Materiales habituales en las piezas de chapa metálica

Las piezas de chapa metálica utilizan material como uno de los tres elementos significativos de la producción de chapa metálica. Con una tecnología avanzada de procesos y moldes de chapa metálica, sólo se pueden fabricar piezas de chapa metálica de alta calidad adoptando materiales con un buen rendimiento de estampación. La selección y las propiedades generales de los materiales tienen un impacto crucial en el coste, el rendimiento, la calidad y la procesabilidad del producto.

Los materiales en láminas se refieren a productos semiacabados de diversas formas, como chapas finas, chapas medianas, chapas gruesas, tiras estrechas y materiales en tiras.

Clasificadas por grosor, incluyen placas gruesas (más de 4 mm), placas medias (3~4 mm) y placas finas (menos de 3 mm).

Las chapas, según su estado de laminación, se clasifican en chapas laminadas en caliente y chapas laminadas en frío.

I. Selección de materiales para chapas metálicas

1) Los materiales metálicos comunes deben priorizarse y mantenerse dentro del rango del manual de materiales de la empresa.

2) Dentro de un mismo producto, intente reducir al mínimo la variedad de materiales y especificaciones de grosor y dimensiones de la chapa.

3) Sin dejar de garantizar la funcionalidad de la pieza, utilice materiales rentables para reducir los costes de material.

4) Además de garantizar la funcionalidad de la pieza, hay que tener en cuenta el rendimiento del estampado y los requisitos del material y el proceso de estampación para garantizar la racionalidad y la calidad del tratamiento de las piezas.

II. Introducción a los materiales metálicos comunes

1. Placa de acero

(1) Chapa fina de acero laminado en frío

La chapa de acero fina laminada en frío es un término para la chapa de acero laminada en frío de acero estructural al carbono. Se fabrica laminando en frío una banda de acero laminado en caliente de acero estructural al carbono, con lo que se obtiene una chapa de acero de menos de 4 mm de espesor, comúnmente conocida como chapa en frío.

Como se laminan a temperatura ambiente, no se forma óxido de hierro, lo que da como resultado una excelente calidad superficial, una gran precisión dimensional y un rendimiento mecánico y de proceso superior al de las chapas finas de acero laminadas en caliente, gracias al recocido. Las chapas finas de acero laminadas en frío se dividen a su vez en chapas finas de acero laminadas en frío ordinarias y chapas finas de acero laminadas en frío de alta calidad.

1) La chapa de acero fina ordinaria laminada en frío es un término para la chapa de acero laminada en frío de acero estructural al carbono ordinario. Se fabrica laminando en frío una tira de acero laminado en caliente de acero estructural al carbono ordinario, produciendo una placa de acero de menos de 4 mm de espesor. Se utiliza ampliamente en muchos campos, en particular en electrodomésticos, equipos de radio especializados y en cajas y armarios de electrónica de potencia, sustituyendo gradualmente a las chapas finas de acero laminadas en caliente.

①Los modelos aplicables de chapas de acero finas ordinarias laminadas en frío incluyen: Q195, Q215, Q235, Q275.

2) Al igual que la chapa fina de acero ordinaria laminada en frío, la chapa fina de acero de alta calidad laminada en frío es también la chapa fina de acero más utilizada en chapas frías.

La chapa fina de acero al carbono de alta calidad laminada en frío está hecha de acero estructural al carbono de alta calidad, laminado en frío en una chapa fina de menos de 4 mm de espesor.

①Los modelos aplicables de chapas finas de acero de alta calidad laminadas en frío incluyen: 08, 8F, 10, 10F.

El precio de las chapas finas de acero laminado en frío supera el de las chapas finas de acero normales y es ligeramente inferior al de las chapas de acero galvanizado. Su superficie es plana y lisa, pero tiende a oxidarse cuando está expuesta a la humedad, por lo que es necesario pintarla a tiempo para protegerla y prolongar su vida útil.

(2) Chapas finas de acero laminadas en frío para embutición profunda

Las chapas finas de acero laminado en frío para embutición profunda suelen emplear acero calmado desoxidado con aluminio, un tipo de acero estructural al carbono de alta calidad. Por su plasticidad superior y su excelente embutibilidad, se utiliza mucho en productos que requieren embutición profunda de estructuras complejas.

(3) Chapas finas de acero al carbono japonesas laminadas en frío

Las calidades aplicables a las chapas finas de acero al carbono japonesas laminadas en frío son SPCC, SPCD y SPCE.

(4) Chapas finas de acero al carbono laminadas en frío alemanas

Las calidades aplicables a las chapas finas de acero al carbono laminadas en frío son St12, St13, St14, St15 y St14-T.

(5) Chapas finas continuas de acero galvanizado laminado en frío

También conocidas como "chapas electrolíticas", se refieren a las chapas en las que el zinc se deposita continuamente a partir de una solución acuosa de sal de zinc sobre la superficie de chapas finas de acero laminadas en frío previamente preparadas (flejes) bajo la influencia de un campo eléctrico en la línea de galvanizado. El resultado es una capa superficial de zinc uniforme, densa y bien adherida.

Debido a las limitaciones del proceso, esta capa es relativamente fina. El zinc, al ser un metal relativamente barato y fácil de recubrir, se utiliza mucho para proteger piezas de acero, sobre todo contra la corrosión atmosférica, y con fines decorativos. Las técnicas de recubrimiento incluyen el recubrimiento por inmersión (o colgado), la alimentación por rodillos (adecuada para piezas pequeñas), el recubrimiento automático y el recubrimiento continuo (adecuado para alambres y tiras).

Electrolítico las chapas se laminan por un grupo de laminación continua en frío, luego se recuecen en una unidad CAPL (línea de recocido y decapado en frío) y, por último, entran en la unidad de galvanizado. Tras la limpieza de la superficie y la galvanoplastia, se someten a diversos tratamientos, como el fosfatado, la pasivación, el aceitado, la resistencia a las huellas dactilares y la aleación, en función del uso previsto. Las propiedades mecánicas de estas chapas hacen referencia a la chapa base correspondiente.

Las calidades aplicables a las placas electrolíticas son DX1, DX2, DX3 y DX4.

(6) Chapa fina de acero electrogalvanizado japonés

1) Calidades aplicables para la chapa fina de acero electrogalvanizado japonés: SECC (chapa original SPCC), SECD (chapa original SPCD), SECE (chapa original SPCE).

2) Códigos de capa de zinc: F8, E16, E24, E32.

(7) Comparación entre las calidades de productos nacionales y extranjeros de chapa fina de acero electrogalvanizado continuo laminado en frío, véase la Tabla 1-1.

Tabla 1-1 Comparación de las calidades de productos nacionales y extranjeros de chapa fina de acero electrogalvanizado continuo laminado en frío.

(8) Chapa fina continua de acero galvanizado en caliente

A menudo se denomina chapa galvanizada u hojalata a las chapas y tiras finas de acero galvanizado en caliente continuo laminadas en frío con un grosor de 0,25~2,5 mm. La banda de acero pasa primero por un horno de precalentamiento calentado por una llama para quemar el aceite residual de la superficie, al tiempo que se genera una película de óxido de hierro en la superficie.

A continuación, se calienta a 710~920 grados Celsius en un horno de recocido de reducción con una mezcla de gas de hidrógeno y nitrógeno para reducir la película de óxido de hierro a hierro esponja. El fleje de acero activado y purificado se enfría a una temperatura ligeramente superior al punto de fusión del zinc y, a continuación, entra en una olla de zinc a 450~460 grados Celsius.

El grosor de la superficie de la capa de zinc se controla con una cuchilla de aire. Por último, se somete a pasivación con una solución de cromato para aumentar la resistencia a la oxidación blanca. La superficie de la chapa fina de acero galvanizado en continuo por inmersión en caliente es estéticamente agradable, con patrones de cristales de zinc en forma de bloque o de hoja. El revestimiento es robusto, con una excelente resistencia a la corrosión atmosférica.

Además, la chapa fina de acero galvanizado en caliente continuo también tiene buenas propiedades de soldabilidad y conformado en frío. En comparación con la superficie de la chapa fina de acero electrogalvanizada continua laminada en frío, su revestimiento es más grueso y se utiliza principalmente para piezas de chapa que requieren una fuerte... resistencia a la corrosión.

1) Calidades aplicables a las chapas finas de acero galvanizadas en continuo por inmersión en caliente: Zn100-PT, Zn200-SC, Zn275-JY.

(9) Chapa fina de acero galvanizado en caliente japonés

1) Grados aplicables para la chapa de acero fina galvanizada en caliente japonesa: SGCC, SGCD1, SGCD2, SGCD3.

(10) Chapa fina de acero galvanizado en caliente alemán

1) Grados aplicables para la chapa de acero fina galvanizada en caliente alemana: St01Z, St02Z, St03Z, St04Z, St05Z.

2) Códigos de capa de cinc: 100, 180, 200, 275, 350, 450.

(11) Chapa con revestimiento de aluminio-zinc

También conocida como chapa de acero aluzinc, la capa de aleación de este material está formada por 55% de aluminio, 43,4% de zinc y 1,6% de silicio, solidificados a una alta temperatura de 600 grados Celsius. Toda su estructura forma una capa cristalina cuaternaria compacta de aluminio-hierro-silicio-zinc, que ofrece una excelente resistencia a la corrosión.

Con un uso regular, su vida útil puede alcanzar los 25 años, de 3 a 6 veces más que las chapas galvanizadas, y comparable a la de las chapas de acero inoxidable.

1) La resistencia a la corrosión de la chapa recubierta de aluminio-zinc proviene de las funciones protectoras de la capa barrera de aluminio y de la protección sacrificial del zinc. Cuando el zinc ofrece protección de sacrificio en los bordes de la chapa, los arañazos y las zonas de revestimiento dañadas, el aluminio forma una capa de óxido insoluble que proporciona protección de barrera.

Las bobinas de acero de aleación de aluzinc han superado más de 20 años de pruebas de exposición a la intemperie en diversas condiciones atmosféricas, lo que confirma que las chapas de acero de aluzinc con revestimiento de aluminio 55% ofrecen una mejor protección de los bordes que las que tienen revestimiento de aluminio 5%.

2) Las chapas con revestimiento de aluminio-cinc tienen mejor resistencia al calor que las chapas de acero galvanizado, similar a la resistencia a la oxidación a alta temperatura de las chapas de acero aluminizado, y pueden utilizarse en entornos de hasta 315 grados Celsius.

3) La alta reflectividad de las chapas recubiertas de aluminio-zinc las convierte en eficaces barreras contra el calor. Su reflectancia térmica es casi el doble que la de las chapas de acero galvanizado, por lo que pueden utilizarse como cubiertas y revestimientos para ahorrar energía, incluso sin pintar.

4) Debido a la excelente adherencia entre la capa de zinc de la chapa revestida de aluminio-zinc y la pintura, se puede pintar para fines generales sin tratamiento previo y a la intemperie, mientras que las chapas de acero galvanizado requieren tratamiento previo y a la intemperie.

(12) Chapa de acero inoxidable laminada en frío

Debido a su gran resistencia a la corrosión, buena conductividad y alta resistencia, este material se utiliza ampliamente en industrias como la química, alimentaria, médica, papelera, petrolera, energía nuclear, así como en la construcción, menaje de cocina, vajilla, vehículos, electrodomésticos y piezas diversas.

Sin embargo, también hay que tener muy en cuenta sus inconvenientes: el coste del material es cuatro veces superior al de las chapas galvanizadas normales; la gran resistencia del material provoca un desgaste importante de las herramientas de prensasLas tuercas remachables a presión utilizadas para las chapas de acero inoxidable deben fabricarse con un material de acero inoxidable especial de alta resistencia, que es caro, y el remachado no es robusto, por lo que a menudo es necesaria una soldadura por puntos adicional para reforzarlo;

La adherencia del revestimiento superficial no es alta, y el control de calidad es un reto; debido a la importante springbackEs difícil garantizar la precisión de la forma y las dimensiones durante el plegado y el estampado.

1) Grados adecuados para la chapa de acero inoxidable laminada en frío: 20Cr13, 10Cr17.

2) Las calidades, tipos y usos más comunes del acero inoxidable se muestran en la Tabla 1-4.

Tabla 1-4 Calidades, tipos y usos comunes del acero inoxidable

①El grado 1Cr18Ni9Ti fue suprimido en GB/T 20878-2007.

2. Placas de aluminio y aleaciones de aluminio

Las placas de aluminio y aleaciones de aluminio más utilizadas incluyen principalmente los siguientes materiales: 3A21, 5A02, aluminio duro 2A12 y aluminio duro 2A06.

1) El aluminio antioxidante 3A21 (antiguo grado LF21, aleación Al-Mn) es el aluminio antioxidante más utilizado. La resistencia de esta aleación no es alta (sólo superior a la de grado industrial), no puede reforzarse mediante tratamiento térmico y normalmente emplea métodos de procesamiento en frío para mejorar sus propiedades mecánicas. Presenta una elevada plasticidad en estado recocido y una plasticidad decente en el endurecimiento por trabajo en semifrío.

La plasticidad es baja durante el endurecimiento por trabajo en frío, pero posee buena resistencia a la corrosión, soldabilidad y poca maquinabilidad. Es apto para la fabricación de piezas que requieran alta plasticidad y buena soldabilidad, trabajando en medios líquidos o gaseosos con poca carga.

2) El aluminio antioxidante 5A02 (antiguo grado LF2, aleación de Al-Mg) tiene mejor resistencia que el 3A21, en particular una mayor resistencia a la fatiga, plasticidad y resistencia a la corrosión. No puede reforzarse mediante tratamiento térmico y tiene buena soldabilidad con soldadura de contacto y soldadura de hidrógeno.

Sin embargo, tiende a formar grietas cristalinas durante la soldadura por arco. La aleación puede mecanizarse bien en estado de temple por deformación en frío y semifrío, mientras que su mecanizabilidad es escasa en estado recocido. Se puede pulir.

3) El aluminio duro 2A12 (antiguo grado LY12) es el aluminio duro de alta resistencia más utilizado, empleado para fabricar piezas de alta carga y componentes estructurales que funcionan por debajo de 150 grados Celsius. Puede tratarse térmicamente para aumentar su resistencia. Tiene una plasticidad media en estado recocido y recién templado, y un rendimiento de corte decente tras el templado y el endurecimiento por trabajo en frío.

Tras el recocido, su maquinabilidad es baja. La soldadura por puntos es buena, pero tiende a formar grietas intergranulares durante soldadura con gas y la soldadura por arco de argón. Su resistencia a la corrosión no es alta, y suele mejorarse anodizándola, pintándola o recubriéndola con aluminio. Su plasticidad es escasa, y el doblado en estado normal puede provocar grietas en las esquinas exteriores redondeadas. La chapa puede doblarse en unas 1-3 horas desde el recocido y el estado recién templado hasta el endurecimiento.

4) Aluminio duro 2A06 (antiguo grado LY6) es un aluminio duro comúnmente utilizado. Su rendimiento de procesamiento a presión y maquinabilidad son los mismos que el 2A12. Tiene una plasticidad decente en estado recocido y recién templado. El 2A06 puede templarse y envejecerse, y su estabilidad general frente a la corrosión es la misma que la del 2A12.

Cuando se calienta a 150-250 grados Celsius, tiene una menor tendencia a formar corrosión intergranular que el 2A12. Su soldadura por puntos es igual que el 2A12 y el 2A16, y su soldadura por arco es mejor que la del 2A12 pero peor que la del 2A16. Puede servir como material para algunos tipos de paneles, pero su plasticidad es escasa. La flexión en estado normal puede provocar grietas en las esquinas exteriores redondeadas. La chapa se puede doblar en unas 1-3 horas desde el recocido y el estado recién templado hasta el endurecimiento.

3. Hojas de cobre y aleaciones de cobre

Existen principalmente dos tipos de láminas de cobre y aleaciones de cobre de uso común: El cobre puro (T2) y el latón (H62).

1) El cobre puro (T2) es el más utilizado, de color púrpura. Posee una elevada conductividad eléctrica y térmica, además de una excelente resistencia a la corrosión y conformabilidad. Sin embargo, es mucho menos resistente y duro que el latón, y es bastante caro. Se utiliza principalmente para equipos conductores, resistentes al calor y anticorrosivos, normalmente para componentes que deben transportar grandes corrientes en fuentes de alimentación.

2) El latón (H62) pertenece a la categoría del latón con alto contenido de cinc. Ofrece una resistencia superior y una excelente trabajabilidad en frío y en caliente, sometiéndose fácilmente a diversas formas de procesado por presión y corte. Se utiliza principalmente para diversos componentes de carga embutidos y doblados. Aunque su conductividad eléctrica no es tan buena como la del cobre puro, tiene buena resistencia y dureza, y su precio es razonablemente moderado.

Cuando se cumple el requisito de conductividad, elegir latón H62 en lugar de cobre puro puede reducir significativamente los costes de material. Actualmente, la mayoría de las piezas conductoras de las barras colectoras son de latón H62, que ha demostrado cumplir plenamente los requisitos.