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Oct 01, 2023

Desmitificando el doblado de extrusión de aluminio

El mercado de fabricación está presionando para lograr menores costos y menos peso, y las extrusiones de aluminio, que a menudo deben curvarse, están satisfaciendo esa necesidad. Una extrusión bien diseñada que se curva de manera efectiva

El mercado de fabricación está presionando para lograr menores costos y menos peso, y las extrusiones de aluminio, que a menudo deben curvarse, están satisfaciendo esa necesidad. Una extrusión bien diseñada que se curva de manera efectiva puede crear un vínculo perfecto en una estructura y, en última instancia, generar menos problemas para el subcontratista de doblado, el fabricante y el cliente final.

Técnicamente hablando, se pueden doblar extrusiones de todos los tamaños, pero los talleres de doblado pequeños a menudo alcanzan un máximo de perfiles de 10 pulgadas de alto o 6 pulgadas de ancho. Cuando un fabricante busca un subcontratista de doblado, debe revisar la experiencia de la empresa en el doblado de extrusiones similares. Un especialista en flexión podría decir que ciertos atributos del trabajo son aceptables y otro podría decir que no lo son.

Todo se remonta a la experiencia específica de una empresa en el doblado por extrusión y, no menos importante, a la tecnología con la que cuenta el taller de doblado. Por ejemplo, si un taller dice que puede formar perfiles estructurales grandes, necesita una máquina dobladora con centros de eje anchos.

Ya sea que esté pensando en subcontratar o realizar el trabajo internamente, un fabricante debe comenzar con dos preguntas básicas: ¿Qué atributos de diseño hacen que una extrusión sea fácil de doblar? y si no se pueden realizar todas las adaptaciones de diseño, ¿cuáles son las opciones? Responder estas dos preguntas por adelantado, antes de que comience un proyecto de doblado de extrusión de aluminio, puede ayudar al fabricante a evitar una enorme cantidad de dolores de cabeza en el futuro.

Cuando se trata de formar extrusiones de aluminio, un ingeniero de diseño tiene mucho que considerar. Esto va más allá de los factores de costo típicos, incluidos el peso y la aleación utilizada en la extrusión, que son consideraciones naturales para cualquier proyecto a gran escala.

Un ingeniero de diseño debe tener una idea básica de qué hace que una extrusión sea flexible. El espesor de varias áreas de una extrusión afectará la capacidad de flexión de la sección. Lo mismo ocurre con la simetría. Muy a menudo, la necesidad de ahorrar dinero hace que una extrusión no se pueda doblar.

La aleación que elija el diseñador determinará no sólo la resistencia a la corrosión, el peso y la durabilidad de la extrusión, sino también su capacidad de flexión. Como en cualquier situación de conformado, algunos grados de aluminio extruido son más flexibles que otros.

La mayor parte del doblado por extrusión de aluminio implica aleaciones de la serie 6000, ya que estos aluminios ofrecen buena resistencia y formabilidad. El temperamento ideal depende de la aplicación. T6 ofrece la mayor resistencia pero es el más difícil de formar (verFigura 1 ). Para radios más estrechos, inferiores a 10D (un radio inferior a 10 veces el diámetro), el diseñador debería considerar un temple máximo de T4. T0 ofrece la mejor conformabilidad pero tiene poca resistencia y es susceptible a daños durante el montaje y el funcionamiento. Un especialista en doblado puede enviar una sección conformada para tratarla térmicamente, envejeciendo artificialmente el perfil a un temple más alto, pero esto, por supuesto, aumenta el costo.

Los tratamientos superficiales y los requisitos de acabado también deben entrar en la ecuación. Por ejemplo, considere una extrusión anodizada, un tratamiento común para proteger el aluminio en ambientes hostiles. Doblar la sección a un radio estrecho “agrietará” la superficie a medida que las microfisuras se extienden por la capa anodizada, que carece de ductilidad. El agrietamiento ocurre en el área acumulada del recubrimiento anodizado y no en el sustrato. Para evitar esto, una operación debe realizar un anodizado después del doblado.

Sin embargo, no siempre es necesario pintar o recubrir con polvo después del doblado (Figura 2 ). Se puede formar una sección pintada o con recubrimiento en polvo bien preparada sin marcas si el radio no es tan estrecho como para estar cerca del límite del perfil y la sección es relativamente simétrica.

Figura 1 La formabilidad de los perfiles extruidos de aluminio de la serie 6000 varía según el temperamento. El de 9 por 2,5 pulgadas. La pieza de trabajo con una pared de 1/16 de pulgada de espesor a la izquierda es un material T6, e incluso el más mínimo perfil doblado formaba una ondulación. A la derecha, la misma pieza de trabajo, aunque con un temple flexible, se formó limpiamente hasta obtener un espesor de 34 pulgadas. radio. Este perfil se formó con éxito en una máquina con 44 pulgadas. centros.

La complejidad de la forma extruida también influye. Hacer una forma más compleja puede reducir algunos costos, como los asociados con el ensamblaje, pero al mismo tiempo puede aumentar otros costos, incluidos los costos de doblado. Además, si la máquina dobladora y sus herramientas no pueden controlar de manera confiable el movimiento de una extrusión durante el doblado, el proceso se vuelve menos estable, más costoso y, a veces, poco práctico o completamente imposible.

El diseñador también debe pensar en cómo se utilizará la extrusión. Si ciertas caras de las secciones extruidas son visibles y cosméticamente críticas, el diseñador debe asegurarse de que estas caras puedan formarse sin marcas.

Muy a menudo, un pequeño cambio de diseño en una sección puede hacerla flexible, o al menos flexible hasta el radio necesario. Al crear el perfil, los diseñadores deben intentar mantener la mayor simetría posible en línea con el eje de curvatura.

Cuando una sección es asimétrica, una fuerza de torsión reacciona a la fuerza de flexión. Cuanto menos simetría tenga una sección, más intensa será la fuerza de torsión durante la flexión. Esto crea problemas durante la flexión, ya que suele ser una fuerza menos predecible. Controlarlo suele significar aplicar presión a otro eje, lo que puede crear problemas adicionales.

figura 3 muestra secciones extruidas iniciales de un diseñador a la izquierda y, a la derecha, esos mismos diseños modificados para doblarse a un radio más estrecho. Observe cómo la simetría y el soporte interno desempeñan funciones clave, al igual que tener una forma (como una brida suficientemente profunda) que las herramientas de flexión puedan agarrar de manera consistente. Por supuesto, no siempre es posible realizar este tipo de cambios en una forma extruida. En estos casos siempre es buena idea buscar un especialista con más experiencia.

Las secciones huecas cuadradas pueden causar problemas al doblarse por dos razones principales. En primer lugar, los diseñadores suelen crear estas secciones con esquinas internas cuadradas, lo que puede provocar grietas e incluso fracturas en materiales duros. Con un costo muy bajo, un diseñador simplemente puede redondear las esquinas y eliminar este punto de tensión.

En segundo lugar, es probable que la sección hueca se vuelva cóncava en la cara interior si el espesor de la pared no es el adecuado. Esto indica que la forma no puede soportar las fuerzas de flexión requeridas. Esto se debe a que las fuerzas durante la flexión actúan hacia el centro y hacia el eje neutro, que está en el medio de una sección simétrica.

Para contrarrestar esto, los diseñadores tienen varias opciones. Pueden aumentar el espesor de la pared, pero a menudo eso no es posible porque el coste es demasiado elevado. Alternativamente, pueden agregar un refuerzo o una nervadura en el plano de flexión, agregar un radio a las esquinas internas o hacer ambas cosas (consulteFigura 4 ). Agregar refuerzos y radios internos aumenta naturalmente el peso del perfil, pero esto puede ser aceptable para mejorar la calidad.

La asimetría es enemiga de la fácil flexión, razón por la cual las secciones de canal pueden ser tan difíciles de formar (verFigura 5 ). Su forma marcadamente asimétrica sufre una gran fuerza de torsión durante la flexión y las piernas intentan moverse hacia el eje central. Modificar el diseño (a uno con una base igual o un poco más ancha que las piernas) ayudará a los especialistas en flexión a controlar un poco mejor la torsión.

Las secciones de canales a menudo tienen un propósito, como ser parte de una vía o un sistema de transporte. La mayoría de los especialistas en doblado deberían poder formarlos correctamente, siempre que se especifiquen las tolerancias en algunas áreas clave. Si un fabricante subcontrata el trabajo, debe enviar piezas o accesorios al especialista en doblado para asegurarse de que todo encaje como debería.

Figura 2Este perfil de aluminio prepintado se ha doblado sin dejar marcas.

Cualquier pedido para un especialista en conformado de aluminio debe indicar los requisitos que permitirían que la sección encaje o se mueva libremente dentro del conjunto según lo diseñado. El pedido también debe especificar la tolerancia del espacio (No. 1 enFigura 6) para el carro o corredera, así como una tolerancia de torsión (No. 2 en la Figura 6) que asegurará que el carro no golpee el perfil.

Considere la forma estructural de aluminio enFigura 7 , estando doblado en la dirección que muestra la flecha negra. Todas las patas se fuerzan hacia el centro (como lo muestran las flechas rojas en la figura), una tendencia particularmente notable en las secciones estructurales tipo viga.

Si se tratara de una viga de acero al carbono convencional, las alas se tirarían en la dirección opuesta, ejerciendo tensión sobre el alma y, por lo tanto, manteniéndola plana. Sin embargo, esta técnica generalmente no es adecuada para el aluminio, por lo que entran en juego otras técnicas.

Idealmente, el diseñador cambia la forma del perfil o agrega características para permitir una fácil formación. Pero en el mundo real, por supuesto, esto no siempre es posible, a menudo porque las características deseadas en una sección simplemente no permiten ningún cambio significativo.

Una empresa de doblado podría tener una máquina dobladora de mandril de gran radio, que pueda soportar la sección internamente durante el doblado. Pero este es un proceso especializado y no muchas empresas poseen máquinas de este tipo.

Otra solución es completar el perfil; los materiales adecuados incluyen aleaciones de bajo punto de fusión; una carga soluble en agua de tipo cera; nailon flexible; y arena compacta para ayudar a sostener la forma. Cada material de relleno tiene sus ventajas y desventajas. Algunas de estas opciones normalmente sólo las ofrecen grandes especialistas en plegado de un mercado concreto.

Las extrusiones de aluminio pueden tener características especiales que pueden simplificar enormemente la fabricación y el montaje posteriores. Pero al agregar tales características, los diseñadores deben colocarlas con cuidado y considerar cómo afectarán esas características a la flexión.

Los puertos para tornillos, una excelente idea para ahorrar tiempo al fijar las tapas de los extremos en los perfiles, son un buen ejemplo (consulteFigura 8 ). Si el diseñador los coloca perpendiculares al radio de curvatura, lo más probable es que estos puertos se muevan hacia la línea central, a menos que estén soportados internamente. Cuando se colocan en línea con el radio, los puertos facilitan la flexión ya que tienen el efecto de una nervadura de refuerzo. Es esencial entregar la tapa final al especialista en plegado, que podrá utilizarla como herramienta de control.

Las pistas de nueces son otro buen ejemplo. Estas características ayudan a asegurar las secciones extruidas juntas. Son esencialmente un canal diseñado para ajustar firmemente la cabeza de una tuerca o un perno entre las partes planas, evitando así que la cabeza de la tuerca o el perno gire.

Los diseñadores deben asegurarse de que el recorrido de la tuerca no esté en la línea de curvatura, como se muestra a la izquierda enFigura 9 . Durante la flexión alrededor de un eje, las fuerzas deben poder transferirse fácilmente a través del perfil. Si es posible, siempre es mejor agregar un puerto para tornillos en un lado del perfil, como se muestra a la derecha en la Figura 9.

figura 3Las extrusiones de aluminio de la izquierda son diseños originales, mientras que las de la derecha son diseños modificados para doblarse a radios más estrechos.

Si la sección es algo simétrica, probablemente se pueda doblar hasta el final del perfil, eliminando la necesidad de cortar el resto recto después de doblarlo. Si esto se puede hacer de manera eficiente y repetible depende del diseño de la extrusión.

Considere los análisis de elementos finitos (FEA) de las tres formas de perfil diferentes en la Figura 10. La extrusión de la izquierda es una sección tipo Z, y las áreas rojas (estresadas) muestran áreas claramente desiguales bajo fuerzas de flexión. El perfil medio es un ángulo, que también es asimétrico pero muestra menos tensión en un lado y, por tanto, menos fuerza de torsión. El perfil del extremo derecho es simétrico con respecto al eje de flexión y, por lo tanto, se dobla uniformemente hasta el final de la sección.

Es posible que una extrusión no se forme tan bien sin una buena planificación, y esos FEA ilustran un punto crítico: realmente se trata de gestionar el estrés. Esto se aplica al diseñar no sólo la forma general del perfil, sino también cualquier característica y revestimiento especial. En última instancia, cuanto menos tensión soporte una sección de aluminio extruido durante la flexión, mejores serán los resultados.

Craig Barnshaw es director general de Inductaflex Ltd., con sede en el Reino Unido, 44-333-939-8888, www.inductaflex.com, representada en EE. UU. por Trilogy Machinery, Belcamp, Md., 410-272-3600, www.trilogymachinery. com.