Tecnología de fabricación de metales
Descripción general de la chapa metálica
Fabricación de Metal en Hoja:
La fabricación de chapas metálicas es un proceso integral de conformado en frío aplicado a láminas metálicas delgadas (normalmente inferiores a 6 mm), que incluye corte, punzonado, doblado, soldadura, remachado, conformado con matrices y tratamiento superficial. Su característica más destacada es que el espesor de la misma pieza es constante.
Métodos de fabricación de chapas metálicas:
1. Fabricación sin matriz: Este proceso utiliza equipos como perforadoras CNC, cortadoras láser, máquinas de cizallamiento, máquinas de doblado y máquinas de remachado para procesar chapa metálica. Generalmente se emplea para la fabricación de prototipos o producción en pequeños lotes y tiene un costo más elevado.
2. Fabricación con matriz: Este proceso utiliza matrices fijas para procesar chapa metálica. Las matrices más comunes incluyen matrices de troquelado y matrices de conformado. Se utiliza principalmente para producción en masa y tiene un costo más bajo.
Métodos de procesamiento de chapa metálica:
1. Procesamiento sin molde: Este proceso utiliza equipos como perforadoras CNC, cortadoras láser, máquinas de cizallamiento, máquinas de doblado y máquinas de remachado para procesar chapa metálica. Generalmente se emplea para la fabricación de prototipos o producción en pequeños lotes y es relativamente costoso.
2. Procesamiento con molde: Este proceso utiliza moldes fijos para procesar chapa metálica. Estos suelen incluir moldes de troquelado y moldes de conformado. Se utiliza principalmente para producción en masa y es relativamente económico.
Flujo de procesamiento de chapa metálica
Troquelado: punzonado CNC, corte por láser, máquina de cizallamiento; Formado — doblado, estirado, punzonado: plegadora, prensa troqueladora, etc.
Otros procesos: remachado, roscado, etc.
La soldadura
Tratamiento superficial: recubrimiento en polvo, galvanoplastia, acabado satinado (brushed), serigrafía, etc.
Procesos de fabricación de chapa metálica — Troquelado
Los métodos principales de troquelado de chapa metálica incluyen el punzonado CNC, el corte por láser, las máquinas de cizallamiento y el troquelado con matriz. Actualmente, el punzonado CNC es el método más utilizado. El corte por láser se emplea principalmente en la fase de prototipado, aunque su costo de procesamiento es elevado. El troquelado con matriz se utiliza sobre todo en producción en masa.
A continuación, presentaremos principalmente el troquelado de chapa metálica mediante punzonado CNC.
El punzonado CNC, también conocido como punzonado de torreta, se puede utilizar para troquelado, perforación de agujeros, estampado de agujeros y adición de nervaduras, entre otros. Su precisión de procesamiento puede alcanzar ±0,1 mm. El espesor de chapa metálica que admite el punzonado CNC es el siguiente:
Chapa laminada en frío y chapa laminada en caliente < 3,0 mm;
Chapa de aluminio < 4,0 mm;
Chapa de acero inoxidable < 2,0 mm.
1. Existen requisitos mínimos de tamaño para el punzonado. El tamaño mínimo de punzonado está relacionado con la forma del orificio, las propiedades mecánicas del material y el espesor del material. (Véase la figura inferior)
2. Espaciado entre orificios y distancia al borde en el punzonado CNC. La distancia mínima entre el borde del orificio punzonado y la forma exterior de una pieza está sujeta a ciertas limitaciones que dependen de la forma de la pieza y del orificio. Cuando el borde del orificio punzonado no es paralelo al borde exterior de la pieza, dicha distancia mínima no debe ser inferior al espesor del material t; cuando sí son paralelos, no debe ser inferior a 1,5t. (Véase la figura inferior)
3. Al embutir orificios, la distancia mínima entre el orificio embutido y el borde es de 3T, la distancia mínima entre dos orificios embutidos es de 6T, y la distancia mínima de seguridad entre el orificio embutido y el borde plegado (interior) es de 3T + R (donde T es el espesor de la chapa metálica y R es el radio de plegado).
4. Al perforar agujeros en piezas estampadas, dobladas y embutidas en profundidad, se debe mantener una cierta distancia entre la pared del agujero y la pared recta. (Véase el diagrama inferior)
Tecnología de procesamiento de chapa metálica: conformado
El conformado de chapa metálica implica principalmente doblado y estirado.
1. Doblando de chapa metálica
1.1. El doblado de chapa metálica utiliza principalmente máquinas dobladoras.
Precisión del procesamiento en la máquina dobladora:
Primer doblado: ±0,1 mm
Segundo doblado: ±0,2 mm
Más de dos doblados: ±0,3 mm
1.2. Principios básicos de la secuencia de doblado: Doblado desde el interior hacia el exterior, de pequeño a grande, doblando primero las formas especiales y luego las formas generales, asegurando que el proceso anterior no afecte ni interfiera con los procesos posteriores.
1.3. Formas habituales de herramientas de doblado:
1.4. Radio mínimo de doblado de las piezas dobladas: Cuando un material se dobla, la capa exterior se estira mientras que la capa interior se comprime en la zona del radio de redondeo. Cuando el espesor del material es constante, cuanto menor sea el radio interior (r), mayor será la intensidad de la tracción y la compresión. Cuando la tensión de tracción en el radio exterior supera la resistencia última del material, aparecerán grietas y roturas. Por lo tanto, el diseño estructural de las piezas dobladas debe evitar radios de redondeo de doblado excesivamente pequeños. A continuación se muestra en la tabla los radios mínimos de doblado de los materiales más utilizados en la empresa.
Tabla de radios mínimos de doblado para piezas dobladas:
1.5. Altura del borde recto de las piezas dobladas, generalmente, la altura mínima del borde recto no debe ser demasiado pequeña. Requisito de altura mínima: h > 2t
Si la altura del borde recto h < 2t de la pieza doblada necesita aumentarse primero, entonces se debe incrementar la altura de doblado y, posteriormente, mecanizarla hasta alcanzar el tamaño requerido tras el doblado; o bien, se debe mecanizar una ranura superficial en la zona de deformación por doblado antes del doblado.
1.6. Altura de un borde recto con un lado inclinado: Cuando una pieza doblada tiene un lado inclinado, la altura mínima de dicho lado es: h = (2~4)t > 3 mm
1.7. Distancia entre agujeros en piezas dobladas: Distancia entre agujeros: Tras el punzonado, el agujero debe ubicarse fuera de la zona de deformación por doblado para evitar su deformación durante el doblado. La distancia desde la pared del agujero hasta el borde de doblado se indica en la tabla siguiente.
1.8. En piezas dobladas localmente, la línea de doblado debe evitar las zonas con cambios bruscos de dimensiones. Al doblar parcialmente una sección de un borde, para evitar la concentración de tensiones y las grietas en las esquinas agudas, la línea de doblez puede desplazarse cierta distancia respecto al cambio brusco de dimensiones (Figura a), o bien puede crearse una ranura de proceso (Figura b), o perforarse un orificio de proceso (Figura c). Obsérvese los requisitos dimensionales indicados en las figuras: S > R; ancho de la ranura k ≥ t; profundidad de la ranura L > t + R + k/2.
1.9. El borde biselado de un borde doblado debe evitarse en la zona de deformación.
1.10. Requisitos de diseño para bordes muertos: la longitud de un borde muerto está relacionada con el espesor del material. Tal como se muestra en la figura inferior, la longitud mínima del borde muerto L > 3,5t + R, donde t es el espesor de la pared del material y R es el radio mínimo de curvatura interior del proceso anterior (tal como se indica a la derecha en la figura inferior).
1.11. Orificios de posicionamiento de proceso adicionales: Para garantizar una posición precisa de la pieza en blanco dentro del molde y evitar su desplazamiento durante el doblado, lo que podría provocar productos defectuosos, se deben incorporar de forma anticipada agujeros de posicionamiento de proceso durante la fase de diseño, tal como se muestra en la figura inferior. En particular, para las piezas sometidas a múltiples operaciones de doblado y conformado, los agujeros de proceso deben utilizarse como referencia de posicionamiento con el fin de reducir los errores acumulados y asegurar la calidad del producto.
1.12. Distintas dimensiones dan lugar a distintas capacidades de fabricación:
Tal como se muestra en el diagrama anterior: a) perforar primero el agujero y luego doblar facilita garantizar la precisión de la dimensión L y simplifica el procesamiento; b) y c) si se requiere una alta precisión en la dimensión L, es necesario realizar primero el doblado y después mecanizar el agujero, lo cual resulta más complejo.
1.13. Recuperación elástica (springback) de las piezas dobladas: Muchos factores influyen en la recuperación elástica, entre ellos las propiedades mecánicas del material, el espesor de pared, el radio de doblado y la presión normal ejercida durante el doblado.
Cuanto mayor sea la relación entre el radio del radio interior de la esquina y el espesor de la chapa de la pieza doblada, mayor será el rebote elástico.
El estampado de nervios de refuerzo en la zona de doblado no solo mejora la rigidez de la pieza, sino que también ayuda a suprimir el rebote elástico.
2. Embutido de chapa metálica
El embutido de chapa metálica se realiza principalmente mediante punzonado CNC o punzonado convencional, lo que requiere diversos punzones o matrices de embutido.
La forma de la pieza embutida debe ser lo más sencilla y simétrica posible, y debe realizarse en una sola operación siempre que sea factible.
Para las piezas que requieren múltiples operaciones de embutido, deben ser admisibles las marcas que puedan formarse en la superficie durante el proceso de embutido.
Siempre que se cumplan los requisitos de montaje, debe permitirse cierto grado de inclinación en las paredes laterales embutidas.
2.1. Requisitos para el radio de redondeo entre el fondo de la pieza estirada y la pared recta:
Como se muestra en la figura, el radio de redondeo entre el fondo de la pieza estirada y la pared recta debe ser mayor que el espesor de la chapa, es decir, r > t. Para lograr un proceso de estirado más suave, generalmente se toma r1 como (3 a 5)t, y el radio de redondeo máximo debe ser menor o igual a 8 veces el espesor de la chapa, es decir, r1 ≤ 8t.
2.2. Radio de redondeo entre la brida y la pared de la pieza embutida:
Como se muestra en la figura, el radio de redondeo entre la brida y la pared de la pieza estirada debe ser mayor que el doble del espesor de la chapa, es decir, r2 > 2t. Para lograr un proceso de estirado más suave, generalmente se toma r2 como (5 a 10)t. El radio de redondeo máximo de la brida debe ser menor o igual a 8 veces el espesor de la chapa, es decir, r2 ≤ 8t.
2.3. Radio de redondeo entre la brida y la pared de la pieza embutida: Como se muestra en la figura, el radio de redondeo entre la brida y la pared de la pieza estirada debe ser mayor que el doble del espesor de la chapa, es decir, r2 > 2t. Para lograr un proceso de estirado más uniforme, generalmente se toma r2 = (5–10)t. El radio máximo de la brida debe ser menor o igual a ocho veces el espesor de la chapa, es decir, r2 < 8t.
2.4. Diámetro de la cavidad interior de piezas estiradas circulares: Como se muestra en la figura, el diámetro de la cavidad interior de las piezas estiradas circulares debe ser D > d + 10t, para evitar que la placa de presión se arrugue durante el estirado.
2.5. Radio de redondeo entre paredes adyacentes de una pieza estirada rectangular: Como se muestra en la figura, el radio de redondeo entre paredes adyacentes de una pieza estirada rectangular debe ser r3 > 3t. Para reducir el número de operaciones de estirado, r3 debe ser, en lo posible, mayor que H/5, de modo que la pieza pueda estirarse en una sola operación.
2.6. Al formar una pieza estirada circular sin rebordes en una sola etapa, la relación dimensional entre su altura y su diámetro debe cumplir los siguientes requisitos:
Como se muestra en la figura, al formar una pieza estirada circular sin rebordes en una sola etapa, la relación entre la altura H y el diámetro d debe ser menor o igual que 0,4, es decir, H/d ≤ 0,4.
2.7. Variación del espesor de los componentes estirados: Debido a los distintos niveles de tensión en las diferentes zonas, el espesor del material en un componente estirado cambia tras el estirado. En general, el centro del fondo conserva su espesor original; el material se adelgaza en las esquinas redondeadas del fondo; el material se engrosa cerca del reborde en la parte superior; y el material también se engrosa en las esquinas redondeadas de los componentes estirados rectangulares. Al diseñar productos estirados, las cotas indicadas en el plano del producto deben especificar claramente si deben garantizarse las dimensiones externas o las internas; no se pueden especificar simultáneamente tanto las dimensiones internas como las externas.
3. Otro conformado de chapa metálica:
Ribs de refuerzo: los ribs se estampan en piezas de chapa metálica para aumentar la rigidez estructural.
Persianas: las persianas se utilizan comúnmente en diversas carcasas o envolventes para ventilación y disipación del calor.
Embocadura de orificios (estampado de orificios): se utiliza para mecanizar roscas o mejorar la rigidez de las aberturas.
3.1. Ribs de refuerzo:
Selección de la estructura y las dimensiones de los ribs de refuerzo
Dimensiones límite del espaciado entre punzones y de la distancia entre el borde del punzón y el borde de la pieza
3.2. Persianas venecianas:
El método de conformado de persianas venecianas consiste en utilizar un borde del punzón para cortar el material, mientras que el resto del punzón estira y deforma simultáneamente el material, formando una forma ondulada con un lado abierto.
Estructura típica de persianas venecianas. Requisitos de dimensiones para persianas venecianas: a > 4t; b > 6t; h < 5t; L > 24t; r > 0,5t.
3.3. Embocadura de agujeros (agujero estampado):
Existen muchos tipos de embocadura de agujeros, siendo la más común la embocadura de agujeros internos destinados a roscado.
Tecnología de fabricación de chapa metálica — soldadura
En el diseño de estructuras soldadas de chapa metálica, debe seguirse el principio de «disposición simétrica de las soldaduras y los puntos de soldadura, evitando su convergencia, acumulación y solapamiento». Las soldaduras y puntos de soldadura secundarios pueden ser interrumpidos, mientras que las soldaduras y puntos de soldadura principales deben ser continuos. Los métodos de soldadura más comunes en trabajos con chapa metálica son la soldadura por arco y la soldadura por resistencia.
1. Soldadura por arco:
Debe existir suficiente espacio para la soldadura entre las piezas de chapa metálica. El hueco máximo entre las piezas a soldar debe ser de 0,5–0,8 mm, y la soldadura debe ser uniforme y plana.
2. Soldadura por resistencia
La superficie de soldadura debe ser plana y libre de arrugas, rebote elástico, etc.
Las dimensiones para la soldadura por resistencia por puntos se indican en la tabla siguiente:
Distancia entre puntos de soldadura por resistencia
En aplicaciones prácticas, al soldar piezas pequeñas, los datos de la tabla inferior pueden utilizarse como referencia. Al soldar piezas grandes, el espaciado entre puntos de soldadura puede aumentarse adecuadamente, generalmente no menos de 40–50 mm. Para piezas no portantes, el espaciado entre puntos de soldadura puede incrementarse hasta 70–80 mm.
Espesor de la chapa t, diámetro del punto de soldadura d, diámetro mínimo del punto de soldadura dmin, distancia mínima entre puntos de soldadura e. Si las chapas tienen distintos espesores, seleccione el espesor en función de la chapa más delgada.
Número de capas de chapa y relación de espesores en la soldadura por resistencia
La soldadura por puntos por resistencia implica normalmente dos capas de chapa, con un máximo de tres capas. La relación de espesores entre cada capa en la junta soldada debe encontrarse entre 1/3 y 3.
Si se requieren tres capas para la soldadura, primero debe verificarse la relación de espesores. Si es razonable, puede procederse con la soldadura. Si no lo es, considere la creación de orificios de proceso o muescas de proceso, soldar dos capas por separado y desplazar los puntos de soldadura.
Tecnología de procesamiento de chapa metálica: tratamiento superficial
El tratamiento superficial de la chapa metálica cumple tanto funciones anticorrosivas como decorativas. Los tratamientos superficiales más comunes para chapa metálica incluyen: recubrimiento en polvo, galvanizado por electrólisis, galvanizado por inmersión en caliente, oxidación superficial, cepillado superficial e impresión serigráfica. Antes del tratamiento superficial, se deben eliminar del material la grasa, el óxido, las escorias de soldadura, etc.
1. Recubrimiento en polvo:
Existen dos tipos de recubrimiento superficial para chapa metálica: pintura líquida y pintura en polvo. Normalmente utilizamos la pintura en polvo. Mediante técnicas como la proyección de polvo, la adsorción electrostática y la cocción a alta temperatura, se aplica una capa de pintura de diversos colores sobre la superficie de la chapa metálica para mejorar su aspecto y aumentar la resistencia a la corrosión del material. Se trata de un método de tratamiento superficial muy utilizado.
Nota: Habrá algunas diferencias de color entre las láminas recubiertas por distintos fabricantes. Por lo tanto, las chapas metálicas del mismo color producidas en el mismo equipo deberían recubrirse idealmente con el mismo fabricante.
2. Galvanizado electrolítico y galvanizado por inmersión en caliente:
El galvanizado de la superficie de la chapa metálica es un método común de tratamiento superficial anticorrosivo, y también mejora su apariencia. El galvanizado se puede dividir en galvanizado electrolítico y galvanizado por inmersión en caliente.
El galvanizado electrolítico produce una apariencia más brillante y lisa, y la capa de zinc es más delgada, por lo que es el método más utilizado.
El galvanizado por inmersión en caliente produce una capa de zinc más gruesa y forma una capa de aleación de zinc-hierro, lo que ofrece una mayor resistencia a la corrosión que el galvanizado electrolítico.
3. Anodizado superficial:
Esta sección presenta principalmente el anodizado superficial del aluminio y sus aleaciones.
La anodización superficial del aluminio y sus aleaciones puede producir diversos colores, cumpliendo tanto una función protectora como decorativa. Al mismo tiempo, se forma sobre la superficie del material una capa de óxido anódico, que presenta alta dureza y resistencia al desgaste, así como buenas propiedades de aislamiento eléctrico y térmico.
4. Cepillado superficial:
El material se coloca entre los rodillos superior e inferior de la máquina de cepillado. Las cintas abrasivas están fijadas a los rodillos. Accionados por un motor, los rodillos obligan al material a pasar entre las cintas abrasivas, generando líneas en su superficie. El grosor de dichas líneas varía según el tipo de cinta abrasiva utilizada. Su principal finalidad es mejorar la apariencia. Este tratamiento de cepillado superficial se aplica generalmente únicamente a materiales de aluminio.
5. Serigrafía:
La serigrafía es el proceso de imprimir diversas marcas sobre la superficie de los materiales. Existen generalmente dos métodos: serigrafía plana y tampografía. La serigrafía plana se utiliza principalmente para superficies planas, mientras que la tampografía es necesaria para huecos más profundos.
La serigrafía requiere un molde de serigrafía.
El doblado de chapa requiere experiencia; observe cómo los artesanos experimentados doblan las chapas y por qué lo hacen de esa manera. Para obtener más información sobre máquinas dobladoras o procesos de doblado, comuníquese con nuestro equipo de JUGAO CNC MACHINE.
