¿Qué es el doblado de chapa? Conceptos básicos, asignación y consejos

El aumento de la demanda de productos hechos a medida dio lugar a investigaciones que demostraron que la chapa es un material versátil que puede transformarse en diferentes formas. La transformación se produce mediante el empleo de procesos simples de formación de láminas, como el doblado de metal, para darle la forma deseada y necesaria para diversos fines de producción. Hay muchos procesos involucrados para que esto suceda, y saber cómo doblar chapa implica tener un buen conocimiento sobre ellos.

En este artículo se analizará la importancia del doblado de chapa metálica, su importancia en los procesos de fabricación de chapa metálica y cómo doblar chapa metálica. También se incluyen algunos consejos útiles que pueden servir de guía para doblar placas de acero.

¿Qué es el doblado de chapa metálica?

¿Sabías que la mayoría de las piezas de chapa metálica se fabrican cortándolas primero en tamaños específicos, doblándolas después hasta obtener la forma deseada y ensamblándolas? Por lo tanto, desempeña un papel crucial en la fabricación de chapa metálica.

El doblado de chapa metálica consiste en deformar una chapa metálica plana hasta obtener un ángulo o una curvatura específicos. No cambia el espesor de la chapa. En cambio, la deformación plástica (permanente) es la responsable de la formación de la forma final. Normalmente, una prensa plegadora o similar también aplica presión a lo largo de un eje recto para doblar el metal hasta obtener un ángulo específico.

También es necesario comprender la configuración del punzón y la matriz para captar el concepto básico. Un punzón aplica fuerza para deformar el metal contra la matriz. Mientras tanto, la matriz sostiene y da forma al metal con el ángulo y el radio de curvatura deseados.

¿Cómo se dobla la chapa metálica?

Paso 1: Diseño inicial

El proceso de doblado de metales comienza con la creación de un diseño detallado de la pieza final. El doblado CNC requiere archivos 3D y puede diseñar el diseño en software como AutoCAD y SolidWorksPosteriormente, el diseño debe incluir una amplia variedad de consideraciones, incluyendo tolerancias, relieves, recuperación elástica, etc.

Puedes utilizar una calculadora de flexión. Disponible en línea para calcular las variables y consideraciones de diseño. Hablaremos de esto en secciones posteriores. Además, debe especificar las dimensiones y tolerancias claras en el diseño. 

Paso 2: Preparación del expediente

Asegúrese de que su archivo esté en un formato compatible y que todos los GD&T estén fabricados. A continuación, el indicador de línea de plegado es un elemento crucial para comunicar el diseño entre ingenieros y técnicos. Puede estar indicado por diferentes símbolos según el software y el formato del archivo, líneas centrales continuas o discontinuas o incluso colores separados.

En RapidDirect admitimos los siguientes formatos de archivo;

• 2D: .dxf, .ai y eps.
• 3D: paso, y. stp.

Paso 3: El proceso de doblado

En el proceso de plegado, la chapa metálica se deforma a lo largo de un eje recto para crear un ángulo o curvatura deseados. Organice las herramientas (matriz, punzones, prensas plegadoras) según sus requisitos y el ángulo especificado. El proceso forma piezas complejas pero tiene limitaciones: no se permiten ángulos superiores a 130°. En consecuencia, el radio de curvatura varía según el material y el espesor.

Paso 4: Procesos de acabado

Las operaciones de chapa metálica dejan algunos defectos estéticos en la superficie, como marcas de troquel y texturas no uniformes. Para mejorar esto, puede utilizar una técnica de acabado de superficie adecuada. Por ejemplo, pintura, recubrimiento en polvo, chorro de arena, enchapado, etc. Sin embargo, también puedes dejar la superficie como está si no influye en el rendimiento y la estética no es tu prioridad.  

Tipos de procesos de doblado de metales

Los métodos de doblado de chapa metálica son similares en el sentido de que su objetivo final es transformar las estructuras metálicas en las formas deseadas. Sin embargo, difieren en su funcionamiento. Saber cómo doblar chapa metálica implica comprender que factores como el espesor del material, el tamaño de la curva, el radio de curvatura y el propósito previsto determinan los métodos.

Los siguientes métodos no solo le mostrarán cómo doblar chapa metálica, sino que también le ayudarán a elegir la técnica adecuada para obtener los mejores resultados. Los métodos de doblado de chapa metálica más comunes son:

doblado en V

Este es el método de doblado de láminas más común, ya que se usa para la mayoría de los proyectos de doblado. Emplea un instrumento conocido como punzón y troquel en V para doblar láminas de metal en los ángulos deseados. Durante el proceso, el punzón doblador presiona sobre la hoja de metal colocada sobre el troquel en V.

El ángulo formado por la chapa depende del punto de presión del punzón. Esto hace que este método sea fácil y eficiente, ya que puede emplearse para doblar placas de acero sin alterar su posición.

El método de doblado en V se puede clasificar en tres:

Cilíndrico

Se puede relacionar el doblado con el proceso de doblado por aire, pero la diferencia es que el punzón presiona la lámina contra la matriz hasta que entra en contacto total con la superficie de la cavidad. Este mecanismo resuelve el defecto de riesgo de recuperación elástica asociado con el método por aire.

El troquelado requiere un punzón de mayor tonelaje, ya que aplica una fuerza adicional para la deformación y, además, sujeta la chapa por un instante una vez finalizado el proceso. Es compatible con matrices en V y V.

Además, esta técnica es más precisa, ya que no es necesario un control preciso del tonelaje en comparación con otros procesos. Por lo tanto, las punzonadoras y prensas plegadoras antiguas y menos precisas también son adecuadas para la ejecución del troquelado.

Acuñando

El acuñado implica comprimir la chapa entre un punzón y una matriz con un gran tonelaje. Como resultado, la deformación produce ángulos de doblado precisos sin apenas efectos de recuperación elástica.

Aunque la precisión es alta, la acuñación requiere un mayor tonelaje y el tiempo de ciclo también es más largo que otros métodos o procesos.

Flexión de aire

El doblado por aire o el doblado parcial es un método menos preciso en comparación con el doblado y acuñado. Sin embargo, suele emplearse por su sencillez y facilidad de manipulación ya que no requiere herramientas.

También hay una desventaja. El doblado por aire es el único método propenso a la recuperación elástica de la lámina de metal.

En el doblado por aire, el punzón ejerce una fuerza sobre la chapa que descansa en ambos puntos de la abertura del troquel. Por lo general, se emplea una prensa plegadora durante el doblado en V, ya que la hoja de metal no entra en contacto con la parte inferior del troquel.

(Una prensa plegadora es una máquina simple empleada en los procesos de doblado de láminas de metal, forma las curvas deseadas en la lámina trabajando para sujetar la lámina de metal en la posición de prensa entre el punzón y el troquel)

Doblado de rodillos

El proceso de doblado con rodillos utiliza 2, 3 o 4 rodillos para darles a las láminas de metal las curvas deseadas. La configuración más común es la de 3 rodillos, en la que tres rodillos están dispuestos en un patrón triangular. El rodillo superior es ajustable, mientras que los otros dos permanecen fijos.

La chapa metálica se introduce entre el rodillo superior y los dos rodillos fijos. A medida que los dos rodillos fijos giran, sujetan la chapa, mientras que el rodillo ajustable aplica presión hacia abajo para lograr la curvatura requerida. La configuración de 4 rodillos agrega un rodillo adicional para brindar soporte adicional, lo que la hace ideal para operaciones de trabajo pesado.

Este método se utiliza principalmente para producir formas cilíndricas y cónicas en fabricación de chapa, como tubos, cilindros, tanques, recipientes a presión y tuberías.

Limpie la flexión

El doblado por frotamiento o de borde utiliza una matriz y un punzón de frotamiento. La lámina se sujeta entre la matriz y una almohadilla de sujeción, exponiendo la parte que se va a formar. Luego, el punzón o la brida de frotamiento se mueven hacia abajo, forzando el borde de la pieza a adoptar el ángulo deseado. Este método es una excelente alternativa al uso de una prensa plegadora para perfiles más pequeños.

Con esta técnica, se pueden perfilar simultáneamente todos los lados del canto, lo que aumenta significativamente la productividad. Además, el riesgo de agrietamiento superficial en la zona deformada es mínimo.

Doblado rotativo

Es más común que los tubos y tuberías den forma a curvaturas de 1 a 180°. Sin embargo, no se limita a la chapa metálica doblada. El proceso incluye una matriz de doblado, una matriz de sujeción y una matriz de presión. La matriz de doblado y la matriz de sujeción sujetan la pieza de trabajo, mientras que la matriz de presión aplica presión tangencial a la posición de referencia desde el extremo libre. Aquí, la matriz giratoria puede girar según la posición y el radio deseados. Además, se coloca un "mandril" dentro del tubo o tubería, mientras que no es necesario para las láminas de trabajo de chapa metálica.

Este proceso de conformado de metales es adecuado para crear formas curvadas a partir de láminas planas. Asimismo, tiene numerosas aplicaciones en el conformado de tubos. 

Obtienes más control sobre el proceso para mantener un radio preciso y exacto. Puedes alcanzar fácilmente una tolerancia de ± 0.5°. En consecuencia, la superficie será menos propensa a agrietarse y otros defectos, ya que requiere entre un 50 y un 80 % o menos de tonelaje.

Chapas metálicas para doblar

Diferentes variedades de metales y aleaciones son compatibles con la fabricación de plegado y las propiedades de cada tipo de material influyen en variables como el tonelaje y la recuperación elástica. Posteriormente, la gran variedad de opciones de materiales le permite elegir el que mejor se adapte a la funcionalidad y el rendimiento requeridos. 

Además, el espesor máximo de las láminas metálicas que se pueden moldear varía según el tipo de material. Por ejemplo, el aluminio, con su mayor maleabilidad, se puede moldear en láminas más gruesas que el titanio.

Acero Inoxidable

El acero inoxidable es un material versátil con alta resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para conformar piezas con radios estrechos. Se utilizan comúnmente diversos grados, como 304, 316 y 430. Debido a su dureza, dar forma al acero inoxidable requiere una mayor fuerza y ​​se debe tener muy en cuenta el efecto de recuperación elástica para garantizar la precisión.

Acero

Los grados de aleación de acero como A36, 1018 y 4140 son populares en el doblado de metales debido a su alta resistencia a la tracción, durabilidad, rentabilidad y versatilidad. Si bien el acero puede requerir tratamiento térmico para operaciones más complejas, sigue siendo más fácil de trabajar en comparación con el acero inoxidable. El acero dulce, en particular, es relativamente fácil de moldear.

Aluminio:

El aluminio es dúctil y fácil de moldear en diferentes formas y curvaturas. Ofrece una excelente resistencia a la corrosión y una buena relación resistencia-peso. Las piezas dobladas de aluminio se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial, automotriz y electrónica. Sin embargo, puede ser susceptible a agrietarse, especialmente con radios más pequeños.

Latón

El latón es un material maleable y conductor, más fácil de doblar que el acero. Se utilizan habitualmente diversos grados, como CZ129/CW611N, para conformar chapas metálicas. El latón suele preferirse en aplicaciones eléctricas, térmicas y de fontanería debido a su facilidad de conformado y su excelente conductividad.

Cobre

El cobre es un material blando y las láminas se doblan fácilmente. Sin embargo, se requiere una manipulación cuidadosa y una fuerza controlada para evitar que la superficie se dañe o se agriete. Además, el atractivo estético brillante del cobre lo hace popular en aplicaciones eléctricas y de otro tipo.

Conceptos clave en el plegado de chapa metálica

En el plegado de chapa metálica se pueden encontrar diferentes conceptos que son consideraciones de diseño que se deben incorporar a las dimensiones después del proceso. Antes de abordar el concepto clave, comprendamos algunos términos relacionados con él.

• Eje neutral:La línea imaginaria en la chapa metálica que no se estira ni se comprime al ejercer la fuerza.
• Zona de tensión:El área en el exterior de la curva donde se estira el metal.
• Zona de compresión:El área en el interior de la curva donde el metal se comprime.
• Línea de curvatura:La línea donde se dobla la chapa.
• Longitud de la brida:La longitud de la sección recta y plana que se extiende desde la curva.

A continuación, los conceptos clave son los siguientes.

Radio de doblaje

Es el radio de la chapa curva que se forma después de doblarla. Todos los diseños comienzan con esta variable crucial, que influye significativamente en la precisión dimensional, la resistencia final, la forma y la integridad estructural. 

Según el tipo y el grosor del material, existe un valor mínimo para este radio. Esto significa que no se puede doblar la chapa metálica con un radio muy pequeño, ya que existe un umbral. Por lo general, se debe mantener un radio lo más bajo posible que sea igual al grosor de la chapa. 

Radio de curvatura mínimo (R_min)= Espesor(t)

Deducción por curvatura

La longitud total de la sección plana disminuye ligeramente después de las operaciones a medida que la parte doblada estira algo de material. Aquí, es necesario restar algo de longitud para obtener la longitud plana total, conocida como deducción por doblado. Por lo tanto, se refiere a la cantidad de material que se debe restar de la longitud total de la chapa plana para lograr las dimensiones deseadas. Significa que es necesario restar una longitud para determinar la longitud plana correcta.

Deducción por curvatura = 2 × (retroceso exterior − tolerancia por curvatura)

Es esencial tener en cuenta la deducción en el diseño para garantizar la longitud correcta y otras especificaciones de las piezas. Además, calibres de chapa (espesor), el radio y el tipo de material afectan el valor de la deducción.

Asignación de curva

El margen de curvatura es un término de fabricación que se refiere a la asignación que se da para acomodar el estiramiento y la curvatura de la chapa metálica. Cuando se manipula la chapa metálica para modificar su forma plana original, también se modifican sus dimensiones físicas. La fuerza empleada en el trabajo hace que el material se comprima y se estire por dentro y por fuera.

Esta deformación provoca un cambio en la longitud total de la chapa debido a la fuerza de compresión y estiramiento ejercida sobre el pliegue. Sin embargo, la longitud calculada a partir del espesor entre la superficie interna comprimida y la superficie externa bajo tensión permanece invariable. Esto se indica mediante una línea denominada “eje neutro”.

La tolerancia tiene en cuenta el espesor de la chapa, el ángulo, el método empleado y el factor K (una constante que permite estimar la cantidad de estiramiento de un material). Es una medida de la relación entre la compresión en el interior y la tensión en el exterior de la curva.

Mientras que la superficie interior de la chapa se contrae, la exterior se expande. Por lo tanto, el factor K permanece constante siempre que se dobla una chapa. El factor K (normalmente entre 0.25 y 0.5 como máximo) sirve como cifra de control en el cálculo de la variable de diseño. Ayuda a determinar los materiales exactos necesarios antes de recortar partes de la chapa y también es útil en el gráfico de radio de curvatura de la chapa.

Factor K

Es otro aspecto crítico del diseño de plegado de chapa metálica. El factor k caracteriza diferentes geometrías de chapa metálica doblada y ayuda a calcular otras variables de diseño como la tolerancia requerida. El factor K se define por la "relación entre la longitud que el eje neutro se desplazó desde la posición original y el espesor de la chapa". Valor del factor K El rango va de 0 a 1. Por ejemplo, 0.2 representa que el eje neutro se desplazará un 20 % del espesor. Además, el valor recomendado es diferente para cada tipo de material y radio de curvatura.

El factor K también da una idea del material estirado y expandido dentro y fuera de la curva. Por lo tanto, es crucial calcular los parámetros de diseño relacionados con la longitud plana.

Bend Alivio

El relieve se define como un pequeño corte al final de una línea de plegado para evitar la deformación y el desgarro del material. Es esencial tanto para la integridad estructural como para la precisión de las piezas y productos finales. Se pueden utilizar muescas, orificios y recortes.

Sin embargo, no es necesario tenerlo en cuenta para una curva recta de un borde a otro. Solo se debe tener en cuenta si es necesario separarlos de material plano que no sean los bordes. La razón detrás de esto es que, si hay material inmediatamente después del material comprimido, es necesario ajustar el material plano.

La regla para el cálculo;

Ancho y profundidad mínimos del relieve = Espesor (t)/2, Espesor (t) + radio de curvatura (R) + 0.5 mm.

Otro concepto similar es el de relieve de esquinas, que es la longitud que se debe cortar en la posición de encuentro de la línea doblada. Por lo tanto, en las esquinas, es necesario considerar un recorte para lograr una alineación perfecta y evitar que se rompa el material.

recuperación elástica

La chapa metálica tiende a tener formas diferentes cuando se aplica una fuerza y ​​cuando se libera dicha fuerza. Puede contraerse una vez que se dobla el metal hasta lograr una curvatura específica, lo que afecta la precisión dimensional. Por lo tanto, los diseños requieren algunas compensaciones para recuperar su forma original y lograr precisión.

Para comprender este fenómeno, es necesario conocer las deformaciones permanentes y elásticas. Las deformaciones elásticas intentan conservar su forma, mientras que las permanentes mantienen la forma deformada sin cambios. Algunos materiales deformados elásticamente alrededor de la línea de flexión intentan volver a su forma original y provocan la recuperación elástica. Además, factores como el método empleado, el radio y las propiedades del material también afectan la recuperación elástica.

Secuencia de curvatura

Se trata de un enfoque sistemático para diseñar múltiples pliegues en una sola chapa sin interferencias ni distorsiones. La secuencia de pliegues implica su secuenciación en función de su tamaño y complejidad. El orden típico es primero el grande y simple y luego el más complejo. La secuencia también está relacionada con la matriz y las herramientas. Debe ser factible con las herramientas correspondientes (matrices y prensa plegadora).

Dirección de grano

Todas las estructuras metálicas son redes cristalinas internas, que son disposiciones repetitivas de átomos. En consecuencia, los granos son las regiones cristalinas individuales dentro del metal. La orientación y la forma de estos granos pueden ser diferentes para cada tipo de material y método de formación, como forja, fundición, etc.

En el plegado de prensas, tener en cuenta la dirección de la fibra para ángulos o curvaturas más cerradas ayuda a reducir el riesgo de fractura. Por otra parte, la dirección de la fibra debe ser perpendicular a la curva para evitar el agrietamiento.

Consejos prácticos para diseñar piezas de chapa doblada

A veces una simple negligencia o error en diseño de chapa puede presentar desafíos para las láminas de metal dobladas. Por lo tanto, cada característica y detalle es importante para la calidad de las piezas finales. 

A continuación se presentan algunos consejos prácticos para el diseño:

Mantener un espesor uniforme

La chapa debe tener un espesor uniforme en toda su sección transversal. De lo contrario, el radio de curvatura será desigual y aumentará el riesgo de que se agriete o se deforme. Normalmente, se puede elegir entre un espesor uniforme de 0.5 a 6 mm.

Radio de curvatura y orientación

Existe un límite determinado de radio de curvatura mínimo y varía según el tipo y el grosor del material. Una regla general es que “El radio mínimo debe ser al menos igual al espesor de la chapa.”. En cuanto a la orientación, mantenga un radio constante en toda la línea doblada y también manténgalos en el mismo plano. 

Evite curvas sucesivas

Si se colocan las curvas demasiado cerca unas de otras en el diseño, pueden producirse problemas de alineación y aumentar la tensión residual. Por ello, es esencial una distancia adecuada entre ellas, al menos tres veces el espesor.

Utilice el alivio de curvatura

Si las curvas están cerca del final, puede romperse o agrietarse debido a una tensión excesiva. Para evitarlo, utilice relieves, como pequeños cortes y muescas al principio y al final de la línea.

Colocación adecuada de orificios y ranuras

Si su diseño incluye orificios y ranuras, debe tener cuidado con su ubicación, como su tamaño y la distancia desde la curva. Los orificios demasiado cercanos a la línea de curvatura pueden provocar distorsión del material.

• Distancia mínima (curva hasta agujero) = 2.5 t + R
• Distancia mínima (ranura al orificio) = 4t + R
• Distancia mínima (borde al agujero) = 3t
• Radio mínimo del agujero (r min.) = 0.5 t

Arriba, t es el espesor de la chapa y R es el radio de curvatura.

Diseño de avellanado

Estas características se pueden lograr mediante mecanizado o punzonado con una prensa plegadora. Existen algunas reglas sobre su colocación en los diseños;

• Profundidad máxima = 0.6 t 
• Distancia mínima desde la curva: 3t
• Distancia mínima desde el borde: 4t
• Distancia entre dos avellanadores = 8t

Dimensiones correctas de los rizos

El rizo se refiere a la curvatura de un rollo circular (hueco) en el borde de una lámina de metal. Se utiliza para mantener la resistencia de los bordes y evitar que queden afilados. Tenga en cuenta los siguientes factores al diseñar una característica de rizo:

• Radio exterior mínimo = 2t
• Distancia mínima (de curvatura a curvatura) = Radio de curvatura + 6t 
• Distancia mínima (del orificio al rizo) = 2 x radio del rizo + t
• Por último, no hay intersección entre el rizo y otras características. 

 Diseño de dobladillos

Los dobladillos son bordes doblados hacia atrás en piezas de chapa metálica, que pueden abrirse o cerrarse. A veces, la unión de dos dobladillos también actúa como sujetadores. Doble la chapa metálica teniendo en cuenta los siguientes criterios:

• Radio interior mínimo = 0.5 t
• Longitud mínima de retorno para el dobladillo cerrado = 4t
• Longitud mínima de retorno para dobladillo abierto = 4t
• Borde interior del doblez hasta el borde exterior del dobladillo = 5t + radio del dobladillo 

Diseño de bridas y chaflanes

Una brida es un borde que se extiende desde el cuerpo principal de una pieza de chapa metálica, generalmente a 90°. Si tiene bridas en el diseño, tenga en cuenta los siguientes límites de dimensionamiento:

• Longitud mínima de brida = 4t
• Radio de curvatura mínimo = t
• Distancia mínima entre curva y brida = 2 t

Pestañas y muescas 

Las lengüetas y las muescas son los elementos de chapa que se utilizan principalmente para unir piezas. Una lengüeta es una pequeña extensión en el borde, mientras que una muesca es un pequeño recorte. Pueden debilitar el material en caso de una colocación inadecuada. Por lo tanto, tenga en cuenta las siguientes reglas de diseño:

• Distancia mínima entre curva y muesca = 3t + radio (R)
• Distancia mínima entre muescas = 3.18 mm 
• Longitud mínima de muesca = 2t 
• Ancho mínimo de entalladura = 1.5 t 
• Longitud máxima de la pestaña y la muesca = 5 x ancho de la pestaña (w)
• Radio de la esquina de la muesca = 0.5 t 

5 Propinas para doblar placas de acero

Doblar placas de acero puede parecer complejo. Sin embargo, con algunos consejos, puede ser fácil. A continuación se presentan algunos consejos que pueden ayudarle con el proceso.

Cuidado con el rebote

Al doblar una hoja, el material debe doblarse más allá de su ángulo requerido. Esto se debe a que la lámina de metal posee una gran capacidad de flexión que le permite volver a su posición original. Por lo tanto, se debe hacer una asignación para tal ocurrencia doblando el material ligeramente por encima de la posición deseada.

¿Es la hoja de metal lo suficientemente maleable?

Doblarse en una esquina afilada rompería la hoja de metal. Por lo tanto, debe evitar esto tanto como sea posible. Sería mejor si considerara el calibre de metal de acero, ya que no todos los materiales serían lo suficientemente maleables para resistir las curvas en las esquinas afiladas.

Utilice siempre una prensa plegadora

Utilice siempre una prensa plegadora cuando corresponda, ya que proporciona apoyo y garantiza un doblado de chapa más limpio y un patrón continuo en las chapas dobladas.

No olvide los orificios de posición del proceso.

Se deben crear orificios de posición de proceso en las piezas dobladas para garantizar el posicionamiento preciso de la lámina de metal en el troquel. Esto eliminaría el movimiento de la lámina de metal durante el proceso de doblado y garantizaría resultados precisos en múltiples láminas de metal.

Asignación de curva

Contabilizar el margen de plegado es importante para saber cómo doblar láminas de metal. Esto garantizaría números más precisos asegurando la precisión en los productos terminados.

Conclusión

Es posible que la demanda de productos hechos a medida nunca disminuya, y los productos metálicos personalizados requieren conocimientos de plegado de chapa metálica. Por lo tanto, este artículo presentó la chapa, su importancia y lo que necesita saber sobre cómo doblar chapa a la forma correcta que desee.

Conocer el proceso no es suficiente. El proceso no es tan sofisticado, ya que no puede intentarlo usted mismo. Sin embargo, para aquellos que valoran la calidad y el tiempo de entrega, Servicios de doblado de metales de RapidDirect Puede ser su vellocino de oro. Con nuestro apoyo de ingeniería, puede convertir sus diseños en realidad y obtener una ventaja competitiva en poco tiempo.

Preguntas Frecuentes