Guía completa de procesos, técnicas y aplicaciones de conformado de metales

Esta guía en profundidad cubre los distintos procesos de conformado de chapa metálica procesos de fabricación como el plegado, el hilado y la embutición profunda. Conozca las técnicas de plegado de chapa, los factores que influyen en el conformado como las propiedades de los materiales y las pautas de diseño de las piezas. También explora las aplicaciones del conformado de metales en industrias como la automovilística, la aeroespacial y otras. Los temas clave incluyen el diseño de componentes, la selección de materiales y la rentabilidad de estos métodos de fabricación de precisión.

Fabricación inteligente para el arte de los procesos avanzados de conformado de metales.

El conformado de metales incluye una amplia clasificación de procesos que se utilizan en la creación de piezas y productos utilizables directamente a partir del stock de procesos de conformado de metales. Desde las piezas estampadas más básicas hasta las formas extruidas más intrincadas, esta técnica de conformado se utiliza en toda la industria del automóvil y aeroespacial, la construcción y muchas otras. Las exigencias de una mayor productividad en la creación de una pieza de alta resistencia, manteniendo al mismo tiempo tolerancias cada vez más ajustadas, se satisfacen mediante las técnicas de conformado de metales.

En este artículo se hará un esfuerzo por enumerar los procesos habituales de conformado de metales, como el plegado, el hilado y el estirado, y analizar algunos factores como el diseño de la pieza y la selección del material, entre otros. Por ello, el objetivo del proyecto es mostrar la aplicación práctica de estos métodos de fabricación, así como el proceso creativo que conlleva su uso.

Conformado de metales es un proceso por el que el material metálico sufre una deformación que le da diversas formas útiles. Para empezar a comprender las múltiples posibilidades del conformado de metales, es necesario familiarizarse con el siguiente número de los principales tipos de procesos de conformado de metales.

Curvado de chapa 101

Entre las numerosas técnicas que empleamos para dar forma a los metales finos, el plegado es probablemente una de las más utilizadas. Ya sea para curvar la carrocería de un coche a partir de una chapa metálica o para crear un cerramiento, el plegado es quizá la más útil para posibilitar cruces y curvas pronunciadas. Lo importante es comprender que el plegado es un proceso que ejerce cargas sobre el material -sobre el metal- que pueden provocar problemas si se abordan de forma incorrecta. Por eso tenemos algunas directrices de diseño para el plegado de chapas metálicas.

Consejos de diseño para curvas adecuadas

Al doblar chapa, siempre queremos tener algunos procesos de conformado adicionales más allá de donde tiene que producirse el cambio de dirección. Esto se denomina margen de plegado. No dejar suficiente margen de plegado es una forma segura de acabar con grietas a lo largo de la línea de plegado. En general, cuanto más grueso sea el material, más margen necesitará. El radio de curvatura también importa: radios más pequeños significan curvaturas más cerradas y mayores tensiones en el material. Dentro de un rato hablaremos más sobre cómo calcular el margen de curvatura adecuado.

Otras cosas a tener en cuenta en su diseño incluyen el uso de curvas suaves y graduales en lugar de ángulos agudos, si es posible. Eso reduce las tensiones concentradas. También querrá evitar poner curvas en lugares donde la chapa experimente otras cargas o fuerzas. Esa combinación de flexión y fuerzas externas puede causar más fácilmente grietas o fracturas por fatiga.

Cálculo del subsidio por flexión - The Nitty Gritty

Muy bien, ahora viene la parte divertida: ¡hacer los cálculos reales del margen de curvatura! Esto le permite determinar cuánto material extra debe extenderse más allá de la línea de pliegue. Hay unas cuantas fórmulas estándar que se utilizan en función del tipo de pliegue y del grosor de la chapa. No le aburriré con todas las ecuaciones, pero permítame mostrarle un ejemplo sencillo...

En resumen, estos son los conceptos básicos de los procesos de conformado y plegado del metal y algunas directrices para evitar dolores y problemas en el futuro. Conformar metal requiere algunos conocimientos, pero con las prácticas de diseño adecuadas, estará doblando como un profesional. Hágame saber si le resultaría útil que tratáramos algún otro tema relacionado con el conformado de metales.

Fabricación a medida

Ahora vamos a sumergirnos en algo un poco más personalizado: la fabricación de piezas únicas.

Precisión y reproducibilidad en el trabajo a medida

Cuando está procesando por deformación metálica una pieza a medida en lugar de producir en serie diseños estándar, la precisión y la reproducibilidad cobran verdadera importancia. Usted quiere que cada pieza que se fabrique sea exactamente igual que la anterior, con novaciones. Eso significa tener unas tolerancias estrictas definidas en los planos y utilizar métodos de fabricación que puedan alcanzar esas tolerancias de forma fiable cada vez. Cosas como Mecanizado CNC, corte por láser, y la electroerosión (mecanizado por descarga eléctrica) son excelentes para trabajos de precisión a medida.

Versatilidad en el diseño de piezas únicas

Lo mejor de la fabricación de piezas únicas a medida es la versatilidad que permite en el diseño de las piezas. Al no tener que preocuparse por preparar una producción de gran volumen, las geometrías inusuales o las características internas complejas no suponen ningún problema. ¿Necesita un soporte de forma extraña? No hay problema. ¿Está ideando un prototipo tremendamente innovador? Las opciones están muy abiertas. Tiene mucha más libertad para ser creativo con el trabajo a medida.

Aplicaciones para la fabricación a medida

Algunas aplicaciones comunes en las que los procesos de conformado de metal a medida brillan realmente son los prototipos, las herramientas especializadas, los dispositivos médicos, los componentes aeroespaciales, la maquinaria industrial especializada, las obras de arte... lo que se le ocurra. Siempre que una pieza estándar producida en serie no sea suficiente, la fabricación a medida es el camino a seguir. Los implantes médicos son un buen ejemplo, con piezas a medida ajustadas con precisión a la anatomía de cada paciente.

Así que tanto si necesita un prototipo único con prisa como si desea piezas personalizadas de precisión, no tenga miedo de pensar más allá de lo convencional con el diseño y tenga en cuenta fabricación de chapa metálica métodos para el trabajo a medida. El potencial está ahí para construir casi cualquier cosa que pueda soñar.

Propiedades del material

Materiales metálicos adecuados

Para la mayoría de las operaciones de plegado y conformado, el acero y el aluminio son sus mejores apuestas. El acero ofrece resistencia pero es más difícil de moldear, mientras que el aluminio se dobla más fácilmente pero es más débil. Otras opciones incluyen el latón, titanio, cobre y aleaciones especiales. Dentro de esos grupos, las fórmulas varían en propiedades como la resistencia, la ductilidad y la resistencia a la corrosión, entre otras.

Impacto de las propiedades del material

Aspectos como la resistencia, la conformabilidad y el comportamiento de endurecimiento por deformación del material afectan enormemente a su comportamiento durante el conformado. El límite elástico y la resistencia a la tracción de un metal determinan cuánta fuerza puede aplicarse antes de que se produzcan problemas. Su ductilidad o capacidad de deformarse plásticamente sin fracturarse también es clave. Los materiales que se endurecen mucho por deformación necesitan más margen de material o aumentan los riesgos de agrietamiento.

Adecuación del material al trabajo

Cuando diseñe su pieza, tenga en cuenta la carga y las condiciones ambientales a las que se verá sometida, la tensión o el impacto que puede experimentar, las necesidades de ensamblaje y unión y, por supuesto, el impacto en el coste. A continuación, elija una formulación de material optimizada para esos requisitos de diseño. Algo como el revestimiento de un avión necesita una alta resistencia pero también debe formar curvas complejas, por lo que la conformabilidad ahí también es importante.

Conocer las propiedades de sus materiales por dentro y por fuera es indispensable para que los procesos de conformado de metales funcionen. Asegúrese de tener en cuenta la selección del material en su planificación desde el principio.

Diseño industrial

Cambiemos ahora de marcha y hablemos de algunas aplicaciones creativas de los procesos de conformado de metales en el diseño industrial.

Diseño estético con conformado

Muchos ven el conformado únicamente como una forma de crear piezas funcionales, pero también es un verdadero medio de diseño. Curvas complejas, texturas intrincadas y superficies esculpidas pueden conseguirse mediante prensado, hilado, embutición profunda y mucho más. Hermosos elementos arquitectónicos, exteriores de electrodomésticos e incluso obras de arte se han realizado utilizando técnicas de conformado.

La forma sigue a la función

Aunque la estética es importante, los procesos de conformado de metales brillan de verdad cuando el diseño sigue a la función. Las carrocerías de automóviles, por ejemplo, utilizan hidroconformado, el perfilado y otros procesos para conseguir tanto estructuras de choque de alta resistencia como paneles aerodinámicos para la carrocería. Se pueden realizar formas huecas intrincadas mediante diversos métodos de conformado como el hilado, lo que permite diseños estructurales innovadores que antes no eran posibles.

Aplicaciones destacadas

La automoción es un área enorme: todo, desde los paneles de la carrocería hasta los componentes del motor, utilizan el conformado. La arquitectura también es un campo importante, con procesos de conformado de metal para tejados, revestimientos y elementos arquitectónicos ornamentales comúnmente conformados. Incluso la maquinaria industrial, los productos de consumo duraderos y las aplicaciones especiales como las alas de los aviones aprovechan los procesos de conformado tanto para la forma como para la función.

Las oportunidades creativas del conformado de metales van mucho más allá de las piezas sencillas. Con la experiencia en procesos adecuada, casi cualquier forma o diseño estructural imaginable puede hacerse realidad. La próxima vez que admire una elegante carrocería de automóvil o una intrincada escultura de procesos de conformado de metales, piense en las técnicas de conformado que la hicieron posible.

Doblado de chapas metálicas

Técnicas de plegado

Las principales técnicas de plegado son las curvas en V, las curvas en U y el plegado rotatorio o giratorio. Los doblados en V y en U se denominan así por la forma del doblado: uno o ambos lados se doblan hacia la pieza. El curvado giratorio utiliza matrices o rodillos giratorios para dar forma a las piezas de tubo o tubería.

Doblado en V

Las curvas en V son magníficas para conductos o canaletas en los que se desea un lado abierto. Se sujetan los procesos de conformado del metal y se presiona uno de los bordes para darle forma de V. De esta forma puede conseguir curvas RADIUS muy cerradas.

Doblado en U

Para los paneles de cerramiento y las cajas, el plegado en U cierra todos los lados en forma de U. La chapa se sujeta por los dos bordes largos y una herramienta de rodillo o matriz forma lentamente el doblez.

Plegado rotativo

Esta técnica hace girar la pieza mientras entra entre rodillos o matrices conformados según el perfil de curvatura necesario. Es muy adecuada para tubos, tuberías y piezas rectas largas con múltiples curvas a lo largo.

Factores de éxito

Independientemente del doblado de metales método, prestando atención a los márgenes de material, los radios de curvatura, la dirección de la veta y utilizando los útiles de sujeción adecuados conseguirá curvaturas fuertes y precisas una y otra vez. Hágame saber si se le ocurre algún otro tema relacionado con los procesos de conformado de chapa.

Relación coste-eficacia

Es muy importante tener en cuenta el coste en cualquier proceso de fabricación. Toquemos el tema de las ventajas de coste de los procesos de conformado de metales:

Ahorro de costes gracias al conformado

Las operaciones de conformado no sólo suelen tener unos costes iniciales de los procesos de conformado de metales más asequibles en comparación con métodos como el mecanizado, sino que realmente brillan a altos volúmenes de producción. El coste incremental por pieza al fabricarlas en una plegadora o un rodillo de plegado es extremadamente bajo en comparación con la mano de obra intensiva fabricación a medida.

Proceso racionalizado, producción ajustada

Las líneas de procesos de conformado de metales bien diseñadas con alimentación/manipulación automatizada permiten un verdadero enfoque de fabricación ajustada. Se requiere una mano de obra mínima una vez que el proceso está configurado y validado. Menos pasos de producción significa menos manipulación de las piezas, lo que reduce el coste de los problemas de calidad. Las tolerancias más estrictas también reducen los residuos de las piezas no conformes en comparación con los ensamblajes soldados.

Conclusión

En resumen, los procesos de conformado de metales presentan un conjunto muy versátil de herramientas para dar forma a los materiales en una inmensa gama de productos industriales y comerciales. Ya se trate de componentes mecanizados con tolerancia de precisión o de complejos miembros estructurales extruidos, estas técnicas de conformado permiten tanto la producción en serie como la fabricación a medida de forma reproducible y rentable.

Al comprender las características de los materiales como la ductilidad y el endurecimiento por deformación, así como al aplicar las directrices de diseño para procesos como el plegado de chapa, los trabajadores del metal pueden optimizar las piezas para los requisitos de fabricación y evitar al mismo tiempo los fallos. Las nuevas tecnologías también siguen ampliando los límites de lo que puede conseguir el conformado, desde aleaciones avanzadas hasta nuevas matrices y sistemas de prensado.

Con la creciente demanda de ligereza, miniaturización y producción en forma de red en muchas industrias, la destreza en los procesos de conformado de metales seguirá siendo de vital importancia. Seguir las mejores prácticas en el diseño, la selección de materiales y la planificación de la producción garantiza que estos métodos de fabricación estén a la altura de su potencial para ofrecer componentes complejos de calidad a tiempo y dentro del presupuesto.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué grosor de chapa se puede doblar?

R: La mayoría de las plegadoras y equipos de plegado son capaces de plegar chapas de aproximadamente 0,010″ hasta alrededor de 0,250″ de grosor, aunque es posible utilizar material más grueso con máquinas más potentes. Cuanto más fino sea el calibre, más ajustado puede ser el radio de curvatura.

P: ¿Cómo se dobla la chapa de aluminio?

R: El aluminio requiere menos fuerza de doblado que el acero, pero se dobla con mayor rapidez. Lo mejor es sujetarlo firmemente y doblarlo lentamente para reducir el agrietamiento. El precurvado en un radio ligeramente mayor evita el desgarro. Los lubricantes como el jabón evitan el gripado.

P: ¿Cuál es la diferencia entre una curva en V y una curva en U?

R: Un codo en V forma un ángulo con un lado abierto, se utiliza para cosas como conductos. Un codo en U encierra completamente la pieza, como en el borde de una caja. Los codos en V suelen tener un radio mínimo más ajustado, pero los codos en U no requieren unir una costura.

P: ¿Cómo se curvan los tubos rectos largos para la construcción?

R: Los tramos de tubo más largos suelen curvarse por rotación entre grandes máquinas curvadoras de rodillos. La tubería gira suavemente al entrar en conjuntos de rodillos preformados, formando gradualmente curvas sin doblar ni ondular el material.