En el ámbito de la fabricación, las matrices son héroes silenciosos que dan forma a innumerables productos. Sin embargo, es un gran error creer que todas las matrices son iguales. Es como la diferencia entre las herramientas que se pueden usar para formar metal y las utilizadas para formar plástico, donde ambas son completamente distintas y están diseñadas para abordar comportamientos diferentes de los materiales y demandas específicas en la fabricación de productos. Es importante que ingenieros, diseñadores y fabricantes conozcan las principales diferencias entre matrices para estampado de metal y matrices para procesamiento de plástico.
1. El Desafío Principal: Comportamiento del Material
Matrices de Estampado de Metal: Estas matrices presentan un problema de deformación plástica en estado sólido. Entre los componentes de la matriz se coloca una lámina o bobina de metal (por ejemplo, acero, aluminio, cobre). El uso de una gran presión (en tonelaje) obliga al metal a deformarse permanentemente, se dobla, estira, corta o embute en una forma posible sin llegar a fundirse. Este proceso se centra en superar el límite elástico del metal y manejar el rebote (la tendencia del metal a recuperar parcialmente su forma original al intentar mantener su conformación inicial).
Moldes para el procesamiento de plásticos: Estos trabajan con material fundido o muy blando. Los granos de plástico se derriten hasta que pueden fluir como un líquido viscoso. Este material fundido posteriormente se inyecta bajo presión o se fuerza dentro de una cavidad del molde. El plástico se solidifica en el molde y adquiere su forma final. Esto se debe a la dificultad que se presenta al controlar la dinámica del flujo, asegurar que la cavidad se llene completamente, controlar el proceso de enfriamiento de manera que los defectos sean mínimos (como hundimientos o deformaciones) y lograr que la pieza solidificada pueda ser expulsada fácilmente.
2. Prioridades en el diseño y construcción del molde
Moldes para estampado de metal:
●Resistencia y durabilidad: Fundamental. Los moldes deben soportar impactos intensos y frecuentes, además de fricción abrasiva causada por el movimiento del metal. Se utilizan comúnmente aceros para herramientas (como D2, A2) o incluso carburo, que suelen endurecerse hasta alcanzar una dureza muy alta en la escala Rockwell C.
●Precisión en el Juego: La operación de corte implica un espacio muy reducido entre el punzón y el bloque de matriz en las operaciones de corte, con el fin de evitar rebabas excesivas y/o daños en las herramientas utilizadas.
●Aplicación de Presión: El diseño está orientado a transmitir grandes tonelajes de manera eficiente mediante elementos estructurales resistentes (punzones, bloques de matriz, zapatas).
●Frecuentemente: Las matrices de estampado de múltiples formas, especialmente relacionadas con modos de doblado o corte simple, no requieren la complejidad extensa de los moldes plásticos.
●Moldes para Procesamiento de Plástico:
●Cavidad y Núcleo Complejos: El molde define la geometría externa (cavidad) e interna (núcleo) compleja del artículo plástico consultado. La complejidad puede ser muy alta.
●Sistema de Enfriamiento: Un sistema interno de canales para refrigerante (agua o aceite) es esencial. Un enfriamiento optimizado y uniforme tiene una relación directa con el tiempo de ciclo y la calidad de la pieza.
●Sistema de Alimentación: La mazarota, los canales de distribución y las compuertas por donde el plástico fundido se deposita en la cavidad salen del inyector de la máquina. El diseño influye en los patrones de flujo, la presión de llenado y la apariencia de las piezas.
●Sistema de expulsión: Pines, mangas o elevadores se colocan con cuidado para expulsar la pieza enfriada del molde sin dañarla.
●Ventilación: La ventilación se logra mediante canales o agujeros pequeños que liberan el aire atrapado cuando el material fundido entra en la cavidad, para evitar quemaduras o falta de llenado.
●Material: Puede tratarse de aceros para moldes endurecidos (P20, H13, S7) o de acero inoxidable de diversos tipos, pero también son factores importantes el acabado superficial y la resistencia a la corrosión (específicamente en algunos plásticos).
3. El entorno de producción
Estampado de metal: Suele realizarse en una prensa mecánica o hidráulica. Estas prensas suelen operar a gran velocidad (en un minuto se pueden producir cientos de piezas sencillas). Normalmente es un proceso en frío, aunque existen algunos procesos especiales de conformado que implican calentamiento. La fricción y el desgaste suelen reducirse mediante el uso de lubricantes.
Procesamiento de plástico: Es principalmente un proceso que se realiza mediante máquinas de moldeo por inyección, aunque también se emplean otros métodos como el moldeo por soplado o el moldeo por compresión. El proceso en sí mismo involucra una cantidad considerable de calor: fusión del plástico seguida de su enfriamiento en el molde. Un ciclo puede variar entre segundos y minutos, dependiendo del tamaño de la pieza y del espesor de sus paredes. La eficiencia del enfriamiento impacta significativamente en el tiempo de ciclo. Pueden liberarse agentes desmoldantes, aunque no son tan universales como los lubricantes en estampado.
4. Durabilidad y Mecanismos de Desgaste
Matrices de Estampado de Metal: Desgaste abrasivo, principalmente metal contra acero de herramienta, adhesivo-gallup. Las muescas sí se vuelven romas. Existe una grieta por fatiga debido a altos esfuerzos cíclicos. Se puede realizar afilado de mantenimiento, reemplazo de áreas desgastadas o inserción de insertos. La vida útil se mide tradicionalmente en cientos de miles o millones de golpes con matrices bien mantenidas.
Matrices (Moldes) para Procesamiento de Plástico: Los tipos de desgaste que se presentan son abrasión por cargas en los plásticos, corrosión debida a ciertos polímeros o agua de enfriamiento y, potencialmente, erosión por fundido de plástico a alta velocidad. Una propiedad estética que se ve influenciada por la degradación del pulido en la superficie de la cavidad es la apariencia del producto. El mantenimiento implicará pulido, reparación de daños superficiales y desatascado de canales o salidas de refrigeración. Las vidas útiles también son generalmente muy largas (cientos de miles a millones de ciclos), aunque muy sensibles al tipo de plástico utilizado así como al mantenimiento.
Por qué es Importante la Diferenciación
Seleccionar una filosofía incorrecta de diseño de matrices en relación con el material es una receta para el fracaso. Una matriz utilizada para estampar piezas de metal no tiene los canales de refrigeración ni la disposición de alimentación que requiere el plástico. Una impresión en plástico no resistiría las vibraciones del estampado del acero. Estas son las diferencias básicas: deformación en estado sólido y procesamiento de fusión, la necesidad de optimizar el enfriamiento, mantener holguras precisas, gestionar el flujo de material y controlar el rebote, y es fundamental comprenderlas para:
● Diseñar matrices eficaces y duraderas.
●Optimizar los procesos de fabricación.
●Seleccionar materiales adecuados para la matriz en sí.
●Diagnosticar y resolver problemas de producción de manera eficiente.
●Estimar con precisión los costos de las matrices y de los componentes.
Aunque ambos tipos distintos de matrices son instrumentos de precisión necesarios en los esfuerzos de producción en masa, su diseño, construcción y funcionalidad están regidos por física radicalmente diferente en la que los metales y plásticos son transformados mediante el mecanizado bruto hasta convertirse en piezas terminadas. Esta es una división básica que crea grandes oportunidades en la fabricación.