Guía definitiva para el diseño y la fabricación de soportes de chapa metálica

¿Qué son las escuadras de chapa?

Las escuadras de chapa metálica se utilizan ampliamente en diversos sectores, desde la automoción y la industria aeroespacial hasta la construcción. Estas escuadras se utilizan para soportar, asegurar o conectar otras piezas dentro de un sistema o estructura. Las encontrará en todo tipo de aplicaciones, desde maquinaria hasta electrónica, donde la estabilidad y la resistencia son primordiales.

Estos soportes pueden fabricarse mediante fundición o mecanizado CNC, entre otros métodos. Sin embargo, la fabricación de chapa metálica es el método más común y práctico entre todos los tipos de fabricación. Esto se debe a que facilita la producción de ménsulas de diferentes formas, tamaños y materiales debido a la personalización precisa a un coste menor que permite el proceso. La chapa metálica es duradera y fácil de trabajar, lo que hace que las ménsulas sean resistentes y lo suficientemente versátiles para numerosas aplicaciones.

¿Cómo se fabrican las escuadras de chapa?

Hay varios procesos que intervienen en la fabricación de escuadras de chapa a partir de chapa en bruto.

Corte: El corte es el primer paso, en el que la chapa se dimensiona para ajustarse al diseño del soporte. Suele hacerse mediante corte por láser o con una punzonadora CNC. La cortadora láser es más precisa y produce bordes lisos, que son importantes para los procesos siguientes.

Doblar: Tras cortar el metal, se le da la forma deseada doblándolo. Para ello se suele utilizar una prensa plegadora. La chapa se coloca entre dos herramientas y se aplica presión para doblarla.

Soldadura y montaje: Algunas escuadras están diseñadas de tal forma que es necesario soldarlas para unir varias piezas. Por ejemplo, las escuadras de refuerzo pueden requerir soldadura para garantizar que varias piezas estén bien conectadas y fijadas. Este proceso ayuda a que la ménsula tenga la resistencia y durabilidad adecuadas para el uso previsto. En algunos diseños, pueden utilizarse tornillos o pernos en lugar de soldadura para facilitar el desmontaje de la estructura.

Acabado: El último proceso es el acabado de la superficie. Puede realizarse mediante recubrimiento en polvo, chapado o simplemente puliendo la superficie para eliminar los bordes afilados. Los principales objetivos del proceso de acabado son estéticos y anticorrosivos. Este paso es especialmente crucial para los soportes que se van a utilizar en exteriores o en entornos con mucha humedad.

Tipos de escuadras de chapa

Hay varios tipos de ménsulas que se utilizan habitualmente, cada una adecuada para aplicaciones específicas. Estos son algunos de los tipos más comunes:

Soportes en L

Las escuadras en L tienen la forma de la letra "L" y se utilizan sobre todo para soportes en ángulo recto. Es perfecta para unir dos piezas a 90 grados y puede utilizarse para escuadras de esquina, soportes de estanterías o cualquier herraje de montaje. Las escuadras en L vienen en diferentes tamaños y estas escuadras pueden soportar diferentes pesos en función del material y el grosor de las escuadras.

Soportes en U

Las escuadras en U están diseñadas para tener una estructura en forma de "U" que rodea el objeto que se está sujetando. Ofrecen un agarre más seguro que las escuadras en L y son ideales para fijar tuberías, cables o vigas, entre otros. Las escuadras en U se utilizan mejor cuando se necesita más sujeción y la escuadra tiene que rodear el objeto que se va a montar.

Soportes en Z

Las escuadras Z tienen forma de letra "Z" y se utilizan en los casos en que se necesita más refuerzo. Se emplean sobre todo para fijar equipos o estructuras pesadas. La forma en Z también permite repartir uniformemente el peso y aumenta la estabilidad de las piezas montadas sobre ella.

Soportes de fuelle

Los cartelas se utilizan para reforzar juntas y uniones. Se aplican sobre todo en la construcción de armazones metálicos o en maquinaria para reforzar vigas de soporte. El diseño de la cartela puede ser simple o complejo y desempeña la función de distribución de la carga y fallo en zonas de gran tensión.

Soportes ajustables

Los soportes ajustables están diseñados para cambiar de posición o de ángulo según sea necesario. Se aplican en lugares donde se realizan cambios constantes, por ejemplo, al montar apliques de luz o estanterías ajustables. Estas escuadras son flexibles y, al mismo tiempo, fuertes y resistentes.

Otros soportes especiales

Las ménsulas especiales están diseñadas para un uso particular, por ejemplo, formas geométricas o condiciones que son duras para las ménsulas. Entre ellas se incluyen las ménsulas para altas temperaturas, corrosivas o peligrosas. Las ménsulas especiales se utilizan en las industrias aeroespacial, militar y de procesamiento químico, ya que en la mayoría de los casos se fabrican bajo pedido.

Materiales utilizados en el diseño de soportes de chapa metálica

La selección del material es muy importante para determinar la eficacia y la longevidad de las ménsulas. Estos son algunos de los materiales más utilizados en la fabricación de escuadras de chapa:

Acero

El acero es un material habitual en la fabricación de diversos tipos de escuadras de chapa. Ofrece una gran resistencia a la tracción y es muy duradero, por lo que puede utilizarse con fines estructurales. Se prefiere especialmente el acero laminado en frío, ya que tiene una buena planitud y un acabado superficial ideal para la fabricación.

Acero inoxidable

El acero inoxidable es muy apreciado por su resistencia a la corrosión. Es adecuado para soportes que vayan a utilizarse en zonas que puedan estar expuestas al agua o a cualquier otro producto químico. Las ménsulas de acero inoxidable se suelen utilizar en industrias alimentarias o en la fabricación de equipos para exteriores.

Aluminio

El aluminio es un metal ligero que no se corroe con facilidad y al que se puede dar forma con facilidad, lo que lo hace ideal para usos ligeros. También se utiliza para soportes en la industria automovilística o aeroespacial, donde el peso es un factor importante. Las escuadras de aluminio también pueden anodizarse para mejorar el acabado superficial de las escuadras.

Latón

El latón se utiliza por sus propiedades anticorrosivas y su agradable aspecto, sobre todo en piezas ornamentales. Se utiliza en soportes en el diseño de muebles, especialmente cuando se requiere durabilidad y elegancia.

Titanio y otros materiales avanzados

El titanio se utiliza en aplicaciones más específicas que exigen una elevada relación resistencia/peso y resistencia a la corrosión, como en los campos de la aviación y la medicina. Otros materiales, por ejemplo los compuestos, pueden utilizarse para fines especiales en los que el material debe tener determinadas propiedades, como una elevada conductividad térmica o eléctrica.

Consideraciones sobre el diseño de las escuadras de chapa metálica

El diseño de ménsulas de chapa requiere prestar atención a varios factores para garantizar su funcionalidad y longevidad. Entre ellos se incluyen:

Resistencia del material

La resistencia del material es un factor clave en el diseño de los soportes de chapa metálica. El material debe soportar la carga prevista sin fallar. La resistencia a la tracción indica cuánta fuerza de tracción puede resistir el material, mientras que el límite elástico muestra cuándo empieza a deformarse. La resistencia a la fatiga es crucial para las ménsulas sometidas a esfuerzos constantes. También es importante tener en cuenta los factores ambientales: materiales como el acero inoxidable o el titanio ofrecen mayor resistencia a la corrosión en condiciones húmedas. Elegir el material adecuado garantiza que el bracket funcione bien y dure. A continuación se comparan las propiedades de los metales más utilizados en la fabricación de soportes de chapa metálica:

Para garantizar que un soporte pueda soportar su carga con seguridad, los ingenieros utilizan un factor de seguridad (FS). Este factor se calcula como

Un mayor factor de seguridad reduce el riesgo de fallo. Para aplicaciones estándar, 1,5 a 2 es habitual. En aplicaciones críticas como la aeroespacial o los soportes estructurales, 2,5 a 3 se recomienda. Elija siempre un factor basado en las variaciones de carga y las propiedades del material.

Material Grosor

El grosor de la chapa metálica utilizada en el soporte determina su resistencia y rigidez. Los materiales finos son flexibles y fáciles de moldear y cortar, pero no son ideales para aplicaciones en las que se esperan cargas pesadas. Por otro lado, los materiales más gruesos son más rígidos y ofrecen más resistencia, pero son difíciles de procesar y pueden suponer costes más elevados.

El grosor también influye en cómo se dobla el material. Las chapas más gruesas pueden necesitar radios de curvatura más significativos, que trataremos más adelante en este artículo. En algunos casos, un grosor excesivo puede provocar una concentración de tensiones en los orificios de los tornillos, lo que podría causar grietas.

Para diseños que requieran resistencia sin añadir grosor, considere el uso de estructuras como el estampado acanalado o los diseños de nido de abeja para reforzar el soporte y, al mismo tiempo, mantener su ligereza. Las variaciones graduales de grosor, como los diseños cónicos o embridados, también pueden mejorar el rendimiento sin añadir peso.

Radio de curvatura

Radios de curvatura son la curvatura del metal en los puntos de flexión. Son muy importantes en el diseño de ménsulas de chapa, ya que determinan la resistencia del producto final. Un radio grande tiene menos probabilidades de agrietar el material, mientras que un radio pequeño puede provocar ángulos agudos que comprometan la ménsula. El radio de curvatura mínimo viene determinado por el grosor y el tipo de material que se va a curvar. Una regla general es que el radio mínimo debe ser al menos el grosor del material multiplicado por un factor de 1,5 a 2. Garantizar el radio de curvatura correcto ayuda a evitar cualquier fallo estructural que pueda comprometer la resistencia del soporte.

Ángulos de curvatura

Los ángulos de curvatura están directamente relacionados con la resistencia y el ajuste de un soporte. Las curvas de 90 grados son las más típicas, pero pueden ser necesarios otros ángulos en función de la distribución de la carga y el montaje. Un ángulo agudo puede causar puntos de tensión y, por tanto, puede fallar, mientras que un ángulo grande ayuda a distribuir la fuerza. El grosor del material y el tipo de material también determinan la cantidad de recuperación elástica tras el doblado, lo que puede requerir algunos ajustes para obtener el ángulo correcto. La constancia es la clave para garantizar un doblado preciso y resistente.

Opciones de acabado superficial

Los acabados superficiales no sólo mejoran el aspecto del soporte, sino también sus prestaciones. Elegir el acabado adecuado en función de las condiciones ambientales es crucial para maximizar la vida útil de la ménsula. A continuación se indican seis procesos habituales de acabado de superficies para ménsulas de chapa metálica:

Recubrimiento en polvo: Un acabado duradero y resistente a la corrosión que se aplica cargando electrostáticamente el polvo y curándolo. Ideal para aplicaciones exteriores en las que la corrosión es un problema.

Revestimiento (Zinc, Níquel o Cromo): Este proceso consiste en recubrir el soporte con una fina capa de metal, como zinc o cromo, para proporcionar una mayor protección contra la oxidación y el desgaste.

Anodizado (para aluminio): Proceso que espesa la capa de óxido del aluminio, aumentando la resistencia a la corrosión y proporcionando un acabado mate. Es ideal para aplicaciones en entornos húmedos o corrosivos.

Galvanización: Consiste en recubrir el acero con una capa de zinc para protegerlo de la corrosión. Se suele utilizar en exteriores o en aplicaciones industriales pesadas.

Pulido: Método que alisa la superficie hasta darle un brillo intenso, mejorando tanto el aspecto como la facilidad de limpieza. Se suele utilizar en soportes en los que la estética es importante.

Pasivación: Este proceso mejora la capa de óxido natural del acero inoxidable, aumentando su resistencia a la oxidación y las manchas. Suele utilizarse en entornos alimentarios o médicos.

Cada uno de estos acabados tiene sus propias ventajas en función de la aplicación. Si desea saber más sobre los distintos tipos de acabado superficial de la chapaconsulte esta guía detallada.

Colocación y cantidad de orificios

La ubicación y el número de orificios de un soporte son vitales para su funcionalidad. Estos orificios se utilizan normalmente para montar o fijar el soporte a otros componentes. El tamaño y la separación de los orificios deben diseñarse cuidadosamente para garantizar una distribución adecuada de la carga.

Proporciones de las bridas

Los rebordes son bordes prolongados del soporte que ayudan a fijarlo a una superficie o a otros componentes. Las proporciones de estas bridas afectan a la estabilidad del soporte. Las bridas más grandes pueden distribuir la carga de forma más uniforme, mejorando la resistencia.

Herramientas de diseño esenciales para el desarrollo de soportes de chapa metálica

El diseño de escuadras de chapa metálica se basa en potentes herramientas que mejoran la precisión y eficacia de las escuadras. He aquí una lista de herramientas de diseño muy útiles para los profesionales de la ingeniería:

Software CAD: Las herramientas de dibujo, incluidas las de empresas como SolidWorks, AutoCAD y Fusion 360, se utilizan en la creación de modelos 3D, dando la definición así como estableciendo formatos en el plano que favorece el proceso de fabricación.

FEA (Análisis de elementos finitos): Otros programas como ANSYS y Abaqus pueden predecir cómo se comportará el soporte bajo tensión o carga y el diseño puede soportar las fuerzas aplicadas sobre él sin romperse.

Software CAM: Mastercam y Fusion 360 CAM se utilizan para crear trayectorias de herramientas para máquinas CNC con el fin de convertir los diseños CAD en el proceso de fabricación.

Herramientas de análisis de tolerancia: Existen programas informáticos como TolAnalyst que pueden utilizar los ingenieros para identificar problemas de tolerancia y confirmar que todas las piezas encajarán y funcionarán juntas correctamente.

Son importantes para desarrollar diseños buenos y eficaces de escuadras de chapa que sean precisos y funcionales. Permiten a los ingenieros hacer maquetas y experimentar o modificar los diseños en un intento de llegar a la mejor solución. Otras herramientas que también se utilizan para convertir los diseños en productos tangibles son las máquinas CNC y las máquinas de corte por láser, entre otras.

Conclusión

El diseño de ménsulas de chapa metálica es una parte esencial de muchas industrias, desde la automoción a la construcción y más allá. Comprender los materiales, los procesos de fabricación y las consideraciones clave de diseño garantiza que las ménsulas cumplan su función con eficacia. Seleccionando los materiales adecuados y utilizando las herramientas de diseño apropiadas, los ingenieros pueden crear ménsulas de chapa personalizadas que cumplan requisitos funcionales específicos, garantizando tanto la durabilidad como la fiabilidad.

A medida que la fabricación sigue evolucionando, es importante estar al día de las nuevas tecnologías de fabricación, materiales y estrategias de diseño para mantener el alto nivel que se espera de los diseños de soportes de chapa metálica.