Doblado (metalurgia)

Este método de doblado da forma al material presionando un punzón (también llamado matriz superior) contra él, forzándolo a entrar en una matriz inferior en forma de V, que está montada en la prensa. El punzón forma el pliegue de manera que la distancia entre el punzón y la pared lateral de la V sea mayor que el espesor del material (T).

En la matriz inferior se puede utilizar una abertura en forma de V o cuadrada (a las matrices se las suele llamar herramientas o utillaje). Debido a que requiere menos fuerza de doblado, el doblado al aire tiende a utilizar herramientas más pequeñas que otros métodos.

Algunas de las herramientas inferiores más recientes son ajustables, por lo que, al usar un solo juego de herramientas superior e inferior y variar la profundidad de la carrera de prensado, se pueden producir diferentes perfiles y productos. Se pueden doblar diferentes materiales y espesores con distintos ángulos de curvatura, lo que añade la ventaja de la flexibilidad al doblado al aire. Además, se reducen los cambios de herramientas, lo que se traduce en una mayor productividad. ^{[ 2 ]}

Una desventaja del doblado al aire es que, debido a que la lámina no permanece en contacto total con las matrices, no es tan preciso como otros métodos, y la profundidad de la carrera debe mantenerse muy exacta. Las variaciones en el espesor del material y el desgaste de las herramientas pueden provocar defectos en las piezas producidas. ^{[ 2 ]} Por lo tanto, es importante el uso de modelos de proceso adecuados. ^{[ 3 ]}

La precisión angular del doblado al aire es de aproximadamente ±0,5 grados. Esta precisión se garantiza aplicando un valor al ancho de la abertura en V, que oscila entre 6 T (seis veces el espesor del material) para láminas de hasta 3  mm de espesor y 12 T para láminas de más de 10  mm de espesor. La recuperación elástica depende de las propiedades del material, influyendo en el ángulo de doblado resultante. ^{[ 2 ]}

Dependiendo de las propiedades del material, la lámina puede doblarse en exceso para compensar el efecto de recuperación elástica. ^{[ 4 ]}

El doblado al aire no requiere que la herramienta inferior tenga el mismo radio que el punzón. El radio de curvatura está determinado por la elasticidad del material, no por la forma de la herramienta. ^{[ 2 ]}

La flexibilidad y el tonelaje relativamente bajo que requiere el doblado al aire contribuyen a que sea una opción popular. Los problemas de calidad asociados con este método se contrarrestan con sistemas de medición de ángulos, abrazaderas y sistemas de coronación ajustables a lo largo de los ejes x e y, y herramientas resistentes al desgaste. ^{[ 2 ]}

Es más probable que las aproximaciones del factor K que se presentan a continuación sean precisas para el doblado al aire que para otros tipos de doblado, debido a las menores fuerzas involucradas en el proceso de conformado.

En el doblado por fondo, la chapa se presiona contra la abertura en V de la herramienta inferior. No se pueden usar aberturas en forma de U. Se deja un espacio entre la chapa y la parte inferior de la abertura en V. El ancho óptimo de la abertura en V es de 6 T (donde T representa el espesor del material) para chapas de aproximadamente 3  mm de espesor, hasta aproximadamente 12 T para  chapas de 12 mm de espesor. El radio de curvatura debe ser de al menos 0,8 T a 2 T para chapa de acero. Los radios de curvatura mayores requieren aproximadamente la misma fuerza para el doblado por fondo que para el doblado al aire; sin embargo, los radios menores requieren una fuerza mayor —hasta cinco veces mayor— que el doblado al aire. Las ventajas del doblado por fondo incluyen una mayor precisión y una menor recuperación elástica. Una desventaja es que se necesita un juego de herramientas diferente para cada ángulo de curvatura, espesor de chapa y material. En general, el doblado al aire es la técnica preferida. ^{[ 2 ]}

En el proceso de acuñación, la herramienta superior presiona el material contra la matriz inferior con una fuerza entre 5 y 30 veces mayor que la del doblado al aire, lo que provoca una deformación permanente en la lámina. La recuperación elástica es mínima, si es que existe. La acuñación puede producir un radio interior de tan solo 0,4 T, con una abertura en V de 5 T de ancho. Si bien la acuñación permite alcanzar una alta precisión, sus elevados costos hacen que no se utilice con frecuencia.

El doblado de tres puntos es un proceso más reciente que utiliza una matriz con una herramienta inferior de altura ajustable, accionada por un servomotor. La altura se puede ajustar con una precisión de 0,01  mm. Los ajustes entre el pistón y la herramienta superior se realizan mediante un amortiguador hidráulico, que compensa las variaciones en el espesor de la chapa. El doblado de tres puntos permite ángulos de doblado con una precisión de 0,25°. Si bien ofrece gran flexibilidad y precisión, también implica altos costos y una menor disponibilidad de herramientas. Se utiliza principalmente en nichos de mercado de alto valor. ^{[ 2 ]}

En el plegado, las vigas de sujeción mantienen el lado más largo de la lámina. La viga se eleva y pliega la lámina siguiendo un perfil de curvatura. La viga de plegado puede mover la lámina hacia arriba o hacia abajo, lo que permite la fabricación de piezas con ángulos de curvatura positivos y negativos. El ángulo de curvatura resultante está influenciado por el ángulo de plegado de la viga, la geometría de la herramienta y las propiedades del material. En este proceso se pueden manipular láminas de gran tamaño, lo que facilita la automatización de la operación. El riesgo de daños superficiales en la lámina es mínimo. ^{[ 2 ]}

En el proceso de limpieza, se sujeta el extremo más largo de la hoja y, a continuación, la herramienta se mueve hacia arriba y hacia abajo, doblando la hoja según el perfil de la curva. Aunque es más rápido que el plegado, la limpieza conlleva un mayor riesgo de rayar u dañar la hoja, ya que la herramienta se desplaza sobre su superficie. El riesgo aumenta si se generan ángulos agudos. ^{[ 2 ]}

Este método generalmente consiste en dar forma al material, ya sea mediante un proceso de acuñación o desbastado, para fijar el borde y evitar el efecto de recuperación elástica. En este método de doblado, el radio de la matriz inferior determina el radio de doblado final.

El doblado rotatorio es similar al doblado por fricción, pero la matriz superior está formada por un cilindro que gira libremente con la forma final grabada, y una matriz inferior que coincide. Al entrar en contacto con la lámina, el rodillo hace contacto en dos puntos y gira mientras el proceso de conformado dobla la lámina. Este método de doblado se considera generalmente un proceso de conformado que no deja marcas, adecuado para superficies previamente pintadas o que se dañan fácilmente. Este proceso de doblado puede producir ángulos mayores de 90° en un solo golpe en las prensas plegadoras estándar.

El proceso de curvado por laminación induce una curvatura en las piezas de barra o chapa. Debe existir un margen de pre-punzonado adecuado.

En este método, la matriz en V inferior se reemplaza por una almohadilla plana de uretano o caucho. A medida que el punzón da forma a la pieza, el uretano se deforma y permite que el material se adapte a su forma. Este método de doblado presenta varias ventajas. El uretano envuelve el material alrededor del punzón y el radio de curvatura final es muy similar al radio real del punzón. Proporciona una curvatura sin dañar la superficie y es adecuado para materiales pre-pintados o delicados. Utilizando un punzón especial llamado regla de radio con áreas de alivio en el uretano, se pueden lograr curvaturas en U mayores de 180° en un solo golpe, algo imposible con las herramientas de prensado convencionales. Las herramientas de uretano deben considerarse un consumible y, si bien no son baratas, su costo es mucho menor que el del acero. Sin embargo, también presenta algunas desventajas: este método requiere un tonelaje similar al del forjado y acuñado, y no funciona bien en bridas de forma irregular, es decir, cuando el borde de la brida doblada no es paralelo a la curvatura y es lo suficientemente corto como para entrar en contacto con la almohadilla de uretano.

El doblado con desplazamiento , ^{[ 5 ]} también conocido como doblado con desplazamiento , es un proceso de doblado desplazado en el que se forman dos dobleces opuestos con ángulos iguales en una sola acción, creando un pequeño perfil de doblez en forma de S y un desplazamiento entre la cara sin doblar y la brida resultante que suele ser inferior a 5 espesores de material. ^{[ 6 ]} A menudo, el desplazamiento será de un espesor de material, para permitir una junta solapada donde el borde de una lámina de material se coloca sobre la otra.

La tolerancia de curvatura (TB) es la longitud del arco de la línea neutra entre los puntos de tangencia de una curva en cualquier material. Al sumar la longitud de cada brida, según la dimensión indicada por B en el diagrama, a la TB se obtiene la longitud del patrón plano. Esta fórmula de tolerancia de curvatura se utiliza para determinar la longitud del patrón plano cuando una curva se dimensiona desde 1) el centro del radio, 2) un punto de tangencia del radio (B) o 3) el punto de tangencia exterior del radio en una curva de ángulo agudo (C). Cuando se dimensiona hasta la tangente exterior, se resta el espesor del material y el radio de curvatura para obtener la dimensión hasta el punto de tangencia del radio antes de añadir la tolerancia de curvatura.

El BA se puede estimar utilizando la siguiente fórmula, que incorpora el factor K empírico: ^{[ 10 ]}

${\displaystyle BA=A\left({\frac {\pi }{180}}\right)\left(R+(K\times T\right))}$

La deducción por curvatura BD se define como la diferencia entre la suma de las longitudes de las bridas (desde el borde hasta el vértice) y la longitud plana inicial.

El retroceso exterior (OSSB) es la longitud desde el punto de tangencia del radio hasta el vértice del exterior de la curva. La deducción por curva (BD) es el doble del retroceso exterior menos la tolerancia de curva. BD se calcula utilizando la siguiente fórmula, donde A es el ángulo en radianes (=grados*π/180): ^{[ 11 ]}

${\displaystyle BD=2\left(R+T\right)\tan {\frac {A}{2}}-BA}$

Para curvas de 90 grados, esta fórmula se puede simplificar a:

${\displaystyle BD=R\left(2-A\right)+T\left(2-KA\right)}$

El factor K es una relación entre la posición de la línea neutra y el espesor del material, definida como t/T, donde t representa la posición de la línea neutra y T el espesor del material. La fórmula del factor K no considera las tensiones de conformado, sino que es simplemente un cálculo geométrico de la posición de la línea neutra tras la aplicación de las fuerzas. Por lo tanto, representa la suma de todos los factores desconocidos (de error) para una configuración determinada. El factor K depende de muchas variables, como el material, el tipo de operación de doblado (acuñado, doblado inferior, doblado al aire, etc.), las herramientas, etc., y suele estar entre 0,3 y 0,5.

La siguiente ecuación relaciona el factor K con la tolerancia de curvatura: ^{[ 12 ]}

${\displaystyle K={\frac {-R+{\frac {BA}{\pi A/180}}}{T}}.}$

La siguiente tabla es una guía práctica . Los resultados reales pueden variar considerablemente.

La siguiente fórmula puede utilizarse en lugar de la tabla como una buena aproximación del factor K para la curvatura del aire:

${\displaystyle K={\frac {\log \min \left(100,{\frac {\max(20R,T)}{T}}\right)}{2\log 100}}.}$

• Benson, Steve D. Tecnología de prensas plegadoras: Guía para el doblado de precisión de chapa metálica. Society of Manufacturing Engineers, 1997. ISBN 978-0-87263-483-1
• Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Guía de referencia de procesos de fabricación , Industrial Press Inc., ISBN 0-8311-3049-0.
• https://prestigemetals.com/metal-bending-technology/