Doblado por aire, doblado por presión y doblado por acuñación: los tres métodos de doblado en V

En una prensa plegadora, la misma matriz en V puede realizar un pliegue de tres formas diferentes. El plegado por aire detiene el punzón antes de que la chapa entre en contacto con la base de la matriz, fijando el ángulo únicamente mediante la profundidad del punzón y dejando un espacio de aire. El «bottoming» empuja la chapa completamente contra las paredes de la matriz, de modo que la geometría de la herramienta controla el ángulo. El «coining» introduce la punta del punzón en el metal con una fuerza extrema, adelgazando el material en la línea de plegado y fijando el ángulo con una recuperación elástica mínima.

La fuerza, la precisión y el coste de las herramientas aumentan al pasar del doblado neumático al embutido y al acuñado. La flexibilidad y la rentabilidad siguen la tendencia contraria. Para la mayoría de los trabajos de fabricación, el doblado neumático es la opción más económica por defecto. El embutido y el acuñado son opciones superiores justificadas por requisitos específicos de tolerancia o repetibilidad, y esta guía explica exactamente cuándo se aplican.

Esta guía aborda los aspectos técnicos de cada método, las relaciones entre la fuerza y la recuperación elástica, las consideraciones relativas a los materiales y un marco práctico para la toma de decisiones. Para conocer las reglas de diseño dimensional que rigen cualquier plegado, consulte nuestro  Guía de diseño para el plegado de chapa. Para conocer toda la gama de operaciones de conformado de chapa, consulta nuestro  procesos de conformado de chapa metálica guía.

Control del aire: mecánica y compensaciones

En el plegado al aire, el punzón desciende hacia la matriz en V hasta que la chapa entra en contacto en tres puntos: la punta del punzón y los dos rebordes de la matriz. La chapa se extiende a lo largo de la abertura de la matriz entre los rebordes, dejando un espacio de aire por debajo. La profundidad del punzón —y no la geometría de la matriz— es lo que determina el ángulo de plegado. Al ajustar la carrera del punzón, el mismo juego de herramientas permite obtener una gama de ángulos menos pronunciados que el ángulo de apertura de la matriz.

Esta es la principal ventaja del plegado neumático: una sola combinación de punzón y matriz puede producir muchos ángulos diferentes. Una matriz de 90 grados puede realizar plegados que van desde los 90 hasta aproximadamente los 175 grados, ajustando la carrera del punzón. En la práctica, esto se traduce en menos cambios de utillaje y mayor flexibilidad para piezas con ángulos variados, lo que reduce el tiempo de programación y configuración.

La contrapartida es la recuperación elástica. Cuando el punzón se retrae, la parte elástica de la deformación por flexión se recupera y la pieza se abre hacia su estado plano. El ángulo de recuperación elástica depende del límite elástico y de las características de endurecimiento por deformación del material, de la relación entre el radio de curvatura y el espesor, y de la anchura de la abertura de la matriz. Los materiales con mayor límite elástico —acero inoxidable 304, aluminio 6061-T6, acero laminado en frío de alta resistencia— presentan una mayor recuperación elástica que el acero dulce o el aluminio recocido. Los controladores de las prensas plegadoras CNC compensan este efecto mediante un plegado excesivo, pero la compensación se basa en las propiedades nominales del material y varía en función de las diferencias entre bobinas.

El plegado neumático es el que requiere menor tonelaje de los tres métodos, ya que la fuerza de plegado actúa sobre toda la anchura de apertura de la matriz, en lugar de amoldar el material a la superficie de la matriz. Esto hace que sea viable en prensas más ligeras y reduce el desgaste de las herramientas.

Toque de fondo: mecánica y compensaciones

El «bottoming» —también denominado «prensado inferior» o «doblado con contacto con la matriz»— empuja la chapa contra las paredes laterales de la matriz en V. A diferencia del plegado neumático, el material se adapta a la superficie de la matriz, por lo que el ángulo de plegado viene determinado por la geometría de la herramienta y no únicamente por la profundidad del punzón. De este modo, el control angular pasa del programa a la matriz, lo que permite obtener plegados más uniformes y repetibles con una recuperación elástica notablemente menor.

El plegado por presión requiere entre tres y cinco veces el tonelaje del plegado neumático para el mismo material y espesor. La chapa debe adaptarse a la matriz en lugar de simplemente doblarse a lo largo de un tramo, lo que exige una fuerza considerablemente mayor. La prensa debe tener capacidad suficiente para la combinación de material, espesor y longitud de la pestaña, y se requiere una matriz distinta para cada ángulo deseado. Cambiar el ángulo deseado implica cambiar la matriz.

La recuperación elástica al alcanzar el fondo de la curvatura se reduce, pero no se elimina por completo. Dado que el material en el radio de curvatura no sufre un desplazamiento plástico total —como ocurre en el estampado—, sigue produciéndose cierta recuperación elástica. Sin embargo, la recuperación elástica es más uniforme y predecible que en el plegado al aire, ya que la conformación del material se controla de forma más exhaustiva. Los fabricantes de herramientas tienen en cuenta la recuperación elástica residual diseñando ángulos de troquel ligeramente más pronunciados que el objetivo nominal.

El doblado con base fija es la opción adecuada cuando se fabrica en serie una pieza con ángulo fijo y los requisitos de tolerancia son más estrictos de lo que permite corregir de forma fiable la recuperación elástica mediante el doblado neumático; normalmente, cuando la tolerancia angular es inferior a más o menos un grado, o cuando la variación entre lotes de material provoca una dispersión angular que no puede corregirse mediante ajustes en el programa.

Acuñación: mecánica y compensaciones

El estampado aplica una fuerza extrema —a menudo diez veces superior o más al tonelaje necesario para el plegado neumático— con el fin de introducir la punta del punzón en la fibra exterior de la chapa metálica en la línea de plegado. El material se deforma por completo tanto en compresión como en tracción: la deformación plástica supera con creces el rango elástico, y el material se adelgaza ligeramente en el vértice del pliegue. Esta plastificación total hace que la recuperación elástica sea mínima; la recuperación elástica suele ser inferior a 0,5 grados cuando el utillaje y el material están bien adaptados.

El resultado es el ángulo más preciso y más reproducible que se puede conseguir en una prensa plegadora. El estampado puede mantener  tolerancias angulares de ±0,25 grados o mejor, y el radio interior estrecho y definido que se consigue es uniforme a lo largo de toda la serie de producción, independientemente de las variaciones en la resistencia del material dentro del lote.

El coste es considerable. La prensa debe generar un tonelaje significativamente mayor. Las herramientas se desgastan más rápidamente debido a que las fuerzas implicadas son mucho mayores. El radio de curvatura agudo y reducido crea una concentración de tensiones que debe tenerse en cuenta en el análisis de fatiga si la pieza está sometida a cargas dinámicas. Para la mayoría de las características de la mayoría de las piezas, el estampado supone un coste innecesario. Sin embargo, para aquellas características que realmente lo requieren, no existe alternativa.

Comparación: Air Bending, Bottoming y Coining

El «springback» en profundidad: por qué es importante y cómo lo aborda cada método

La recuperación elástica es la recuperación del material tras eliminar la fuerza de flexión. Todos los metales presentan un comportamiento en parte elástico y en parte plástico cuando se doblan. La parte plástica permanece deformada, mientras que la parte elástica recupera su forma original. Esta relación viene determinada por el límite elástico del material dividido por su módulo de elasticidad: cuanto mayor sea esta relación, mayor será la recuperación elástica.

El acero inoxidable 304, el 17-4 PH y el aluminio 6061-T6 presentan todos ellos relaciones entre el límite elástico y el módulo de elasticidad relativamente altas y presentan una recuperación elástica significativa. El acero dulce (A36 o A1011) presenta una menor recuperación elástica. El aluminio recocido es el que menos recuperación elástica presenta de entre los materiales más comunes.

El plegado neumático controla la recuperación elástica mediante una compensación por sobreplegado programada en el controlador CNC. El controlador utiliza un modelo de recuperación elástica basado en el material, el espesor y la geometría para calcular la profundidad de punzonado necesaria. Esto funciona bien con materiales homogéneos, pero es sensible a las variaciones entre lotes en cuanto a la resistencia al rendimiento y la tasa de endurecimiento por deformación.

El «bottoming» hace que la recuperación elástica sea más uniforme, ya que adapta el material a la matriz. La recuperación elástica residual es menor y más predecible, lo que facilita su compensación en el diseño de las herramientas. El «coining» elimina la mayor parte del problema de la recuperación elástica al hacer que el material ceda por completo en el radio de curvatura.

Desde el punto de vista del diseño: especifica el rango de tolerancia más ajustado que realmente requieran tus requisitos funcionales, y nada más. Especificar un proceso de acuñación en el que el toque de fondo permita alcanzar la tolerancia supone un coste adicional sin aportar ningún beneficio. Lo mismo ocurre si se especifica el toque de fondo cuando basta con el plegado neumático con compensación de la recuperación elástica.

Métodos de mezcla en una sola pieza

Muchas piezas se benefician del uso de distintos métodos en diferentes elementos. Una carcasa de chapa metálica podría utilizar el doblado neumático para las bridas del panel principal con una tolerancia de más o menos dos grados, el doblado de fondo para las bridas del recorte de la cara del conector con una tolerancia de más o menos un grado, y el estampado para una única brida de montaje de precisión con una tolerancia de más o menos 0,25 grados. La combinación de métodos es una práctica habitual y se especifica característica por característica en el plano, ya sea como una indicación de tolerancia (que interpreta el fabricante) o como una indicación explícita del método si el diseñador tiene una preferencia clara.

Si en tu plano solo se especifican las tolerancias y no los métodos, el fabricante elegirá el método más económico que permita cumplir de forma fiable cada tolerancia. En la mayoría de los casos, esto permite obtener el mejor resultado en cuanto a costes sin que el diseñador tenga que especificar explícitamente los métodos de plegado.

Cómo elegir: un marco de toma de decisiones

Empieza por el plegado por aire. Para cualquier pieza en la que la tolerancia angular sea de más o menos un grado, o mayor, el plegado por aire con corrección de la recuperación elástica mediante CNC es la opción predeterminada más adecuada. Es la opción más flexible, la que requiere menor tonelaje de prensa y la más económica para la gama más amplia de materiales.

Se debe optar por el plegado a fondo cuando la tolerancia angular sea inferior a más o menos un grado en una pieza fabricada en serie. Cuando es necesario obtener el mismo ángulo de forma constante a lo largo de una tirada larga y las variaciones del material no pueden corregirse mediante ajustes en el programa, el plegado a fondo ofrece una repetibilidad que el plegado neumático no puede proporcionar.

Especifique el estampado solo para aquellas características que requieran una precisión superior a ±0,5 grados, radios interiores muy pronunciados que se acerquen al espesor del material, o cuando la variabilidad de la recuperación elástica en el material concreto haga que el fondo no sea suficiente. El estampado debe ser la excepción en cualquier pieza, no la norma.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la principal diferencia entre el «air bending» y el «bottoming»?

En el plegado por aire, el ángulo se determina mediante la profundidad del punzón, dejando un espacio de aire entre la chapa y el fondo del troquel. Esto lo hace flexible —un mismo juego de herramientas permite obtener muchos ángulos—, pero la recuperación elástica es mayor y más variable. El plegado a fondo presiona la chapa completamente contra las paredes del troquel, transfiriendo el control del ángulo a la geometría del utillaje. El resultado es más preciso y repetible, a costa de necesitar utillaje específico para cada ángulo y un mayor tonelaje.

¿Por qué el acuñado reduce tanto la recuperación elástica?

El estampado aplica una fuerza extrema para introducir la punta del punzón en el metal en el radio de curvatura, lo que provoca una deformación plástica completa del material y lo adelgaza ligeramente. El grado de deformación plástica es lo suficientemente grande como para que la recuperación elástica —el retroceso— sea mínima, dejando la pieza a una fracción de grado del ángulo de la herramienta.

¿Qué método requiere el menor tonelaje de prensa?

El conformado por aire, con diferencia. El conformado por presión suele requerir entre tres y cinco veces más tonelaje que el conformado por aire para el mismo material y espesor. El estampado puede requerir diez veces más o incluso más. La capacidad de la prensa determina qué métodos están disponibles en una máquina concreta.

¿Cuándo debería recurrir al control del aire?

El plegado neumático es la opción predeterminada adecuada para la gran mayoría de las piezas de chapa: cualquier elemento en el que la tolerancia angular sea de más o menos un grado o mayor, en el que la geometría de la pieza y el material se encuentren dentro del rango de compensación de la recuperación elástica del CNC, y en el que la flexibilidad de las herramientas y un bajo tonelaje de la prensa sean factores importantes. Recurra al embutido profundo o al acuñado únicamente cuando los requisitos específicos de tolerancia o repetibilidad lo exijan.

¿Puede una misma pieza someterse a varios métodos de plegado?

Sí, y es algo habitual. Una pieza con un pliegue crítico que requiera una tolerancia de más o menos 0,25 grados y varias bridas estándar con una tolerancia de más o menos 1,5 grados podría someterse a estampado en el pliegue crítico y a doblado neumático en el resto. La combinación de métodos se especifica elemento por elemento en el plano, ya sea mediante una indicación de tolerancia o una indicación explícita del método.