Guía de matrices de carburo de tungsteno: tipos, grados, consejos de diseño y aplicación

Si pasa su jornada laboral cerca de prensas, cabezales fríos o mesas de embutición, ya sabrá la diferencia que supone un buen troquel. Una matriz de carburo de tungsteno puede realizar cientos de miles de carreras antes de necesitar atención, que es exactamente la razón por la que tantos fabricantes ahora especifican el carburo para sus operaciones de conformado y corte más exigentes. Nuestra empresa produce piezas de carburo cementado en Changzhou desde 1990 y en este artículo nos gustaría compartir lo que hemos aprendido sobre qué son estos troqueles, cómo se fabrican y cómo obtener de ellos la vida útil más larga posible.

¿Qué es una matriz de carburo de tungsteno?

A troquel de carburo de tungsteno es una herramienta cuya cavidad de trabajo o filo está hecho de carburo cementado en lugar de acero para herramientas. El material es un compuesto: los granos duros de carburo de tungsteno se unen mediante un aglutinante metálico más blando, normalmente cobalto. Se produce mezclando polvo, presionándolo para darle una forma cercana a la pieza terminada y sinterizándolo a aproximadamente 1.400 grados Celsius, después de lo cual la pieza en bruto se muele y pule hasta sus dimensiones finales.

Dos propiedades hacen que el carburo sea tan atractivo para las matrices. La primera es la dureza, normalmente entre 1.400 y 1.900 HV, varias veces mayor que la del acero para herramientas endurecido, lo que se traduce en una excelente resistencia al desgaste contra láminas, alambres y tiras abrasivas. La segunda es la resistencia a la compresión, que permite que una cavidad resista la enorme presión de una operación de estampado o embutición sin colapsar.

Sin embargo, el carburo no es tan resistente como el acero. Su resistencia a la tracción y al impacto son limitadas, por lo que un inserto de matriz casi siempre se monta en una carcasa de acero, un anillo retráctil o un refuerzo que mantiene el carburo comprimido y absorbe los golpes. Comprender esa asociación entre el inserto de carburo y su carcasa de acero es el primer paso hacia una matriz duradera.

Cómo se fabrica una matriz de carburo de tungsteno

Cada dado comienza como polvo. El tamaño de partícula del carburo de tungsteno, el contenido de cobalto y el ciclo de prensado y sinterización determinan juntos el equilibrio final entre dureza y tenacidad. La producción normalmente sigue una secuencia como esta:

1. Preparación en polvo. El polvo de carburo de tungsteno se muele y se mezcla con cobalto y pequeñas cantidades de inhibidores del crecimiento de granos, luego se seca por aspersión hasta obtener gránulos que fluyen libremente.
2. Prensado. Los gránulos se compactan en una matriz o en una prensa isostática hasta obtener una pieza verde que es deliberadamente más grande que el componente terminado, porque la sinterización lo encogerá.
3. Sinterización. La pieza se calienta en un horno de vacío o de baja presión, donde el cobalto se vuelve líquido y junta los granos de carburo en un cuerpo denso casi sin porosidad.
4. Refinamiento. El esmerilado con diamante, la electroerosión por hilo, el lapeado y el pulido llevan la cavidad a tolerancias medidas en micras.
5. Asamblea. El inserto de carburo se presiona o contrae en su anillo de acero y se inspecciona la matriz terminada para determinar su concentricidad, dureza y acabado superficial.

El equipo es muy importante en estas etapas. Cuando invertimos en hornos de sinterización de baja presión y prensas TPA en 2009, fue precisamente porque la consistencia en el prensado y la sinterización es lo que separa una matriz que mantiene sus dimensiones durante años de otra que se desvía después de unos meses.

Tipos comunes de matrices de carburo de tungsteno

Aunque la palabra "troquel" se utiliza vagamente en los talleres, los productos en sí pertenecen a familias reconocibles. La siguiente tabla resume los más comunes y las condiciones que cada uno tiene para sobrevivir.

Los trabajos de corte y estampado son la aplicación más importante de nuestra cartera de pedidos. Una matriz de estampado de carburo normalmente se construye como un inserto rectificado y pulido presionado en un anillo de acero endurecido, con la geometría dispuesta de manera que la carga de trabajo mantenga el carburo comprimido.

Troquel de estampado de carburo de tungsteno para corte resistente al desgaste Construido para corte y estampado, este troquel de carburo de tungsteno ofrece resistencia al desgaste, rendimiento a altas temperaturas y la precisión necesaria para mantener la precisión del troquel y respaldar una producción eficiente. Ver producto →

Elegir el grado de carburo adecuado

No existe una mejor calidad para cada dado. La selección se reduce a algunas variables que se enfrentan entre sí:

• Contenido de cobalto. Un bajo contenido de aglutinante, alrededor del 6 por ciento, proporciona la máxima dureza y resistencia al desgaste, lo que resulta adecuado para el corte de grandes volúmenes de láminas finas. Un contenido más alto, del 12 al 20 por ciento, cambia algo de dureza por dureza y es la mejor opción cuando el troquel sufre un fuerte impacto.
• Tamaño de grano. Los grados submicrónicos mantienen un borde más afilado y resisten el desgaste abrasivo, mientras que los grados medios y gruesos absorben los golpes con mayor elegancia. El grano fino no es automáticamente mejor; simplemente se adapta mejor a un corte ligero, rápido y limpio.
• Estado de la superficie. Un orificio pulido reduce la fricción en el trefilado y la extrusión, mientras que las herramientas de conformado seleccionadas se benefician de tratamientos superficiales donde el irritamiento es un problema.
• Temperatura de trabajo. Cuando la pieza de trabajo está caliente en lugar de fría, el ciclo térmico agrega otra dimensión a la selección del grado, y las ventajas de las matrices de carburo de tungsteno en aplicaciones de estampado en caliente merecen su propia discusión.

Una regla práctica es elegir el contenido de cobalto más bajo y el tamaño de grano más fino que aún sobreviva al impacto de su prensa. Probar ambas direcciones con un proveedor es mucho más económico que descubrir el límite en la producción.

Detalles de diseño que deciden la vida

Muchos fracasos prematuros que nos piden que investiguemos no son problemas materiales en absoluto; son problemas de diseño o configuración. Los puntos siguientes representan la mayoría de ellos.

• Autorización. Muy poco espacio despeja el filo, demasiado produce rebabas y bordes enrollados. El carburo generalmente prefiere un espacio ligeramente mayor que el acero.
• Apoyo. Nunca deje el carburo sin soporte en tensión. Los anillos de contracción y las placas de respaldo deben comprimir el inserto bajo carga.
• Geometría de entrada. Un pequeño radio de entrada o chaflán guía la pieza de trabajo y evita que el borde soporte toda la carga de una sola vez.
• Alineación. El paralelismo de la prensa, la guía del troquel y la alineación del ariete afectan al troquel tanto como éste afecta a la pieza.
• Lubricación. Una lubricación adecuada controla el calor de fricción y reduce la irritación en la superficie del carburo.

Prácticas de mantenimiento que dan resultados

Las matrices de carburo son duraderas, pero no indestructibles, y los pequeños hábitos marcan una gran diferencia en la vida útil de una herramienta.

• Inspeccione los bordes de trabajo a intervalos fijos en lugar de esperar a que aparezca un problema de calidad.
• Registre el recuento de carreras y el historial de reafilado para poder predecir el desgaste en lugar de descubrirlo.
• Retire las astillas, las rebabas y los residuos antes de que marquen la cavidad o la tira.
• Vuelva a rectificar o rectificar en pasos pequeños y controlados, ya que cada rectificado consume parte del borde disponible.
• Guarde los troqueles con una película protectora ligera y un anillo que proteja el orificio o el filo.

Un troquel que se mantiene según lo previsto suele ofrecer muchas más carreras por inserto que uno que se repara sólo después de fallar.

Trabajar con un fabricante de troqueles que comprende su proceso

Debido a que prensamos, sinterizamos y rectificamos nuestro propio carburo, podemos controlar las variables que deciden si un troquel funciona en su prensa. Nuestra producción está organizada según los sistemas de gestión ISO 9001 e ISO 14001, y nuestras herramientas de precisión se fabrican según estándares internacionalmente reconocidos en cuanto a precisión dimensional y consistencia de lotes.

Ese control vertical es importante para los troqueles, porque un pequeño cambio en el contenido de aglutinante o en el ciclo de sinterización se refleja directamente en la vida útil del troquel. Más allá de las matrices de conformado, también producimos la parte de corte del proceso, incluidas hojas para operaciones de recorte, cizallado y corte fabricadas con la misma tecnología de carburo, de modo que un cliente pueda obtener la herramienta de conformado y la herramienta de corte de un solo socio.

Hoja de corte de carburo de tungsteno para recortar y cizallar Fabricada con la misma tecnología de carburo que los troqueles de formación de la empresa, esta hoja de corte admite operaciones de recorte, corte y corte al mismo tiempo que ayuda a lograr precisión dimensional y calidad de superficie. Ver producto →

Si todavía está decidiendo qué familia de productos se adapta a su operación, nuestra gama completa de productos de carburo de tungsteno le brinda una descripción general rápida de todo lo que fabricamos.

Al final, una matriz de carburo de tungsteno es una idea simple ejecutada con gran precisión: un material extremadamente duro, sometido a compresión, guiado por un diseño cuidadoso y mantenido con disciplina. Haga bien esas cuatro cosas y el dado se amortizará silenciosamente muchas veces. Si desea hablar sobre una aplicación específica, ya sea el corte de láminas delgadas, el trefilado de alambre o la formación de sujetadores, nuestro equipo siempre estará encantado de comparar notas con las personas que manejan las prensas.