Un comprador OEM envió una vez un modelo de soporte de acero inoxidable con una sola instrucción: "dimensiones críticas /- 0,05 mm". El modelo no especificaba el espesor del material, el radio de curvatura ni la dirección de la fibra. La cotización resultó casi tres veces el precio esperado. Así es como la mayoría de las piezas de chapa se vuelven costosas: no porque la pieza sea difícil de fabricar, sino porque el patrón plano, las indicaciones de tolerancia y las opciones de materiales no estaban definidos para el proceso. Este artículo analiza las seis decisiones de ingeniería y abastecimiento que separan una pieza de chapa confiable de un circuito de retrabajo.
Las piezas de chapa metálica comienzan con el margen de pliegue, no con el patrón plano
Una pieza de chapa metálica debe diseñarse en su patrón plano antes de doblarla para darle forma. Si el margen de curvatura es incorrecto, la pieza formada será demasiado corta o demasiado larga y los agujeros pueden desviarse de su verdadera posición.
Margen de curvatura es la longitud del arco a través del doblez que se debe agregar al desarrollo plano para que el ala final aterrice en la posición requerida después del formado.
En producción, una cortadora láser comienza con una geometría 2D y después se forma la plegadora. Eso significa que todas las posiciones críticas de los orificios en un soporte se deciden en el modelo plano, no en el modelo plegado. El calibre del material, el radio interior y el factor k determinan la tolerancia; si su dibujo no los indica, el proveedor deberá adivinar. Guesses produce piezas que no se apilan con los componentes acoplados.
Especifique el espesor del material y el radio de curvatura interior; no asuma un factor k predeterminado.
Mantenga la línea de curvatura perpendicular a la dirección de la fibra cuando sea posible para reducir la variación del retorno elástico.
Solicite a su proveedor una exportación de patrón plano con margen de curvatura incluido, no solo un modelo 3D plegado.
Para una curvatura de 90 grados en acero laminado en frío de 1,5 mm con un radio interior de 1,5 mm, el margen de curvatura es de aproximadamente 2,3 mm. Si se omite ese número, se puede formar una brida nominal de 20 mm a 22 mm.
Tolerancias de piezas de chapa que aumentan los costos
Las tolerancias típicas de producción por lotes en piezas de chapa metálica son /- 0,1 mm para perfiles cortados con láser y /- 0,5 mm a lo largo de una curva. Cualquier valor más ajustado que ese requiere una operación secundaria y una estructura de costos diferente.
/-0,1 mm Perfil cortado con láser
/- 0,5 mm Dimensión de curvatura formada
/- 0,05 mm Dato mecanizado
/- 0,05 mm Insertar posición
La acumulación de tolerancia es donde los compradores se meten en problemas. Si dos bridas tienen cada una /- 0,5 mm, el espacio total entre ellas puede variar en /- 1,0 mm antes de que se incluya cualquier error de montaje. Ajustar una dimensión a /- 0,05 mm a menudo obliga al taller a agregar una pasada de mecanizado, volver a fijar la pieza y volver a certificar la superficie de referencia. Es por eso que un pequeño cambio en el aviso puede multiplicar el precio de la pieza por 3,5 veces.
Tabla 1. Rangos de tolerancia típicos para operaciones comunes de chapa metálica y el impacto relativo en el costo
Proceso
Tolerancia típica
Factor de costo relativo
Corte por láser
/-0,1 mm
1,0x
punzonado cnc
/-0,15 mm
1,2x
Doblado de plegadora
/- 0,5 mm
1,5x
Mecanizado secundario
/- 0,05 mm
3,5x
Inserción de hardware
/- 0,05 mm
2.0x
Si una impresión muestra /- 0,05 mm en una pieza de chapa formada de 300 mm, confirme el sistema de datos antes de aprobar la cotización.
Cómo la elección del material cambia el rendimiento de las piezas de chapa metálica
La calidad del material controla la flexibilidad, la resistencia a la corrosión, la recuperación elástica y el acabado superficial final. También cambia el precio más que cualquier otra especificación.
Para producción en volumen, utilice calibres estándar como 0,8 mm, 1,0 mm, 1,5 mm, 2,0 mm, 2,5 mm y 3,0 mm. Los espesores no estándar a menudo requieren pedidos de fábrica y añaden de dos a cuatro semanas al plazo de entrega. Las cuatro opciones más comunes cubren la mayoría de las piezas de chapa:
CRS/SPCC: bajo costo, excelente formabilidad, mejor para soportes interiores pintados; Elija para estampado de gran volumen.
Acero inoxidable 304: alta resistencia a la corrosión, requiere un radio de curvatura mayor, el costo típico del material es de 2,5 a 3 veces CRS.
Aluminio 5052-H32: buena conformabilidad, más liviano que el acero, confiable para prototipos y gabinetes anodizados.
Aluminio 6061-T6: más resistente que el 5052, pero los radios estrechos pueden producir grietas; Evite curvas severas.
Para gabinetes de acero pintado, CRS/SPCC es el valor predeterminado porque el recubrimiento en polvo cubre rayones superficiales menores. Para carcasas exteriores, el acero inoxidable 304 evita el costo de enchapado y pintura pero aumenta el costo de la materia prima; Muchos ingenieros eligen en su lugar una base pregalvanizada. Para aplicaciones sensibles al peso, el aluminio 5052 es más fácil de moldear que el 6061 y produce menos grietas durante la flexión.
Elija el material que sobreviva a su secuencia de formación. Si planea anodizar 5052, acepte un radio interior ligeramente mayor para que la esquina doblada no se agriete bajo la capa de óxido.
Fallos comunes en el diseño de piezas de chapa metálica
La forma más rápida de reducir los desechos en piezas de chapa es eliminar cuatro detalles de diseño repetitivos. Estos fallos aparecen una y otra vez en las auditorías porque son fáciles de ver en un modelo 3D e invisibles en un patrón plano.
Agujeros demasiado cerca de una línea de plegado. El estiramiento de la superficie exterior durante la conformación deforma el agujero y el borde. Mantenga los centros de los agujeros al menos 2,5 veces el espesor del material alejados del radio de curvatura.
Radio interior no declarado. Sin una indicación de radio, el operador elige la herramienta más cercana, lo que cambia la recuperación elástica y la tensión de las esquinas. Especifique un radio igual a al menos un espesor de material.
Bridas cortas. Una brida más corta que cuatro veces el espesor del material no se puede sujetar de manera confiable en una plegadora. Alarguelo o agregue un relieve para mantener la tolerancia.
Avellanados cerca de los bordes. La herramienta puede atravesar el borde y dejar rebabas. Mantenga la distancia al borde al menos tres veces el diámetro del agujero.
Si un nuevo diseño contiene alguno de estos cuatro detalles, espere una nota de diseño para fabricación del taller. Esa nota no es un retraso; es una señal de ahorro de costes.
La verdadera estructura de costos de una pieza de chapa metálica
El material suele ser el elemento más importante en el costo de una pieza de chapa, pero la instalación y el tratamiento de la superficie juntos a menudo lo superan. En una cotización típica, la división sigue el patrón siguiente antes de agregar la amortización de herramientas.
Figura 1. Desglose de costos típico de una pieza de chapa fabricada.
La división de costos varía según el tamaño del lote. Para un pedido de prototipo de 100 piezas, la configuración y programación pueden alcanzar el 40% del costo; para una producción de 5.000 piezas, dominan el material y el tiempo de impresión. Por este motivo, las cantidades de canal y de alimentación deben considerarse al mismo tiempo como tolerancias.
El tratamiento de superficies es un generador de costos oculto. El anodizado transparente sobre aluminio añade entre un 15 y un 20 % al precio por pieza; El recubrimiento en polvo sobre acero agrega algo similar. Si la cara visible es la única superficie que necesita una textura fina, especifique el enmascaramiento en las otras caras para reducir la mano de obra.
El cambio de acero inoxidable a acero pregalvanizado puede reducir el costo del material entre un 30% y un 40%, pero cambia los requisitos de soldadura y conexión a tierra; revise esas restricciones primero.
Cómo auditar a un proveedor de piezas de chapa metálica
Un proveedor de piezas de chapa está preparado para la auditoría si puede publicar sus tolerancias, mostrar su equipo de inspección y nombrar a la persona que firma el informe del primer artículo. Sin esos tres elementos, un folleto de capacidades es sólo marketing.
Lista de equipos con tamaño máximo de hoja, rango de espesor de material y tonelaje de plegadora.
Certificados de material de la fábrica para cada bobina o lámina entrante.
Hojas de inspección en proceso que muestran el ángulo de plegado y la posición del orificio medidos en la máquina.
Un procedimiento de inspección del primer artículo que verifica todas las dimensiones críticas y el acabado superficial antes de la producción.
Plan de gestión de subcontratas para enchapado, anodizado y recubrimiento en polvo.
Durante la auditoría, camine por el área de la plegadora. Verifique si los operadores han escrito tablas de tolerancias de doblez en cada estación y cómo miden la primera pieza. Un taller que mide después de cada configuración puede contener /- 0,5 mm; un taller que depende de ángulos y topes puede que no lo sepa hasta el final del lote.
Los fabricantes de plantas múltiples como Yongji Precision Hardware Co., Ltd. tienen una ventaja aquí porque pueden dirigir el trabajo del prototipo a una línea piloto y la producción a una línea de alto volumen sin cambiar la base de datos del proceso.
Solicite una hoja de capacidades que enumere el tamaño máximo de la hoja, el rango de espesor del material y las herramientas de conformado. Si la hoja solo dice "Doblado CNC" sin tonelaje de plegadora, pregunte nuevamente.
Preguntas frecuentes sobre piezas de chapa metálica
¿Cuál es el radio de curvatura mínimo para piezas de chapa?
Utilice un radio de curvatura interior de al menos un espesor de material para acero inoxidable y de 0,5 a 1x de espesor para aluminio 5052. Por debajo de eso, el grano exterior puede agrietarse y es posible que la pieza necesite recocido o una aleación diferente.
¿Puede el corte por láser mantener tolerancias de /- 0,05 mm en piezas de chapa?
En materiales delgados de menos de 3 mm y en distancias cortas puede hacerlo, pero en una parte completa de 300 mm la expansión térmica y la planitud de la lámina introducen variaciones. Especifique /- 0,1 mm para perfiles cortados con láser y mantenga /- 0,05 mm solo para referencias mecanizadas.
¿Cuál es el mejor acabado para piezas de chapa de exterior?
Para el acero al carbono, el galvanizado más recubrimiento en polvo es el sistema exterior más común. Para el aluminio se prefiere el anodizado transparente o coloreado. El acero inoxidable se puede dejar sin tratar o darle un acabado cepillado, pero tenga cuidado con el contacto galvánico con el aluminio.
¿Cómo puedo reducir el tiempo de entrega de piezas de chapa?
Utilice materiales en existencia, mencione tolerancias generosas, limite los acabados de superficie a un lado y solicite comentarios de DFM antes de la orden de compra. Las piezas que evitan el mecanizado secundario a menudo pueden enviarse una o dos semanas más rápido.
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