Chapa de metal

El acero con bajo contenido de carbono se fabrica en forma de láminas y, a menudo, se galvaniza. ^{[ 5 ]}

El grado 304 es el más común de los tres grados. Ofrece buena resistencia a la corrosión, manteniendo a la vez la conformabilidad y la soldabilidad . Los acabados disponibles son #2B, #3 y #4. El grado 303 no está disponible en forma de lámina. ^{[ 6 ]}

El grado 316 posee mayor resistencia a la corrosión y mayor resistencia a temperaturas elevadas que el 304. Se utiliza comúnmente en bombas , válvulas , equipos químicos y aplicaciones marinas. Los acabados disponibles son #2B, #3 y #4. ^{[ 6 ]}

El acero inoxidable de grado 410 es tratable térmicamente , pero tiene una menor resistencia a la corrosión que otros grados. Se usa comúnmente en cubertería . El único acabado disponible es mate. ^{[ 6 ]}

El grado 430 es una opción popular y económica, alternativa a los grados de la serie 300. Se utiliza cuando la alta resistencia a la corrosión no es un criterio primordial. Es un grado común en productos para electrodomésticos, a menudo con acabado cepillado.

El aluminio se utiliza ampliamente en forma de lámina metálica debido a su flexibilidad, amplia gama de opciones, rentabilidad y otras propiedades. ^{[ 7 ]} Los cuatro grados de aluminio más comunes disponibles como lámina metálica son 1100-H14, 3003-H14, 5052-H32 y 6061-T6. ^{[ 6 ] [ 8 ]}

El grado 1100-H14 es aluminio comercialmente puro, altamente resistente a productos químicos y a la intemperie. Es suficientemente dúctil para el embutido profundo y soldable, pero tiene baja resistencia. Se utiliza comúnmente en equipos de procesamiento químico, reflectores de luz y joyería . ^{[ 6 ]}

El grado 3003-H14 es más resistente que el 1100, manteniendo la misma conformabilidad y bajo costo. Es resistente a la corrosión y soldable. Se utiliza frecuentemente en piezas estampadas , piezas hiladas y estiradas , buzones , gabinetes , tanques y aspas de ventilador . ^{[ 6 ]}

El grado 5052-H32 es mucho más resistente que el 3003, manteniendo a la vez una buena conformabilidad. Presenta una alta resistencia a la corrosión y soldabilidad. Sus aplicaciones comunes incluyen chasis electrónicos, tanques y recipientes a presión . ^{[ 6 ]}

La aleación 6061-T6 es una aleación de aluminio estructural común tratada térmicamente. Es soldable, resistente a la corrosión y más fuerte que la 5052, pero no tan conformable. Pierde algo de resistencia al soldarse. ^{[ 6 ]} Se utiliza en estructuras de aeronaves modernas. ^{[ 9 ]}

El latón es una aleación de cobre que se utiliza ampliamente en láminas metálicas. Posee mayor resistencia, resistencia a la corrosión y maleabilidad que el cobre, a la vez que conserva su conductividad.

En el hidroconformado de láminas, la variación en las propiedades de la bobina de lámina entrante es un problema común en el proceso de conformado, especialmente con materiales para aplicaciones automotrices. Aunque la bobina de lámina entrante cumpla con las especificaciones de la prueba de tracción, a menudo se observa una alta tasa de rechazo en la producción debido al comportamiento inconsistente del material. Por lo tanto, existe una gran necesidad de un método discriminatorio para evaluar la conformabilidad de la lámina entrante. La prueba de abombamiento hidráulico de la lámina simula las condiciones de deformación biaxial que se observan comúnmente en las operaciones de producción.

Para la formación de curvas límite de materiales como aluminio, acero dulce y latón. El análisis teórico se lleva a cabo mediante la derivación de ecuaciones que rigen la determinación de la tensión equivalente y la deformación equivalente, basándose en la suposición de que el abultamiento es esférico y el criterio de fluencia de Tresca con la regla de flujo asociada. Para la experimentación, el análisis de malla circular es uno de los métodos más eficaces. ^{[ 10 ]}

Durante el proceso de laminado, los rodillos se curvan ligeramente, lo que provoca que las láminas sean más delgadas en los bordes. ^{[ 6 ]} Las tolerancias en la tabla y los anexos reflejan las prácticas de fabricación y los estándares comerciales actuales y no son representativas del calibre estándar del fabricante, que no tiene tolerancias inherentes.

La ecuación para estimar la fuerza de flexión máxima es: $${\displaystyle F_{\text{max}}=k{\frac {TLt^{2}}{W}},}$$ dónde

• k es un factor que tiene en cuenta varios parámetros, incluida la fricción;
• T es la resistencia a la tracción máxima del metal;
• L y t son la longitud y el espesor de la chapa metálica, respectivamente; y
• W es el ancho abierto de una matriz en V o matriz de limpieza.

El proceso de curvado se utiliza para dar forma al borde de un anillo. Este proceso elimina los bordes afilados y aumenta el momento de inercia cerca del extremo curvado. La rebaba debe girarse en dirección opuesta a la matriz. Se utiliza para curvar un material de espesor específico. Generalmente se utiliza acero para herramientas debido al desgaste que sufre durante la operación.

Es un proceso de metalurgia que consiste en eliminar la curvatura horizontal de una tira de material. Puede aplicarse a secciones de longitud finita o a bobinas. Se asemeja al aplanamiento o nivelación, pero sobre un borde deformado.

El embutido es un proceso de conformado en el que el metal se estira sobre una matriz o molde . ^{[ 19 ]} En el embutido profundo, la profundidad de la pieza que se fabrica es mayor que la mitad de su diámetro. El embutido profundo se utiliza para fabricar tanques de combustible para automóviles, fregaderos de cocina, latas de aluminio de dos piezas , etc. El embutido profundo generalmente se realiza en varias etapas llamadas reducciones de embutido. Cuanto mayor sea la profundidad, más reducciones se requieren. El embutido profundo también puede realizarse con menos reducciones calentando la pieza de trabajo, por ejemplo, en la fabricación de fregaderos.

En muchos casos, el material se lamina en la planta en ambas direcciones para facilitar el embutido profundo. Esto da como resultado una estructura granular más uniforme que limita el desgarro y se conoce como material de "calidad de embutido".

La expansión es un proceso que consiste en cortar o estampar ranuras en un patrón alterno, similar al aparejo de ladrillos , y luego estirar la lámina como un acordeón. Se utiliza en aplicaciones donde se requiere la circulación de aire y agua, así como cuando se busca ligereza a costa de una superficie plana y sólida. Un proceso similar se emplea en otros materiales, como el papel, para crear un papel de embalaje económico con mejores propiedades de soporte que el papel plano convencional.

El dobladillo consiste en rematar el borde de una lámina de metal sobre sí mismo para reforzarlo. El ensamblaje consiste en unir dos láminas de metal para formar una junta.

El hidroconformado es un proceso análogo al embutido profundo, ya que la pieza se forma estirando la chapa sobre una matriz fija . La fuerza necesaria se genera mediante la aplicación directa de una presión hidrostática extremadamente alta sobre la pieza o sobre una vejiga en contacto con ella, en lugar de mediante la parte móvil de una matriz en una prensa mecánica o hidráulica. A diferencia del embutido profundo, el hidroconformado generalmente no implica reducciones de estiramiento; la pieza se forma en un solo paso.

El proceso de conformado incremental de chapa (ISF, por sus siglas en inglés) es básicamente un proceso de conformado de chapa metálica. En este caso, la chapa se moldea hasta obtener su forma final mediante una serie de procesos en los que se realizan pequeñas deformaciones incrementales en cada paso.

El planchado es un proceso de conformado o conformado de chapa metálica que reduce el espesor de la pieza de forma uniforme en un área específica. Este proceso es muy útil para producir piezas con un espesor de pared uniforme y una alta relación altura-diámetro. Se utiliza en la fabricación de latas de aluminio para bebidas.

La chapa metálica se puede cortar de diversas maneras, desde herramientas manuales como las tijeras para chapa hasta cizallas eléctricas de gran tamaño. Gracias a los avances tecnológicos, el corte de chapa metálica se ha automatizado mediante ordenadores para lograr un corte preciso. Muchas operaciones de corte de chapa metálica se basan en el corte láser de control numérico computarizado (CNC) o en punzonadoras CNC multiherramienta.

El láser CNC implica mover un conjunto de lentes que transportan un haz de luz láser sobre la superficie del metal. Se introduce oxígeno, nitrógeno o aire a través de la misma boquilla por donde sale el haz láser. El metal se calienta y se quema por el haz láser, cortando la lámina metálica. ^{[ 20 ]} La calidad del borde puede ser tan lisa como un espejo y se puede obtener una precisión de alrededor de 0,1 mm (0,0039 pulg.) . Las velocidades de corte en láminas delgadas de 1,2 mm (0,047 pulg.) pueden llegar a ser de hasta 25 m (82 pies) por minuto. La mayoría de los sistemas de corte láser utilizan una fuente láser basada _en CO₂ con una longitud de onda de alrededor de 10 μm ; algunos sistemas más recientes utilizan un láser basado en YAG con una longitud de onda de alrededor de 1 μm.        

El mecanizado fotoquímico, también conocido como fotograbado, es un proceso de corrosión rigurosamente controlado que se utiliza para producir piezas metálicas complejas a partir de chapa metálica con gran precisión. El proceso de fotograbado consiste en aplicar un polímero fotosensible a una lámina de metal en bruto. Utilizando fotoherramientas diseñadas por CAD como plantillas, el metal se expone a luz ultravioleta para crear un patrón de diseño, que posteriormente se revela y graba en la lámina metálica.

La perforación es un proceso de corte que perfora múltiples agujeros pequeños muy juntos en una pieza de trabajo plana. La chapa metálica perforada se utiliza para fabricar una amplia variedad de herramientas de corte de superficie, como la Surform .

Esta es una forma de doblado que se utiliza para producir piezas largas y delgadas de chapa metálica. La máquina que dobla el metal se llama prensa plegadora . La parte inferior de la prensa contiene una ranura en forma de V llamada matriz. La parte superior de la prensa contiene un punzón que presiona la chapa metálica hacia abajo dentro de la matriz en forma de V, provocando que se doble. ^{[ 21 ]} Se utilizan varias técnicas, pero el método moderno más común es el "doblado al aire". En este caso, la matriz tiene un ángulo más agudo que el doblez requerido (normalmente 85 grados para un doblez de 90 grados) y la herramienta superior se controla con precisión en su recorrido para empujar el metal hacia abajo la cantidad necesaria para doblarlo 90 grados. Normalmente, una máquina de uso general tiene una fuerza de doblado disponible de alrededor de 25 toneladas por metro de longitud. El ancho de apertura de la matriz inferior suele ser de 8 a 10 veces el espesor del metal que se va a doblar (por ejemplo, un  material de 5 mm podría doblarse en una  matriz de 40 mm). El radio interior de la curvatura que se forma en el metal no viene determinado por el radio de la herramienta superior, sino por el ancho de la matriz inferior. Normalmente, el radio interior es igual a 1/6 del ancho en V utilizado en el proceso de conformado.

La prensa suele contar con un tope trasero para controlar la profundidad del pliegue a lo largo de la pieza. Este tope puede controlarse por ordenador, lo que permite al operario realizar una serie de pliegues en un componente con gran precisión. Las máquinas sencillas controlan únicamente el tope trasero; las más avanzadas controlan su posición y ángulo, su altura y la posición de las dos clavijas de referencia utilizadas para posicionar el material. La máquina también puede registrar la posición y la presión exactas necesarias para cada operación de plegado, lo que permite al operario lograr un pliegue perfecto de 90 grados en diversas operaciones sobre la pieza.

El punzonado se realiza colocando la lámina de metal entre un punzón y una matriz montados en una prensa. El punzón y la matriz son de acero endurecido y tienen la misma forma. El punzón está dimensionado para que encaje perfectamente en la matriz. La prensa empuja el punzón contra la matriz con la fuerza suficiente para cortar un orificio en la lámina. En algunos casos, el punzón y la matriz se acoplan para crear una hendidura en la lámina. En el estampado progresivo , una bobina de material se introduce en un conjunto largo de matriz y punzón con varias etapas. En una sola etapa se pueden producir varios orificios de forma sencilla, pero los orificios complejos se crean en varias etapas. En la etapa final, la pieza se separa de la bobina mediante punzonado.

Una punzonadora CNC típica cuenta con hasta 60 herramientas en una torreta que puede girar para colocar cualquier herramienta en la posición de punzonado. Se corta una forma simple (por ejemplo, un cuadrado, un círculo o un hexágono) directamente de la lámina. Se puede cortar una forma compleja realizando múltiples cortes cuadrados o redondeados alrededor del perímetro. Una punzonadora es menos flexible que un láser para cortar formas compuestas, pero más rápida para formas repetitivas (por ejemplo, la rejilla de una unidad de aire acondicionado). Una punzonadora CNC puede alcanzar 600 golpes por minuto.

Un componente típico (como el lateral de la carcasa de un ordenador) se puede cortar con gran precisión a partir de una lámina en blanco en menos de 15 segundos, ya sea con una prensa o con una máquina CNC láser.

Operación de doblado continuo para producir perfiles abiertos o tubos soldados de gran longitud o en grandes cantidades.

El laminado es un proceso de conformado o trabajo de metales. En este método, el material pasa a través de uno o más pares de rodillos para reducir su espesor. Se utiliza para uniformizar el espesor. Se clasifica según su temperatura de laminado: ^{[ 22 ]}

1. Laminación en caliente: a esta temperatura, la temperatura está por encima de la temperatura de recristalización.
2. Laminación en frío: A esta temperatura, la temperatura es inferior a la de recristalización.
3. Laminado en caliente: Esta temperatura se encuentra entre el laminado en caliente y el laminado en frío.

El hilado se utiliza para fabricar piezas tubulares (de simetría axial) fijando una lámina de material a un molde giratorio ( mandril ). Rodillos o herramientas rígidas presionan la lámina contra el molde, estirándola hasta que adquiere su forma. El hilado se utiliza para fabricar carcasas de motores de cohetes, ojivas de misiles, antenas parabólicas y embudos metálicos de cocina.

El estampado incluye diversas operaciones como el punzonado, el troquelado, el grabado en relieve, el doblado, el rebordeado y el acuñado; se pueden formar figuras simples o complejas a altas tasas de producción; los costos de las herramientas y los equipos pueden ser elevados, pero los costos laborales son bajos.

Por otra parte, las técnicas relacionadas de repujado y cincelado tienen bajos costos de herramientas y equipos, pero altos costos de mano de obra.

Una cortadora por chorro de agua, también conocida como chorro de agua, es una herramienta capaz de erosionar de forma controlada metales u otros materiales mediante un chorro de agua a alta velocidad y presión, o una mezcla de agua y una sustancia abrasiva.

El proceso de usar una rueda inglesa se llama conformado. Es básicamente un proceso de trabajo o conformado de metales. Un artesano utiliza una rueda inglesa para dar forma a curvas compuestas a partir de una lámina plana de aluminio o acero. Es costoso, ya que requiere mano de obra altamente calificada. Se pueden producir diferentes paneles con el mismo método. Para la producción en grandes cantidades se utiliza una prensa de estampado. ^{[ 23 ]}

• Oberg, Erik; Jones, Franklin D. (2004). Manual de maquinaria (27.ª  ed.). Nueva York: Industrial Press . ISBN 0-8311-2700-7.
• Parker (2013). Construyendo la victoria: Fabricación de aeronaves en el área de Los Ángeles durante la Segunda Guerra Mundial . Cypress, CA. ISBN 978-0-9897906-0-4.{{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace )