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En primer lugar, establezcamos algunas definiciones fundamentales.
¿Qué es la chapa metálica?
La chapa metálica es una pieza plana y laminada de metal espesor uniforme, que suele oscilar entre 0,5 y 6 mm. Y esa es la parte importante. Cualquier espesor inferior se considera generalmente lámina (como en el caso del papel de aluminio), mientras que un espesor superior se considera placa. Tenga en cuenta que algunas fuentes citan cifras ligeramente diferentes.
Aunque este artículo se centra en los procesos de chapa metálica, también abordaremos algunos métodos que se aplican habitualmente a placas más gruesas debido a la naturaleza flexible del término «fabricación en chapa metálica» en sí mismo.
Comprender la diferencia entre calibres (galgas) y milímetros
Más allá del sistema métrico, el espesor de los materiales se mide comúnmente en pulgadas o utilizando números de galga en el sistema americano. Sin embargo, los números de galga o calibre pueden resultar confusos, ya que un mismo número de calibre corresponde a diferentes espesores reales dependiendo del material.
Especifique siempre el espesor de la chapa en milímetros (mm) o pulgadas, no en galga. Por ejemplo, una chapa de aluminio de «calibre 10» tiene un espesor aproximado de 2,6 mm, mientras que una chapa de acero de «calibre 10» tiene un espesor aproximado de 3,4 mm. Especificar unidades precisas evita confusiones y posibles errores en la fabricación.
Para convertir calibres, consulte una norma de espesor de chapa y tablas de calibres fiable.
La razón por la que la fabricación en chapa metálica desempeña un papel tan importante en la industria es su versatilidad y su coste. Por un lado, las chapas metálicas se pueden cortar, doblar, estirar, estirar, unir y acabar para convertirlas en cualquier cosa, desde un panel de carrocería de automóvil hasta la más simple chapa plana lateral de una cinta transportadora. En segundo lugar, hay muchas propiedades materiales disponibles, algunas inherentes al propio material (acero frente a cobre frente a aluminio, etc.) y otras derivadas del tratamiento térmico.
Materias primas: láminas frente a bobinas
La chapa metálica se suministra principalmente en dos formas: bobinas y láminas. Las bobinas se utilizan principalmente en procesos de fabricación continuos y de alta velocidad, como el estampado y el laminado, que requieren que el material se procese en forma de tira larga e ininterrumpida. Las chapas, por otro lado, son las preferidas para la mayoría de los demás procesos de fabricación de chapa metálica, incluyendo operaciones de corte, plegado y punzonado individuales o en lotes pequeños.
Las láminas suelen venir en tamaños estándar, siendo 1500 x 3000 mm uno de los tamaños más comunes. Tener en cuenta estas dimensiones estándar durante la fase de diseño es fundamental para optimizar el uso del material y gestionar los costes de forma eficaz.
No tener en cuenta los tamaños estándar de las chapas metálicas durante la fase de diseño puede aumentar significativamente los costes de su proyecto. Una mala planificación puede dar lugar a un exceso de residuos de material, a un sobrecoste por tamaños personalizados difíciles de encontrar o a la necesidad de realizar procesos de soldadura innecesarios más adelante.
Procesos de corte de chapa metálica
Una vez seleccionado el material, el primer paso de fabricación es casi siempre el corte. La elección del método de corte es una decisión crítica que se basa en varios factores clave:
- Compatibilidad de materiales
- Espesor del material
- Velocidad y volumen de producción requeridos
- Calidad deseada y acabado de los bordes
- Requisitos de tolerancia
- Geometría de la pieza
- Coste por pieza
Corte por láser
El corte por láser es un proceso de corte térmico que utiliza un rayo láser enfocado para fundir el material con una precisión y velocidad excepcionales. Es uno de los métodos más comunes para cortar chapas metálicas debido a su versatilidad, exactitud, rentabilidad y capacidad para trabajar con una amplia variedad de materiales.
Cómo funciona
El corte por láser se basa en la generación de un haz de luz de alta intensidad que se concentra en un punto extremadamente pequeño, generalmente de unos 0,2 mm de diámetro. Esta energía focalizada funde el material, mientras que un gas de asistencia a alta presión, como oxígeno, nitrógeno o aire comprimido, y expulsa el metal fundido de la ranura de corte (kerf). Este chorro de gas impide que el material se solidifique nuevamente, garantizando así un borde limpio y preciso.
Existen tres tipos principales de sistemas láser:
Láseres de CO2
Los láseres de CO2 son la tecnología más consolidada y funcionan con una longitud de onda de 10,6 micrómetros. Son muy versátiles y pueden cortar materiales no metálicos, como madera y plásticos, pero también son potentes cortadores de metales, capaces de procesar acero de hasta 30 mm.
Sin embargo, son menos eficaces en metales reflectantes; los límites de espesor para el aluminio y el latón suelen rondar los 10 mm, y el cobre está limitado a 4-5 mm. Los sistemas de CO2 también requieren un mantenimiento regular (por ejemplo, de los espejos y los tubos resonadores) y consumen más electricidad que las tecnologías más recientes.
Láseres de fibra
Los láseres de fibra son una tecnología de estado sólido que funciona a una longitud de onda de 1,07 micrómetros. Esta longitud de onda es mucho mejor absorbida por metales reflectantes como el aluminio, el cobre y el latón, lo que hace que los láseres de fibra sean muy eficaces para estos materiales.
Son 2-3 veces más rápidos que los láseres de CO2 en chapas metálicas más finas y son significativamente más eficientes desde el punto de vista energético. Al no tener espejos que alinear, requieren un mantenimiento mínimo. Su principal limitación es un espesor máximo menor en acero (normalmente 20-25 mm) en comparación con los láseres de CO2 de alta potencia.
Láseres Nd:YAG
Los láseres de neodimio:itrio-aluminio-granate (Nd:YAG) también pertenecen a la categoría de estado sólido. Ofrecen una excelente calidad de haz y un control preciso del pulso, lo que los hace idóneos para aplicaciones de alta precisión o para el corte de láminas muy delgadas. Sin embargo, su potencia es generalmente inferior a la de los sistemas de CO₂ o fibra, y sus costes operativos son elevados debido al desgaste de componentes como lámparas o diodos. Por ello, su uso se limita a tareas especializadas en las que se requiere una precisión extrema.
Ventajas y limitaciones del corte por láser
| Ventajas | Limitaciones |
| Alta precisión: permite tolerancias ajustadas, habitualmente de ±0,1 mm. | Zona afectada por el calor (HAZ): aunque estrecha (0,1–0,5 mm), puede alterar propiedades locales. |
| Excelente calidad de borde: cortes limpios, definidos y con escasa rebaba. | Límites de espesor: menos eficaz en placas muy gruesas (superiores a 25–30 mm). |
| Alta velocidad de corte: especialmente eficaz en materiales de espesor fino o medio. | Problemas con materiales reflectantes: metales como cobre o latón presentan dificultades, sobre todo con láseres de CO₂. |
| Baja distorsión: la pequeña HAZ y la alta velocidad permiten un aprovechamiento óptimo del material. | Riesgo de deformación: en chapas muy delgadas (<1 mm), si no se controla bien el calor. |
| Versatilidad: apto para una amplia gama de materiales, incluidos plásticos y madera (con láser CO₂). | Emisión de humos: requiere sistemas de ventilación y filtrado adecuados por motivos de seguridad. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
El rango ideal para el corte de metales suele estar entre 0,5 mm y 25 mm. Aunque los láseres industriales de alta potencia pueden cortar placas más gruesas, la velocidad de corte disminuye y la calidad del corte se deteriora.
Las láminas finas (menos de 1 mm) requieren un control preciso de los parámetros para evitar deformaciones por distorsión térmica. En general, el corte por láser es ideal para piezas que requieren formas complejas, alta precisión y un acabado limpio de los bordes que necesite un mínimo de posprocesamiento.
Aplicaciones industriales
El corte por láser se utiliza en casi todos los sectores. Entre sus aplicaciones más comunes se incluyen:
- Automoción: soportes de precisión, componentes de escape y piezas prototipo.
- Aeroespacial: componentes estructurales ligeros y piezas de motores que requieren alta precisión.
- Electrónica: carcasas, chasis, disipadores térmicos y blindaje EMI.
- Construcción: paneles decorativos, componentes de climatización y trabajos metálicos a medida.
Corte por plasma
El corte por plasma es un proceso de corte térmico muy utilizado en la industria pesada y la construcción. Aunque es menos preciso que el corte por láser, destaca por su rapidez a la hora de cortar metales gruesos y conductores de la electricidad.
Cómo funciona
El corte por plasma utiliza un chorro de gas ionizado a alta velocidad (plasma) para fundir y expulsar el material del corte. El proceso comienza pasando un arco eléctrico a través de un gas comprimido (como nitrógeno, argón o aire), lo que ioniza el gas y lo calienta a temperaturas extremas, que a menudo superan los 20.000 °C.
El electrodo y la boquilla de la antorcha de corte crean el arco. Dado que el plasma resultante es conductor de la electricidad, mantiene el arco entre la antorcha y la pieza metálica. Este principio de funcionamiento significa que el corte por plasma está limitado a materiales conductores de la electricidad. Con los sistemas adecuados, puede cortar espesores de hasta más de 100 mm.
Los sistemas modernos utilizan un «arco piloto» (una pequeña chispa de plasma) para iniciar el arco de corte principal al entrar en contacto con la pieza de trabajo.
Ventajas y limitaciones del corte por plasma
| Ventajas | Limitaciones |
| Alta velocidad de corte: especialmente eficaz en materiales de gran espesor. | Ranura (kerf) de corte ancha: el ancho del corte es mayor que el del láser, lo que reduce la precisión. |
| Capacidad para materiales gruesos: puede cortar acero de hasta 100 mm o más. | Zona afectada por el calor amplia: mayor alteración térmica del material base. |
| Rentabilidad en placas gruesas: suele ser más económico que el láser a partir de 10 mm. | Calidad de borde inferior: puede generar escoria y un biselado leve, lo que requiere posprocesado. |
| Apto para metales conductores: corta todos los metales conductores, incluidos los reflectantes. | Solo materiales conductores: no puede cortar plásticos, madera ni otros materiales no metálicos. |
| Portabilidad: existen equipos compactos para trabajos en campo. | Emisión de humos y luz de arco: requiere ventilación adecuada y protección visual. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
El corte por plasma es compatible con todos los metales conductores de electricidad. El acero al carbono se corta bien utilizando aire comprimido u oxígeno. El acero inoxidable y el aluminio obtienen mejores resultados (oxidación minimizada y mejor calidad de los bordes) utilizando nitrógeno o mezclas de gas argón/hidrógeno.
Mientras que el corte por láser es cada vez más competitivo hasta los 25-30 mm, el verdadero «punto óptimo» del corte por plasma se encuentra en el rango de espesores de 10 mm a 50 mm.
En láminas finas, la elevada entrada de calor puede provocar una deformación significativa. En materiales de más de 50 mm de espesor, el borde cortado suele presentar un bisel (angularidad) y una rugosidad notables. Por eso es una opción muy popular para aplicaciones estructurales en las que se prioriza la funcionalidad y la resistencia frente a la estética.
Aplicaciones industriales
El corte por plasma es un proceso ideal para aplicaciones de alta resistencia:
- Construcción pesada: fabricación de acero estructural, corte de placas.
- Construcción naval: placas del casco, componentes estructurales.
- Equipos industriales: recipientes a presión, tanques de almacenamiento.
- Automoción: piezas para camiones pesados, componentes de chasis.
- Fabricación general: soportes, marcos y otros componentes de chapa gruesa.
Corte con llama
El corte con llama, también denominado oxicorte, es un proceso térmico utilizado principalmente para cortar placas gruesas de acero al carbono. Aunque no suele ser la primera opción para chapas delgadas, se trata de un método económico y portátil, especialmente útil en trabajos de campo o en talleres dedicados a la fabricación de estructuras pesadas.
Cómo funciona
El corte con oxiacetileno y el corte con llama son términos intercambiables, ya que ambos describen el proceso de forma exhaustiva. El corte con oxiacetileno utiliza una llama de alta temperatura procedente de un gas combustible (como el acetileno, el propano o el gas natural) para calentar el acero dulce hasta su temperatura de ignición, que ronda los 900 °C.
Una vez alcanzada esta temperatura, se dirige hacia el punto un chorro independiente de oxígeno puro a alta presión. Esto desencadena una rápida reacción de oxidación (en la práctica, un proceso controlado de oxidación o combustión a alta velocidad) que corta el material. La llama de precalentamiento y el chorro de oxígeno trabajan conjuntamente para avanzar a lo largo de la trayectoria de corte.
Este proceso se limita al acero al carbono y al acero de baja aleación. Funciona mejor con acero dulce (menos del 0,25 % de carbono), ya que un contenido más alto de carbono (más del 0,6 %) interfiere con el proceso y requiere precalentamiento. No es adecuado para acero inoxidable, aluminio u otros metales no ferrosos. Elementos como el cromo o el níquel forman una capa protectora de óxido que resiste la reacción de oxidación, lo que impide el corte.
Ventajas y limitaciones del corte con llama
| Ventajas | Limitaciones |
| Capacidad para cortar espesores extremos: ideal entre 10–150 mm, puede superar los 300 mm. | Solo apto para acero al carbono: no puede cortar acero inoxidable, aluminio ni metales no ferrosos. |
| Bajo coste de equipo: el soplete y los sistemas de manejo de gas son económicos. | Corte ancho: genera una ranura de corte (kerf) amplia (más de 3 mm), lo que reduce la precisión. |
| Portabilidad: equipos manuales y móviles, perfectos para trabajos en campo. | Zona afectada por el calor (HAZ) muy extensa: altera significativamente las propiedades del material cerca del corte. |
| No requiere electricidad: funciona únicamente con gases combustibles y oxígeno, útil en lugares sin suministro eléctrico. | Calidad de borde deficiente: deja bordes rugosos, biselados y con escoria, que requieren mucho posprocesado. |
| Herramienta versátil: el mismo soplete puede adaptarse para soldadura o precalentamiento. | Velocidad de corte lenta: mucho más lento que el plasma en espesores similares. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
El corte con soplete es más eficaz en acero dulce con un bajo contenido en carbono (inferior al 0,25 %). Aunque también se pueden cortar aceros con mayor contenido en carbono, estos requieren un precalentamiento cuidadoso y un enfriamiento controlado para evitar grietas y fragilidad.
La principal ventaja de este proceso es para materiales de más de 25 mm de espesor, donde otros métodos resultan menos económicos o más lentos. La calidad del corte es relativamente pobre y no es adecuada para componentes de precisión o chapas metálicas de calibre fino.
Aplicaciones industriales
Dada su capacidad para trabajar con chapas gruesas y pesadas, el corte con llama se utiliza casi exclusivamente en industrias pesadas:
- Construcción: corte de vigas de acero estructural y chapas gruesas.
- Maquinaria pesada: fabricación de componentes de chasis y soportes gruesos.
- Demolición y desguace: segmentación de grandes estructuras metálicas para su retirada.
- Construcción de puentes: corte y ajuste in situ del acero estructural.
Corte por chorro de agua
El corte por chorro de agua es un proceso de erosión mecánica que corta materiales utilizando un chorro de agua a alta velocidad. A diferencia de los métodos térmicos (láser, plasma), no genera una zona afectada por el calor (HAZ). Esto, combinado con su capacidad para cortar casi cualquier material, lo convierte en un proceso esencial para aplicaciones especializadas.
Cómo funciona
Los sistemas de chorro de agua funcionan de dos maneras: con agua pura y con abrasivo.
- El chorro de agua puro utiliza un chorro de agua presurizado a 210-620 MPa (30 000-90 000 psi), enfocado a través de un pequeño orificio (de alrededor de 0,2 mm) para cortar materiales blandos como espuma y caucho.
- El chorro de agua abrasiva, método utilizado para la fabricación de chapas metálicas, introduce un abrasivo (normalmente granate) en el chorro de agua a alta presión. Esta mezcla de agua y partículas abrasivas erosiona el material mediante impactos a alta velocidad.
Se trata de un método de corte mecánico, sin fusión ni reacciones químicas. El cabezal de corte, controlado por código G, bombardea el material, erosionándolo para crear un corte preciso sin distorsión térmica.
Ventajas y limitaciones del corte por chorro de agua
| Ventajas | Limitaciones |
| Sin zona afectada por el calor (HAZ): al ser un proceso en frío, no altera ni distorsiona las propiedades del material. | Velocidad de corte lenta: especialmente en materiales gruesos, es mucho más lento que el láser o el plasma. |
| Versatilidad de materiales: puede cortar prácticamente cualquier material: metales, cerámicas, vidrio, piedra, compuestos, etc. | Coste operativo elevado: el consumo de abrasivo y el mantenimiento de las bombas de alta presión encarecen el proceso. |
| Excelente calidad de borde: produce acabados suaves y limpios, que a menudo no requieren posprocesado. | Riesgo de conicidad: en materiales muy gruesos puede aparecer un ángulo en el borde, aunque los cabezales de 5 ejes lo corrigen. |
| Capacidad para materiales gruesos: puede cortar metales de hasta 250 mm de espesor. | Ruido elevado: el proceso es muy ruidoso y requiere protección acústica adecuada. |
| Alta precisión: alcanza tolerancias muy ajustadas, ideales para piezas complejas o de alta exigencia. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
El corte por chorro de agua es la solución ideal para materiales que son difíciles o imposibles de cortar con procesos térmicos. Esto incluye aceros para herramientas, titanio, aleaciones exóticas y compuestos.
El chorro de agua es el proceso ideal para materiales sensibles al calor (como piezas tratadas térmicamente o aleaciones en las que se debe preservar el temple) y para diseños en los que no se acepta ninguna distorsión térmica ni cambio en las propiedades del material (HAZ).
La calidad de corte es excepcional, especialmente cuando se utilizan velocidades de corte más lentas, lo que también produce una excelente perpendicularidad de los bordes (conicidad mínima).
Aplicaciones industriales
- Aeroespacial: corte de componentes de titanio, piezas compuestas y soportes de alta precisión.
- Dispositivos médicos: fabricación de instrumentos quirúrgicos, implantes y componentes de precisión.
- Herramientas y matrices: corte de aceros endurecidos para herramientas y componentes de herramientas complejos.
- Fabricación general: piezas de bajo volumen y alta precisión fabricadas con materiales diversos o difíciles de cortar.
Después de haber analizado los cuatro métodos principales de corte, vamos a concluir comparándolos directamente:
Corte de chapa metálica: comparación de procesos
| Parámetro | Corte por láser | Corte por plasma | Corte por llama | Corte por chorro de agua |
| Tipo de proceso | Térmico (fusión) | Térmico (arco de plasma) | Térmico (oxidación) | Mecánico (erosión) |
| Precisión | ±0,1 mm | ±0,2 mm | ±1–3 mm | ±0,05–0,1 mm |
| Espesor máx. acero | 25–30 mm | Más de 100 mm | Más de 300 mm | Más de 250 mm |
| Espesor máx. aluminio | 20–25 mm | Más de 100 mm | No puede cortar | Más de 250 mm |
| Espesor máx. inox | 15–20 mm | 50–80 mm | No puede cortar | Más de 200 mm |
| Zona afectada por calor (HAZ) | 0,1–0,5 mm | 1–3 mm | 3–8 mm | Ninguna |
| Ancho de corte (kerf) | 0,1–0,5 mm | 1–8 mm | 3–10 mm | 0,8–1,5 mm |
| Velocidad de corte | Rápida (en espesores finos) | Muy rápida (en espesores gruesos) | Lenta | Muy lenta |
| Calidad del borde | Excelente | Aceptable a buena | Deficiente | Excelente |
| Materiales compatibles | La mayoría de metales y algunos no metálicos | Solo metales conductores | Solo acero al carbono | Todos los materiales |
| Coste operativo | Medio a alto | Bajo a medio | Muy bajo | Muy alto |
| Coste de equipo | Alto | Medio | Muy bajo | Muy alto |
| Ideal para | Formas complejas y alta precisión | Acero estructural grueso | Placas muy gruesas de acero al carbono | Alta precisión sin aporte térmico |
Cizallado
El cizallado es un proceso de corte mecánico que utiliza dos cuchillas opuestas para cortar láminas de metal a lo largo de una línea recta. A menudo es el método más económico para realizar cortes rectos debido a su simplicidad y alta velocidad.
Cómo funciona
El proceso de cizallado es similar al uso de unas tijeras. La máquina emplea dos cuchillas, una superior y otra inferior, dispuestas con un ángulo leve entre ellas (generalmente de 1 a 2 grados). Este ángulo, conocido como ángulo de ataque o rake, permite que el corte se realice de forma progresiva a lo largo del material, reduciendo significativamente la fuerza necesaria.
Un mecanismo de sujeción mantiene la chapa metálica en su sitio, y se utiliza un tope trasero para ajustar la dimensión y realizar cortes precisos y repetitivos. La mayoría de las cizallas modernas son hidráulicas, lo que proporciona un movimiento suave y una gran potencia para cortar materiales gruesos (por ejemplo, acero al carbono de hasta 25 mm).
Las cizallas de cuchilla paralela, aunque menos comunes, son ideales para chapas delgadas y cortes pequeños, ya que producen bordes sin rebabas, a diferencia de las cuchillas anguladas que pueden deformar materiales blandos.
Las cizallas mecánicas, aunque menos populares hoy en día, todavía se utilizan en talleres. Son adecuadas para chapas delgadas, fáciles de mantener, pero con fuerza limitada en aplicaciones de bajo tonelaje.
Ventajas y limitaciones del cizallamiento
| Ventajas | Limitaciones |
| Alta velocidad: muy rápido, ya que puede cortar un borde largo en un solo golpe. | Solo cortes rectos: no se puede utilizar para curvas ni geometrías complejas. |
| Bajo coste operativo: ciclos rápidos y sin consumibles (sin gas ni abrasivos). | Calidad de borde variable: puede dejar rebabas o deformaciones si no está bien ajustado. |
| Sin zona afectada por el calor (HAZ): al ser un proceso mecánico, no genera distorsión térmica. | Desgaste de cuchillas: las cuchillas se desgastan con el uso y deben mantenerse para conservar la calidad del corte. |
| Simplicidad: proceso fiable y sencillo que no requiere operadores altamente cualificados. | Materiales dúctiles: funciona mejor con metales dúctiles; los metales duros o frágiles pueden fracturarse mal. |
| Alta producción: ideal para operaciones de corte en serie y preparación de material. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
El cizallado funciona mejor con materiales dúctiles como el acero dulce, el acero de carbono medio, el acero inoxidable y el aluminio. Los materiales más duros requieren más fuerza y aceleran el desgaste de la cuchilla.
El borde cortado suele tener una pequeña rebaba en la parte inferior. La calidad del corte depende en gran medida del «espacio libre entre las cuchillas», es decir, la distancia entre las dos cuchillas.
El espacio libre entre las cuchillas es clave La calidad del corte en el cizallado depende en gran medida del espacio libre entre las cuchillas, es decir, la distancia entre las cuchillas superior e inferior. Normalmente, este espacio se establece entre el 5 % y el 10 % del espesor del material. Un espacio libre demasiado pequeño provoca un desgaste rápido de las cuchillas, mientras que un espacio libre demasiado grande puede hacer que el material se doble o se tuerza, lo que da lugar a rebabas de gran tamaño.
Aplicaciones industriales
El cizallado es un proceso fundamental que se utiliza para preparar piezas en bruto:
- Distribuidores de materiales: corte de láminas o placas grandes en tamaños más pequeños y vendibles.
- HVAC: preparación de secciones rectas de acero galvanizado para conductos.
- Cubiertas y tejados: corte de paneles metálicos para techos y revestimientos.
- Fabricación general: corte de piezas simples para su posterior plegado o punzonado.
- Fabricación de electrodomésticos: creación de piezas planas en bruto para procesos de embutición profunda.
Troquelado y punzonado
El troquelado y el punzonado son procesos de corte mecánico de alta velocidad, ideales para la producción en grandes volúmenes. Utilizando un conjunto de herramientas y matrices dedicadas, permiten ciclos extremadamente rápidos, calidad constante y una repetibilidad dimensional excelente.
Cómo funciona
El mecanismo central de ambos procesos consiste en un punzón (matriz superior) que empuja el material laminar a través de una abertura de la matriz (matriz inferior). La principal diferencia entre ambos es la finalidad, es decir, si el producto final es el recorte o la lámina restante.
- Troquelado: la pieza que se troquela out es el producto deseado. El material circundante, o «bandera», es el desecho. Se utiliza para crear piezas como arandelas, juntas y piezas en bruto para engranajes.
- Punzonado: la pieza que se punzona hacia fuera es el desecho. La lámina principal, que ahora tiene agujeros o ranuras, es el producto deseado. Se utiliza para crear orificios de ventilación en carcasas de aparatos electrónicos o orificios de montaje en soportes.
- Troquelado fino: se trata de una variante de alta precisión del troquelado que utiliza holguras extremadamente reducidas (hasta 10 veces menos que las estándar) y una presión controlada. Produce piezas con bordes muy lisos y rectos, y se utiliza a menudo para instrumentos quirúrgicos o componentes de relojería.
- Perforación: se trata de una forma de punzonado que utiliza una herramienta de punzonado múltiple para crear muchos agujeros, a menudo siguiendo un patrón determinado, con una sola pasada de la prensa.
Ventajas y limitaciones del troquelado y punzonado
| Ventajas | Limitaciones |
| Alta velocidad: ciclos extremadamente rápidos, con algunas prensas que alcanzan hasta 1.000 golpes por minuto. | Alto coste de herramientas: los juegos dedicados de punzón y matriz son costosos, especialmente para formas personalizadas . |
| Excelente repetibilidad: ideal para producción en grandes volúmenes, ya que la herramienta garantiza piezas idénticas. | Límite de espesor del material: se utiliza principalmente en chapas metálicas de 6 mm o menos. |
| Bajo coste por pieza (en volumen): una vez fabricada la herramienta, el coste unitario es muy bajo. | Desgaste de herramientas: los punzones se deterioran y requieren mantenimiento regular para conservar la calidad del borde . |
| Buena calidad de borde: una configuración adecuada con la separación correcta produce bordes limpios y definidos . | Distorsión de piezas: puede provocar deformaciones, especialmente al punzonar muchos agujeros cercanos entre sí . |
| Flexibilidad (torreta): las punzonadoras CNC con torreta ofrecen versatilidad al utilizar una biblioteca de herramientas estándar. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
- El punzonado y el troquelado funcionan mejor con materiales dúctiles que son menos propensos a agrietarse bajo la fuerza. El acero al carbono se utiliza habitualmente hasta 6 mm, mientras que el acero inoxidable (que requiere más fuerza debido al endurecimiento por deformación) suele limitarse a 3-4 mm. Las aleaciones de aluminio también son adecuadas debido a su suavidad, aunque a veces pueden adherirse al punzón.
- La calidad del borde depende de las propiedades del material. Los materiales dúctiles producen un borde cortado más liso, mientras que los materiales más duros pueden presentar una zona de fractura más grande con un acabado más rugoso.
Para evitar la deformación del material y garantizar la calidad de las piezas, siga estas reglas de diseño:
- Diámetro mínimo del agujero: debe ser al menos igual al espesor del material, preferiblemente mayor.
- Distancia entre agujeros: al menos 1,5 veces el espesor del material.
- Distancia al borde:
Aplicaciones industriales
- Electrónica: orificios de ventilación en chasis, alojamientos de conectores, perforaciones para blindaje EMI.
- Automoción: agujeros de montaje en paneles, contactos eléctricos, engranajes de precisión (mediante troquelado fino).
- Electrodomésticos: aberturas en paneles de control, rejillas de ventilación, soportes y perforaciones decorativas.
- HVAC: conexiones de conductos, alojamientos de filtros y componentes de control de flujo de aire.
Procesos de conformado de chapa metálica
Una vez que se ha cortado la pieza plana de chapa metálica, el siguiente paso suele ser el conformado. Este es cualquier proceso que da forma al metal aplicando una fuerza que excede su límite elástico, haciendo que adopte una nueva forma permanente.is is any process that shapes the metal by applying force that exceeds its yield strength, causing it to take a permanent new shape.
Recuperación elástica (springback) y compensación
Un concepto fundamental en todo proceso de conformado de metales es la recuperación elástica. Se trata de la recuperación elástica del material, o su tendencia a «recuperar» su forma plana original una vez que se elimina la fuerza de conformado.
Esto ocurre porque una curva crea dos zonas: las capas exteriores se estiran (fuerzas de tracción) y las interiores se comprimen. La mayoría de los materiales resisten más la compresión que la tracción, por lo que las capas comprimidas empujan el material ligeramente hacia atrás una vez que se retira la herramienta. Esto es especialmente común en el doblado al aire.
Para lograr un ángulo final preciso (por ejemplo, 90°), se utilizan varios métodos de compensación:
- Sobreflexión: la pieza se dobla más allá del ángulo deseado (por ejemplo, a 88°) para que vuelva al ángulo objetivo de 90°.
- Fondado o acuñado: se utiliza una fuerza mucho mayor para presionar el material en la matriz, lo que deforma plásticamente el material y minimiza su capacidad de recuperación elástica.
- Selección de punzón/matriz: El uso de punzones con un radio menor también puede ayudar a «fijar» el doblez y reducir la recuperación elástica.
La recuperación elástica (springback) significa que lograr el ángulo final depende en gran medida de las propiedades del material, el grosor y el radio de doblado. Los diseñadores también deben considerar la secuencia de doblado, ya que algunas pestañas pueden bloquear las herramientas de la prensa plegadora, haciendo que los dobleces posteriores sean imposibles.
Plegado (prensa plegadora)
Cuando los ingenieros hablan de plegado, casi siempre se refieren al doblado con prensa plegadora. Es el proceso de fabricación de chapa metálica más común utilizado para dar forma al material, capaz de producir desde simples dobleces de 90 grados hasta complejas geometrías con múltiples dobleces.
Cómo funciona
Una prensa plegadora utiliza un punzón (la herramienta superior) para forzar una lámina de metal dentro de una matriz en forma de V (la herramienta inferior). Existen tres métodos principales:
- Plegado al aire: este es el método más común y flexible. El punzón presiona el material contra la matriz en V, pero no hasta el fondo. El ángulo final viene determinado por la profundidad de la carrera del punzón, lo que permite crear diversos ángulos (por ejemplo, de 90° a 135°) con un solo juego de herramientas. Este método requiere compensación por recuperación elástica.
- Plegado hasta el fondo: la punzonadora presiona el material para que entre en contacto completo con las paredes y el suelo del troquel. Esto requiere más fuerza (2-3 veces más que el plegado neumático) y ayuda a «fijar» el ángulo, lo que reduce significativamente la recuperación elástica. El ángulo viene determinado por el troquel, lo que lo hace menos flexible que el plegado neumático.
- Acuñación: este método utiliza una fuerza extrema (5-10 veces la flexión del aire) para presionar el punzón sobre el material, adelgazándolo en el punto de flexión. Esto deforma plásticamente el material de forma tan completa que prácticamente no hay recuperación elástica. Proporciona una alta precisión, pero provoca un desgaste más rápido de la herramienta.
Ventajas y limitaciones del doblado
| Ventajas | Limitaciones |
| Alta versatilidad: una sola máquina puede producir una amplia gama de geometrías de doblez simples y complejas. | Retroceso elástico: requiere una compensación cuidadosa y control del proceso para lograr ángulos precisos. |
| Rentable: las herramientas son relativamente estándar y el proceso es adecuado tanto para prototipos como para producción en gran volumen. | Radio mínimo de doblado: el radio más pequeño posible está limitado por el espesor y la ductilidad del material. |
| Ampliamente disponible: las prensas plegadoras son máquinas estándar en casi todos los talleres de fabricación de chapa metálica. | Marcas de herramienta: el punzón y la matriz pueden dejar marcas visibles en la superficie de la pieza. |
| Piezas resistentes: crea esquinas fuertes y rígidas a partir de una sola pieza de material. | Dirección del grano: doblar en paralelo a la dirección del grano del metal puede provocar grietas, especialmente en radios cerrados. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
Normas sobre el radio mínimo de curvatura: un radio de curvatura demasiado estrecho es una causa habitual de agrietamiento.
- El acero al carbono y las aleaciones de aluminio dúctil son fáciles de doblar, con un radio mínimo recomendado de curvatura interior de 1 vez el espesor del material (1T).
- Las aleaciones de aluminio más duras (como la 5052-H32) son más propensas a agrietarse y requieren un radio mayor, a menudo entre 2 y 3 veces el espesor del material.
- El acero inoxidable (por ejemplo, 304, 316) también se endurece rápidamente y requiere un radio mayor, normalmente alrededor de 2 veces el espesor del material.
Embutición profunda
El embutido profundo es un proceso de conformado que empuja una pieza de chapa metálica a través de la abertura de una matriz, estirándola y comprimiéndola para que adopte la forma del punzón. Se utiliza para crear piezas sin costuras con una profundidad significativa, como tazas, cajas o carcasas. El embutido superficial es una operación similar pero con menos profundidad.
Cómo funciona
El proceso comienza con una pieza en bruto plana y precortada.
- Un soporte de pieza en bruto (o «almohadilla de presión») desciende y sujeta firmemente la pieza en bruto sobre la cavidad del troquel.
- El punzón desciende, empujando el centro de la pieza en bruto hacia el troquel.
- El soporte en blanco mantiene la presión, lo que permite que el material fluya radialmente hacia dentro (para formar las paredes) y evita al mismo tiempo arrugas.
- El material se estira y se moldea según la geometría precisa del punzón y la matriz.
Ventajas y limitaciones del embutido profundo
| Ventajas | Limitaciones |
| Piezas fuertes y sin juntas: ideal para recipientes que deben ser herméticos o estancos. Forma una estructura de grano continua. | Coste muy alto de utillaje: el punzón, la matriz y el sujetador de blank personalizados son complejos y costosos de fabricar. |
| Producción a gran escala: una vez configurado, el proceso es muy rápido y repetible, ideal para fabricación masiva. | Limitaciones de material: requiere materiales altamente dúctiles y conformables que puedan estirarse sin romperse. |
| Geometrías complejas: la embutición progresiva (en múltiples etapas) permite crear formas altamente complejas. | Riesgo de fallo: propenso a defectos como desgarros, arrugas o «orejas» si los parámetros del proceso no son óptimos. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
El embutido profundo solo es adecuado para metales que pueden estirarse y fluir significativamente sin agrietarse. Esto incluye aceros con bajo contenido en carbono, muchas aleaciones de aluminio (por ejemplo, 3003) y acero inoxidable.
El éxito en el embutido profundo depende en gran medida de la calidad y la preparación del material.
- Espesor uniforme: la pieza en bruto debe tener un espesor uniforme para evitar puntos delgados que puedan romperse.
- Piezas en bruto sin rebabas: es esencial que las piezas en bruto tengan un corte limpio y sin rebabas. Las rebabas del corte pueden actuar como concentradores de tensión y provocar grietas.
- Lubricación: el control adecuado de la fricción mediante lubricantes (aceites, películas poliméricas) es fundamental para evitar el desgaste (adherencia del material a la herramienta) y el exceso de calor.
Las piezas altas, como una copa metálica, pueden requerir múltiples estiramientos con un paso de recocido (tratamiento térmico) entre ellos para restaurar la ductilidad del material antes del siguiente estiramiento.
Aplicaciones industriales
- Automoción: cárteres de aceite, depósitos de combustible, paneles de puertas, componentes estructurales de la carrocería.
- Electrodomésticos de cocina: fregaderos, utensilios de cocina y campanas extractoras de acero inoxidable.
- Envases: latas de aluminio, envases de alimentos, latas de aerosol, tapas metálicas.
- Electrónica: carcasas, disipadores térmicos, cajas para baterías.
Laminado
El laminado es un proceso de conformado que utiliza una serie de rodillos giratorios para curvar láminas de metal y darles formas cilíndricas o cónicas. Se utiliza para crear curvas uniformes de gran radio que no son prácticas con el plegado con prensa plegadora y no tienen limitaciones en cuanto a la longitud de las piezas.
Cómo funciona
La configuración más habitual de la máquina es una curvadora de 3 rodillos, que tiene dos rodillos de apoyo en un nivel inferior y un rodillo superior ajustable que aplica presión para determinar el radio de curvatura. Las máquinas de 4 rodillos también son habituales, ya que añaden un cuarto rodillo que ayuda a precurvar los bordes delantero y trasero de la chapa, eliminando los «puntos planos» que suelen dejar las máquinas de 3 rodillos.
Los rodillos motorizados también alimentan el material a través de la máquina. La alineación correcta de la lámina es fundamental para garantizar un cilindro recto y uniforme. Dependiendo del radio deseado, es posible que la lámina deba pasar varias veces por los rodillos para alcanzar gradualmente la geometría final.
Ventajas y limitaciones del laminado
| Ventajas | Limitaciones |
| Radios grandes y uniformes: crea curvas suaves de gran radio que son imposibles de lograr en una sola pasada con una prensa plegadora. | Límite de radio mínimo: el radio más pequeño posible está limitado por el diámetro de los rodillos y el espesor del material. |
| Sin limitación de longitud: puede formar piezas curvadas de forma continua, como tubos o secciones largas de tanques. | Múltiples pasadas: lograr un radio preciso suele requerir varias pasadas, lo que puede consumir tiempo. |
| Variedad de formas: puede utilizarse para formar formas cónicas y radios variables (con máquinas especializadas). | Zonas planas: las máquinas de 3 rodillos tienden a dejar pequeñas zonas planas al inicio y al final de la chapa. |
| Material grueso: muy adecuado para conformar placas gruesas y perfiles estructurales. | Solo geometrías simples: limitado a perfiles curvos simples. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
El plegado con rodillo funciona bien con la mayoría de las chapas dúctiles. El proceso de conformado gradual y de gran radio reduce significativamente el riesgo de agrietamiento en comparación con los plegados bruscos con prensa plegadora.
El radio mínimo de curvatura suele ser entre 3 y 5 veces el grosor del material, lo que hace que el laminado sea ideal para curvas grandes. Aunque el «plegado escalonado» (creación de una serie de pequeñas curvas adyacentes) en una prensa plegadora puede simular una curva grande, no se trata de un radio verdadero y suave como el que proporciona el laminado.
El laminado destaca con materiales de más de 6 mm de espesor. Para estas placas pesadas, el laminado es un método más eficiente y eficaz que otros métodos de conformado para crear cilindros, tanques y curvas estructurales de gran diámetro. La recuperación elástica es mínima debido a la distribución gradual de la tensión, aunque los materiales blandos como el aluminio pueden ser susceptibles a las marcas de los rodillos.
Montaje
Una vez cortadas y conformadas las piezas, a menudo se unen para formar subconjuntos o productos completos. La elección del método de unión afecta a la resistencia, el aspecto, el coste y la facilidad de mantenimiento del conjunto. Cada método ofrece ventajas e inconvenientes distintos que deben tenerse en cuenta en función de los requisitos del proyecto.
Soldadura
La soldadura crea una unión permanente y de alta resistencia mediante la fusión y la unión de los materiales base, a menudo con el uso de un material de relleno. Produce la unión más resistente posible, y los procesos van desde la soldadura por arco manual precisa hasta la soldadura por resistencia automatizada de alta velocidad.
Procesos de soldadura por arco
La soldadura por arco utiliza un arco eléctrico para generar calor intenso, fundiendo los metales base y un material de relleno. Normalmente se utiliza un gas de protección para proteger el baño de soldadura fundido de la contaminación atmosférica.
- TIG (gas inerte de tungsteno): utiliza un electrodo de tungsteno no consumible y una protección de gas inerte. La soldadura TIG ofrece un excelente control sobre el calor y la calidad de la soldadura, lo que la hace ideal para materiales delgados y aplicaciones que requieren soldaduras limpias y precisas (como el acero inoxidable y el aluminio). Es un proceso manual que es fuerte, flexible, pero relativamente lento.
- MIG (gas inerte metálico): utiliza un electrodo de alambre consumible que se alimenta continuamente a través de la antorcha, la cual también suministra el gas de protección. La soldadura MIG ofrece un gran equilibrio entre velocidad y calidad, es más fácil de aprender que la TIG y es muy adecuada para soldar acero al carbono, acero inoxidable y aluminio.
- Soldadura con electrodo revestido (SMAW): utiliza un electrodo consumible recubierto de fundente. El fundente crea su propio gas de protección al quemarse, lo que elimina la necesidad de una botella de gas externa. Es un proceso sencillo, portátil y de bajo coste, ideal para trabajos al aire libre, pero la calidad de la soldadura no puede igualar a la de TIG o MIG.
Procesos de soldadura por resistencia
- Soldadura por puntos: se utiliza para unir láminas de metal superpuestas sin relleno. Se hace pasar una corriente eléctrica a través de las láminas mientras se ejercen presión, creando un pequeño punto de fusión localizado. Se trata de un proceso automatizado de alta velocidad que predomina en la industria automovilística para el montaje de paneles de carrocería.
- Soldadura por cordón: utiliza electrodos giratorios en forma de rueda para crear una serie de soldaduras por puntos superpuestas, formando un cordón continuo y hermético. Se utiliza habitualmente para fabricar depósitos de combustible, contenedores y conductos de climatización.
Ventajas y limitaciones de la soldadura
| Ventajas | Limitaciones |
| Máxima resistencia: crea una unión continua y fusionada que suele ser tan fuerte como el metal base. | Zona afectada por el calor (HAZ): el calor intenso altera las propiedades del material (por ejemplo, resistencia, resistencia a la corrosión) en el área alrededor de la soldadura. |
| Une espesores distintos: puede unir eficazmente una pieza gruesa con una delgada. | Alta habilidad requerida: la calidad de la soldadura, especialmente con TIG, depende mucho de la destreza del operador. |
| Rigidez: proporciona excelente transferencia de carga y rigidez en un ensamblaje. | Permanente: las uniones no pueden desmontarse para mantenimiento o reparación sin cortar. |
| Hermético: procesos como TIG y soldadura por costura pueden crear sellos herméticos. | Distorsión (deformación): la alta entrada de calor puede provocar que las piezas delgadas se deformen. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
La mayoría de los metales comunes se pueden soldar, pero la técnica y el material de relleno deben elegirse cuidadosamente.
- El acero al carbono ofrece una excelente soldabilidad.
- El acero inoxidable requiere un control cuidadoso del calor para evitar la precipitación de carburos, lo que reduce la resistencia a la corrosión.
- El aluminio es más difícil debido a su rápida formación de óxido y su alta conductividad térmica, lo que requiere una superficie limpia y un blindaje de gas adecuado (normalmente con TIG o MIG).
Una limitación importante de la soldadura es que los recubrimientos superficiales deben eliminarse antes de soldar. Las piezas pintadas, recubiertas con polvo o galvanizadas deben pulirse hasta quedar limpias en la junta de soldadura. Esto suele añadir complejidad al flujo de trabajo de producción, ya que requiere que la pieza pase de la fabricación (corte/doblado) a un especialista en soldadura independiente y, a continuación, a un tercer proveedor para el recubrimiento final.
Soldadura fuerte y soldadura blanda
La soldadura fuerte y la soldadura blanda son procesos de unión similares a la soldadura, pero con una diferencia fundamental: utilizan un metal de aportación para crear la unión sin fundir los metales base. Este método, que se realiza a menor temperatura, evita muchos de los problemas asociados a la soldadura.
Cómo funciona
Ambos procesos se basan en la acción capilar para introducir un metal de relleno fundido en el estrecho espacio entre dos piezas muy ajustadas. El metal de relleno se adhiere a las superficies y se solidifica, creando la unión.
- Soldadura fuerte: utiliza un metal de aportación con un punto de fusión superior a 450 °C. Los metales de aportación más comunes son las aleaciones de plata y el cobre-fósforo.
- Soldadura blanda: utiliza un metal de aportación con un punto de fusión inferior a 450 °C. Los metales de aportación más comunes son las aleaciones de estaño-plomo o sin plomo.
Ventajas y limitaciones de la soldadura fuerte y blanda
| Ventajas | Limitaciones |
| Bajo aporte de calor: reduce el riesgo de distorsión y no genera una gran zona afectada por el calor (HAZ), preservando las propiedades del metal base. | Menor resistencia: la resistencia de la unión está limitada por la del metal de aporte, no por la del metal base. |
| Une metales disímiles: es un método excelente para unir metales diferentes (por ejemplo, cobre con acero) que no pueden soldarse fácilmente. | Control preciso de temperatura: el proceso requiere un control cuidadoso para fundir el material de aporte sin derretir el metal base. |
| Apariencia limpia: puede producir uniones muy limpias y prolijas con un mínimo de postprocesado. | Eliminación del fundente: el fundente utilizado para limpiar la superficie debe eliminarse completamente después de la unión para evitar corrosión. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
La soldadura fuerte y la soldadura blanda son comunes para el cobre, el latón y muchos aceros. El aluminio y el acero inoxidable se pueden unir, pero requieren fundentes y aleaciones de relleno específicos para tratar sus capas protectoras de óxido.
La soldadura blanda se utiliza generalmente para láminas más finas (hasta 3 mm para el cobre, menos para el acero), mientras que la soldadura fuerte se puede utilizar en piezas de hasta 6 mm de espesor.
El diseño de las juntas es fundamental tanto para la soldadura fuerte como para la soldadura blanda. Para permitir una acción capilar adecuada, el espacio entre las piezas que se unen debe ser extremadamente pequeño y uniforme, normalmente en el rango de 0,05 mm a 0,2 mm.
Aplicaciones industriales
- Soldadura fuerte:
- Sistemas de climatización (por ejemplo, tuberías de refrigerante)
- Intercambiadores de calor
- Componentes aeroespaciales que requieren juntas estancas.
- Soldadura blanda:
- Montaje electrónico (PCB)
- Conexiones mecánicas y fontanería para trabajos ligeros
Fijación mecánica
La fijación mecánica es un método de unión esencial, distinto de la soldadura. Sus principales ventajas son que no produce zona afectada por el calor (HAZ), permite unir materiales diferentes y piezas recubiertas, y se puede realizar después del acabado de la superficie.
Muchos métodos de fijación mecánica también crean uniones desmontables, lo que permite el desmontaje, el mantenimiento y la reparación, un requisito fundamental en muchos diseños de productos.
Atornillado y fijación con tornillos
Los elementos de fijación roscados (pernos, tornillos y tuercas) crean uniones resistentes y fiables que suelen ser desmontables.
- Los tornillos de máquina se utilizan con tuercas o agujeros roscados previamente.
- Los tornillos autorroscantes forman (desplazan) sus propias roscas durante la instalación, lo que es ideal para crear un fuerte «agarre» en chapas metálicas finas.
Cuando una unión de perno y tuerca está correctamente apretada (precargada), las piezas se mantienen unidas por fricción compresiva. Esto significa que la unión es resistente al cizallamiento porque la fricción impide el deslizamiento, y no la resistencia al «cizallamiento» del perno. El perno en sí mismo está principalmente sometido a tensión, que es su orientación más resistente.
Remachado
El remachado crea uniones permanentes mediante el uso de un elemento de fijación deformable (un remache) que se inserta en un agujero y se expande mecánicamente para crear una «cabeza» en ambos lados.
- Los remaches sólidos son sencillos y resistentes, pero requieren acceso a ambos lados para su instalación.
- Los remaches ciegos (o remaches «pop») son un tipo de fijación muy utilizado en la fabricación de chapas metálicas, ya que se pueden instalar desde un solo lado.
- Los remaches autoperforantes (SPR) son un proceso automatizado de alta velocidad (común en la industria automotriz) en el que el remache perfora la lámina superior y se expande en la lámina inferior, sin necesidad de perforar previamente un orificio.
Clinchado
Clinchado es un método de unión permanente de alta velocidad similar a la soldadura por puntos y al remachado autoperforante, pero con una diferencia clave: no utiliza consumibles (sin sujetadores ni relleno). Se utilizan un punzón y una matriz para unir y «clinchar» las dos capas de metal, formando un botón mecánico fuerte y entrelazado. Se utiliza ampliamente en las industrias de climatización y electrodomésticos.
Ventajas y limitaciones de la fijación mecánica
| Ventajas | Limitaciones |
| Sin aporte de calor (sin HAZ): conserva las propiedades del material (resistencia, temple, resistencia a la corrosión). | Concentración de esfuerzos: las cargas se concentran en los orificios de los sujetadores, lo que puede generar puntos de fatiga. |
| Une materiales disímiles: une fácilmente metales distintos (por ejemplo, aluminio con acero) sin problemas de corrosión galvánica (si se eligen los sujetadores adecuados). | Preparación de orificios: la mayoría de los métodos (excepto SPR y clinchado) requieren taladrado o punzonado, lo que añade un paso extra. |
| Permite desmontaje: los tornillos y pernos crean uniones desmontables para mantenimiento y reparación. | Acceso requerido: muchos sujetadores (como pernos y remaches sólidos) requieren acceso a ambos lados de la pieza. |
| Funciona en piezas recubiertas: las piezas pueden estar pintadas, recubiertas con pintura en polvo o galvanizadas antes del ensamblaje. | Riesgo de corrosión: una selección incorrecta de sujetadores puede causar corrosión galvánica entre metales disímiles. |
| Simplicidad: muchos métodos no requieren operadores altamente capacitados. | Peso adicional: los sujetadores añaden peso al ensamblaje final en comparación con una soldadura o adhesivo. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
La fijación mecánica funciona con prácticamente todos los materiales de chapa metálica. Sin embargo, la elección del material es fundamental para los propios elementos de fijación.
Al unir metales diferentes, o cualquier metal en un entorno corrosivo, el material de los elementos de fijación es fundamental.
- Para evitar la corrosión galvánica, utilice un elemento de fijación fabricado con un material compatible (por ejemplo, utilice elementos de fijación de acero inoxidable para piezas de acero inoxidable y de aluminio para piezas de aluminio).
- Procesos como el remachado y el remachado autoperforante requieren materiales dúctiles que puedan moldearse sin agrietarse.
Unión adhesiva
La unión adhesiva utiliza adhesivos estructurales para crear juntas resistentes y ligeras que distribuyen la carga sobre una gran superficie en lugar de concentrarla en unos pocos puntos. Los adhesivos modernos pueden ser comparables en resistencia a los sujetadores mecánicos y ofrecen ventajas adicionales como el sellado contra la humedad y la amortiguación de vibraciones.
Cómo funciona
Los adhesivos estructurales (como los epoxis, los acrílicos y los uretanos) forman un enlace químico que se reticula para mantener unidas las piezas. El proceso suele constar de tres pasos:
- Preparación de la superficie: este es el paso más importante. Las superficies deben estar perfectamente limpias de aceite, grasa y óxidos. Para ello, puede ser necesario limpiarlas con disolvente, realizar una abrasión mecánica o un grabado químico.
- Aplicación: se aplica una capa fina y controlada del adhesivo.
- Curado: el adhesivo se solidifica mediante una reacción química, que puede ser provocada por el tiempo, el calor, la humedad o la luz ultravioleta, dependiendo del tipo de adhesivo.
Ventajas y limitaciones de la unión adhesiva
| Ventajas | Limitaciones |
| Distribuye el esfuerzo: reparte la carga sobre toda el área de unión, reduciendo concentraciones de tensión y mejorando la resistencia a la fatiga. | Preparación superficial crítica: la resistencia de la unión depende en gran medida de una limpieza y preparación meticulosa de las superficies. |
| Une materiales disímiles: excelente para unir materiales diferentes (por ejemplo, metal con plástico) sin riesgo de corrosión galvánica. | Sensibilidad ambiental: la resistencia del adhesivo puede verse afectada por altas temperaturas, humedad o exposición química. |
| Sella uniones: crea una unión continua que puede sellar contra la humedad y contaminantes. | Difícil de desmontar: las uniones son permanentes y no pueden desmontarse fácilmente sin dañar las piezas. |
| Estéticamente limpio: proporciona una apariencia externa suave, sin sujetadores visibles ni marcas de soldadura. | Control de calidad difícil: es complicado inspeccionar de forma no destructiva la calidad o resistencia de la unión. |
| Ligero: añade un peso mínimo en comparación con los sujetadores mecánicos. | Tiempo de curado: requiere un tiempo de curado (de minutos a horas), lo que puede ralentizar el ritmo de producción. |
Aplicaciones y consideraciones sobre los materiales
Los adhesivos estructurales pueden unir todos los metales comunes, incluidos el aluminio, el acero inoxidable y el acero al carbono, pero solo si la superficie se prepara correctamente. Las superficies aceitosas u oxidadas provocarán que la unión falle.
A diferencia de otros métodos de unión, el éxito de la unión adhesiva depende en un 90 % de la preparación. La superficie debe estar limpia, seca y libre de contaminantes (como aceite, óxido u óxidos pesados). Para aplicaciones estructurales, esto suele implicar lijar la superficie o aplicar una imprimación química para garantizar que el adhesivo pueda lograr una unión química adecuada.
Posprocesado: acabado y recubrimiento
El posprocesamiento es la etapa final de la fabricación, que se divide en dos fases clave. La primera es el acabado superficial, que elimina mecánicamente imperfecciones como bordes afilados, escorias o rebabas que quedan tras el corte y el conformado. La segunda es la aplicación de recubrimientos protectores para proteger el conjunto del entorno y garantizar una larga vida útil.
Acabado de superficies
El acabado superficial es el tratamiento mecánico de la superficie de una pieza para eliminar imperfecciones, mejorar el acabado y prepararla para el recubrimiento final.
Desbarbado
El desbarbado es una operación fundamental para eliminar los bordes afilados y las rebabas que se crean durante el corte, el punzonado y el conformado.
El desbarbado manual sigue siendo bastante habitual, utilizando limas, rascadores y otras herramientas abrasivas para el tratamiento de los bordes.
El pulido en bombo utiliza medios abrasivos en un tambor giratorio para eliminar de manera uniforme las rebabas de lotes de piezas (normalmente más pequeñas), proporcionando una textura homogénea.
El desbarbado electroquímico, un proceso que refleja la galvanoplastia a la inversa, elimina las rebabas. Esto ocurre cuando una corriente eléctrica y un flujo de electrolito provocan que el material se desprenda de la pieza de trabajo.
Pulido y esmerilado
El esmerilado utiliza un abrasivo aglomerado (rueda, cinta o disco) para cortar metal. Es un proceso más sustancial que el desbarbado y se utiliza a menudo para alisar zonas rugosas (como soldaduras) o preparar toda una superficie para su recubrimiento.
El pulido es un proceso más fino que refina la superficie, lo que da como resultado un aspecto más suave y brillante. Para metales como el acero inoxidable, que no requieren recubrimiento, el pulido puede ser el paso final. Reduce la rugosidad microscópica, lo que inhibe el crecimiento de bacterias y otros contaminantes, facilitando la desinfección de la pieza.
Recubrimientos protectores
La mayoría de los metales se oxidan (se oxidan) o corroen cuando se exponen al ambiente. Los revestimientos protectores se aplican para garantizar que la pieza conserve su integridad estructural y funcional durante toda su vida útil.
Pintura en polvo
La pintura en polvo es un acabado común y altamente duradero. Se aplica un polvo seco y coloreado mediante carga electrostática sobre una pieza metálica conectada a tierra. Luego, la pieza se cura en un horno, donde el polvo se funde y forma una capa uniforme y resistente, normalmente de 25 a 100 micrómetros de espesor. Ofrece una excelente resistencia al impacto y a la abrasión, muy superior a la mayoría de las pinturas líquidas.
Pintura líquida
La pintura líquida moderna utiliza pistolas pulverizadoras (sin aire, asistidas por aire o electrostáticas) para aplicar varias capas. Un sistema típico incluye una imprimación para mejorar la adhesión y proteger contra la corrosión, seguida de una capa final que proporciona color, brillo y resistencia ambiental.
Galvanizado
El galvanizado es un proceso para aplicar una capa protectora de zinc sobre el acero.
- Galvanizado por inmersión en caliente: la pieza se sumerge en un baño de zinc fundido, creando una capa gruesa (45–85 µm), duradera y unida metalúrgicamente. Esta capa es «autosanadora»: si se raya la superficie, el zinc circundante se corroerá primero, protegiendo sacrificialmente el acero expuesto.
- Galvanizado electrolítico: utiliza un proceso de electrodeposición para aplicar una capa de zinc mucho más delgada (5–25 µm), ofreciendo un acabado más brillante y mejor control dimensional para piezas de precisión.
Anodizado
El anodizado es un proceso electroquímico utilizado específicamente para el aluminio. Crea una capa controlada y dura de óxido de aluminio en la superficie, que proporciona excelente resistencia a la corrosión sin añadir grosor significativo.
| Tipo | Método | Características clave |
| Anodizado tipo I | Ácido crómico | Muy delgado (hasta 2.5 µm). Usado cuando se requiere mínimo cambio dimensional. |
| Anodizado tipo II | Ácido sulfúrico | Estándar (2.5–25 µm). El más común, bueno para resistencia a la corrosión y color decorativo. |
| Anodizado tipo III | Ácido sulfúrico (Hardcoat) | Grueso y muy duro (25–100 µm). Excelente resistencia al desgaste y abrasión. |
Electrodeposición
La electrodeposición es un proceso que deposita una fina capa metálica sobre una pieza. Puede tener fines decorativos o funcionales, como el niquelado (por apariencia) o el cromado (por dureza extrema y resistencia al desgaste). Ofrece excelente control sobre el grosor del recubrimiento, ideal para aplicaciones de precisión.
Conclusión: un proceso para cada diseño
Comprender todo el espectro de los procesos de fabricación de chapas metálicas es esencial para lograr un diseño rentable y funcional. Las decisiones que se tomen al principio, desde la selección de materiales hasta la geometría de las piezas, influirán directamente en las opciones de corte, conformado y acabado disponibles..
Un ingeniero que tiene en cuenta toda la cadena de fabricación, desde el tamaño estándar de la chapa hasta el revestimiento protector final, está mejor preparado para diseñar piezas que no solo sean funcionales, sino también fiables y económicas de producir.
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