Técnicas de Conformado de Chapas

Conformado por Líneas de Calor

El conformado por líneas de calor se basa en la aplicación controlada de una fuente térmica y un fluido refrigerante. Esta alternancia genera dilataciones y contracciones en la chapa hasta lograr la forma deseada. Las fuentes térmicas comunes incluyen llamas oxiacetilénicas y haces de láser.

Etapas del Proceso:

• Calentamiento: Expansión térmica del material debido al crecimiento de grano. El material frío circundante se opone, induciendo tensiones.
• Enfriamiento: Contracción del material calentado. La compatibilidad de tensiones genera deformaciones residuales.
• Desviación angular remanente: Resultado final del proceso.

Efectos del Proceso:

• Deformaciones térmicas irreversibles.
• Cambios microestructurales.
• Tensiones residuales.

Zona Afectada Térmicamente (ZAT)

La ZAT es la región del metal base que, sin llegar a fundirse, experimenta un calentamiento y enfriamiento significativos. Su microestructura y propiedades mecánicas difieren de las del metal base. La longitud de la llama (en mm) influye en la penetración térmica (p, en mm) y el tamaño de la ZAT (en mm). Una mayor velocidad (v) generalmente resulta en menor penetración (p) y una ZAT más pequeña.

Conformado de Chapas con Rodillos

Este método se utiliza para curvar chapas de gran espesor. Se emplean dos configuraciones principales:

• Juego de rodillos en pirámide: Ajustando la distancia entre los rodillos fijos, se obtienen diferentes radios de curvatura y superficies de doble curvatura (cóncavas y convexas). El rodillo superior tiene un eje ajustable y giro forzado para arrastrar la chapa, mientras que los inferiores tienen eje fijo y giro libre.
• Trenes/líneas de juegos de rodillos: Permiten conformar superficies de doble curvatura y aplanar/enderezar superficies. La chapa se conforma en etapas, pasando por varios juegos de rodillos.

Técnicas de Corte de Chapas

Proceso de Corte con Plasma

El corte con plasma se basa en la ionización de un gas a temperaturas extremadamente altas (superiores a 25000-30000°C), transformándolo en plasma. Este proceso se descubrió en 1954, al observar que aumentar la presión y reducir la sección de salida del gas inerte en un proceso de soldeo generaba un chorro de plasma.

Componentes del Equipo de Corte con Plasma:

• Fuente de corriente alterna: (5000-10000 V a 2 MHz) Crea el arco piloto entre la boquilla y el electrodo. Este arco ioniza el gas plasmágeno.
• Arco eléctrico: Paso de corriente entre dos conductores sólidos separados por un gas no conductor; el gas se ioniza para permitir el paso de la corriente.
• Fuente de corriente continua: (240-400 V) Mantiene el arco transferido (entre el electrodo y la chapa).
• Soplete: (Tungsteno, hafnio o circonio) La boquilla y el electrodo constriñen y mantienen el chorro de plasma.
• Cables y mangueras.

Procesos de Corte con Láser

Un haz láser generado se dirige al cabezal de corte, donde se proyecta sobre el material mediante lentes o espejos parabólicos. El calor transmitido por radiación se propaga por conducción al interior del material.

Cada mecanismo de corte (combustión, fusión y sublimación) requiere una potencia térmica diferente. El proceso se completa con la expulsión de los productos mediante un chorro de oxígeno (combustión) o gas inerte (fusión y sublimación).

Tipos de Corte por Láser:

• Por combustión: Láser + O₂
• Por fusión: Láser + gas (N₂, Ar, He)
• Por sublimación: Láser + gas (N₂, Ar, He)

Ventajas y Desventajas del Corte con Láser:

• Ventajas:
  • Proceso robotizado con distancia constante entre electrodo y pieza.
  • Alta calidad de corte.
• Desventajas:
  • Alta inversión inicial en equipos.
  • La calidad depende de la conductividad térmica del material.
  • Formación de ZAT.
  • Las piezas deben ser opacas (a veces se pintan) para reducir la reflexión del haz.

Ventajas y Desventajas del Corte con Plasma:

• Ventajas:
  • Corta cualquier material, especialmente aquellos con alto punto de fusión.
  • Más rápido que el oxicorte.
  • Aplicable a aluminio, aceros inoxidables y cobre.
  • Permite el uso de varios sopletes simultáneamente.
• Desventajas:
  • Limitado a cortes inferiores a 100 mm.
  • Formación de ZAT.
  • Susceptible a cambios en gases, velocidades y posicionamiento del soplete.
  • Requiere precauciones de seguridad y medioambientales por la producción de gases y humos.

Procesos de Oxicorte

En el oxicorte, los materiales metálicos se calientan hasta su temperatura de ignición (acero naval: 900-1300°C) y se queman con un chorro de oxígeno. El corte es el resultado de la reacción exotérmica entre el oxígeno y el metal caliente. Se utiliza principalmente en aceros con bajo y medio contenido de carbono y cromo, y aceros al manganeso.

La temperatura se mantiene con una llama generada por la combustión de un gas combustible (acetileno, hidrógeno, propano, etc.) con oxígeno.

Equipos Utilizados:

• Botellas de C₂H₂ y O₂ con reguladores de presión.
• Mangueras.
• Sopletes para soldeo y oxicorte manual.

Un mayor espesor de corte requiere mayor presión de O₂ y produce una mayor anchura de corte. El proceso endurece la superficie del material. Para evitar un endurecimiento excesivo, los materiales gruesos se precalientan antes de cortar.

Tipos de Llama de Calentamiento:

• Reductora o carburante: Llama larga para temperaturas más bajas (fundiciones).
• Neutra: Para aplicaciones generales.
• Neutra con chorro de corte (O₂): Para temperaturas ordinarias (aceros con bajo contenido en C).
• Oxidante (exceso de O₂): Llama corta para temperaturas más altas (latones y bronces).

Ventajas y Desventajas del Oxicorte:

• Ventajas:
  • Permite cortar formas geométricas complejas.
  • Bajo coste.
  • Permite el uso de varios sopletes simultáneamente.
• Desventajas:
  • Proceso lento comparado con otros cortes térmicos.
  • Formación de ZAT.

Conformado de Chapa: Doblado y Plegado

El conformado de chapa puede realizarse mediante doblado o plegado (en el plegado no se modifica el espesor). Se utilizan prensas, rodillos (métodos en frío) o líneas de calor.

Doblado en V con Prensa

Se realiza mediante deformación plástica por giro alrededor de un eje de flexión. Las fibras del metal se traccionan o comprimen. La longitud de la chapa doblada depende del radio de doblado de la línea neutra (R_n) y del espesor de la chapa (t):

• R_n = R_i + 0.33t si R_i < 2t
• R_n = R_i + 0.5t si R_i ≥ 2t

donde R_i es el radio interior.

Pasos del Doblado en V:

1. La chapa se somete a flexión en tres puntos hasta formar un ángulo con un radio de curvatura determinado. Inicialmente, se comporta como un sólido apoyado en sus extremos.
2. La plancha se flexiona hasta alcanzar un radio de curvatura específico (doblado en redondo).
3. La recuperación elástica ocurre al cesar la acción de conformado. La recuperación es mayor cuanto mayor es el límite elástico. El ángulo de doblado real debe ser menor que el de diseño para compensar esta recuperación.