La chapa es una forma de metal producida mediante procesos industriales, generalmente mediante laminación u otras técnicas de adelgazamiento para crear piezas delgadas y planas. Durante este proceso, el espesor del metal se reduce mientras que su superficie generalmente permanece constante. Como producto semiacabado, la chapa desempeña un papel crucial en la fabricación de chapa y se utiliza ampliamente en la fabricación y la construcción modernas.
La fabricación de chapa es un proceso de fabricación preciso que implica transformar láminas de metal en las formas y tamaños deseados mediante diversas técnicas. . Numerosos productos que encontramos a diario, como el frigorífico de acero inoxidable o los fregaderos de la cocina, se fabrican mediante este proceso. Entonces, ¿qué es exactamente la fabricación de chapa, cómo funciona y qué pasa con sus usos y beneficios? En este artículo encontrarás las respuestas.
¿Qué es la fabricación de chapa metálica?
La fabricación de chapa es el proceso de dar forma a láminas de metal (normalmente de menos de 10 mm) en la forma deseada utilizando diversas técnicas de fabricación. Completar un producto normalmente implica varios pasos, desde cortar, formar, terminar y unir. Cada paso se puede lograr mediante diferentes métodos de fabricación. A menudo, diferentes técnicas de fabricación pueden lograr resultados finales similares, pero la elección óptima depende de factores como el costo y los requisitos específicos del proyecto.
Este proceso es muy adecuado para producir una amplia gama de componentes metálicos. Admite tanto la producción en gran volumen de productos estandarizados como la fabricación en bajo volumen para aplicaciones personalizadas, como la creación de prototipos.
¿Cómo funciona el proceso de fabricación de chapa metálica?
A continuación, discutiremos específicamente el proceso de transformación de una hoja de metal simple en piezas metálicas complejas y explicaremos las técnicas de fabricación más comunes involucradas.
1. Etapa de diseño
El proceso de fabricación de chapa comienza con una lámina plana de metal y un plano, generalmente un archivo CAD creado con un software de diseño asistido por computadora. Este plano sirve como instrucciones sobre cómo cortar, formar y terminar el material base.
Antes de comenzar la fabricación, se deben determinar factores importantes, como el uso previsto del producto, las dimensiones y tolerancias requeridas y cualquier material o acabado específico necesario.
2. Cortar
El corte suele ser el primer paso en la fabricación de chapa. Las láminas de metal se cargan en una máquina cortadora. A continuación, la máquina funciona según las trayectorias de corte derivadas del modelo CAD. Luego las láminas se cortan en las formas y tamaños requeridos. La operación de corte se divide en dos grupos: corte con y sin fuerzas de corte.
Grupo uno: cortar sin esquilar
Cortar sin cortar se refiere a métodos de corte que no dependen de la acción de corte tradicional (es decir, usar cuchillas o herramientas opuestas para cortar el material). En cambio, estos métodos eliminan el material mediante procesos como fusión, vaporización o chorro abrasivo a alta presión. Estos métodos incluyen lo siguiente:
Corte por láser
El corte por láser es un proceso sin contacto que utiliza un rayo láser de alta potencia enfocado en la lámina de metal. El intenso calor del rayo láser derrite, quema o vaporiza el material a lo largo de la trayectoria de corte deseada. Luego, un chorro de gas, generalmente argón o nitrógeno, elimina el material fundido o vaporizado, dejando un corte limpio y preciso.
Este método es muy preciso, capaz de lograr tolerancias dentro de 0,1 mm y puede crear formas y patrones intrincados con bordes suaves. Además, el corte por láser es adecuado para una amplia gama de metales, desde metales no ferrosos hasta acero dulce y acero inoxidable, y puede automatizarse para una producción de gran volumen.
Corte por plasma
El corte por plasma utiliza un chorro de gas ionizado (plasma) a una temperatura extremadamente alta y alta velocidad para fundir materiales eléctricamente conductores. Generado por un soplete de plasma, el plasma puede alcanzar temperaturas superiores a los 30.000°C, lo que le permite fundir el metal rápidamente.
Este proceso es especialmente rápido y adecuado para cortar metales gruesos. Sin embargo, en comparación con el corte por láser, el corte por plasma tiende a crear rebabas más grandes y una zona oxidada cerca del área de corte. A pesar de esto, todavía puede alcanzar tolerancias aceptables para muchas aplicaciones industriales.
Corte por chorro de agua
El corte por chorro de agua utiliza una corriente de agua a alta presión (hasta 60 000 psi) y alta velocidad mezclada con abrasivos para cortar láminas de metal. Como método de corte en frío, no genera calor, lo que reduce el riesgo de deformación o creación de zonas afectadas por el calor en el material.
El corte por chorro de agua puede lograr cortes precisos con bordes lisos y sirve como una buena alternativa al corte por láser, aunque generalmente es más lento. Además, el corte por láser ofrece capacidades adicionales, como el grabado y el marcado de piezas con control de profundidad, que el corte por chorro de agua no puede realizar. El corte por chorro de agua también tiene un ancho de corte mayor, de 0,02 a 0,04” (0,5 a 1 mm), que es significativamente más ancho que el del corte por láser.
Grupo Dos: Cortar con cizalla
Cortar con cizalla se refiere a procesos de corte de chapa mediante la aplicación de una fuerza cortante para superar la resistencia máxima al corte del metal. Las técnicas incluidas en esta categoría son las siguientes:
Cizallamiento
El corte es un proceso de corte en el que la acción es similar a la de las tijeras cortando papel. Implica el uso de dos cuchillas (generalmente una cuchilla superior móvil y una cuchilla inferior estacionaria) para aplicar una fuerza de corte a la lámina de metal. Esta fuerza hace que el material se deforme y se fracture a lo largo de una línea recta, cortándolo efectivamente en dos o más pedazos.
La maquinaria utilizada para el corte puede ser manual, hidráulica, eléctrica o neumática, dependiendo del espesor del material y la longitud de corte requerida. El cizallamiento se emplea a menudo en operaciones de gran volumen, particularmente en las etapas iniciales de la fabricación de metal, para cortar láminas de metal grandes al tamaño adecuado antes de su posterior procesamiento. También se utiliza para recortar bordes de chapa o para cortar piezas planas con bordes rectos.
Supresión y perforación
En el corte, la lámina de metal se coloca sobre una matriz y se introduce un punzón a través de la lámina, cortándola a lo largo de los bordes para darle la forma deseada. La pieza que se corta, conocida como "en blanco", es la pieza prevista, mientras que la hoja restante suele ser un desecho. Este proceso se utiliza a menudo en la producción en masa para crear piezas que requieren una forma consistente y repetible, como componentes de automóviles, monedas y etiquetas de metal.
El puñetazo, en cambio, es todo lo contrario; el material que se perfora es chatarra, mientras que la hoja restante es el producto deseado. El punzonado se utiliza comúnmente para crear agujeros, ranuras o recortes específicos en chapa de metal, a menudo con fines como aberturas de ventilación, fijación o como parte de un proceso de ensamblaje.
Aserradura
El aserrado corta el material moviendo una hoja dentada hacia adelante y hacia atrás (con un movimiento alternativo) o continuamente (con un movimiento circular). Los dientes de la hoja eliminan el material a medida que la atraviesan, creando un corte a lo largo del recorrido deseado. El aserrado se utiliza para cortar materiales a medida, ya sea como preparación para un procesamiento posterior o como operación final.
3. Formando
Luego, las piezas cortadas de chapa metálica se les da la forma deseada mediante diversas técnicas de conformado de chapa metálica manteniendo su estado sólido. Sin embargo, estas técnicas difieren en sus aplicaciones para crear fabricaciones de chapa metálica personalizadas. Esta sección explicará los métodos esenciales para formar láminas de metal.
El doblado de chapa metálica es una técnica de conformado ampliamente utilizada que implica el uso de plegadoras para doblar o doblar metal en formas angulares o curvas. En este proceso, la lámina de metal se coloca sobre una matriz con una geometría específica, como matrices en forma de U, forma de V o forma de canal, y un punzón presiona el material dentro de la matriz a lo largo de un eje recto para formar la forma deseada. forma. Este método es particularmente rentable para la producción de escala baja a media.
Laminación
Laminar implica pasar láminas de metal a través de uno o más pares de rodillos giratorios para reducir el espesor, asegurar la uniformidad o impartir las propiedades mecánicas deseadas. Los rodillos se pueden ajustar a varios diámetros y ángulos para lograr la forma deseada. Este proceso se puede realizar a temperatura ambiente (laminación en frío) o a temperaturas elevadas (laminación en caliente), dependiendo del material y de las propiedades deseadas del producto final.
Los productos típicos creados mediante laminación incluyen discos, estampados, ruedas, tubos y tuberías. El laminado es esencial en industrias que requieren la producción en masa de componentes metálicos con calidad y espesor constantes.
dobladillo
El dobladillo, como el dobladillo de las perneras de los pantalones, es un proceso en el que el borde de la lámina de metal se dobla o se enrolla sobre sí mismo para formar un borde de dos capas. El proceso suele ocurrir en dos etapas. En la primera etapa, la chapa se dobla hasta un ángulo intermedio, a menudo de unos 90 grados, utilizando una matriz en V. Luego se retira y se coloca en un troquel aplanador para completar el dobladillo.
El objetivo principal del dobladillo es fortalecer los bordes de las piezas de chapa, evitando que queden afiladas o sean propensas a deformarse. También mejora la calidad estética del metal, creando un borde liso y redondeado con un aspecto limpio y acabado, lo cual es importante en aplicaciones como paneles de carrocería de automóviles o cubiertas de electrodomésticos.
Curling
Al rizar, el borde de una lámina de metal se enrolla en forma de bucle o anillo, creando un borde tubular redondeado. El proceso utiliza primero una serie de rodillos o troqueles de rizado especializados para darle gradualmente al metal la forma curva deseada. Luego, al metal se le da forma progresivamente en un bucle, que puede cerrarse total o parcialmente, según los requisitos del diseño.
Al igual que el dobladillo, el rizado se utiliza a menudo para eliminar bordes afilados, mejorar el atractivo visual de la pieza metálica y aumentar su integridad estructural.
Estampado
A diferencia de los procesos de conformado anteriores, el estampado es una técnica que integra operaciones de corte y conformado para producir piezas complejas a partir de chapa metálica. Como técnica típica de conformado en frío, el estampado se produce en una prensa, utilizando una matriz y un punzón para dar formas diversas a las materias primas. Dependiendo del tipo de troquel utilizado, existen varios métodos de estampado, como el estampado con troquel progresivo, el estampado por embutición profunda y el estampado con cuatro deslizamientos. El estampado es muy eficiente, preciso y rentable, lo que lo hace especialmente adecuado para la producción en masa.
4. Unirse
Si es necesario unir varias piezas de chapa, se puede lograr mediante las siguientes técnicas de unión:
Soldadura
La soldadura es una de las técnicas preferidas para unir piezas metálicas. Implica fundir los materiales base (los metales que se unen) y, a menudo, agregar un material de relleno para formar un charco fundido, que se solidifica formando una unión fuerte a medida que se enfría. La soldadura por arco metálico protegido (SMAW), la soldadura con gas inerte de metal (MIG) y la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) son diferentes técnicas de soldadura de chapa metálica que se utilizan con frecuencia.
Los sujetadores son dispositivos mecánicos que se utilizan para mantener juntas dos o más piezas. Dependiendo del tipo y aplicación, pueden ser permanentes, como remaches, o removibles, como pernos y tornillos.
5. Acabado de superficies
Al producto final se le realizan operaciones de acabado superficial para mejorar la apariencia, la resistencia a la corrosión y la durabilidad. Los tipos de acabados disponibles para la chapa no se diferencian de los utilizados para otros procesos de fabricación de metales. La idoneidad de un acabado depende en gran medida de los requisitos individuales de la pieza y de las propiedades del material seleccionado. Estas operaciones de acabado incluyen granallado, pulido, recubrimiento en polvo, anodizado y chapado.
Los materiales utilizados para la fabricación de chapa metálica.
Los materiales utilizados en la fabricación de chapa tienen propiedades mecánicas similares a las de sus metales base, por lo que la selección de materiales de chapa puede basarse principalmente en los requisitos específicos de su proyecto.
Además, dado que la fabricación de chapa metálica normalmente implica procesos como doblado, estampado o soldadura, hay una serie de factores a los que se debe prestar especial atención al seleccionar un material apropiado, como ductilidad, maquinabilidad, soldabilidad, resistencia a la tracción, resistencia a la corrosión, etc. Un principio clave es elegir materiales que puedan manipularse fácilmente sin perder sus propiedades físicas. A continuación se muestran algunos ejemplos comunes de dichos materiales.
Las aleaciones de aluminio ofrecen una alta maquinabilidad, una excelente relación resistencia-peso y resistencia a la corrosión. A menudo se utilizan en aplicaciones donde la reducción de peso es fundamental, como en las industrias del transporte y aeroespacial. Los bienes de consumo como teléfonos, computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos suelen tener carcasas de aluminio duraderas y livianas.
El Acero Inoxidable es una aleación con alta resistencia a la tracción y resistencia a la corrosión y a las altas temperaturas. Se utiliza ampliamente en aplicaciones como instrumentos quirúrgicos, cubiertos, accesorios de cocina y fregaderos. El acero inoxidable también se utiliza ampliamente en entornos industriales para tanques de almacenamiento, válvulas, tuberías y otros componentes esenciales.
El acero laminado en caliente se procesa a altas temperaturas, por encima de su punto de recristalización. Esto hace que el acero sea más fácil de moldear y moldear, razón por la cual las láminas y placas más gruesas generalmente solo están disponibles laminadas en caliente; son más fáciles de producir de esta manera. Sin embargo, el acabado superficial del acero laminado en caliente suele ser más rugoso que el del acero laminado en frío y las tolerancias dimensionales son menos precisas. Como resultado, se utiliza a menudo en aplicaciones donde las formas precisas y un acabado superficial liso no son críticos, como en estructuras más grandes como cobertizos y garajes de acero.
El acero laminado en frío se lamina a temperatura ambiente, lo que ofrece mayor resistencia, dureza, acabado superficial liso y tolerancias más estrictas. Ideal para aplicaciones que requieren formas precisas y superficies lisas, como electrodomésticos, taquillas y gabinetes.
El acero galvanizado es acero que ha sido recubierto con una capa de zinc para protegerlo de la corrosión. Las láminas de acero galvanizado se utilizan comúnmente en aplicaciones al aire libre o en entornos donde la resistencia a la oxidación es crucial, como en techos, cercas, carrocerías de automóviles y conductos de HVAC.
El acero al carbono se utiliza ampliamente tanto en el mercado industrial como en el de consumo para una variedad de productos. Es una aleación de acero que contiene carbono, lo que aumenta su dureza y resistencia cuando se somete a un tratamiento térmico. Conocido por su durabilidad, alta resistencia a la tracción y asequibilidad, el acero al carbono es menos resistente a la corrosión en comparación con el acero inoxidable.
El cobre y el latón se utilizan ampliamente en la fabricación de láminas de metal debido a su excelente resistencia a la corrosión, conductividad y trabajabilidad. El cobre, conocido por su conductividad eléctrica y térmica superior, se usa comúnmente en cableado eléctrico, plomería e intercambiadores de calor. El latón, una aleación de cobre y zinc, combina estas propiedades con una maleabilidad mejorada y una apariencia distintiva similar al oro, ideal para aplicaciones decorativas, accesorios de plomería e instrumentos musicales.
El titanio, al igual que el aluminio, tiene una alta relación resistencia-peso, pero también proporciona una resistencia excepcional y una resistencia superior a la corrosión. Estos atributos lo convierten en una opción ideal para entornos extremos, incluidas aplicaciones aeroespaciales como estructuras de aeronaves y componentes de motores, así como en industrias militares y automotrices de alto rendimiento. Además, debido a su excelente biocompatibilidad, el titanio se utiliza ampliamente en implantes y dispositivos médicos. Sin embargo, su dureza y resistencia también hacen que sea más difícil de mecanizar, lo que resulta en un mayor desgaste de la herramienta y mayores costos de producción.
Beneficios y limitaciones de la fabricación de chapa metálica
Dado que la fabricación de chapa metálica abarca una amplia gama de procesos y técnicas, las ventajas y desventajas pueden diferir significativamente según el método específico utilizado. A continuación se proporciona una descripción general de los pros y los contras de la fabricación de chapa metálica. Sin embargo, para determinar completamente si un proceso de fabricación de chapa en particular es adecuado para su aplicación, es esencial explorar cada proceso con mayor detalle.
Beneficios
Son posibles prototipos para producción en volumen
La mayoría de las técnicas de fabricación de chapa metálica están altamente automatizadas, lo que permite la creación rápida de prototipos con una precisión y exactitud excepcionales. Por ejemplo, las cortadoras láser pueden lograr cortes con tolerancias tan ajustadas como 0,0005 pulgadas. Esta precisión y eficiencia no se limitan a la creación de prototipos; se pueden escalar fácilmente para la producción en masa. Procesos como el estampado, que utilizan moldes o matrices, permiten la producción de miles o incluso millones de piezas con resultados consistentes.
Amplias opciones de técnicas y materiales.
Como se analizó en la sección anterior, varias técnicas están asociadas con el proceso de fabricación de chapa. Esta flexibilidad garantiza que, sin importar lo que requiera su proyecto (ya sean formas complejas, cortes precisos, doblar piezas en su lugar o agregar orificios, ranuras y muescas exactamente en los lugares correctos), la fabricación de chapa metálica pueda satisfacer esas necesidades.
Además, el proceso permite elegir entre una amplia gama de materiales de chapa, mucho más allá de los pocos mencionados en la última parte. Esta amplia variedad permite que la fabricación de chapa metálica se aplique en numerosas industrias.
Fabricación de piezas con alta relación resistencia-peso
La fabricación de chapa metálica es ideal para producir componentes livianos pero de alta resistencia, especialmente en industrias como la aeroespacial y la automotriz. Durante el proceso de fabricación de chapa, operaciones como doblar y estirar inducen el endurecimiento por trabajo, lo que aumenta la resistencia del material. Además, la incorporación de características de diseño como nervaduras de refuerzo, ángulos de flexión estratégicos y curvatura de bordes puede mejorar significativamente la resistencia y rigidez de las piezas sin aumentar el espesor del material.
Limitaciones
Límites de capacidad por técnica
Cada técnica en la fabricación de chapa tiene sus limitaciones. Por ejemplo, ciertos materiales pueden deformarse o agrietarse durante la soldadura, y es posible que el corte por láser no funcione bien con materiales altamente reflectantes como el cobre o el aluminio. Estas limitaciones a menudo requieren la combinación de múltiples procesos en la producción. Esto puede implicar la transferencia de piezas entre diferentes máquinas, y cada paso requiere reconfiguración, lo que aumenta el tiempo de producción. Además, el uso de múltiples máquinas y mano de obra adicional puede aumentar los costos de producción.
Alto costo inicial de herramientas y equipos
El procesamiento de chapa requiere una serie de equipos especiales, como máquinas de corte por láser, punzonadoras, dobladoras y equipos de soldadura. El procesamiento moderno de chapa metálica suele depender de equipos CNC multifuncionales, que pueden mejorar la eficiencia de la producción y la calidad del producto, pero los costos de compra y mantenimiento también son relativamente altos.
Además, para el procesamiento de chapa, especialmente en la producción en masa, a menudo se necesitan moldes personalizados, como moldes para estampar y doblar. El diseño y la fabricación de estos moldes requieren tecnología y materiales de alta precisión, lo que genera importantes costes de moldeo.
Los diseños de operaciones de plegado son complejos
Puede parecer sencillo doblar placas 2D en formas 3D. Pero, en realidad, las operaciones de plegado requieren una cuidadosa consideración de factores como las propiedades del material, los ángulos de plegado, los radios de plegado y la secuencia de plegados. El diseño de curvas intrincadas implica gestionar problemas potenciales como la recuperación elástica (donde el metal intenta volver a su forma original después de doblarse), el adelgazamiento del material y las tensiones internas que pueden provocar grietas o distorsiones. A medida que los diseños se vuelven más complejos, estos factores se vuelven más difíciles de controlar, lo que puede limitar la viabilidad o eficiencia del proceso de plegado.
Aplicaciones de la fabricación de chapa metálica
Por último, echemos un vistazo general a las diversas aplicaciones industriales de la fabricación de chapa metálica.
Automotor
La fabricación de chapa metálica, debido a su capacidad para formar piezas de gran superficie y su compatibilidad con una amplia gama de materiales, puede crear estructuras extremadamente resistentes. Los paneles de la carrocería, los componentes del chasis, los marcos de las puertas y los marcos de los asientos están hechos de chapa metálica cortada mediante operaciones de punzonado y láser y formada mediante procesos de estampado. Además, el bastidor y los sistemas de escape se laminan y luego se doblan utilizando dobladoras de tubos CNC. Sin lugar a dudas, la fabricación de chapa es indispensable en la fabricación de automóviles.
Aeroespacial
En la industria aeroespacial, los ingenieros utilizan la fabricación de chapa metálica para crear componentes de alta precisión, livianos y de alta resistencia, como secciones de fuselaje, estructuras de alas y góndolas de motores. Estos componentes están fabricados con materiales como aluminio, acero e incluso titanio y tungsteno. Utilizando técnicas de fabricación avanzadas, se les da formas grandes, suaves y complejas que pueden soportar las tensiones del vuelo y al mismo tiempo garantizar un rendimiento y una eficiencia de combustible óptimos.
Construcción
La fabricación de chapa metálica en la industria de la construcción se utiliza principalmente para fabricar componentes estructurales, revestimientos exteriores y elementos funcionales, como paneles metálicos para techos, revestimientos metálicos corrugados y estructuras metálicas de 2x4 o 2x6. Estos componentes no sólo brindan una excelente protección sino que también son duraderos y estéticamente agradables.
Cuidado de la salud
La industria de la salud pone gran énfasis en la precisión y las propiedades antibacterianas, lo que hace que el acero inoxidable sea el material preferido. Combinado con técnicas avanzadas de fabricación de chapa metálica, el acero inoxidable se utiliza ampliamente para producir gabinetes para equipos médicos, bandejas para instrumentos quirúrgicos, gabinetes de almacenamiento médico y cajas de herramientas.
Cerramientos
La fabricación de chapa ayuda a producir carcasas para electrodomésticos y productos electrónicos, protegiendo cajas de cambios y equipos sensibles. También puede proteger las herramientas de los impactos ambientales y evitar la entrada de polvo. Los electrodomésticos de aluminio y acero con recubrimiento en polvo gozan de gran popularidad entre los consumidores. Mediante el uso de técnicas de fabricación de chapa, puede crear varios cortes de conexión de cables, como los de ventanas, paneles LED, tubos de luz y puertos HDMI.
Conclusión
En esta guía, cubrimos todo lo que necesita para comenzar con la fabricación de chapa metálica, pero hay mucho más que aprender. Si está interesado en obtener conocimientos más profundos sobre el diseño de chapa, haga clic aquí para obtener más información de expertos.
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