¿Qué son los servicios de fabricación y estampado de chapa metálica y cómo se elige el proceso adecuado para sus piezas?

¿Qué es el estampado de chapa y cómo funciona?

Estampación de chapa es un proceso de conformado en frío en el que se coloca material de chapa plana en una prensa de estampado y se le da forma mediante una herramienta endurecida y un juego de matrices que aplica fuerza de compresión para deformar el metal en una geometría tridimensional precisa. El proceso abarca varias suboperaciones que se pueden realizar individualmente o en secuencia dentro de un único troquel progresivo o herramienta de troquel de transferencia: corte (cortar el perfil exterior de la pieza de la hoja), perforación (cortar orificios y aberturas), doblar (formar características angulares), estirar (tirar del metal para darle forma de copa o concha), acuñar (aplicar una presión localizada muy alta para producir características superficiales precisas y tolerancias dimensionales ajustadas) y estampado (crear patrones de superficie elevados o empotrados para fines de rigidez o identificación).

La principal ventaja económica del estampado de chapa metálica es la velocidad: una moderna prensa de estampado progresivo de alta velocidad que funciona de 200 a 800 golpes por minuto puede producir una pieza metálica estampada compleja cada fracción de segundo, logrando un tiempo de ciclo por pieza que ningún otro proceso de conformado de metal puede alcanzar con una complejidad de pieza equivalente. La inversión en herramientas necesaria para lograr esta velocidad es sustancial y normalmente oscila entre 15 000 y 250 000 dólares estadounidenses o más para una matriz progresiva compleja, pero esta inversión se amortiza a lo largo de la producción. En volúmenes superiores a 10 000 y 50 000 piezas por año, dependiendo de la complejidad de la pieza, el estampado ofrece constantemente el costo por pieza más bajo de cualquier opción de conformado de metal para piezas dentro de su capacidad geométrica.

Estampación progresiva versus estampación por transferencia

Las dos configuraciones principales de troqueles de estampado utilizadas en el estampado de producción son troqueles progresivos y troqueles de transferencia, y la elección entre ellos tiene implicaciones significativas para el tamaño de la pieza, la complejidad y el costo por pieza:

• Estampación progresiva: La tira de chapa metálica se alimenta continuamente a través de una serie de estaciones dentro de un único juego de troqueles, y cada golpe de prensa hace avanzar la tira en un paso de estación y realiza la operación designada en cada estación simultáneamente. La pieza permanece unida a la tira mediante pestañas transportadoras hasta la estación final, donde se separa de la tira como pieza completa. Los troqueles progresivos son la opción preferida para piezas pequeñas y medianas (normalmente por debajo de 300 mm en cualquier dirección) que requieren una gran cantidad de operaciones de conformado y se producen en volúmenes muy altos. La tira portadora proporciona un posicionamiento preciso de las piezas entre estaciones sin equipo de transferencia mecánica, lo que permite las velocidades de prensa más altas posibles.
• Estampación por transferencia: Los espacios en blanco individuales se cortan de la tira y luego se transfieren mecánicamente entre estaciones de troquel separadas mediante un mecanismo de transferencia integrado en la prensa. Los troqueles de transferencia pueden manejar piezas más grandes y complejas que los troqueles progresivos porque la pieza no está obligada a permanecer unida a una tira portadora, lo que permite operaciones de conformado que requieren que todo el perímetro de la pieza en bruto esté libre. El estampado por transferencia es el proceso estándar para grandes paneles de carrocería de automóviles, componentes estructurales y otras piezas en el rango de tamaño de 300 mm a 2000 mm.

Tolerancias alcanzables en el estampado de metales de precisión

El estampado de metal de precisión se refiere a operaciones de estampado que consistentemente logran tolerancias dimensionales más estrictas que el estampado comercial estándar, generalmente mediante el uso de corte fino, acuñación o herramientas rectificadas de precisión con espacios libres más ajustados para el troquel. El estampado comercial estándar normalmente logra tolerancias dimensionales de más o menos 0,1 a 0,25 mm en las características de la pieza; El estampado de metal de precisión utilizando corte fino logra tolerancias de más o menos 0,05 mm o más estrictas en la perpendicularidad del borde cortado y las dimensiones de las características, con acabado superficial en bordes cortados de Ra 0,4 a 1,6 micrómetros en comparación con Ra 3,2 a 6,3 micrómetros para bordes estampados estándar. Estas tolerancias más estrictas conllevan un mayor costo de herramientas y por pieza y, por lo tanto, el estampado de precisión se especifica solo cuando la aplicación realmente requiere un control dimensional más estricto, como en engranajes, componentes de válvulas y piezas estructurales de precisión para automóviles donde el ajuste del ensamblaje y el rendimiento funcional dependen de una geometría precisa.

Fabricación de chapa metálica: procesos, capacidades y aplicaciones

La fabricación de láminas de metal abarca el conjunto más amplio de procesos utilizados para cortar, formar y unir láminas de metal en piezas y conjuntos terminados, incluidos métodos que no requieren la gran inversión de capital en herramientas de prensa que exige el estampado. Los procesos de fabricación principales son el corte por láser, el corte por plasma, el corte por chorro de agua, el doblado con plegadora, el perfilado y la soldadura, y estos procesos se utilizan individualmente o en combinación para producir. piezas de chapa desde cantidades de prototipo hasta volúmenes de producción medios donde la economía de las herramientas de estampado no está justificada por el volumen.

Corte por láser y plegadora CNC

El corte por láser es el método de corte dominante en la fabricación moderna de chapa metálica para espesores de piezas de 0,5 mm a aproximadamente 25 mm en acero y aluminio. Las máquinas de corte por láser de fibra con potencias de 6 a 20 kilovatios pueden cortar láminas de acero dulce a una velocidad de 25 a 50 metros por minuto con espesores de 1 a 3 mm, logrando tolerancias de borde de corte de más o menos 0,1 mm y eliminando la necesidad de herramientas de corte específicas para cada pieza. Debido a que la ruta de corte está programada en software, una máquina de corte por láser puede producir un nuevo perfil de pieza a las pocas horas de recibir un dibujo revisado, lo que lo convierte en el método de corte preferido para piezas de chapa metálica personalizadas y de bajo volumen.

El plegado de prensa plegadora CNC forma los espacios en blanco cortados en formas tridimensionales aplicando una combinación de punzón y troquel en V para crear ángulos de plegado precisos. Las plegadoras CNC modernas equipadas con sistemas de medición de ángulos y coronación automática logran tolerancias de ángulo de curvatura de más o menos 0,5 grados de forma rutinaria, y de más o menos 0,2 grados con retroalimentación experimentada de configuración y medición. La combinación de corte por láser y conformado de prensa plegadora CNC es la ruta de fabricación estándar para piezas de chapa personalizadas en cantidades de 1 a aproximadamente 5000 piezas, cubriendo el rango de volumen donde la inversión en herramientas de estampado no es económicamente justificable para la mayoría de las geometrías de piezas.

Estampado versus fabricación: cuándo elegir cada proceso

Piezas de estampado de metales de precisión para aplicaciones automotrices

La industria automotriz es el mayor consumidor de estampado de metales de precisión a nivel mundial y representa aproximadamente entre el 35 y el 45 por ciento de la producción mundial de estampado en valor. Las demandas del estampado automotriz se diferencian del estampado industrial general en varios aspectos importantes: los volúmenes de piezas son enormes (un solo modelo de vehículo puede requerir de 100.000 a 500.000 unidades por año), los requisitos de consistencia dimensional son extremadamente estrictos porque las piezas deben ensamblarse correctamente durante toda una serie de producción sin ajustes individuales, la utilización del material debe maximizarse porque los costos de los materiales de acero y aluminio representan del 60 al 70 por ciento del costo total de las piezas en el estampado automotriz de gran volumen, y las piezas deben cumplir con la seguridad y durabilidad del vehículo. y requisitos NVH (ruido, vibración y dureza) codificados en estrictos estándares de ingeniería específicos del cliente.

Estampación de estructura de carrocería y panel de cierre

El estampado de la estructura de la carrocería del automóvil incluye los principales componentes estructurales de la carrocería del vehículo en blanco: el panel del piso, el cortafuegos, el panel del techo, los pilares A y B, los umbrales de las puertas y los exteriores laterales de la carrocería. Estas piezas están estampadas a partir de grados de acero de alta y ultra alta resistencia (HSLA, DP, CP y aceros martensíticos) con resistencias a la tracción que van desde 340 MPa para acero estructural suave hasta 1500 MPa y más para acero martensítico endurecido a presión utilizado en componentes de protección contra intrusiones críticos para la seguridad.

Los componentes de acero endurecido por presión (PHS), como pilares A, pilares B y vigas de intrusión de puertas, se estampan en procesos de conformado en caliente en los que la pieza en bruto se calienta entre 900 y 950 grados Celsius antes de formarse y luego se enfría rápidamente dentro de la matriz para lograr una microestructura martensítica con una resistencia a la tracción de 1300 a 1500 MPa en una masa parcial que es entre un 20 y un 30 por ciento menor que una pieza de acero de alta resistencia conformada en frío de una estructura estructural equivalente. rendimiento. La reducción de masa contribuye directamente a la eficiencia del combustible de los vehículos y a la gama de vehículos eléctricos con batería, lo que hace que el estampado PHS sea una tecnología habilitadora fundamental para los programas de aligeramiento de vehículos de los principales fabricantes de automóviles.

Piezas estructurales y funcionales automotrices estampadas con precisión

Más allá de los paneles de la estructura de la carrocería, el estampado metálico de precisión produce una amplia gama de piezas estructurales y funcionales de automóviles que requieren tolerancias más estrictas y geometrías más complejas que los paneles de la carrocería:

• Componentes de suspensión: Soportes de brazo de control, asientos de resorte y refuerzos de pasos de rueda estampados en acero de alta resistencia con tolerancias dimensionales estrictas, donde la geometría afecta directamente la alineación de las ruedas, el manejo y el desgaste de los neumáticos. Los requisitos de tolerancia en las posiciones de los orificios de montaje suelen ser de más o menos 0,1 a 0,2 mm para estas piezas para garantizar una alineación consistente en todas las variaciones de construcción de la línea de ensamblaje.
• Componentes del tren motriz y la transmisión: Piezas en bruto de engranajes, placas de embrague y refuerzos de carcasa de transmisión que requieren un corte fino para lograr bordes de corte suaves y perpendiculares y tolerancias dimensionales ajustadas necesarias para un funcionamiento correcto en conjuntos giratorios de alta velocidad. Los espacios en blanco de engranajes con corte fino logran tolerancias de perfil de diente dentro de los estándares de grado de calidad DIN 7 en comparación con DIN 10 a 11 para equivalentes mecanizados y estampados convencionalmente.
• Componentes de la bandeja y del gabinete de la batería: Para los vehículos eléctricos con batería, los componentes de acero y aluminio estampados con precisión forman el recinto estructural y la partición interna del paquete de baterías de alto voltaje. Estas piezas combinan estrechas tolerancias dimensionales (críticas para el sellado y el ajuste del ensamblaje) con altos requisitos de utilización de materiales (los componentes del paquete de baterías suelen ser costosas aleaciones de aluminio donde el desperdicio de material afecta directamente la economía de las piezas).
• Componentes críticos para la seguridad del cinturón de seguridad y del airbag: Placas de anclaje de cinturones de seguridad, soportes de pretensores y componentes de la carcasa de las bolsas de aire estampados con precisión según requisitos específicos de espesor y dureza del material, con una inspección dimensional del 100 por ciento y una trazabilidad completa del material como requisitos de calidad estándar.

Requisitos y estándares de calidad de estampado automotriz

Los proveedores de estampado automotriz deben operar bajo la certificación del sistema de gestión de calidad IATF 16949, que integra los requisitos ISO 9001 con requisitos específicos del sector automotriz para la planificación avanzada de la calidad del producto (APQP), el proceso de aprobación de piezas de producción (PPAP), el análisis del sistema de medición (MSA) y el control estadístico de procesos (SPC). La presentación de PPAP para un nuevo estampado de precisión generalmente requiere resultados dimensionales de un mínimo de 30 piezas producidas consecutivamente que muestren todas las dimensiones críticas dentro de la especificación con un Cpk (índice de capacidad de proceso) de 1,67 o superior, y todas las dimensiones principales con un Cpk de 1,33 o superior. Estos requisitos de capacidad garantizan que el proceso de estampado sea lo suficientemente sólido como para mantener el cumplimiento en todo el volumen de producción con una probabilidad muy baja de que piezas fuera de tolerancia lleguen a la línea de ensamblaje.

Piezas de chapa para equipos industriales

Los fabricantes de equipos industriales abarcan una amplia gama de categorías de productos: maquinaria agrícola, equipos de construcción, sistemas de manipulación de materiales, bombas y compresores industriales, equipos de generación de energía y maquinaria para plantas de proceso. Las piezas de chapa metálica requeridas en estas aplicaciones varían enormemente en tamaño, especificación de material, volumen y requisitos de precisión, pero comparten una característica común: deben funcionar de manera confiable en condiciones de servicio exigentes durante vidas operativas prolongadas medidas en décadas en lugar de años.

Marcos estructurales y cerramientos

Los marcos estructurales, las protecciones y los recintos de la maquinaria industrial generalmente se fabrican con acero de gran calibre (de 3 a 12 mm de espesor) mediante corte por láser y doblado con plegadora seguido de soldadura MIG o TIG. Estas piezas están diseñadas para ofrecer rigidez estructural y protección ambiental en lugar de una precisión dimensional en el rango submilimétrico, y los procesos de fabricación se adaptan bien a los volúmenes de producción moderados típicos de los fabricantes de equipos industriales, donde la producción anual de un modelo de máquina específico puede oscilar entre 100 y 10.000 unidades.

El tratamiento superficial de piezas estructurales de chapa metálica para equipos industriales generalmente implica granallado para eliminar las incrustaciones de laminación y la contaminación de la superficie, seguido de la aplicación de imprimación y capa final mediante pulverización electrostática o recubrimiento por inmersión catódica. Para equipos que operan en ambientes altamente corrosivos (marinos, procesamiento químico, minería), la galvanización en caliente o los recubrimientos de zinc rociados térmicamente brindan una protección contra la corrosión superior en comparación con los sistemas de pintura solos, con una vida útil de 20 a 40 años en categorías de corrosión industrial moderada.

Componentes funcionales estampados con precisión en equipos industriales

Dentro de los equipos industriales, ciertos componentes funcionales requieren la precisión y repetibilidad del estampado en lugar de la fabricación. Las laminaciones de motores eléctricos están perforadas a partir de acero eléctrico al silicio (una aleación especializada con baja pérdida de histéresis magnética) con tolerancias extremadamente estrictas en la geometría de la ranura, el diámetro exterior y la planitud del apilamiento; Las tolerancias de supresión de la laminación del motor suelen ser de más o menos 0,02 a 0,05 mm en las dimensiones de la ranura y el orificio para garantizar el espacio de aire magnético correcto y el relleno de la ranura del devanado que determinan la eficiencia del motor. Un único motor industrial de tamaño mediano contiene de 200 a 1000 laminaciones individuales, lo que hace que el corte de precisión de alta velocidad sea el único método de producción económicamente viable en los volúmenes requeridos por la industria de motores eléctricos.

Los componentes de relés y contactores, cuerpos de válvulas neumáticas y placas espaciadoras de colectores hidráulicos son otros ejemplos de piezas estampadas de precisión en equipos industriales donde la precisión dimensional de la pieza estampada determina directamente el rendimiento funcional del conjunto. Estas piezas suelen estar estampadas a partir de aleaciones de acero inoxidable endurecido, bronce fosforado o cobre berilio que requieren un diseño cuidadoso de las herramientas para gestionar la recuperación elástica, el endurecimiento por trabajo y el desgaste de la matriz dentro de límites aceptables durante la vida útil requerida de la herramienta.

Selección de materiales para piezas industriales de chapa metálica

Piezas de chapa metálica personalizadas para sistemas HVAC

Los sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) representan uno de los mercados más grandes y técnicamente más específicos para piezas de chapa personalizadas. Los requisitos funcionales de la chapa metálica HVAC son distintos de los de la chapa industrial estructural: las piezas deben mantener relaciones dimensionales precisas para garantizar un ensamblaje hermético y un flujo de aire correcto, deben fabricarse con materiales apropiados para la temperatura, la humedad y el entorno químico del aire que se maneja, y deben producirse en volúmenes moderados típicos de los fabricantes de equipos HVAC (cientos a decenas de miles de unidades por año), donde la economía favorece la fabricación sobre las herramientas de estampado de alta inversión para la mayoría de los tipos de piezas.

Componentes de conductos: requisitos de materiales y fabricación

Los conductos rectangulares y circulares para sistemas HVAC comerciales e industriales se fabrican con láminas de acero galvanizado que cumplen con ASTM A653 o estándares equivalentes, en calibres desde calibre 26 (0,55 mm) para conductos residenciales de baja presión hasta calibre 16 (1,5 mm) para conductos industriales de alta presión. El recubrimiento de zinc galvanizado proporciona protección contra la corrosión sin necesidad de pintura, lo cual es importante en aplicaciones de manejo de aire donde la pintura que se desprende y se gasea en la corriente de aire es inaceptable. Los estándares de SMACNA (Asociación Nacional de Contratistas de Chapa Metálica y Aire Acondicionado) especifican el calibre mínimo de chapa metálica, el tipo de costura y los requisitos de refuerzo para los conductos en cada clase de presión estática, desde un manómetro de agua de 0,5 pulgadas para sistemas residenciales hasta un manómetro de agua de 10 pulgadas y más para sistemas de presurización industriales y de laboratorio.

Para aplicaciones de HVAC que manejan corrientes de aire corrosivas o húmedas, como sistemas de escape de cocinas, escapes de laboratorios químicos y ventilación de piscinas, se especifica acero inoxidable de grado 304 o 316 en lugar de acero galvanizado para resistir ambientes cargados de cloruro o ácidos que destruyen los recubrimientos de zinc en cuestión de meses. El mayor costo de material y fabricación de los conductos de acero inoxidable se justifica por una vida útil de 20 a 30 años en comparación con los 3 a 7 años del acero galvanizado en el mismo ambiente agresivo.

Carcasa de la unidad de tratamiento de aire y componentes internos

Los paneles de la carcasa, los marcos internos y los soportes de montaje de componentes de las unidades de tratamiento de aire (UTA) comerciales e industriales suelen ser piezas de chapa metálica fabricadas a medida. Las carcasas de las AHU deben satisfacer múltiples requisitos simultáneamente: rigidez estructural para resistir cargas de presión y el peso de los componentes internos, incluidos serpentines, ventiladores y filtros; rendimiento de aislamiento térmico para minimizar la ganancia o pérdida de calor a través de la carcasa; hermeticidad para evitar el paso por alto de los componentes de filtración y recuperación de energía; y facilidad de limpieza para aplicaciones en entornos de procesamiento de alimentos, farmacéuticos y de atención médica.

La construcción de paneles sándwich con dos láminas de acero galvanizado o prepintado con un núcleo de espuma de poliuretano o lana mineral es el enfoque estándar para los paneles de carcasa aislados de AHU. Los paneles sándwich aislados para aplicaciones de AHU suelen tener un espesor de 25 a 50 mm, alcanzan una transmitancia térmica (valor U) de 0,5 a 1,0 W/m2K y deben cumplir con la clase de fuga de aire de la carcasa L1 o L2 EN 1886 (equivalente a tasas de fuga inferiores a 0,009 a 0,028 litros por segundo por metro cuadrado de área de la carcasa en la clase de presión de diseño) para aplicaciones HVAC de edificios energéticamente eficientes.

Componentes estampados de precisión en equipos HVAC

Si bien los componentes de los conductos y la carcasa se fabrican principalmente en lugar de estamparse, ciertos componentes dentro de los equipos HVAC se producen mediante estampado de precisión en volúmenes que justifican económicamente la inversión en herramientas:

• Aletas del intercambiador de calor: Las aletas de aluminio de los serpentines de refrigerante y los intercambiadores de recuperación de calor están estampadas con precisión a partir de papel de aluminio (normalmente de 0,1 a 0,15 mm de espesor) en troqueles progresivos de alta velocidad que forman la geometría de las aletas, crean el collar para los orificios de los tubos de refrigerante y, simultáneamente, producen las corrugaciones y rejillas que mejoran el rendimiento de la transferencia de calor. Un serpentín de refrigeración típico de 100 kW contiene entre 50.000 y 200.000 aletas individuales, lo que hace que el estampado de precisión a alta velocidad sea el único método de producción práctico. Se requieren tolerancias de la geometría de las aletas de más o menos 0,02 a 0,05 mm en la altura del collar y el diámetro del orificio para garantizar la inserción correcta del tubo y la unión mecánica segura entre la aleta y el tubo después de la expansión del tubo.
• Lamas y marcos de compuerta: Las láminas de compuerta de acero inoxidable o galvanizadas estampadas con precisión para compuertas de control de volumen, compuertas cortafuegos y compuertas de equilibrio requieren una planitud constante y bordes rectos para lograr el rendimiento de sellado especificado para su aplicación. Las láminas de las compuertas cortafuegos en particular deben cumplir con las normas UL 555 o EN 1366 en cuanto a resistencia a fugas y al fuego, que dependen de la geometría precisa de las láminas y del contacto de los bordes.
• Componentes de la rueda del ventilador: Las aspas del impulsor del ventilador centrífugo, los conos de entrada y los anillos difusores están estampados con precisión en acero o aluminio laminado en frío y luego se sueldan al conjunto completo de la rueda del ventilador. Las tolerancias de la geometría de las aspas afectan el rendimiento aerodinámico del ventilador; Un ángulo de pala y una longitud de cuerda consistentes en todas las palas de la rueda son fundamentales para lograr el aumento de presión, el caudal y la eficiencia nominales a la velocidad de diseño.

Servicios personalizados de estampado de chapa metálica: lo que los fabricantes deben evaluar

Seleccionar un proveedor de servicios de estampado de chapa personalizado es una decisión de abastecimiento con implicaciones a largo plazo para la calidad de las piezas, la confiabilidad de la cadena de suministro y el costo total de propiedad. La inversión en herramientas se realiza al comienzo de la relación, y cambiar de proveedor de estampado a mitad del programa requiere transferir herramientas (lo que implica costo, demora y riesgo de validación) o construir nuevas herramientas con un costo adicional. Por lo tanto, una evaluación exhaustiva de un posible proveedor de estampado antes de comprometerse con una inversión en herramientas es esencial para los fabricantes de cualquier industria.

Capacidades técnicas a verificar antes de la selección de proveedores

La evaluación de la capacidad técnica de un proveedor de estampado de metales de precisión debe cubrir las siguientes áreas:

• Capacidad de prensa y rango de tonelaje: Verifique que el proveedor opere prensas con índices de tonelaje apropiados para las piezas que se están considerando. Estampar una pieza en una prensa de tamaño insuficiente crea una tensión excesiva en el troquel y un desgaste acelerado del mismo; El uso de una prensa de gran tamaño desperdicia energía y puede no proporcionar la resolución de control necesaria para un trabajo de precisión. Solicite el inventario de prensas, incluido el tonelaje, el tamaño de la plataforma, la carrera y la altura de cierre de cada prensa de la flota de producción.
• Capacidad interna de diseño y construcción de troqueles: Los proveedores que diseñan y construyen sus propias herramientas internamente tienen tiempos de respuesta de revisión de matrices más rápidos, una mejor comprensión de la relación entre el diseño de las matrices y la calidad de las piezas y una responsabilidad más directa sobre el rendimiento de las herramientas. Los proveedores que subcontratan todas las herramientas introducen un nivel adicional de gestión y comunicación de la cadena de suministro que extiende los plazos de entrega y complica la resolución de problemas durante la prueba de troqueles y el aumento de la producción.
• Equipos de metrología e inspección: El estampado de metal de precisión requiere una medición precisa. Verificar que el proveedor opere máquinas de medición por coordenadas (CMM) capaces de medir según las tolerancias requeridas por las piezas que se obtienen, y que la medición se realice de forma rutinaria en la producción y no solo durante la aprobación de las piezas. Los informes de inspección del primer artículo (FAIR) deben proporcionarse como estándar en la aprobación de nuevas herramientas y en cualquier modificación de matriz.
• Certificaciones y trazabilidad de materiales: Confirme que el proveedor reciba informes de pruebas de fábrica (MTR) certificados con cada bobina de material entrante, verificando que la composición del material, las propiedades mecánicas y la condición de la superficie se ajusten al grado especificado. La trazabilidad del material hasta la bobina original del molino debe mantenerse durante la producción y registrarse en la documentación de entrega, lo cual es un requisito obligatorio para aplicaciones automotrices y aeroespaciales y una mejor práctica para todas las aplicaciones de estampado de precisión.

Diseño para estampabilidad: cómo el diseño de piezas afecta el costo y la calidad

El diseño de una pieza estampada tiene un efecto directo en el costo de las herramientas, el costo por pieza y la calidad dimensional alcanzable. Los ingenieros que comprenden las reglas fundamentales del diseño de estampado pueden reducir sustancialmente la complejidad y el costo de las herramientas en la etapa de diseño, antes de comprometerlas. Las pautas de diseño más impactantes para el estampado de metales de precisión son:

1. Evite tolerancias estrictas en las características formadas: Las tolerancias dimensionales en las características formadas, como radios de curvatura, alturas de bridas y profundidades de relieve, son inherentemente más amplias que las tolerancias en las características de corte porque la recuperación elástica, la variación del espesor del material y el desgaste de la matriz contribuyen a la variación de las características formadas. Especifique las tolerancias de corte a corte (distancias entre orificios, diámetros de orificios, dimensiones del perfil exterior) tan estrictamente como sea necesario, pero utilice la tolerancia más amplia aceptable en las características formadas para evitar costosas operaciones secundarias.
2. Mantenga material adecuado entre los agujeros perforados y los bordes: Como regla general, la distancia mínima desde el centro de un orificio perforado hasta el borde de la pieza más cercana debe ser al menos 1,5 veces el espesor del material, y la distancia mínima entre dos orificios adyacentes debe ser al menos 2 veces el espesor del material. Un espaciamiento más estrecho provoca distorsión del material alrededor de los orificios y un desgaste acelerado de los troqueles en los punzones.
3. Diseñe los radios de curvatura en relación con el espesor del material: El radio de curvatura interior mínimo para la mayoría de los grados de acero laminado en frío es de 0,5 a 1 veces el espesor del material; Doblar a un radio menor que este provoca grietas en la superficie exterior de la curva. Para materiales más duros como el acero inoxidable y el acero de alta resistencia, el radio de curvatura mínimo es mayor, normalmente de 1 a 2 veces el espesor del material, y el ángulo de recuperación elástica también es mayor, lo que requiere una compensación del ángulo del troquel.
4. Incluya la utilización adecuada del material en el diseño de la franja: Trabaje con el proveedor de estampado durante la fase de diseño para optimizar la orientación de la pieza dentro del diseño de la tira. Una pieza que está orientada a 15 grados desde su posición predeterminada en la tira puede lograr una utilización del material un 10 por ciento mejor, reduciendo el costo del material en un porcentaje significativo durante la vida útil de producción de la pieza sin ningún cambio en la geometría funcional de la pieza.

El estampado de chapa, el estampado de precisión y la fabricación personalizada de chapa ofrecen una propuesta de valor específica y bien definida para los fabricantes de aplicaciones automotrices, industriales y de HVAC. La selección entre ellos está determinada por el volumen, los requisitos de precisión, el tiempo de entrega, la estabilidad del diseño y las demandas ambientales y de materiales específicos de la aplicación. Los fabricantes que invierten tiempo en comprender estas características del proceso, las aplican a sus decisiones de abastecimiento específicas y contratan proveedores con capacidad técnica demostrada en el proceso relevante lograrán la mejor combinación de calidad, costo y confiabilidad en el suministro de su cadena de suministro de piezas de chapa metálica.

Operaciones de acabado de superficies y postestampado para piezas de chapa metálica

Una pieza de chapa metálica estampada o fabricada rara vez sale de las instalaciones de fabricación en las mismas condiciones en que sale de la prensa o la cortadora láser. La mayoría de las piezas de chapa metálica industriales y automotrices requieren una o más operaciones de posprocesamiento que limpien, protejan y mejoren funcionalmente la superficie antes de que la pieza esté lista para el ensamblaje. Comprender las opciones de acabado disponibles, sus capacidades y sus limitaciones es importante para especificar las piezas correctamente y evitar el error común de aplicar una especificación de acabado que sea insuficiente para el entorno de servicio o innecesariamente costosa para las condiciones de exposición reales.

Limpieza y Pretratamiento

Las piezas de acero estampadas contienen residuos de aceite lubricante del proceso de estampado, y tanto las piezas estampadas como las fabricadas pueden tener cascarilla de laminación, óxido y contaminación en la superficie que deben eliminarse antes de aplicar cualquier recubrimiento. El granallado con granalla de acero o abrasivo de perlas de vidrio es el método de preparación más común para piezas estructurales, logrando una limpieza de superficie de Sa 2.5 (metal casi blanco) y una rugosidad de la superficie de Ra de 3 a 8 micrómetros que proporciona un perfil de anclaje mecánico ideal para la adhesión de pintura e imprimación. Para piezas de precisión donde las tolerancias dimensionales son estrictas y la rugosidad de la superficie debido al granallado es inaceptable, el desengrasado alcalino y el decapado ácido proporcionan una limpieza química sin abrasión mecánica de la superficie.

El recubrimiento de conversión de fosfato de hierro o zinc aplicado después de la limpieza crea una capa microcristalina que mejora la adhesión de la pintura y proporciona un grado de inhibición de la corrosión debajo de la pintura. El pretratamiento con fosfato de zinc combinado con imprimación electroforética (e-coat) es el estándar de la industria automotriz para piezas estructurales de carrocería, proporcionando una película de imprimación continua y uniformemente delgada de 15 a 25 micrómetros que penetra en secciones de caja y áreas huecas que la aplicación por pulverización no puede alcanzar, y logra una resistencia a la corrosión de 1000 horas de pulverización de sal neutra según ISO 9227 antes de la primera oxidación. Los fabricantes de equipos industriales adoptan cada vez más el mismo sistema de imprimación e-coat para piezas que requieren la mayor protección contra la corrosión disponible.

Sistemas de recubrimiento en polvo y pintura húmeda

El recubrimiento en polvo es el acabado de capa superior dominante para piezas de chapa metálica industriales y comerciales debido a su combinación de película gruesa y duradera en una sola aplicación, emisiones de VOC muy bajas en comparación con las pinturas líquidas a base de solventes y alta eficiencia en la utilización del material (el polvo sobrante se recupera y reutiliza, logrando una eficiencia de transferencia de material del 95 al 99 por ciento). Los recubrimientos en polvo de poliéster termoestable aplicados con un espesor de película seca de 60 a 80 micrómetros brindan una excelente resistencia a los rayos UV en exteriores y son el acabado estándar para carcasas de equipos HVAC, gabinetes eléctricos y protectores de maquinaria industrial expuestos a condiciones ambientales moderadas.

Para piezas que requieren una resistencia química muy alta, los recubrimientos en polvo epoxi brindan una protección superior contra los álcalis y muchos químicos industriales, aunque se tizan y se desvanecen con la exposición a los rayos UV y, por lo tanto, se usan en aplicaciones interiores o subterráneas. Los sistemas de dos capas que combinan un polvo de imprimación epoxi con un polvo de acabado de poliéster o poliuretano logran resistencia química y estabilidad a los rayos UV, y son la especificación para equipos industriales que operan en ambientes exteriores agresivos, como minería, campos petroleros e instalaciones en alta mar.

Enchapado y acabado electroquímico para piezas de precisión

Las piezas estampadas de precisión para aplicaciones automotrices, electrónicas y de control industrial frecuentemente requieren acabados metálicos galvanizados o no electrolíticos que brinden protección contra la corrosión, resistencia al desgaste o propiedades de contacto eléctrico específicas. La galvanoplastia de zinc de 5 a 12 micrómetros proporciona una protección adecuada contra la corrosión para los estampados interiores de automóviles y los componentes eléctricos, con una pasivación con cromato trivalente sobre la capa de zinc que proporciona un indicador visual de la corrosión y un incremento adicional de la resistencia a la corrosión. La galvanoplastia de níquel de 5 a 15 micrómetros en contactos de precisión y resortes de conectores proporciona resistencia a la corrosión y la resistencia de contacto baja y estable (generalmente por debajo de 10 miliohmios) necesaria para una transmisión confiable de señales eléctricas en conectores de control industriales y automotrices.

Para estampados de precisión de gran volumen, como terminales electrónicos, contactos de conectores y resortes de relé, el enchapado selectivo aplica el recubrimiento de metal precioso o funcional solo al área de la superficie de contacto de la pieza, utilizando procesos de enchapado de carrete a carrete enmascarados que minimizan el uso de costosos materiales de enchapado en oro, paladio o plata y al mismo tiempo logran las propiedades de contacto requeridas en cada superficie funcional de la pieza estampada. Esta aplicación selectiva de recubrimientos funcionales sólo es posible con piezas estampadas de precisión que tengan una geometría consistente, ya que el registro de enmascaramiento depende de la repetibilidad dimensional que las piezas fabricadas o mecanizadas normalmente no logran a las tasas de producción requeridas.

La especificación de acabado para una pieza de chapa metálica debe establecerse en la etapa de diseño en consulta con el proveedor de estampado o fabricación, y no agregarse como una ocurrencia tardía después de congelar el diseño de la pieza. Los requisitos de acabado afectan la envolvente dimensional de la pieza (los espesores del revestimiento y del recubrimiento en polvo se suman a las dimensiones de la pieza y deben tenerse en cuenta en los espacios libres de montaje), el diseño de los orificios de los sujetadores roscados (que deben enmascararse o roscarse después del recubrimiento para mantener la calidad de la rosca) y las capacidades de proceso del proveedor. Los proveedores con operaciones de acabado integradas (estampado y tratamiento de superficies bajo el mismo techo) pueden proporcionar un control más estricto sobre la secuencia total del proceso y tiempos de entrega más cortos que una cadena de suministro que mueve piezas entre proveedores separados de estampado y acabado.