Guía de diseño de chapa metálica

Una guía detallada para ayudarlo a optimizar el diseño de su pieza para la fabricación de chapa.

1.Introducción

2.¿Qué es la fabricación de chapa metálica?

3.Selección de material

4.Limitaciones de diseño para chapa

5.Acabados superficiales

6.Consejos rápidos para la fabricación de chapa metálica

Introducción

Antes de que se puedan producir piezas de chapa en el taller, se necesita un diseño viable que cumpla con las tolerancias y capacidades del proceso de fabricación.

Al reconocer y adherirse a las limitaciones de la fabricación de láminas de metal en la etapa de diseño, se reduce el riesgo de desafíos que surgen en la etapa de fabricación, lo que resulta en un proceso de fabricación más eficiente en tiempo y costo.

Hemos elaborado una guía de diseño completa parafabricación de chapa que ayudará a nuestros clientes a aprovechar al máximo nuestros servicios de fabricación para una variedad de productos metálicos. Nuestra guía de diseño de fabricación de chapa metálica cubrirá los fundamentos de la fabricación de chapa metálica, incluidas las diversas herramientas utilizadas en el proceso; qué materiales ofrecemos y cómo elegir el mejor metal para su proyecto; limitaciones de diseño para el proceso; acabados superficiales disponibles y más.

En RapidDirect, queremos que nuestros servicios se adapten a sus necesidades y eso implica mantener la producción lo más fluida y eficiente posible para entregar sus prototipos de metal y productos terminados.

¿Qué es la fabricación de chapa metálica?

La fabricación de láminas de metal es un proceso de fabricación común en el que piezas delgadas y planas de metal se forman en estructuras utilizando una variedad de técnicas, que incluyen punzonado, estampado, corte y doblado.

Los diversos procesos involucrados en la fabricación de láminas de metal brindan versatilidad, lo que permite producir una amplia gama de piezas y productos. Esto, en combinación con la naturaleza maleable de las láminas de metal, significa que las posibilidades de diseño para la fabricación de láminas de metal son enormes.

Algunas de las áreas de aplicación más comunes para componentes de chapa metálica se encuentran en los sectores de la automoción, aeroespacial, médico y arquitectónico. Las piezas de chapa metálica son conocidas por su precisión, durabilidad y resistencia, propiedades que son cruciales para las aplicaciones de uso final en las industrias mencionadas.

Como la mayoría de los procesos de fabricación actuales, la fabricación de chapa comienza con un modelo CAD en 3D. Cuando se cumplen todas las especificaciones de diseño y se verifica el modelo 3D, el archivo CAD se convierte en código de máquina que instruye a las herramientas de punzonado, estampado, corte o doblado sobre cómo manipular la materia prima. Luego, la pieza se puede terminar utilizando una variedad de tratamientos de acabado de superficie.

Antes de profundizar en las limitaciones de diseño y los consejos para la fabricación de chapa, aquí hay una breve descripción de las diversas técnicas involucradas en el proceso:

Puñetazos

El proceso de punzonado consiste en colocar una hoja de metal entre un punzón y una matriz, que se montan dentro de una prensa. Tanto el punzón como el troquel tienen la misma forma, aunque varían gradualmente en tamaño, de modo que cuando se presiona el punzón en el troquel, se crea un agujero o depresión en la chapa.

Corte

En la fabricación de chapa, se utilizan muchos tipos de herramientas para cortar chapa a medida. Para metales más blandos, incluso es posible utilizar tijeras de hojalata manuales, aunque las herramientas de corte más sofisticadas, como chorros de agua de alta velocidad, láseres y herramientas de corte por plasma, son más comunes para la fabricación industrial.

Estampado

En el proceso de estampado, se coloca una pieza de material de chapa en una prensa de estampado que da al metal la forma neta deseada utilizando matrices macho y hembra.

Doblado

Como su nombre lo indica, el plegado es un proceso de fabricación en el que las láminas de metal se doblan utilizando frenos o prensas. Los tipos más comunes de curvas son en forma de V, en forma de U y en forma de canal.

Selección de material

En términos de materiales, la fabricación de láminas de metal está limitada por los tipos de metales que se fabrican como material de lámina. Los materiales más comunes para el proceso son el acero (especialmente el acero inoxidable), el aluminio y el cobre. En RapidDirect, ofrecemos una gama de grados para cada material:

Acero

•Acero inoxidable 301

•Acero inoxidable 316 / 316L

•Acero inoxidable 304

•Acero 1018

Aluminio

•Aluminio 5052

Cobre

•Cobre 101

•Cobre C110

•Cobre 260 (latón)

Al elegir con qué material trabajar para una pieza determinada, es importante considerar las propiedades de cada tipo de chapa. El acero inoxidable, por ejemplo, ofrece una excelente resistencia a la corrosión y buena soldabilidad. El aluminio, por su parte, es fácil de formar como chapa debido a su ductilidad. También es uno de los metales más rentables para trabajar. El cobre, incluida su aleación de latón, es una lámina de metal popular debido a su resistencia a la corrosión y conductividad.

Además del tipo de metal, las láminas de metal también se distinguen por el calibre, o el espesor del metal. Los espesores de las chapas metálicas suelen variar entre 0,006 y 0,25 pulgadas (0,15 y 6,35 mm). Sin embargo, los números de calibre no representan la medición del espesor. Por lo general, oscilan entre 3 y 38, y el número de calibre más alto corresponde a la pieza más delgada de chapa.

Limitaciones de diseño para la fabricación de chapa metálica

La fabricación de láminas de metal es un enfoque de fabricación versátil para producir una amplia gama de piezas metálicas. Como todos los procesos de producción, la tecnología tiene ventajas y desventajas. Sin embargo, al conocer las limitaciones y tolerancias del proceso, es posible diseñar productos que maximicen la fabricación de chapa.

Espesor del material

Al diseñar una pieza para la fabricación de chapa, es fundamental asegurarse de que el grosor de la pared de la pieza sea consistente en toda su geometría. Esto se debe a que las piezas se fabrican a partir de una pieza de chapa metálica que se dobla, corta o estampa para darle forma.

Radio de doblaje

Siempre que sea posible, es útil asegurarse de que todas las curvas estén diseñadas para seguir la misma dirección, de modo que la pieza no tenga que reorientarse durante la producción. Además, al mantener el mismo radio de curvatura en el diseño de una pieza, los costos de producción se pueden mantener bajos. Al diseñar una pieza con curvas, también es útil mantener un radio de curvatura interior que sea al menos equivalente en tamaño al grosor de la chapa.

Chinos

En la fabricación de láminas de metal, los rizos se utilizan para hacer bordes redondeados y seguros para las piezas. Al integrar rizos en un diseño, es importante asegurarse de que el radio exterior del rizo sea al menos el doble del grosor de la chapa y que los agujeros en el diseño de la pieza se coloquen a una cierta distancia del rizo (al menos la distancia del radio de curvatura + el espesor de la hoja).

Dobladillos

Al igual que los rizos, los dobladillos se integran en las piezas de chapa para que los bordes de las piezas sean seguros para su manipulación. Hay varios tipos de dobladillos, incluidos dobladillos abiertos, planos y con lágrimas. A diferencia de los rizos, que no tienen borde en bruto, los dobladillos deben tener bordes expuestos. Para dobladillos abiertos, el diámetro interior debe ser al menos tan grande como el grosor del material, mientras que la longitud del dobladillo debe ser al menos cuatro veces el grosor del metal. Para dobladillos de lágrima, se aplican las mismas medidas, así como una abertura de al menos un cuarto del grosor.

Avellanadores

Al integrar avellanadores en el diseño de una pieza, se deben tener en cuenta varios factores, incluido el ángulo de la abertura, el diámetro del orificio y la ubicación de múltiples avellanadores. Aunque menos precisas que el mecanizado CNC, las herramientas de perforación son efectivas y más asequibles para producir avellanadores. Para mantener los costos reducidos, también es útil mantener las dimensiones estándar del avellanado. En términos de dimensiones, los avellanadores pueden tener hasta 0,6 veces el grosor de la chapa y deben colocarse al menos ocho veces el grosor del material entre sí. También vale la pena señalar que los avellanadores deben tener al menos 4 veces el grosor del metal desde un borde y tres veces el grosor de una curva.

Agujeros

En la fabricación de láminas de metal, los orificios se utilizan comúnmente para piezas que requieren montaje o cableado. La fabricación de los orificios se puede realizar con un taladro o una herramienta de perforación, la última de las cuales es más rentable, aunque da como resultado un ligero estrechamiento en la parte inferior del orificio. Al diseñar piezas con agujeros, los diámetros de los agujeros deben ser al menos tan grandes como el espesor del material. Para asegurarse de que los orificios no se deformen, deben colocarse a una cierta distancia de las curvas (al menos 2,5 veces el grosor del metal + el radio de curvatura). Los orificios perforados también deben colocarse al menos 2 veces el grosor de la hoja lejos de los bordes para evitar que se deformen.

Muescas y alivio de curvatura

Las muescas se utilizan generalmente en la fabricación de chapas metálicas para facilitar los dobleces o el ensamblaje de piezas. El proceso utiliza una punzonadora para quitar material del borde exterior del material de metal. Los relieves de curvatura, por su parte, son útiles para garantizar que una transición de curvatura a una superficie plana no se rasgue ni se rompa en su intersección. Los relieves de los pliegues deben ser al menos tan profundos como el radio del pliegue y al menos tan anchos como el espesor del material.

Acabados de superficies de chapa metálica

Una vez que se han formado las láminas de metal en la forma deseada, existen varios procesos de acabado opcionales que se pueden utilizar para mejorar o modificar la calidad de la superficie de la pieza. Los tratamientos de acabado de superficies no solo pueden alterar el acabado estético de los componentes metálicos, sino que también pueden cambiar las propiedades de la pieza, ofreciendo más resistencia al desgaste, mejor conductividad y más.

Bead Blast

Este tratamiento de acabado consiste en soplar pequeñas perlas de vidrio contra la superficie de la pieza de chapa de forma controlada. Esta técnica da como resultado una superficie lisa con una textura mate. En el granallado con perlas, se utilizan diversos materiales, como arena, granate, cáscaras de nuez y perlas de metal, para limpiar las piezas o prepararlas para tratamientos superficiales posteriores.

La capa del polvo

En el proceso de recubrimiento en polvo, la pintura en polvo se rocía directamente sobre la pieza, que luego se cuece en un horno, formando una capa duradera, resistente al desgaste y resistente a la corrosión. Una amplia variedad de opciones de color están disponibles en el proceso de recubrimiento en polvo.

Anodización (Tipo II o Tipo III)

La anodización proporciona una excelente resistencia a la corrosión de las piezas de chapa, mejorando la dureza y la resistencia al desgaste de la superficie al tiempo que disipa el calor. La anodización es el tratamiento de superficie más común para pintar e imprimar, ya que proporciona un acabado superficial de alta calidad. RapidDirect ofrece dos tipos de anodización: Tipo II, que es resistente a la corrosión; y el Tipo III, que es más grueso y agrega una capa resistente al desgaste. Ambos procesos de anodización permiten una amplia gama de acabados de color.

Película química (revestimiento de conversión de cromato)

Las películas químicas son resistentes a la corrosión y proporcionan buena conductividad. El proceso de recubrimiento da como resultado un acabado de superficie dorado y se usa principalmente como base para pintura.

Personalizado

Los clientes de RapidDirect también pueden elegir un proceso de acabado personalizado según sus requisitos. Nuestros expertos trabajarán con los clientes para lograr solicitudes de acabado específicas, como limpieza de superficies, brillo mejorado, decapado, resistencia a la corrosión, resistencia al deslustre y vulcanización.

Consejos rápidos para maximizar su fabricación de chapa

Mantente constante

Mantener los mismos radios de curvatura, avellanado y diámetros de orificio en el diseño de una pieza reducirá la necesidad de múltiples cambios de herramienta, lo que dará como resultado un proceso de producción más rápido y económico.

No olvides los relieves

Los relieves de curvatura son una característica integral que ayuda a garantizar que una pieza cumpla con su intención de diseño sin el riesgo de rasgarse o romperse. Las características de diseño simples deben integrarse siempre que una curva se convierta en una superficie plana.

Asegurar espacios libres

En el proceso de diseño, es importante asegurarse de que las características de diseño, como orificios, avellanados y muescas, no se integren demasiado cerca de las curvas o bordes. No cumplir con estos espacios libres puede resultar en deformaciones del agujero y bordes abultados.

Revisa tus rincones

Aunque es posible dejar piezas de chapa metálica con bordes afilados, es más rentable diseñar piezas con filetes de esquina. Estos filetes deben medir aproximadamente la mitad del grosor de la chapa.

Proporcionar un diseño plano

Si es posible, proporcione un diseño plano del diseño de su pieza para permitir una mejor planificación de la producción. Un diseño plano es esencialmente el aspecto que tendrá la pieza terminada antes de que se le dé forma. Este diseño incluirá cortes, muescas, agujeros, etc. y permitirá al fabricante estimar mejor los costos y planificar la producción.