Cobre frente a aluminio en barra colectora, desde el lado del operario
No es la comparativa de compras. Qué cambia de verdad en la punzonadora, la dobladora y la desbarbadora al pasar de barra de cobre a barra de aluminio.
10 min de lecturaActualizado el 2026-08-18
Si ha venido aquí para decidir si especificar barra colectora de cobre o de aluminio, este es el artículo equivocado. Esa decisión se toma sobre conductividad, peso, precio por kilogramo, resistencia al cortocircuito y coste instalado, se ha escrito sobre ella hasta la saciedad, y encontrará tratamientos mejores que cualquier cosa que nosotros pudiéramos añadir. Vaya y lea uno de ellos.
Este artículo va de lo que pasa después de tomada esa decisión, cuando aparece en su taller un palé del otro metal. Los ajustes de punzonado están mal, los ángulos de doblado están mal, la línea de desbarbado se embota y la primera unión que haga también estará mal. Nada de eso figura en la comparativa de compras.
Empiece por las cifras mecánicas, no por las eléctricas
Todo lo que viene después sale de estas. Valores típicos de los dos materiales de barra habituales, cobre de alta conductividad y aluminio de grado 1350:
| Propiedad a 20 °C | Cobre C101 | Aluminio 1350 | Unidades |
|---|---|---|---|
| Resistencia a tracción, recocido | 200–250 | 50–60 | N/mm² |
| Resistencia a tracción, semiduro | 260–300 | 85–100 | N/mm² |
| Límite elástico 0.2 %, recocido | 50–55 | 20–30 | N/mm² |
| Límite elástico 0.2 %, semiduro | 170–200 | 60–65 | N/mm² |
| Módulo de elasticidad | 116–130 | 70 | kN/mm² |
| Coeficiente de dilatación | 17 × 10⁻⁶ | 23 × 10⁻⁶ | por K |
| Punto de fusión | 1083 | 660 | °C |
Dos cosas que conviene retener. El aluminio tiene aproximadamente un tercio de la resistencia del cobre al mismo temple, y aproximadamente la mitad de la rigidez. Esas dos relaciones son distintas, y la diferencia es lo que hace que la recuperación elástica se comporte de forma contraintuitiva.
Una advertencia más antes de seguir. «Barra de aluminio» no es un solo material. El 1350 de la tabla de arriba es la calidad blanda y de alta conductividad. Buena parte de la barra europea y asiática es EN AW-6101B en T6, con un límite elástico al 0.2 % mínimo de 160 N/mm² y una resistencia a tracción mínima de 215 N/mm², con conductividad ≥52 % IACS. Eso es casi el triple del límite elástico del 1350 semiduro, y cambia todos los ajustes de proceso de este artículo. Averigüe cuál tiene antes de tocar una máquina.
La fuerza, y la máquina que ya tiene
La fuerza de punzonado es perímetro × espesor × resistencia al cizallamiento. La resistencia al cizallamiento es donde los metales se separan.
Los datos de punzonado publicados para el C11000 dan unos 179 N/mm² a cizallamiento para cobre semiduro y 193 para duro. El aluminio blando de la serie 1xxx queda muy por debajo: el 1100-O está listado en 62 N/mm². Tome un agujero de 13.5 mm en una barra de 10 mm, es decir, 42.4 mm de perímetro: el cobre semiduro necesita unos 76 kN y el aluminio blando unos 26 kN.
Tenga cuidado con la procedencia de esas cifras de cobre. Circulan mucho valores en el rango de 200 a 230, pero son valores de tracción utilizados como valores de cizallamiento. Para el cobre, el cizallamiento medido está en torno a 0.65 a 0.70 de la tracción, no en el 0.8 de la regla empírica, así que tomar prestada la cifra de tracción sobreestima la fuerza en aproximadamente un tercio.
Pase sus propios tamaños de agujero por la calculadora de fuerza de punzonado en lugar de escalar a partir de ese ejemplo, y elija la calidad que corresponda a lo que realmente tiene en la estantería. Si su aluminio es 6101B-T6 y no 1350, los 62 N/mm² son muy optimistas; algo cercano a 150 N/mm² es la hipótesis de partida correcta para el tonelaje, y por eso la calculadora lista las calidades de aluminio por separado en lugar de ofrecer una sola opción de «aluminio».
La consecuencia práctica para un taller ya equipado para cobre es que la fuerza nunca es la limitación en aluminio. Una EMAC-BP-60 de 600 kN está muy sobrada para barra de aluminio blando, y eso está bien. Lo que no está bien es suponer que por eso el proceso es más fácil.
Blando no significa fácil
Esta es la parte que pilla desprevenida a la gente. El cobre es más duro, pero el cobre se porta mejor.
En términos de punzonado, el cobre es un material que fractura de forma relativamente frágil. El punzón penetra, una fisura se inicia desde el filo del punzón y progresa hasta encontrarse con la que viene del filo de la matriz, y el recorte se separa. La transición de la banda bruñida a la zona de fractura es limpia y la rebaba es pequeña y constante.
El aluminio blando no quiere fracturar. Quiere fluir. Se estira por delante del punzón, es arrastrado hacia dentro de la matriz y se separa tarde y de forma sucia. De ahí se derivan tres problemas concretos.
El primero es el agarrotamiento y el filo recrecido. El aluminio se transfiere a la herramienta. Un trabajo sobre chapa de AA5754-O de 2 mm punzonada con acero de herramienta M2 midió directamente el volumen transferido y encontró que el agarrotamiento avanzaba más deprisa en las primeras carreras de un punzonado en seco, estabilizándose en un ritmo de unos 7.5 × 10⁵ µm³ por carrera entre la carrera 20 y la 125. Lubricar la chapa con un lubricante de base oleosa redujo notablemente la transferencia. Lo que hace el material transferido es cambiar la geometría efectiva del punzón: el punzón engorda, la holgura se cierra, el tamaño del agujero deriva y al final el punzón se agarrota dentro del recorte.
El segundo es la soldadura en frío, que es esa misma adhesión actuando sobre el recorte. Un recorte de aluminio que se ha soldado a la cara del punzón sube con él y cae donde no debe, normalmente sobre la cara de la matriz, donde la siguiente carrera lo aplasta contra la barra.
El tercero es la forma de la rebaba. Una rebaba de cobre es un labio levantado que se puede desprender. Una rebaba de aluminio es una aleta dúctil doblada que se pliega bajo un cepillo de desbarbado en lugar de cortarse, y que vuelve a levantarse cuando la barra flexa.
La holgura va al revés de lo que le dice el instinto
La regla general es que el material más duro y de mayor resistencia al cizallamiento admite más holgura y el material más blando y más dúctil admite menos. Es lo contrario de lo que adivina la mayoría de los operarios, porque razonan desde la vida de la herramienta y no desde la calidad del corte.
Ponga demasiada holgura en aluminio y no fracturará limpiamente. El material es arrastrado y estirado dentro de la matriz, lo que da un redondeo grande del borde de entrada, un agujero cónico más pequeño a la entrada que a la salida y una rebaba de desgarro fuerte por debajo. Póngala demasiado estrecha y aparece cizallado secundario, una segunda banda de fractura visible en la pared del agujero, y además el problema de agarrotamiento empeora porque el punzón y la faja de la matriz quedan más cerca con aluminio entre medias.
Las tablas de holgura publicadas para barra colectora no coinciden entre sí, y algunas de las que circulan son internamente incoherentes, así que use la pared del agujero como instrumento. Una banda bruñida limpia con una única zona de fractura por debajo está bien, una doble banda de fractura significa demasiado estrecha, y un redondeo grande con salida desgarrada significa demasiado ancha. Las cifras y el diagnóstico completo están en la holgura entre punzón y matriz para barra de cobre y aluminio.
La otra corrección que importa es la geometría de la nariz del punzón. Un punzón de cara plana que funciona en cobre necesitará un ángulo de cizalla o un bisel en aluminio para romper el corte de forma progresiva y bajar el pico de fuerza, lo que reduce tanto el choque de rotura brusca como la tendencia del recorte a quedarse pegado.
Recuperación elástica: depende de qué aluminio
La recuperación elástica en un doblez escala con la relación entre el límite elástico y el módulo de elasticidad, σy/E, para una relación dada entre radio de doblado y espesor. No con la resistencia sola, ni con la rigidez sola.
Calcule la relación para los tres materiales habituales de barra:
| Material | Límite elástico 0.2 % | E | σy/E |
|---|---|---|---|
| Cobre, semiduro | ~185 N/mm² | ~123 kN/mm² | 1.50 × 10⁻³ |
| Aluminio 1350, semiduro | ~62 N/mm² | 70 kN/mm² | 0.89 × 10⁻³ |
| Aluminio 6101B-T6 | 160 N/mm² mín. | 70 kN/mm² | 2.29 × 10⁻³ |
El 1350 semiduro recupera apreciablemente menos que el cobre semiduro, porque aunque es mucho más débil también es mucho menos rígido y la resistencia cae más de lo que cae la rigidez. El 6101B-T6 recupera aproximadamente la mitad más que el cobre, porque recobra casi toda la resistencia del cobre manteniendo el módulo bajo del aluminio.
Por eso «el aluminio recupera más» y «el aluminio recupera menos» son dos afirmaciones que oirá de gente con experiencia, y por eso las dos tienen razón sobre el material con el que cada uno trabaja.
La respuesta práctica no es discutirlo sino medirlo. Las dobladoras llevan compensación electrónica de la recuperación elástica, lo que significa que la corrección es un valor guardado por combinación de material y herramienta y no una costumbre del operario. Cree tres entradas de material, no una llamada «aluminio», y doble una probeta de ensayo por cada temple o proveedor nuevo. La misma disciplina se aplica al radio mínimo de doblado, con el que el aluminio suele necesitar más generosidad pese a las fuerzas más bajas, porque la ductilidad que le hace fluir bajo el punzón no lo protege de agrietarse en la fibra exterior de un doblez apretado.
Fíjese también en el coeficiente de dilatación de 23 × 10⁻⁶ por K frente a los 17 del cobre. En una barra de 6 m eso cambia cuánta longitud tiene usted cuando la mide en un taller frío y dónde acaban los agujeros cuando el conjunto está caliente.
La capa de óxido lo cambia todo aguas abajo
El cobre se oxida despacio, y la película que forma es semiconductora, porque los iones de cobre difunden en ella y la conducción puede producirse en ambos sentidos. Por eso funcionan las uniones de cobre desnudo.
El óxido de aluminio es un aislante eléctrico de primera categoría y se forma en microsegundos cuando una superficie fresca toca el aire. Toda barra de aluminio que usted recibe ya lo tiene. Toda cara cortada y todo agujero punzonado forman uno nuevo antes de que le dé tiempo a dejar la barra.
Es además mecánicamente duro. El corindón es un abrasivo, con dureza de miles en la escala Vickers, frente a unos 90 HV del cobre estirado en duro. Así que la película que no conduce es también la película que desgasta su herramienta, lo que es una combinación desagradable: el aluminio carga la herramienta por adhesión y la abrasiona por óxido al mismo tiempo.
Dos consecuencias en el taller.
Para el desbarbado, el aluminio embota bandas y cepillos abrasivos mucho más deprisa que el cobre, y el medio embotado pasa entonces a bruñir en lugar de cortar. Trabaje el aluminio con medios dedicados. No comparta una banda entre los dos metales en ninguna dirección: las partículas de cobre incrustadas en una superficie de aluminio son pilas galvánicas esperando a que haya humedad, y el aluminio embadurnado en una cara de unión de cobre es una película aislante exactamente en el sitio equivocado. La BND800-2 admite barra de 0.5 a 50 mm de espesor a 5 a 30 m/min, así que trabajar los dos metales como campañas separadas con un cambio de medio entre ellas cuesta planificación y no producción.
Para las uniones, el óxido hay que romperlo mecánicamente en el montaje y después impedir que vuelva a formarse. La práctica habitual es abrasionar las caras de contacto bajo una capa de compuesto de unión, de modo que el metal fresco nunca vea el aire, y montar de inmediato. Una barra preparada el lunes y atornillada el miércoles se preparó para nada.
Recubrimiento y pares galvánicos
Las uniones de aluminio desnudo contra aluminio desnudo pueden funcionar si se preparan con compuesto y se montan bien, pero son mucho menos indulgentes que las de cobre desnudo contra cobre desnudo, porque el óxido es aislante en lugar de semiconductor y porque el aluminio fluye.
Lleve esa cifra de fluencia consigo. El aluminio 1080 recocido a 20 °C presenta una velocidad mínima de fluencia del 0.022 % por cada 1000 horas a 26 N/mm², y el cobre recocido de alta conductividad solo alcanza esa misma velocidad, a la misma tensión, calentado a 150 °C. El aluminio a temperatura ambiente, bajo la presión de contacto normal de una unión, ya está fluyendo a una velocidad que el cobre no alcanza en ningún punto de su rango de servicio. Las arandelas de muelle de disco en uniones de aluminio no son una mejora, son la base, y hay más sobre por qué en el artículo sobre uniones atornilladas.
Donde el aluminio se encuentra con el cobre, el recubrimiento deja de ser opcional. Los dos metales están muy separados electroquímicamente, a +0.34 V el cobre y −1.66 V el aluminio frente al electrodo normal de hidrógeno, y con cualquier electrolito presente el aluminio se corroe. Las reglas son cortas:
- Nunca atornille aluminio desnudo contra cobre desnudo en un sitio que pueda ver humedad o condensación.
- Estañe la cara de aluminio para que ambos lados de la interfaz sean el mismo metal, o use una placa bimetálica de transición unida en fábrica.
- Si tiene que hacer la transición en obra, selle la interfaz con un compuesto y acepte un intervalo de inspección.
- Mantenga también los tornillos de acero fuera del contacto directo con el aluminio. El par es menos severo que con el cobre pero no es benigno, y un tornillo recubierto o inoxidable con arandela aislante es barato.
Desgaste de herramienta y lubricación
El cobre se punzona normalmente en seco. El cobre es abrasivo sobre la herramienta de la manera corriente pero no se adhiere, así que la vida de la herramienta la fija el desgaste del filo y es predecible.
El aluminio no debería punzonarse en seco si puede evitarse. La lubricación es la intervención más eficaz frente al agarrotamiento, y hace dos trabajos a la vez: impide que el metal se transfiera al punzón y permite que el punzón se retire del recorte sin arrastrarlo. La contrapartida es que el lubricante sobre una barra colectora tiene que salir antes del aislamiento o del recubrimiento, así que tiene que ser una calidad que su proceso de desengrase pueda eliminar de verdad, y el paso de limpieza tiene que estar en la ruta de proceso y no darse por supuesto.
Los recubrimientos de herramienta ayudan. Los punzones nitrurados o recubiertos con DLC resisten mejor la adherencia de aluminio que el acero de herramienta desnudo. La frecuencia de inspección del punzón también debería cambiar: con cobre se inspecciona por número de carreras, con aluminio se inspecciona por calidad de agujero, porque el agarrotamiento degrada el agujero mucho antes de que el filo del punzón esté gastado.
Qué cambiar cuando cambia el metal
Si va a reconvertir una línea, la lista corta es:
- Confirme la aleación y el temple a partir del certificado de colada, no del albarán. El 1350 y el 6101B-T6 se comportan de forma lo bastante distinta como para tratarlos como materiales separados.
- Reajuste la resistencia al cizallamiento en el cálculo de fuerza y vuelva a comprobar el tonelaje contra el patrón de agujeros que más se punzona en realidad.
- Reduzca la holgura para el aluminio blando y verifique contra la pared del agujero, no contra una tabla.
- Introduzca lubricación en el punzonado y un paso de limpieza aguas abajo.
- Vuelva a deducir la recuperación elástica por temple doblando probetas, y guárdela como entrada de material aparte en la dobladora.
- Cambie los medios de desbarbado y manténgalos segregados.
- Cambie la especificación de la unión: compuesto, montaje inmediato, muelles de disco y recubrimiento en cualquier interfaz aluminio-cobre.
El temple del propio cobre importa tanto dentro de su familia, y EN 13601 es la referencia para eso: desde R220/H040 recocido blando a 220 a 260 N/mm² hasta R290/H090 duro a 290 a 360 N/mm². Un taller que trabaja un temple de cobre y una calidad de aluminio tiene dos materiales que gestionar. Un taller que acepta lo que el distribuidor tenga en almacén tiene bastantes más de dos, y los ajustes de máquina tienen que reflejarlo.