¿Qué es una brida de chapa metálica? Una guía completa

Introducción

Ya sea en la producción de piezas aeroespaciales o de electrodomésticos, la chapa metálica domina como material principal en la fabricación contemporánea. Es una necesidad absoluta por su flexibilidad, su elevada relación resistencia-peso y su moldeabilidad. Por no hablar de que sólo se aprovechan todas sus posibilidades si se añaden características personalizadas a las piezas. Uno de los elementos más importantes, aunque sencillo, es la brida de chapa.

Una brida puede parecer sólo una curva en el extremo de una pieza, pero es mucho más que eso. Esta característica específica es clave para mejorar la construcción y el uso de las piezas y proporciona ayuda durante el montaje. También aumenta la calidad de las piezas embridadas. Las bridas de chapa son una parte importante del proceso de trabajo de la chapa y es importante que ingenieros, diseñadores, fabricantes y técnicos tengan un conocimiento adecuado de ellas.

En esta guía, conocerá los componentes y conceptos relativos a las bridas: sus tipos, materiales, procesos de diseño y fabricación, aplicación y, lo que es más importante, métodos óptimos. Veamos cómo influye esta pieza fundamental en el resultado de los proyectos de chapa metálica.

¿Qué es exactamente un Chapa metálica ¿Brida?

En su forma básica, una pestaña de chapa metálica es un borde o un reborde elevado en chapa metálica que se extiende hacia fuera. Esto suele hacerse doblando o conformando el metal en un ángulo específico, normalmente de 90 grados, aunque algunos diseños permiten otros ángulos de doblado. Imagíneselo como el borde doblado de un componente. Como cualquier elemento geométrico, la función de una pestaña de chapa metálica es muy diversa y crucial para la calidad y el rendimiento generales del producto final.

Las razones para añadir una brida en una pieza de chapa son numerosas:

Mejora de la rigidez y la resistencia: En la mayoría de los casos, ésta es la razón principal de estos diseños. Hay una gran resistencia a la flexión que se produce a lo largo del borde y que aumenta con la flexión. Esto también proporciona una deformación a lo largo de ese borde que funciona como su columna vertebral, sólo que localmente. Se añade un material mínimo a cambio de una mayor rigidez e integridad estructural.

Superficies de fijación y montaje: Las bridas ayudan a crear zonas planas que son en su mayoría perpendiculares a la chapa principal. Son ideales para fijar otros componentes que se atornillarán, atornillarán o remacharán en la parte exterior de la estructura de chapa.

Tratamiento de cantos (seguridad y acabado): Un borde formado, en particular un reborde con dobladillo (doblado sobre sí mismo), proporciona un borde más seguro que un borde cortado, que es afilado, peligroso o puede enrollarse hasta obtener un borde redondeado o reforzado.

Sellado de superficies: Las bridas pueden diseñarse para alojar superficies de juntas o selladores, que son muy importantes para crear recintos, conductos o contenedores estancos al polvo, al agua o al aire.

Ubicación y alineación: Las bridas también pueden utilizarse para ubicar o detener el montaje de componentes en la posición correcta.

Antes de continuar con el debate sobre las bridas, es necesario definir algunos términos:

Cara de la brida: La superficie de la parte doblada.

Bend Line: La línea prevista y que debe dibujarse en la hoja debe iniciar el giro.

Radio de curvatura (interior): Valor del diámetro interior que define el borde cóncavo de la curva.

Altura (o longitud) de la brida: La distancia vertical medida paralelamente en la dirección de la superficie cóncava de la curva que conecta con la brida - hasta su sección.

Superficie de la junta: Se coloca un material elástico para conseguir bordes ajustados y la superficie de la pestaña se convierte en la de fijación.

Orificios para pernos: Las aberturas circulares de las bridas están pensadas para poder atornillar los componentes entre sí.

Tipos de bridas de chapa

En el trabajo de la chapa metálica, las bridas son uno de los elementos más utilizados que se forman por flexión y se emplean para reforzar, unir o sujetar. Los principales tipos son:

Brida angular: Una curva de 90 grados con forma de L, principalmente por rigidez y para ofrecer puntos de fijación.

Brida elevada: El reborde se sitúa por encima de la superficie de la chapa principal, que puede utilizarse como espacio libre o como base elevada para el montaje.

Brida plana: La brida está en un plano plano con el plano de base para la conexión plana de superficie a superficie o para el montaje.

Brida de tubería: Brida de forma circular que se utiliza para unir tubos o crear una junta en una abertura de la chapa mediante pernos.

Oreja Brida / Lug: Pequeña parte que sobresale del cuerpo principal en forma de oreja y que se utiliza para localizar, colgar o simplemente para sujetar.

Borde embridado: Se trata de un proceso en el que se dobla el borde libre de la chapa para reforzarla o crear una superficie de unión. Su forma específica puede ser diferente (por ejemplo, doblez simple, dobladillo).

Brida ranurada: Tiene una ranura en la cara de la brida que puede mecanizarse o formarse con el fin de alojar juntas tales como juntas tóricas para sellar o para el posicionamiento con otras piezas de acoplamiento.

Brida de agujeros: Es el borde elevado que se crea alrededor de un orificio en la chapa. Su función principal es reforzar la zona alrededor del orificio para que no se desgarre, o proporcionar una superficie para un cojinete o montaje.

El tipo de brida depende de las necesidades de la aplicación, incluida la resistencia necesaria, la forma de conexión, el sellado, la tolerancia y la forma en que se conecta con otros componentes.

Materiales comunes para bridas de chapa

El tipo de material utilizado en la fabricación de una brida influye notablemente en su rendimiento, facilidad de producción y durabilidad. Se trata de los requisitos de resistencia, peso, corrosión, capacidad de flexión y coste del material. Los materiales más comunes son:

La ductilidad y el límite elástico son algunas de las propiedades de los materiales que afectan a las reglas de diseño. Es importante tener en cuenta que los materiales menos dúctiles requieren radios de curvatura mayores. Los materiales más resistentes necesitan una mayor fuerza de conformado y tienen más retorno elástico, lo que debe tenerse en cuenta en el proceso de fabricación, por lo que necesitan un mayor control.

¿Cómo se fabrican las bridas de chapa?

El método predominante para crear bridas es el plegado, que suele realizarse en una prensa plegadora. Una comprensión básica de este proceso pone de manifiesto las principales limitaciones del diseño. Suele seguir los siguientes pasos:

Diseño y selección de materiales: Defina las dimensiones, el ángulo y la ubicación necesarios de la brida; seleccione el material y el grosor de chapa adecuados.

Cortando: Corte con precisión la chapa al tamaño necesario de la pieza en bruto utilizando métodos como el cizallado, el corte por láser o el punzonado/corte CNC.

Marcaje/Programación: Marque con precisión la línea de plegado prevista en la pieza en bruto o prográmela mediante controles CNC para guiar el proceso de plegado.

Sujeción y configuración de herramientas: Sujete firmemente la pieza en la máquina de conformado (normalmente una prensa plegadora) e instale el punzón y la matriz adecuados para el material y la curvatura deseada.

Operación de doblado: Utilizar la fuerza con la ayuda de la máquina, para presionar el metal con el punzón y la matriz con el fin de doblar la brida en el ángulo y la forma requeridos.

Garantía de calidad: El ángulo, la altura y la longitud de la brida conformada deben medirse y comprobarse con respecto a la brida diseñada para garantizar la calidad y la normalización.

Acabado (según sea necesario): Cualquier operación adicional que pueda ser necesaria en función de la aplicación de la pieza, por ejemplo, el desbarbado para eliminar aristas vivas o la aplicación de un revestimiento protector o decorativo (pintura, chapado, etc.).

Otros métodos: Aunque la prensa plegadora es la más común, las bridas también pueden fabricarse por los siguientes métodos:

Estampación: Se utiliza en matrices progresivas o compuestas para formar bridas, así como otras características en piezas de gran volumen.

Perfilado: Produce largas longitudes de piezas con secciones transversales uniformes (incluidos los rebordes) haciendo pasar la chapa a través de una serie de rodillos.

No obstante, para la gran mayoría de piezas discretas de chapa que necesitan bridas, la plegadora sigue siendo la principal herramienta de trabajo.

Consideraciones clave en el diseño y las especificaciones de las bridas

Aquí es donde la intención del diseño se encuentra con la realidad de la fabricación. Prestar especial atención a estos detalles es vital para obtener resultados satisfactorios.

Altura (o longitud) de la brida: La altura insuficiente es una causa frecuente de fallos de fabricación.

Directrices: Algunas de las reglas que son básicas incluyen "Altura mínima ≥ 1,5 x T", mientras que una regla más precisa para el conformado con plegadora, que garantiza un contacto adecuado con la matriz, se expresa a menudo como "Altura mínima ≥ 4 x T + R" (donde T=Espesor, R=Radio de curvatura interior). Hay variaciones dependiendo de la geometría de la matriz, pero esta regla muestra que se requiere mucho más que el espesor.

Radio de curvatura interior (R): Influye en la conformabilidad y la concentración de tensiones.

Regla general: R ≥ T es un buen punto de partida para la mayoría de los aceros a fin de evitar la formación de grietas en la superficie exterior de la curva.

Consideraciones materiales: Algunos materiales como algunas aleaciones de aluminio, aceros de alta resistencia son menos dúctiles y por lo tanto necesitan radios más grandes (1,5T, 2T o más). Consulte las fichas técnicas.

Normalización: Los fabricantes disponen de radios de punzón estándar. Utilizar estos radios estándar (por ejemplo, 0,8 mm, 1,6 mm, 2,4 mm, 3,2 mm o sus equivalentes en pulgadas) es menos costoso que cuando hay que pedir radios especiales. Cuando una pieza tiene curvas consistentes, es más fácil de configurar.

Característica Proximidad a las curvas: Los agujeros, ranuras y bordes cortados demasiado cerca de una línea de doblado probablemente se deformarán durante el conformado.

Regla de liquidación: Mantener una distancia mínima desde el borde de la característica hasta el punto tangente del radio de la curva. Una recomendación habitual es Distancia mínima ≥ 3 x T + R. Algunas fuentes pueden utilizar factores más sencillos como 2T o 2,5T desde la propia línea de la curva; aclare qué punto de referencia se utiliza.

Bend Relief: Cuando no pueda evitarse la proximidad, incluya alivios de curvatura (pequeñas muescas o recortes en los extremos de la línea de curvatura) para permitir un movimiento suave del material sin alterar la característica.

Cálculos de curvas (bonificación/deducción): En el desarrollo de patrones planos, es necesario tener en cuenta el alargamiento del material durante el proceso de doblado. Esto incluye factores como la tolerancia de curvatura, la deducción de curvatura o el factor K, que se utilizan para determinar el ángulo de curvatura, el radio, el grosor y la posición del eje neutro. Los sistemas CAD suelen realizar estos cálculos, pero los diseñadores deben conocer el principio para garantizar la correcta generación de patrones planos.

Tolerancias: Especifique tolerancias realistas. Normalmente, la tolerancia angular estándar para los doblados con plegadora es de aproximadamente +/- 1 grado en cualquier dirección. Las tolerancias dimensionales no son muy estrictas y pueden oscilar entre +/- 0,25 mm y +/- 0,75 mm para un trabajo normal. Especificar una tolerancia muy pequeña que no se requiere en la aplicación de la pieza sólo aumentará el coste de fabricación y complicará el proceso.

Coherencia: Se recomienda utilizar el mismo radio de curvatura y, si es posible, la misma altura de brida para varias bridas de un flujo de piezas porque reduce los cambios de utillaje y la programación.

Si estos puntos se tienen en cuenta durante el diseño, se minimizan los problemas de fabricación y la mala calidad de las piezas.

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Diversas aplicaciones de las bridas para chapas metálicas

Las ventajas prácticas de las bridas hacen que se utilicen en un amplio espectro de industrias y productos:

Electrónica y cajas: Esenciales para crear chasis y carcasas rígidos. Proporcionan superficies de montaje para placas de circuito impreso, fuentes de alimentación, conectores; forman bordes de asiento para tapas y paneles, a menudo incorporando juntas.

Automóvil: Se utiliza en las estructuras de los vehículos para darles rigidez (paneles de carrocería, bastidores), unir componentes (superficies de soldadura/remachado) y crear soportes para montar el motor, la suspensión y las piezas del interior.

Aeroespacial: Fundamental para crear elementos estructurales ligeros pero rígidos (costillas, largueros, soportes) a partir de aleaciones de aluminio y titanio, donde la relación resistencia-peso es primordial.

CALEFACCIÓN, VENTILACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO: Se utiliza en la fabricación de conductos para unir secciones, como las bridas TDC/TDF, que permiten el sellado y la fijación mecánica de los conductos, además de proporcionar rigidez adicional a tramos largos de conductos.

Electrodomésticos: Ofrecen soporte interno y puntos de fijación para motores y bombas y estantes en lavadoras, secadoras, frigoríficos, hornos, etc., y bordes lisos en las carcasas exteriores.

Construcción y arquitectura: Se utiliza en conectores estructurales, herrajes de montaje para fachadas y cubiertas, soportes a medida y otros trabajos de metalistería arquitectónica.

Maquinaria industrial: Para protecciones de máquinas, rigideces, bordes de seguridad, bastidores de equipos, placas de montaje para motores y sensores, y envolventes de paneles de control.

En otras palabras, allí donde la chapa debe reforzarse, conectarse, fijarse o biselarse con seguridad, la brida es la solución ideal.

Problemas comunes y mejores prácticas para bridas de chapa metálica

Diseñar y fabricar bridas con éxito implica anticiparse a los problemas más comunes y evitarlos.

Problemas comunes:

Agrietamiento por flexión: Fallo de la superficie exterior debido a que el radio es demasiado pequeño para el material o se dobla en paralelo a una dirección de grano desfavorable.

Distorsión de características: Los agujeros/ranuras en las proximidades de la zona de doblado se deforman debido a la falta de espacio suficiente desde la zona de doblado.

Incapacidad de formación: La altura de la brida es inferior a la mínima necesaria para un contacto estable con la matriz.

Inexactitud angular: El ángulo final se desvía de la especificación debido a un springback no compensado o a propiedades del material incoherentes.

Marcas de herramientas: Cualquier línea o depresión no deseada en la superficie de la pieza debida al contacto con la herramienta o debida a la presión ejercida por la herramienta o debida a residuos.

Ondulación del reborde/arco: Falta de planitud a lo largo del borde de la brida, especialmente en bridas largas y delgadas.

Buenas prácticas:

Normas de altura mínima: Siga siempre las reglas básicas (4T + R para plegadora) y consulte con su fabricante los diseños que se acerquen al mínimo.

Seleccione los radios de curvatura adecuados: Establezca R ≥ T como mínimo, y aumente R para materiales no dúctiles; de lo contrario, utilice los radios de curvatura estándar del fabricante.

Garantizar el espacio libre: Mantenga al menos ≥3T + R o una distancia similar o utilice alivios de curvatura.

Nota Material y grano: También debe tenerse en cuenta la conformabilidad del material. Indique si la orientación de la curva con respecto al grano es importante.

Proporcione dibujos claros: Deberán indicarse claramente todas las dimensiones, ángulos, radios, tolerancias, tipo de material y espesor.

Mantener la normalización: En la medida de lo posible, los radios y las bridas deben ser estándar para facilitar el proceso de fabricación.

DFM (diseño para la fabricación): Consulte con su fabricante de chapas metálicas lo antes posible. Puede ayudarles a detectar problemas y adaptar el diseño a sus procesos, reduciendo así el tiempo y el dinero invertidos y aumentando la calidad.

Estas prácticas cambian la orientación de resolver problemas a diseñar soluciones, lo que da lugar a soluciones más fiables y menos costosas.

Conclusión

La brida de chapa es uno de los componentes básicos del diseño, pero no es nada sencillo. Es un componente básico que proporciona soporte, permite la conexión y da forma a una amplia gama de productos en el proceso de fabricación. Desde la definición básica de brida hasta los detalles más sutiles de materiales, métodos de fabricación y parámetros de diseño, es imposible diseñar piezas de chapa metálica sin conocer bien las bridas.

En conclusión, el uso de bridas de chapa metálica depende del diseño, las propiedades del material y el conocimiento del proceso de fabricación. Así pues, los ingenieros y diseñadores pueden seguir utilizando esta sencilla pero eficaz característica para desarrollar productos de chapa nuevos, eficientes y de alta calidad.