza de punzonado.
La punzonadora neumática es adecuada para industrias de pequeña y mediana escala. Basado en el corte proporcionado en la cara del punzón, la fuerza de punzonado se reduce del 25% al 60%, lo que aumenta la vida útil de la herramienta y reduciendo el costo de mecanizado de herramientas. Por lo tanto, con esta reducción de fuerza podemos perforar fácilmente láminas de hasta 2,25 mm de espesor para láminas de plástico con una resistencia a la tracción de 90 N/mm2 y hasta 1,5 mm de láminas de aluminio con una resistencia a la tracción. 180N/mm2.
En esta máquina, se utiliza aire comprimido para mover la herramienta de punzonado para realizar la operación de punzonado. Después de completar el ciclo, el aire sale a través del puerto de salida de la válvula solenoide. Este aire se libera a la atmósfera. En el futuro se podrá desarrollar el mecanismo para utilizar nuevamente este aire para el funcionamiento del cilindro.
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