Plegado de Chapa de Precisión: Fabricación Rentable y Fiable

El plegado —a veces llamado flejado o frenado— es una de las técnicas más importantes y ampliamente usadas en la fabricación de chapa de alta precisión.

El plegado de chapa permite a los fabricantes convertir una pieza recta de chapa en un componente angular, y esto puede ser mucho más rentable que soldar o unir dos piezas separadas.

El proceso de plegado suele funcionar usando herramientas de plegado para aplicar fuerza a la chapa de forma que cause deformación permanente. Sin embargo, hay muchos métodos y máquinas de plegado diferentes que pueden usarse para lograr el mejor resultado. Cálculos de plegado complejos aseguran que se puedan cumplir tolerancias ajustadas.

Este artículo sirve como introducción al plegado de chapa, examinando los fundamentos, equipos típicos, tipos de plegado y consideraciones técnicas como compensaciones de plegado y recuperación elástica.

¿Qué es el plegado de chapa?

El plegado de chapa es una técnica de trabajo del metal usada para convertir piezas planas de chapa en formas en V, U o canal.

Es un proceso de fabricación importante y conveniente, ya que plegar una pieza plana de chapa en una nueva forma es significativamente más barato que, por ejemplo, mecanizar una forma en V, U o canal a partir de una pieza bruta sólida, o fundirla en una fundición. Además, el plegado produce una pieza más resistente que, por ejemplo, soldar dos piezas planas de chapa en forma de V.

Muchos tipos de plegado de chapa implican el uso de una máquina llamada freno, a veces llamada máquina de plegar o plegadora de chapa. La fuerza puede aplicarse manualmente o con, por ejemplo, hidráulica. Una prensa hidráulica puede ejercer fuerzas altas y por tanto plegar mayores espesores de chapa.

Equipos de plegado de chapa

La pieza más importante del equipo de plegado de chapa es el freno, que viene en varias formas distintas:

• Un freno de cornisa es una máquina de plegado simple —y el freno de chapa más usado en fabricación— que sujeta una pieza de chapa a una superficie plana, y luego, mediante el movimiento de una hoja de plegado móvil, usa fuerza para hacer pliegues rectos o simples crenados.
• Una prensa plegadora es una máquina que usa un punzón móvil y una matriz correspondiente. Durante la operación, la chapa se coloca sobre la matriz y el punzón se mueve con fuerza contra el metal, forzándolo a entrar en la abertura de la matriz. Según la forma de la matriz, una prensa plegadora puede hacer pliegues en V, U y otras formas.
• Un freno de caja y bandeja (también conocido como freno de dedos) es otro tipo de freno de chapa que usa una fila de "dedos" metálicos para crear múltiples líneas de plegado. Como sugiere el nombre, se usa a menudo para hacer cajas a medida.
• Una plegadora de barra es una máquina de plegado pequeña y simple con un solo mango que sujeta la chapa y la pliega en un solo movimiento.

Tipos de plegado de chapa

Hay diferentes variedades de plegado para lograr distintos pliegues de distintas maneras. Tres de estos métodos (plegado en aire, fondo y acuñado) usan una prensa plegadora, mientras que los otros usan maquinaria variada para crear los pliegues deseados.

Plegado en aire (Air bending)

El plegado en aire es un método de prensa plegadora en el que un punzón fuerza la chapa dentro de una matriz pero no tan lejos que toque las paredes de la matriz.

Este método no es tan preciso como otros, pero es altamente flexible: puede usarse para hacer pliegues en V, U y otras formas. Esto es en parte porque la geometría de la matriz no necesita corresponder exactamente al pliegue deseado, ya que no hay contacto entre las dos superficies.

Fondo (Bottoming)

El fondo es otro método de prensa plegadora. Durante el proceso de fondo, el punzón fuerza la chapa completamente dentro de la matriz, creando un pliegue que corresponde a la geometría interior de la matriz. Se usa para hacer pliegues en V.

Acuñado (Coining)

El acuñado es un tipo más costoso de plegado con prensa plegadora en el que un punzón se baja con mucha mayor fuerza sobre la chapa y dentro de la matriz, creando una deformación permanente con muy poca recuperación elástica. (Significa que el metal no se desdobla una vez retirado el punzón.)

Plegado (Folding)

El plegado puede realizarse en máquinas como un freno de cornisa o una plegadora de barra. La chapa se sujeta en su sitio antes de que un haz de sujeción suba para plegar el metal alrededor de un perfil. El plegado logra un pliegue en V y permite ángulos de plegado positivos o negativos.

Limpieza (Wiping)

La limpieza (o plegado de borde o plegado por arrastre) es otro método adecuado para maquinaria como frenos de cornisa y plegadoras de barra (y en algunos casos prensas plegadoras). Es más rápido que el plegado pero puede infligir más daño a la superficie de la chapa.

Plegado por rodillos (Roll bending)

El plegado por rodillos es quizás el proceso de conformado de chapa más único debido a la maquinaria usada. Un sistema de plegado por rodillos tiene tres rodillos cilíndricos para plegar la chapa en un arco, y es por tanto útil para fabricar tuberías, tubos y otras piezas redondeadas.

Plegado escalonado (Step bending)

El plegado escalonado —a veces llamado plegado por golpes— es una forma de aproximar un pliegue curvo suave (como el producido por plegado por rodillos) usando una prensa plegadora. Realizando varios pequeños pliegues en V en sucesión, el plegado escalonado puede producir lo que parece un pliegue curvo.

Recuperación elástica (Springback) explicada

Cuando la chapa se pliega en una nueva forma, naturalmente recupera algo de su forma original tras retirar la fuerza de plegado. Esto se llama "recuperación elástica" o springback.

La recuperación elástica ocurre debido a la resistencia a la compresión de la chapa plegada. Cuando la chapa se pliega, un lado se estira y el otro se comprime; sin embargo, como el material tiene mayor resistencia a la compresión que a la tracción, el lado comprimido resiste exitosamente la deformación y se descomprime al retirar la fuerza.

La recuperación elástica no es un problema mayor, pero significa que los fabricantes deben compensar la recuperación esperada sobre-plegando la chapa. Si el metal se sobre-plega intencionadamente ligeramente, una pequeña recuperación elástica natural resultará en el ángulo correcto.

Por supuesto, calcular la recuperación elástica está lejos de ser simple, y hay varias variables que afectan su severidad, incluyendo el tipo y espesor del material. Además, radios interiores mayores resultan en mayor recuperación elástica.

Cálculos y compensaciones

Cuando una pieza de chapa se pliega, el lado exterior del pliegue se alarga, y sus dimensiones se alteran. Esto significa que, por ejemplo, la longitud total de las dos patas de un pliegue en V será más larga que el patrón plano original.

Así que si las dimensiones se alteran, ¿cómo diseñamos una pieza con precisión, asegurando que encajará con otros componentes? ¿Cómo decidimos cuánto debe medir la pieza plana de chapa? Para compensar los cambios dimensionales, debemos incorporar la compensación de plegado (bend allowance): la diferencia entre la longitud de la chapa desplegada y la suma de las longitudes de cada pata de la pieza plegada terminada.

Los cálculos de compensación de plegado consideran factores como el espesor de la chapa, radios de plegado, ángulos de plegado y factor K (relación entre la ubicación del eje neutro y el espesor del material). La compensación requerida para una pieza de chapa puede calcularse usando una calculadora de compensación de plegado.

Mejores materiales y calibres de chapa para plegado

Algunos materiales de chapa son mejores para plegar que otros. Generalmente, los mejores materiales son maleables y no frágiles.

Materiales populares para plegado de chapa incluyen:

• Acero dulce: Puede plegarse a cualquier temperatura.
• Acero para muelles: Plegable tras recocido.
• Acero aleado 4140: Plegable tras recocido.
• Aluminio 5052: Altamente plegable comparado con otras aleaciones de aluminio.
• Cobre: Altamente plegable.

Materiales más difíciles (aunque no imposibles) de plegar incluyen aluminio 6061, acero al carbono, titanio, latón y bronce. El acero inoxidable puede plegarse, siendo la serie 300 más dúctil que otras.

Dirección de grano

La dirección del grano de la chapa —la dirección en que los diminutos cristales del metal se alargan debido al laminado original de la chapa— afecta cómo se pliega.

La dirección del grano hace que la chapa sea más resistente en un eje y más débil en el otro. Plegar con el grano (longitudinalmente) puede aumentar la probabilidad de agrietamiento, desgarro o piel de naranja; plegar contra el grano reduce las posibilidades de estos problemas.

Pero aunque plegar contra el grano reduce las probabilidades de rotura, también requiere mayor fuerza, ya que la chapa es más resistente. Puede por tanto resultar en mayor recuperación elástica y requerir mayor compensación al respecto.

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