Estas pautas básicas para la fabricación de chapa metálica incluyen consideraciones importantes de diseño para ayudar a mejorar la fabricabilidad de las piezas, realzar la apariencia estética y reducir el tiempo total de producción.

 

Estas pautas básicas para la fabricación de chapa metálica incluyen consideraciones importantes de diseño para ayudar a mejorar la fabricabilidad de las piezas, mejorar la apariencia estética y reducir el tiempo total de producción.

 

Principios Básicos

La fabricación de chapa metálica es el proceso de formar piezas a partir de una lámina de metal mediante punzonado, corte, estampado y doblado.

Los archivos CAD 3D se convierten en código de máquina, que controla una máquina para cortar y formar con precisión las láminas en la pieza final.

Las piezas de chapa metálica son conocidas por su durabilidad, lo que las hace ideales para aplicaciones de uso final (por ejemplo, chasis). Las piezas utilizadas para prototipos de bajo volumen y producciones de alto volumen son más rentables debido a los altos costos iniciales de configuración y material.

Debido a que las piezas se forman a partir de una sola lámina de metal, los diseños deben mantener un espesor uniforme. Asegúrese de seguir los requisitos y tolerancias de diseño para garantizar que las piezas se acerquen a la intención del diseño y al corte de las láminas de metal.  

 

Conceptos Básicos de Formado

 

D oblado

El doblado es un proceso mediante el cual se aplica una fuerza a la chapa metálica que hace que se doble en un ángulo y forme la forma deseada. Los dobleces pueden ser cortos o largos dependiendo de lo que requiera el diseño.

El doblado se realiza mediante una prensa plegadora que puede ser cargada automáticamente o manualmente. Las prensas plegadoras están disponibles en una variedad de tamaños y longitudes (20-200 toneladas) dependiendo de los requisitos del proceso.

La prensa plegadora contiene una herramienta superior llamada punzón y una herramienta inferior llamada matriz entre las cuales se coloca la chapa metálica.

La chapa se coloca entre las dos y se mantiene en su lugar mediante el tope trasero. El ángulo de doblado se determina por la profundidad con la que el punzón fuerza la chapa dentro de la matriz. Esta profundidad se controla con precisión para lograr el doblado requerido.

Generalmente se utiliza herramental estándar para el punzón y la matriz. Los materiales del herramental incluyen, en orden de resistencia creciente, madera dura, acero bajo en carbono, acero para herramientas y acero de carburo.

Las piezas a doblar se suministran como patrones planos con información de doblado. A veces, las posiciones de los dobleces están grabadas con muescas de doblado, o estas muescas pueden ser recortadas para mostrar a los dobladores dónde doblar.

Una vez que el láser ha cortado las piezas planas, pueden enviarse para el doblado. Una prensa plegadora forma el patrón plano en una pieza doblada.

Dimensiones Críticas

 

A continuación se presentan algunos términos que se usan en chapa metálica. Los diseñadores deben adherirse a las directrices de la maquinaria al diseñar para doblado. Los dobleces pueden caracterizarse por estos parámetros. Algunas dimensiones críticas que deben considerarse al configurar chapa metálica en software CAD son el espesor de la chapa, el factor k y el radio de doblado. Se debe verificar que estos factores sean consistentes con el herramental que se usará en la fabricación. Esta guía ofrece pautas importantes para una buena práctica de diseño.

Línea de doblado – La línea recta en la superficie de la chapa, a cada lado del doblez, que define el final del ala nivelada y el inicio del doblez.

Radio de doblado – La distancia desde el eje del doblez hasta la superficie interior del material, entre las líneas de doblado.

Ángulo de doblado – El ángulo del doblez, medido entre el ala doblada y su posición original, o como el ángulo incluido entre líneas perpendiculares trazadas desde las líneas de doblado. A veces se especifica como el radio de doblado interior. El radio de doblado exterior es igual al radio de doblado interior más el espesor de la chapa.

Eje neutro – La ubicación en la chapa que no se estira ni se comprime, y por lo tanto permanece con una longitud constante.

K-factor – La ubicación del eje neutro en el material, calculada como la proporción de la distancia del eje neutro T, al espesor del material t. El factor K depende de varios factores (material, operación de doblado, ángulo de doblado, etc.) y es mayor que 0.25, pero no puede exceder 0.50. Factor K = T/t

Permiso de doblado – La longitud del eje neutro entre las líneas de doblado o la longitud del arco del doblez. El permiso de doblado añadido a las longitudes del ala es igual a la longitud total plana.

 

Espesor de pared

 

Las piezas deben mantener un espesor de pared uniforme en todo momento. Generalmente, se pueden fabricar espesores de 0,9 mm a 20 mm a partir de chapa (<3 mm) o placa (>3 mm), pero esta tolerancia depende principalmente de la pieza.

Al considerar el espesor de la chapa, una sola lámina con punzones (agujeros) es una buena regla general. Algunas características como avellanados son posibles, pero los contraagujeros y otras características mecanizadas son difíciles de producir ya que requieren mecanizado posterior.

                       
Doblado

Radio de doblado

Las prensas plegadoras de chapa metálica se usan para doblar el material en la geometría deseada de las piezas. Los dobleces que están en el mismo plano deben diseñarse en la misma dirección para evitar la reorientación de la pieza, ahorrando tanto dinero como tiempo.

Mantener el radio de doblado consistente también hará que las piezas sean más rentables. Las piezas gruesas tienden a volverse inexactas, por lo que deben evitarse si es posible. De dobleces pequeños a grandes.
 

Recuperación elástica

Al doblar una pieza de chapa metálica, las tensiones residuales en el material harán que la chapa recupere ligeramente su forma después de la operación de doblado. Debido a esta recuperación elástica, es necesario sobre-doblar la chapa una cantidad precisa para lograr el radio y ángulo de doblado deseados. El radio final de doblado será mayor que el formado inicialmente y el ángulo final de doblado será menor. La proporción del ángulo final de doblado al ángulo inicial se define como el factor de recuperación elástica, KS. La cantidad de recuperación elástica depende de varios factores, incluyendo el material, la operación de doblado y el ángulo y radio iniciales de doblado.

Dimensiones:

Para evitar que las piezas se fracturen o tengan distorsiones, asegúrese de mantener el radio de doblado interior al menos igual al espesor del material.

Ángulos de doblado:

Una tolerancia de +/- 1 grado en todos los ángulos de doblado es generalmente aceptable en la industria. La longitud del ala debe ser al menos 4 veces el espesor del material.

Regla general

Se recomienda usar los mismos radios en todos los dobleces, y la longitud del ala debe ser al menos 4 veces el espesor del material.

Radio mínimo de doblado, r

Los requisitos mínimos de radio de doblado pueden variar según las aplicaciones y el material. Para aplicaciones aeroespaciales y espaciales, los valores pueden ser mayores. Cuando el radio es menor al recomendado, esto puede causar problemas de flujo de material en materiales blandos y fracturas en materiales duros. También puede ocurrir estrangulamiento localizado o fractura en tales casos. Se recomienda que el radio mínimo interior de doblado sea al menos 1 vez el espesor del material.

Longitud mínima del reborde, b
 

Esta es la longitud mínima del reborde. La curva debe estar soportada hasta que la curva esté completa; el reborde debe ser lo suficientemente largo para alcanzar la parte superior del dado después de haberse formado completamente. Los operadores de la prensa plegadora deben conocer las longitudes mínimas del reborde para sus herramientas antes de intentar curvas que pueden no funcionar y, aunque es posible calcular la longitud mínima del reborde, tener a mano una tabla de fuerza de doblado por aire ciertamente lo hace más conveniente.

 

Espesor del material, t

El espesor del material no es proporcional a la tonelada como la abertura en V. Duplicar el espesor no significa duplicar la tonelada. En cambio, la fuerza de doblado está relacionada con el cuadrado del espesor. Esto significa que si el espesor del material se duplica, la tonelada requerida aumenta cuatro veces.

Longitud de la pieza de trabajo, L

Al igual que la abertura en V, la tonelada requerida está directamente relacionada con la longitud de la pieza de trabajo. Duplicar la longitud de trabajo significa duplicar la tonelada requerida. Cabe señalar que al doblar piezas cortas, de menos de 3” de longitud, la tonelada requerida puede ser menor que la proporcional a su longitud. Conocer esto puede evitar daños en un dado.

Tabla de fuerza de doblado por aire

La tabla de fuerza de doblado por aire es una tabla que muestra la tonelada utilizada para doblar chapas de diferentes espesores. Es útil para diseñadores de chapa metálica ya que especifica el radio de doblado y las herramientas a usar para diferentes espesores. Se muestra aquí para acero dulce. Los diseñadores pueden usar esto como guía al diseñar la longitud mínima del reborde posible con las herramientas para diferentes bloques en V, así como el radio de doblado. Las siguientes tablas se basan en la guía de doblado Armada Air Force.

Alivio de doblado

Cuando se hace un doblado cerca de un borde, el material puede rasgarse a menos que se proporcione alivio de doblado.

El doblado 1 muestra un alivio de desgarro.

El doblado 2 muestra un corte de alivio rectangular en la pieza; la profundidad del alivio debe ser mayor que el radio del doblado. El ancho del alivio debe ser igual o mayor que el espesor del material.

Los alivios de doblado se utilizan cuando un doblado se extiende en un borde. La muesca de alivio se añade para evitar desgarros. Los alivios de doblado no serán más profundos que el espesor del material más el radio del doblado.

 

Altura del doblado

La altura del doblado en chapa metálica debe ser al menos el doble del espesor de la chapa más el radio del doblado.

H=2t + r

Si la altura del doblado es demasiado pequeña, esto resultará en deformación y baja calidad de doblado.

Formado cerca de agujeros

Cuando un doblado se hace demasiado cerca de un agujero, el agujero puede deformarse. El agujero 1 muestra un agujero que se ha deformado en forma de lágrima debido a este problema.

Para ahorrar el costo de punzonado o taladrado en una operación secundaria, se pueden usar las siguientes fórmulas para calcular la distancia mínima requerida:

Para una ranura o agujero < 25 mm de diámetro, la distancia mínima al centro del agujero 2:

D = 2t + r

Como regla general, la distancia desde el exterior del material hasta el fondo del recorte debe ser igual a la longitud mínima del reborde prescrita por la tabla de fuerza de doblado por aire.

D = 2,5t + r

Al usar una prensa de punzonado o corte por láser, los agujeros nunca deben ser menores que el espesor del material.

Distancia mínima desde el agujero extruido hasta el borde de la pieza

La extrusión de metal es una de las aplicaciones de presión más extremas en el trabajo con prensas y genera mucha fricción y calor. Si un agujero extruido está demasiado cerca del borde de la pieza, puede provocar deformación o desgarro del metal. Se recomienda que la distancia mínima entre los agujeros extruidos y el borde de la pieza sea al menos tres veces el espesor de la chapa.

Distancia mínima entre agujeros extruidos

Se debe mantener cierta distancia entre dos agujeros extruidos en diseños de chapa metálica. Si los agujeros extruidos están demasiado cerca, puede provocar deformación del metal. Se recomienda que la distancia mínima entre dos agujeros extruidos sea seis veces el espesor de la chapa metálica.

 

Diámetro mínimo del agujero

El diámetro del agujero en la pieza de chapa metálica no debe ser muy pequeño; los agujeros pequeños se crean mediante operaciones de punzonado y para fabricar agujeros pequeños se requieren punzones de tamaño pequeño. Un tamaño pequeño de agujero en chapa metálica requiere una herramienta de punzonado más pequeña, lo que puede provocar roturas durante la operación. Se recomienda que el diámetro del agujero sea igual o mayor que el espesor de la chapa metálica.

Corte por láser

El corte por láser es un tipo de producción que utiliza un láser para cortar diferentes metales. El láser tiene un haz de alta energía que quema fácilmente el material. El corte por láser puede usarse en materiales como metal, aluminio, plástico, madera, caucho, etc. Los láseres usan programación numérica controlada por computadora (CNC) para determinar la forma y posición de los recortes. Se pueden cortar con láser materiales de hasta 20 mm de espesor. Hay ventajas y desventajas en el uso del corte por láser. Los láseres de CO2 son más tradicionales y pueden cortar materiales más gruesos, pero no ofrecen un corte tan preciso como los láseres de fibra. Los láseres de fibra generalmente pueden cortar materiales más delgados y tienen velocidades de corte mucho más altas que los de CO2.

Ventajas y desventajas

Las ventajas del corte por láser sobre el corte mecánico incluyen mejor sujeción de la pieza, reducción de la contaminación de la pieza, mejor precisión y menor posibilidad de deformación ya que la zona afectada por el calor es pequeña. Algunas desventajas son que el corte por láser no siempre corta bien algunos materiales (por ejemplo, no todo el aluminio) y no siempre es consistente. A pesar de las desventajas, el corte por láser es altamente eficiente y rentable.

Tolerancias

 

Tolerancias generales
Si el cliente no ha proporcionado un dibujo o hoja de especificaciones, fabricaremos el producto a partir del modelo según las especificaciones listadas aquí. Los bordes afilados serán redondeados y desbarbados por defecto. Los bordes críticos que deben mantenerse afilados deben ser anotados y especificados en un plano.

Restricciones de material

Los materiales que no son adecuados para el corte por láser incluyen materiales espejados o reflectantes, tableros de masonita, compuestos que contienen PVC.

Materiales aceptables

Generalmente, los siguientes materiales son adecuados para el corte por láser: metal, acero inoxidable, algunos espesores de aluminio, madera y algunos plásticos.

Endurecimiento localizado

El endurecimiento localizado ocurre en los bordes donde el láser ha cortado. Este endurecimiento produce un borde duradero y suave sin necesidad de acabado después de usar el cortador láser.

 

Distorsión

Una zona afectada por el calor (HAZ) se produce durante el corte por láser. En el acero al carbono, cuanto mayor es la templabilidad, mayor es la HAZ. La distorsión por el procesamiento con láser es resultado del aumento repentino de la temperatura del material cerca de la zona de corte. La distorsión también se crea por la solidificación rápida de la zona de corte. Además, la distorsión también puede atribuirse a la solidificación rápida del material que queda en los lados del corte.

Ranura de corte

Durante el corte por láser, una porción del material se quema cuando el láser atraviesa, dejando una pequeña brecha. Esta 'brecha' se conoce como la ranura de corte láser y varía entre 0.08 y 0.45 mm dependiendo del tipo de material, grosor y otros factores condicionales. Se debe dejar una distancia mínima de 1-2 mm entre las piezas para evitar cortes accidentales cruzados.

También se recomienda mantener las piezas a 2-5 mm del borde del material debido a que algunas láminas pueden estar deformadas o ligeramente fuera de tamaño. Siempre se debe cortar las piezas dentro del límite del tamaño de la lámina y no usar los bordes de la lámina como frontera.
 

Espesor de pared

Debido a que las piezas de chapa metálica se fabrican a partir de una sola lámina de metal, la pieza debe mantener un espesor de pared uniforme. Se pueden fabricar piezas de chapa metálica con un grosor mínimo de 0.9 mm hasta 20 mm.

Diámetro del agujero

Al diseñar piezas para corte por láser, no se deben hacer agujeros más pequeños que el grosor del material.

Doblez

Los dobleces en chapa metálica se fabrican usando frenos para chapa metálica. Una tolerancia de +/- 1 grado en todos los ángulos de doblez. Otros radios estándar de doblez disponibles, algunos de los cuales añadirán costo adicional a su pieza, incluyen:

0.9 mm – 1.2 mm
1.8 mm – 2.4 mm
3.8 mm – 5.0 mm
7.5 mm – 10 mm
15 mm – 20 mm

Rizos

Directrices para la característica de rizos


El rizado de chapa metálica es el proceso de añadir un rollo hueco y circular al borde de la lámina. El borde rizado proporciona resistencia al borde y lo hace seguro para manipular. Los rizos se usan más a menudo para eliminar un borde afilado sin tratar y hacerlo seguro para manipular. Se recomienda que: El radio exterior de un rizo no sea menor que 2 veces el grosor del material.

El tamaño de un agujero debe ser al menos el radio del rizo más el grosor del material desde la característica del rizo. Un doblez debe estar al menos a una distancia del radio del rizo más 6 veces el grosor del material desde la característica del rizo.

Agujeros avellanados

Los avellanados mecanizados y formados son posibles después del corte por láser. Los avellanados mecanizados se crean con una prensa de taladro, mientras que los avellanados formados se crean con herramientas de prensa de punzón. La profundidad de los avellanados no debe ser mayor a 0,6 mm del grosor del material.

Tolerancias de avellanado:

Están disponibles avellanados tanto mecanizados como formados: agujeros cónicos cortados en un objeto fabricado que permiten insertar un tornillo, clavo o perno al ras con la superficie. Recomendamos que los diámetros mayores de los avellanados midan entre 2.3 mm y 12.7 mm usando uno
de los siguientes ángulos estándar: 82°, 90°, 100° y 120°. La tolerancia para el diámetro mayor del avellanado formado es de +/- 0.254 mm.

Dimensiones del avellanado

La distancia entre los centros de los avellanados debe mantenerse en 8 veces el grosor del material.

La distancia entre la línea de doblez y el centro del avellanado debe mantenerse en un mínimo de 3 veces el grosor del material y 4 veces el grosor del material desde un borde.

Dobladillos: El principio del dobladillo

Los dobladillos son pliegues al final de una pieza para crear un borde redondeado.

Existen varios métodos para producir el aplanado de chapa metálica. El proceso de dobladillo generalmente se realiza en dos pasos: el dobladillo en ángulo agudo es el doblado del sobre. Para el proceso de dobladillo se requiere una alta presión de compactación. El proceso desarrolla una gran fuerza axial. Esta fuerza afecta el material longitudinalmente a la máquina.

Directrices para la característica de dobladillo

Se pueden formar dobladillos abiertos y cerrados según se requiera.
La tolerancia de un dobladillo depende del radio del dobladillo, el grosor del material y las características cercanas al dobladillo. Se recomienda que el diámetro interior mínimo sea igual al grosor del material y que la longitud de retorno del dobladillo sea 4 veces el grosor. Los dobladillos cerrados son pliegues al final de una pieza para crear un borde redondeado. La tolerancia de un dobladillo depende del radio del dobladillo, el grosor del material y las características cercanas al dobladillo. Se recomienda que el diámetro interior mínimo sea igual al grosor del material y que la longitud de retorno del dobladillo sea 6 veces el grosor del material.

Doblar no es más que plegar el metal sobre sí mismo. En chapa metálica, los dobladillos se usan para crear pliegues en la chapa para reforzar los bordes y crear un borde seguro al tacto. Los dobladillos se usan más a menudo para eliminar un borde afilado sin tratar y hacerlo seguro para manipular. Los dobladillos se usan comúnmente para ocultar imperfecciones y proporcionar un borde generalmente más seguro para manejar. Una combinación de dos dobladillos puede crear juntas fuertes y ajustadas con poco o ningún sujetador. Los dobladillos incluso pueden usarse para duplicar estratégicamente el grosor del metal en áreas de una pieza que pueden requerir soporte adicional. Se recomienda que:

Para dobladillos en forma de lágrima, el diámetro interior debe ser igual al grosor del material.

Para dobladillos abiertos, el doblez perderá su redondez cuando el diámetro interior sea mayor que el grosor de la chapa metálica.

Para los dobleces, la distancia mínima entre el borde interior del doblez y el exterior del dobladillo debe ser 5 veces el grosor del material más el radio del doblez más el radio del dobladillo.

Agujeros y ranuras: Dimensiones

Mantenga los diámetros de agujeros y ranuras al menos tan grandes como el grosor del material. Los materiales de mayor resistencia requieren diámetros mayores.

Holguras
Los agujeros y ranuras pueden deformarse cuando se colocan cerca de un doblez. La distancia mínima a la que deben colocarse de un doblez depende del grosor del material, el radio del doblez y su diámetro. Asegúrese de colocar los agujeros alejados de los dobleces a una distancia de al menos 2.5 veces el grosor del material más el radio del doblez. Las ranuras deben colocarse a 4 veces el grosor del material más el radio del doblez alejadas del doblez. Asegúrese de colocar los agujeros y ranuras al menos a 2 veces el grosor del material alejados de un borde para evitar un efecto de "abultamiento". Los agujeros deben colocarse al menos a 6 veces el grosor del material de distancia entre sí.

Muescas y lengüetas: Característica

Las muescas deben tener al menos el grosor del material, lo que sea mayor, y no pueden ser más largas que 5 veces su ancho. Las lengüetas deben tener al menos el doble del grosor del material o 3.2 mm, lo que sea mayor, y no pueden ser más largas que 5 veces su ancho.
 

Muescas de doblado

El entallado es una operación de corte que elimina una sección del borde exterior de la tira o pieza de metal. En caso de que la distancia entre las muescas para doblar sea muy pequeña, puede producirse una distorsión de la chapa metálica. Para evitar esta condición, la muesca debe colocarse a una distancia adecuada del doblez con respecto al espesor de la chapa. El entallado es un proceso de bajo costo, especialmente por sus bajos costos de herramientas con un pequeño rango de punzones estándar.

Holguras

Las muescas deben estar al menos a 3,175 mm de distancia entre sí. Para los dobleces, las muescas deben estar al menos a 3 veces el espesor del material más el radio de doblado. Las lengüetas deben tener una distancia mínima entre sí de 1 mm o el espesor del material, lo que sea mayor.

Recomendaciones para la característica de muesca:

El ancho de la muesca no debe ser menor que 1,5 * t.

La longitud de las muescas puede ser hasta 5 * t. El radio de esquina recomendado para las muescas debe ser 0,5 * t.

Las muescas deben tener al menos el espesor del material o 0,04”, lo que sea mayor, y no pueden ser más largas que 5 veces su ancho. Las lengüetas deben tener al menos 2 veces el espesor del material o 0,126”, lo que sea mayor, y no pueden ser más largas que 5 veces su ancho.

 

Características

Filetes de esquina

 

El fileteado o redondeo de las esquinas de la chapa metálica se realiza
para proporcionar un acabado suave. Los filetes eliminan las esquinas afiladas
facilitando su manejo y previniendo cortes y rasguños.

Un filete generalmente se diseña para ser la mitad del espesor del material y el fileteado hace que las piezas sean más rentables.

 

Cortes de alivio


Los cortes de alivio ayudan a que las piezas se ajusten más al diseño para evitar "sobresalientes" y desgarros en los dobleces. Los sobresalientes se vuelven más prominentes en piezas más gruesas con un radio de doblado más pequeño, y pueden ser tan grandes como la mitad del espesor del material. El desgarro puede ocurrir cuando los dobleces se hacen cerca de un borde.

 

Dimensiones


Los cortes de alivio para dobleces deben tener al menos un espesor de material de ancho y deben ser más largos que el radio de doblado.