Los fundamentos del diseño de chapa metálica, consejos para la fabricación

Introducción al diseño de chapa metálica

Mire a su alrededor y se dará cuenta de que hay una gran cantidad de productos hechos de chapa. Ya se trate de productos de consumo como latas de bebidas, utensilios de cocina, archivadores o productos industriales como carrocerías, marcos y escapes de automóviles. Las láminas de metal son un activo valioso para las industrias y la producción de bajo volumen. Por lo tanto, este artículo está dedicado a discutir los conceptos básicos del diseño de chapa y algunos consejos útiles para los diseñadores de chapa. Muchas industrias están adoptando el concepto de Diseño para Manufacturabilidad, o más comúnmente conocido como DFM. En las industrias de diseño de láminas de metal, DFM ayuda a evitar errores técnicos en el proceso de diseño para mejorar los plazos de entrega de fabricación según la tabla de espesores de láminas de metal y los cálculos anteriores. Es por eso que el diseño de láminas de metal para la fabricación también es un tema importante que se analiza en este artículo.

¿Qué es la chapa metálica?

Antes de discutir los tecnicismos del diseño de chapa, es esencial comprender qué es la chapa. La chapa metálica es un metal como el aluminio, el latón, el titanio, el níquel, el estaño y el cobre procesado en piezas delgadas y planas como láminas, hojas y placas.

Dado que están formados para ser livianos, delgados, estables y elásticos, se usan ampliamente en las industrias para fines de revestimiento y revestimiento.

Operaciones básicas de chapa metálica

El laminado de metal implica operaciones de formación y corte en láminas, bobinas y tiras de metal para fabricar componentes y partes de productos. Hay varias operaciones diferentes para los diseños de chapa metálica, algunas de las cuales se analizan a continuación.

1. Doblado

La deformación de láminas de metal alrededor de un eje recto mediante la aplicación de una fuerza en un área localizada se denomina flexión. La pieza de trabajo se coloca sobre un bloque de matriz y se presiona un punzón, formando la forma deseada de la hoja de metal. Diferentes industrias emplean diferentes herramientas para doblar metal, pero las herramientas más comunes son las prensas de freno o los frenos de doblado.

2. Dibujo 

Otra operación de chapado es el embutido, también conocido como embutición en copa o embutición profunda. Se trata del estiramiento de la hoja de metal para formar una forma hueca o cóncava. Un soporte en blanco sostiene la pieza de trabajo en un troquel, mientras tanto, un punzón en forma de U perfora la pieza de trabajo de chapa. La figura adjunta ilustra el proceso:

3. Esquila

A diferencia de las operaciones mencionadas anteriormente, el cizallamiento es un proceso de laminado de metal que consiste en cortar la pieza de trabajo aplicando fuerza sobre el punzón, en lugar de un proceso de formación de diseño de la lámina de metal.

Como se muestra en la figura, la pieza de metal que se coloca primero en el troquel experimenta una fuerza vertical en el punzón para producir un efecto de corte y cortar la pieza de trabajo.

4.Procesos Misceláneos

Hay varios otros procesos para el diseño de láminas de metal que pueden o no usar las herramientas de troquelado y punzonado para doblar el metal. Estos procesos incluyen

• Girado:la operación de hilado comprende el prensado de una pieza de metal axialmente simétrica sobre un mandril o mandril giratorio para dar forma a la lámina de metal.
• Formado por estiramiento: el formado por estiramiento implica estirar una lámina de metal y doblarla simultáneamente junto con el estiramiento para formar formas contorneadas.
• Relieve:crea letras o superficies elevadas en láminas de metal.
• Exprimido:es una combinación de procesos como el dimensionado y acuñado para crear metales dúctiles.
• Recorte:también conocido como afeitado, el recorte consiste en quitar las rebabas de los bordes cortados para suavizarlos.
• Perforación:es un proceso de creación de agujeros de cualquier forma en láminas de metal utilizando un punzón afilado y puntiagudo para perforar la pieza de trabajo.
• Punzonado:el punzonado crea orificios circulares en una pieza de lámina de metal con un punzón y un troquel.
• Borrado:Implica cortar una forma determinada de la tira de chapa. Esta pieza cortada se llama un espacio en blanco. El borrado se usa comúnmente para crear discos o arandelas.

Directrices DFM para el diseño de chapa metálica

Las variaciones en los diseños asistidos por computadora y los productos reales son inevitables; sin embargo, seguir las pautas de DFM puede reducir estos errores. DFM o Design for Manufacturability se basa en el concepto de diseñar piezas, componentes, piezas o productos para que sean fáciles de fabricar y menos costosos. Se enfoca en reducir el costo total de producción al reducir el tiempo de entrega.

La investigación sugiere que los fabricantes dedican alrededor del 40 % de su tiempo a corregir errores, el 24 % de los cuales son errores de fabricación. Por lo tanto, las industrias deben abordar estos errores. Cumplir con las pautas de DFM puede reducir significativamente los errores de diseño.

DFM se centra en la simplificación de los diseños de las piezas para una fácil fabricación y reproducibilidad. Sugiere la estandarización de piezas para reducir el número de piezas y producir productos de calidad rentables.

Algunos factores básicos para el diseño de chapa 

El diseño de chapa metálica para la fabricación se centra en puntos que son críticos en el proceso de diseño general. Las siguientes pautas ayudan a mejorar el diseño:

• Radio del agujero

Debe evitarse la creación de pequeños agujeros en la pieza metálica, ya que requieren pequeños punzones, que pueden romperse durante la operación. Por lo tanto, los agujeros deben tener un diámetro igual o mayor que el espesor de la pieza de trabajo.

• Relieve de plegado

Una muesca en los diseños de chapa se denomina alivio de plegado, de modo que el proceso de plegado sea suave durante el proceso de diseño de chapa. Ayuda a evitar roturas durante la operación de doblado.

• Agujero para doblar espacio libre

Se recomienda que la distancia entre los agujeros y una curva sea 1,5 veces el espesor de la lámina con el radio de curvatura agregado.

• Radio de curvatura de chapa metálica

Debe adaptarse un radio mínimo de curvatura de la chapa. Este radio de curvatura mínimo depende de las herramientas utilizadas para doblar el metal. Cuanto más flexible es el metal, más fácil resulta tener un radio pequeño.

• Ancho de brida

En un diseño de chapa, el ancho mínimo de la pestaña idealmente debería ser cuatro veces el espesor de la chapa. Este factor es vital cuando se trata de la estética y la limpieza de su diseño.

Consejos de DFM para el diseño de chapa metálica

Aquí se mencionan algunos consejos de diseño de chapa para fabricar su diseño.

1. Es necesario tener diámetros de agujero mayores en comparación con el espesor de la chapa.

2. La distancia entre dos agujeros es lo más importante. Se recomienda que esta distancia sea el doble del espesor de la lámina. Este factor le ayudará a evitar la deformación del metal en los agujeros perforados.

3. Si los agujeros perforados están muy cerca del borde exterior de la hoja, se recomienda dejar un espacio mínimo igual al grosor de la hoja entre el agujero y el borde.

4. Debe haber al menos 1,5 veces el grosor del material entre el doblez y los agujeros.

Beneficios de DFM

DFM proporciona una opción comercial a los fabricantes para mejorar la calidad de su producto y reducir los costos de producción. Tiene una lista interminable de beneficios, algunos de los cuales se enumeran a continuación:

• Muy rentable
• Disminuye los costos de mano de obra
• Mejora la calidad del producto
• Mejora la satisfacción del cliente
• Reduce el tiempo de desarrollo del producto
• Simplifica y estandariza el diseño para facilitar la fabricación

Errores a evitar al diseñar piezas de chapa metálica

Hay ciertos problemas que ocurren con frecuencia en un diseño de chapa. A continuación se enumeran algunos de los problemas que deben evitarse en el diseño de la pieza de chapa:

1. Evite el uso de modelos 3D sin dobleces

2. Restrinja las esquinas perfectamente perpendiculares y afiladas de la chapa

3. Impedir la colocación de funciones cerca de las líneas de plegado

4. Investigue bien antes de elegir un patrón plano para las piezas de chapa metálica diseñadas

5. Evite seleccionar el tipo de fabricación de chapa metálica incorrecto para el diseño de un producto

6. Debe incluir especificaciones detalladas en el archivo de diseño CAD según la tabla de espesores de chapa

7. Esté atento a los requisitos de soldadura, asegúrese de no hacerlos poco realistas

8. Considere siempre la fuerza del canal en U en su proceso de selección de materiales

Prototipos de chapa

La creación de prototipos de chapa implica modelar una muestra de un producto metálico para probar un concepto. Ayuda a las empresas a probar una idea antes de lanzar la producción en masa. A diferencia de los prototipos tradicionales, los prototipos de chapa se diseñan en menos tiempo.

Diferentes empresas emplean diferentes métodos para la producción de prototipos de chapa metálica, algunos de los cuales se mencionan a continuación:

• El estampado de metal prototipo de precisión utiliza una prensa de estampado para desarrollar piezas de alta precisión.
• La creación rápida de prototipos fabrica el modelo mediante un dibujo virtual en 3D.
• La formación incremental de láminas de metal utiliza una fresadora para formar el producto sin troquel.

Conclusión

Las chapas tienen un significado innegable en nuestras vidas. Tienen amplias aplicaciones que van desde industrias de electrodomésticos, industrias automotrices, industrias robóticas y productos de consumo. Por lo tanto, es esencial comprender los conceptos básicos del diseño de chapa y las pautas de diseño de chapa DFM consideradas en el proceso de fabricación.