Doblado de chapa metálica en frío

El doblado es una de las operaciones de fabricación de chapa más comunes.

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Estos perfiles de lámina delgada de acero, acostumbran utilizarse en algunos tipos de techos, pisos y muros.

Perfiles de Lamina Delgada de Acero (Chapa Metálica) Doblados en Frío

Al igual que los perfiles de acero laminados en caliente, hay algunos perfiles de acero rolados en frío. Éstos se eleboran doblando láminas delgadas de acero de bajo carbono o baja aleación en casi cualquier sección transversal deseada, como las mostradas en la siguiente Figura :

Perfiles de lámina delgada en acero, doblados en frío

Perfiles doblados en frío

Estos perfiles, que tienen la posibilidad de usarse para los componentes más ligeros, acostumbran utilizarse en algunos tipos de techos, pisos y muros y difieren en espesores entre 0.01 hasta aproximadamente 0.25 plg. Los perfiles más delgados se utilizan con mucha continuidad para algunos paneles estructurales.

Más allá de que el trabajado en frío disminuye algo la ductilidad, además aumenta en alguna medida la resistencia. Bajo algunas condiciones, las informaciónes de diseño van a permitir la utilización de tales resistencias superiores.

Las losas de concreto para piso muchas veces se cuelan sobre cubiertas de acero doblado que sirven como cimbras económicas para el concreto húmedo y que se dejan en el sitio luego de que el concreto fragua. Se tiene numerosos tipos de estas cubiertas, algunas de las cuales se detallan en la siguiente Figura :

Algunos tipos de cubiertas de Acero

Algunos tipos de cubiertas de Acero

Las fracciones con las celdas más profundas tienen la beneficiosa propiedad de que los conductos eléctricos y mecánicos tienen la posibilidad de alojarse en ellas. La utilización de las cubiertas de acero para losas de pisos, se muestra en la construcción compuesta. En esta clase de creación, las vigas de acero se convierten en compuestas con las losas de concreto suministrando transferencia al cortante entre ámbas para que actúen en conjunto como una unidad.

Doblado de chapa metálica : métodos, consejos de diseño y factor K

Métodos de doblado de chapa metálica en Bogotá, Colombia

El doblado es una de las operaciones de fabricación de chapa más comunes . También conocido como prensado, rebordeado, plegado y ribeteado , este método se utiliza para deformar un material a una forma angular. Esto se hace mediante la aplicación de fuerza sobre una pieza de trabajo. La fuerza debe exceder el límite elástico del material para lograr una deformación plástica. Solo entonces puede obtener un resultado duradero en forma de curva.

¿Cuáles son los métodos de plegado más habituales? ¿Cómo afecta la recuperación elástica a la flexión? ¿Qué es el factor k? ¿Cómo calcular la tolerancia de curvatura?

Todas esas preguntas se discuten en este artículo junto con algunos consejos para doblar.

Métodos de flexión y doblado

Hay varios métodos de doblado diferentes disponibles. Cada uno tiene sus propias ventajas. El dilema suele ser entre buscar precisión o simplicidad, mientras que esta última se usa más. Los métodos más simples son más flexibles y, lo más importante, necesitan menos herramientas diferentes para obtener un resultado.

Doblado en V

El doblado en V es el método de doblado más común que utiliza un punzón y un troquel. Tiene tres subgrupos: tocar fondo (prensado inferior), doblar con aire y acuñar. El doblado con aire y el tope representan alrededor del 90% de todos los trabajos de doblado.

La siguiente tabla le ayuda a identificar la longitud mínima de la brida b (mm) y los radios interiores ir (mm) de acuerdo con el espesor del material t (mm). También puede ver el ancho de matriz V (mm) que se necesita para tales especificaciones. Cada operación necesita un cierto tonelaje por metro. Esto también se muestra en la tabla. Puede ver que los materiales más gruesos y los radios interiores más pequeños requieren más fuerza o tonelaje. Las opciones resaltadas son especificaciones recomendadas para doblar metales.

Tabla de fuerzas de flexión con especificaciones recomendadas para doblar metales

Tabla de fuerza de flexión con especificaciones recomendadas para doblar metales

Digamos que tengo una hoja de 2 mm de grosor y quiero doblarla. Para simplificar, también utilizo un radio interior de 2 mm. Ahora puedo ver que la longitud mínima de la brida es de 8,5 mm para tal curvatura, por lo que debo tenerlo en cuenta al diseñar. El ancho de matriz requerido es de 12 mm y el tonelaje por metro es de 22. La capacidad de banco común más baja es de alrededor de 100 toneladas. La línea de flexión de mi pieza de trabajo es de 3 m, por lo que la fuerza total necesaria es 3 * 22 = 66 toneladas. Por lo tanto, incluso un banco simple con suficiente espacio para doblar piezas de 3 m servirá.

Aún así, hay una cosa a tener en cuenta. Esta tabla se aplica a los aceros de construcción con un límite elástico de alrededor de 400 MPa. Cuando desee doblar aluminio, el valor de tonelaje se puede dividir por 2, ya que necesita menos fuerza. Lo contrario sucede con el acero inoxidable : la fuerza requerida es 1,7 veces mayor que las que se muestran en esta tabla.

Prensado Inferior : presionar o golpear el fondo
Doblado de metal por prensado inferior o golpear el fondo
Diferencia de ángulo. Efecto de recuperación elástica

La diferencia de ángulo explica el efecto de recuperación elástica.

El tocar fondo también se conoce como presionar el fondo o golpear el fondo. Como sugiere el nombre "prensado inferior", el punzón presiona la hoja de metal sobre la superficie del troquel, por lo que el ángulo del troquel determina el ángulo final de la pieza de trabajo. Al tocar fondo, el radio interior de la hoja en ángulo depende del radio del dado.

A medida que la línea interior se comprime, necesita más y más fuerza para manipularla más. El fondo hace posible el ejercicio de esta fuerza, ya que el ángulo final está preestablecido. La posibilidad de utilizar más fuerza reduce el efecto de recuperación elástica y proporciona una buena precisión.

El prensado inferior al tocar fondo, un paso importante es calcular la apertura del dado en V.

Ancho de apertura V (mm)

Método / Espesor (mm)

0,5… 2,6

2,7… 8

8.1… 10

Más de 10

Tocando fondo

6t

8t

10t

12t

Flexión de aire

12… 15t

Acuñando

5t

Se ha demostrado experimentalmente que el radio interior es de alrededor de 1/6 del ancho de la abertura, lo que significa que la ecuación se ve así: ir = V / 6.

Doblado parcial o doblado por aire de chapa metálica

Doblado parcial o flexión por aire de una chapa metálica

Flexión por aire

El doblado parcial, o doblado por aire, deriva su nombre del hecho de que la pieza de trabajo en realidad no toca las piezas de la herramienta por completo. En plegado parcial, la pieza de trabajo descansa sobre 2 puntos y el punzón empuja el plegado. Por lo general, todavía se hace con una prensa plegadora, pero no hay necesidad real de un troquel de lados.

La flexión con aire proporciona mucha flexibilidad. Digamos que tiene un troquel y un punzón de 90 °. Con este método, puede obtener un resultado entre 90 y 180 grados. Aunque menos preciso que tocar fondo o acuñar, este tipo de simplicidad es la belleza del método. En caso de que se libere la carga y la recuperación elástica del material dé como resultado un ángulo incorrecto, es fácil de ajustar simplemente aplicando un poco más de presión.

Por supuesto, esto es el resultado de una menor precisión en comparación con tocar fondo (prensado inferior). Al mismo tiempo, la gran ventaja de la flexión parcial es que no es necesario cambiar las herramientas para las curvas de diferentes ángulos.

Diferencias entre doblado o flexion por aire y prensado inferior o golpear el fondo

Diferencias entre flexion por aire y prensado inferior

Acuñación de chapa metálica

La acuñación solía estar mucho más difundida. Era prácticamente la única forma de obtener resultados precisos. Hoy en día, la maquinaria es tan controlable y precisa que estos métodos ya no se utilizan mucho.

Doblado de láminas o chapa de acero por el método de acuñación

Al metal se le da la forma exacta del dado aplicando un gran tonelaje

La acuñación deriva su nombre de las monedas, ya que tienen que ser idénticas para que el dinero falso se distinga del real. La acuñación, al doblar, da resultados igualmente precisos. Por ejemplo, si desea obtener un ángulo de 45 grados, necesita un punzón y un dado con exactamente el mismo ángulo. No hay que preocuparse por la recuperación elástica.

¿Por qué? Porque la matriz penetra en la hoja, presionando una abolladura en la pieza de trabajo. Esto, junto con las elevadas fuerzas empleadas (unas 5-8 veces más que en el plegado parcial), garantizan una alta precisión. El efecto penetrante también asegura un radio interior muy pequeño para la curva.

Doblado en U

Matriz de doblado en U con prensa hidráulica.


La flexión en U es, en principio, muy similar a la flexión en V. Hay un dado y un punzón, esta vez ambos tienen forma de U, lo que da como resultado una curva similar. Esta es una forma muy sencilla de doblar canales en U de acero, por ejemplo, pero no tan común ya que estos perfiles también se pueden producir utilizando otros métodos más flexibles.

Paso de flexión, paso de doblado o doblado escalonado

Doblado escalonado de chapa metálica.


En muchos casos se utiliza la flexión de golpes. Algunos ejemplos incluyen tolvas cónicas y quitanieves. Hace posible la flexión de radio grande con herramientas regulares. La configuración más sencilla hace que el precio sea más económico, especialmente con lotes pequeños.

Doblado de rollos

El doblado de rodillos se utiliza para hacer tubos o conos de diferentes formas. También se puede utilizar para hacer curvas de gran radio, si es necesario. Dependiendo de la capacidad de la máquina y el número de rollos, se pueden realizar uno o más dobleces simultáneamente.

Máquina laminadora mecánica de 3 rodillos.


En el proceso, hay dos rodillos impulsores y un tercero ajustable. Éste se mueve a través de fuerzas de fricción. Si es necesario doblar la pieza en ambos extremos y en la sección media, se requiere una operación adicional. Esto se hace en una prensa hidráulica o en una plegadora. De lo contrario, los bordes del detalle terminarán planos.

Doblado por barrido
Doblado de chapa de metal por barrido

Doblado de chapa de metal por barrido

Doblado por barrido es otra forma de doblar los bordes de las láminas o chapa de metal. Es importante asegurarse de que la hoja esté colocada correctamente en el troquel de barrido. Como resultado, el troquel de barrido también determina el radio interior de la curva. La holgura entre el troquel de barrido y el punzón juega un papel importante para obtener un buen resultado.

Doblado por barrido


Flexión giratoria o doblado rotatorio

Flexión giratoria o doblado rotatorio


Otra forma de doblar los bordes es mediante el doblado giratorio. Tiene una gran ventaja sobre el doblado por barrido o el doblado en V: no raya la superficie del material. De hecho, existen herramientas especiales de polímero disponibles para evitar cualquier tipo de marcación de la herramienta, y mucho menos rayones. Los dobladores giratorios también pueden doblar esquinas más afiladas que 90 grados. Esto ayuda mucho con ángulos tan comunes, ya que la recuperación elástica ya no es un problema.

El método más común es con 2 rollos pero también hay opciones con un rollo. Este método también es adecuado para producir canales en U con bridas cercanas, ya que es más flexible que otros métodos.

Flexión elástica

Al doblar una pieza de trabajo, naturalmente saltará un poco después de que se levante la carga. Por lo tanto, debe compensarse al doblarse. La pieza de trabajo se dobla más allá del ángulo requerido, por lo que toma la forma deseada después de la recuperación elástica.

Flexión elástica

Otra cosa a tener en cuenta aquí es el radio de curvatura. Cuanto mayor sea el radio interior, mayor será el efecto de recuperación elástica. Un golpe afilado da un radio pequeño y alivia la recuperación elástica.

¿Por qué ocurre el springback ("recuperación elástica" en español)? Al doblar piezas, la curva se divide en dos capas con una línea que las separa: la línea neutra. En cada lado, se está produciendo un proceso físico diferente. En el "interior", el material se comprime, en el "exterior", se tira. Cada tipo de metal tiene diferentes valores para las cargas que pueden soportar cuando se comprime o se tira. Y la resistencia a la compresión de un material es muy superior a la resistencia a la tracción.

Como resultado, es más difícil alcanzar una deformación permanente en el lado interior. Esto significa que la capa comprimida no se deformará permanentemente e intentará recuperar su forma anterior después de levantar la carga.

Tolerancia de flexión y factor K

Si diseña sus piezas de chapa metálica doblada en un software CAD que tiene un entorno especial de chapa metálica, utilícelo. Existe por una razón. Al realizar curvas, se tienen en cuenta las especificaciones del material. Toda esta información es necesaria al realizar un patrón plano para corte por láser.

Cálculo del patrón plano a través de la longitid del arco del eje neutral

La longitud del arco del eje neutro se debe utilizar para el cálculo del patrón plano.

Si hace sus dibujos de patrones planos usted mismo, aquí hay algo que debe saber. Doblar alarga el material. Esto significa que la línea o eje neutro, como hablamos en la sección de recuperación elástica, no está realmente en el medio del material. Pero el patrón plano debe formarse de acuerdo con la línea neutra. Y encontrar su posición requiere factor k.

El factor K es una constante empírica, lo que significa que su valor se determinó mediante pruebas. Varía según el material, su espesor, radio de curvatura y método de curvatura. Básicamente, el factor k compensa la línea neutra para proporcionar un patrón plano que refleja la realidad. Al usarlo, obtiene la tolerancia de curvatura que es, en esencia, la longitud del eje neutro curvo.

Fórmula del factor K :
Fórmula del Factor K

k - factor k, constante; ir - radio interior (mm); t - espesor de la hoja (mm)

Fórmulas de tolerancia de pliegue

Para curvas entre 0 y 90 grados, la fórmula es la siguiente:

Fórmulas de tolerancia de pliegue

ß - ángulo de flexión (°)

Para curvas entre 90 y 165 grados, la fórmula es:

Fórmulas de tolerancia de pliegue para curvas entre 90 y 165 grados

Para curvas de más de 165 °, no es necesario calcular las tolerancias de curvatura, ya que el eje neutro permanece prácticamente en el medio del detalle.

Cálculo de la tolerancia de curvatura

Digamos que tiene una parte similar a la de la imagen de arriba: tiene una pata recta de 20 mm y otra de 70 mm. El ángulo de flexión es de 90 °, el espesor de la chapa es de 5 mm y el radio interior es de 6 mm. Queremos saber la longitud final del detalle. Primero, debemos comenzar con el factor k :

Cálculo de tolerancia de curvatura

Otra forma de determinar el factor k es siguiendo la "regla empírica". Simplemente seleccione un factor k de acuerdo con su material de la tabla a continuación. Esto da resultados lo suficientemente precisos para la mayoría de los casos.

Factores k genéricos

Aluminio

Acero

Radio

Materiales blandos

Materiales medianos

Materiales duros

Flexión de aire

0 al espesor

0.33

0.38

0.40

Espesor hasta 3 x espesor

0.40

0.43

0.45

Mayor que 3 x espesor

0.50

0.50

0.50

Prensado inferior

0 al espesor

0.42

0.44

0.46

Espesor hasta 3 x espesor

0.46

0.47

0.48

Mayor que 3 x espesor

0.50

0.50

0.50

Acuñado

0 al espesor

0.38

0.41

0.44

Espesor hasta 3 x espesor

0.44

0.46

0.47

Mayor que 3 x espesor

0.50

0.50

0.50

Ahora podemos pasar a la tolerancia de curvatura :

Tolerancia de curvatura

Para la longitud final, simplemente agregamos las dos longitudes de las piernas al margen de flexión :

Longitudes de las piernas al margen de flexión

Consejos de diseño de chapa metálica para doblar

Al Ud. hablar con su experimentado ingeniero sobre el doblado que ud necesita en chapas metálicas, saque una lista de errores comunes y las soluciones para evitarlos.

Longitud mínima de la brida

Existe una longitud mínima de brida, como ya se indicó anteriormente. Consulte la tabla de fuerza de flexión como guía. Según el espesor, se selecciona el ancho de la matriz. Si diseña una brida que es demasiado corta, “caerá” torpemente en la hendidura y no obtendrá el resultado que busca.

Lados biselados

El chaflán debe detenerse antes de la base del detalle.

Lados biselados

Si desea hacer una brida que tenga uno o dos extremos biselados, la regla anterior de una longitud mínima de brida aún se aplica. Los chaflanes tienen que dejar suficiente espacio para lograr las curvas adecuadas, de lo contrario, se verá deformado y nadie estará realmente satisfecho.

Distancia del agujero desde la curva

Los agujeros cercanos pueden deformarse.

Distancia del agujero desde la curva

Si los agujeros están demasiado cerca de la curva, pueden deformarse. Los orificios redondos no son tan problemáticos como otros tipos, pero es posible que los pernos aún no quepan. Nuevamente, consulte la tabla de fuerza de flexión para conocer las medidas mínimas de la brida y coloque los orificios más lejos que el mínimo.

Distancia del agujero desde la curva

Para evitar confusiones, el orificio rectangular podría estar en ambos lados.

Simetría

Existe un gran peligro en la fabricación de piezas casi simétricas. Si es posible, hazlo simétrico. Si es casi simétrico, el operador de la prensa plegadora puede confundirse. ¿El resultado? Tu parte estará doblada en la dirección incorrecta.

La simetría no se puede garantizar en todos los casos, pero luego asegúrese de que se comprenda fácilmente cómo se debe realizar la fabricación.

Bridas pequeñas en piezas grandes

Una pequeña curva al final de una gran parte puede ocasionar dificultades.

Tuercas de remache

Si usa tuercas remachables cerca de la línea de doblado, se sabe que insertarlas antes de doblar es bueno para asegurar su aplicabilidad. Después de doblar, los agujeros pueden deformarse. Aún así, asegúrese de que las tuercas no estén en el camino de las herramientas al doblar.

Bridas pequeñas en piezas grandes

Una pequeña curva al final de una gran parte puede ocasionar dificultades.

Bridas pequeñas en piezas grandes

Es mejor omitir bridas pequeñas con partes grandes y pesadas. Hace que la fabricación sea muy difícil y es posible que se necesite mano de obra. Pero cuesta más que un simple mecanizado. Como resultado, es más prudente optar por una solución alternativa, si es posible.

Bridas pequeñas en piezas grandes

Consulte la tabla de fuerza de flexión para conocer la longitud mínima de la brida.

Se dobla uno al lado del otro

Si desea incluir curvas sucesivas, compruebe si es factible. Surge un problema cuando no se puede colocar la parte ya doblada en el dado. Si sus curvas miran en la misma dirección, una curva en U, entonces una regla común es hacer que el diseño de la parte intermedia sea más larga que las bridas.

Mantenga las curvas en la misma línea

Esta parte necesita numerosos reajustes.

Mantenga las curvas en la misma línea

Es mejor mantener las curvas en la misma línea en caso de que tenga varias bridas seguidas. Con esto en mente, puede mantener el número de operaciones al mínimo. De lo contrario, el operador debe reajustar las piezas para cada doblez, lo que significa más tiempo y más dinero.

La línea de flexión es paralela a un lado

Este tipo de líneas de flexión dan lugar a resultados inexactos.

La línea de flexión es paralela a un lado

Como dice el titular. Tiene que haber un lado paralelo a su línea de flexión para propósitos de posicionamiento. De lo contrario, alinear la pieza es un verdadero dolor de cabeza y puede terminar con un resultado insatisfactorio.

Relieves de curvatura

Los relieves de curvatura son necesarios.

Relieves de curvatura

Para obtener el mejor resultado, es aconsejable no solo hacer una pequeña incisión cortada con láser, sino también un corte real en los lados de la brida, un alivio de la curvatura. El ancho de tal corte debe estar por encima del grosor del material. Esto asegura que no haya desgarros ni deformaciones en el doblez final. Otra buena práctica aquí es incluir pequeños radios en los relieves de curvatura, ya que también alivian la tensión del material.

Doblar una caja

Pequeños huecos garantizan un trabajo factible.

Doblar una caja

Al doblar una caja, deben dejarse pequeños espacios entre las bridas. De lo contrario, la última curva puede chocar con las existentes, rompiendo toda la estructura.

Compruebe el patrón plano

Una cosa a tener en cuenta es cambiar su vista CAD a patrón plano de vez en cuando. Hay muchas ventajas en eso. En primer lugar, si se deja llevar por sus bridas, puede terminar con algo que no puede existir en un patrón plano. Lo que no puede existir en un patrón plano, no puede existir de otra manera.

Mide el diseño. Quizás pueda ajustar el diseño para un ajuste óptimo. Trate de evitar ir por una hoja más grande si el tamaño más pequeño está a su alcance. ¿Quizás podrías colocar 2 piezas en la misma hoja, si solo quitas unos pocos milímetros? Se reflejará en la cotización del precio final.

Regla de oro para el radio mínimo de curvatura

Mantenlo simple. ¿Qué podría ser más simple que elegir el radio interior (ir) al igual que el grosor del material? Esto evita problemas posteriores, pensamientos excesivos y errores tontos. Bajar por debajo de ese valor puede traerle problemas. Un radio más grande solo hará que algunos otros cálculos sean un poco más difíciles.

Dirección de flexión
Dirección de flexión

Doblar perpendicular a rodar.

No debe diseñar sus curvas en la misma dirección en que se realizó el laminado del material. Esto es especialmente importante con el aluminio y Hardox . Por supuesto, todos conocemos la carcasa de aluminio con 4 lados que significa operaciones de plegado contrarias a lo que sugerimos. Aún así, es mejor evitarlo si es posible. El resultado puede ser superficies irregulares o incluso grietas.

Aunque los ingenieros de fabricación se preocupan por notar estas cosas, es bueno que lo note usted mismo. Ayuda a tener en cuenta el uso de materiales.

Dobladillo

Deje un radio interior, si es posible.

Dobladillo

Si desea fortalecer los bordes de su hoja de metal, el dobladillo es una excelente opción. Aún así, se aplican algunos consejos. Es mejor dejar un pequeño radio dentro del dobladillo. Triturar completamente el radio requiere una gran potencia y tonelaje. Además, pone el material en peligro de agrietarse. Dejar un radio, por otro lado, alivia este peligro.

Considere el material

Las láminas de acero estructural delgadas habituales de 1… 3 mm pueden soportar prácticamente cualquier cosa. Después de eso, necesitas hacer tu investigación. Algunos materiales son mucho más caprichosos en cuanto a la forma en que se manejan. Obtener un buen resultado depende de sus conocimientos y de la ayuda que pueda brindarle su ingeniero de producción.

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