Doblado de canto frente a doblado de plano en barra colectora

El doblado de plano y el doblado de canto no son dos ajustes de la misma operación. Son problemas de conformado distintos, con modos de fallo limitantes distintos, utillaje distinto y, en la mayoría de las máquinas, capacidades declaradas distintas. El vocabulario varía según la región: al doblado de plano se le llama también el lado fácil o doblado horizontal; al de canto, el lado difícil o doblado vertical. La mecánica no varía.

Un doblado de plano pliega la barra a través de su espesor, así que gobierna la dimensión pequeña. Un doblado de canto la pliega a través de su ancho, así que gobierna la dimensión grande. Todo lo demás se deriva de ese único intercambio.

El módulo resistente lo explica todo

Para una barra rectangular de ancho w y espesor t, el módulo resistente elástico respecto de los dos ejes principales es:

• De plano: Z = w·t² / 6
• De canto: Z = t·w² / 6

Los módulos plásticos llevan la misma relación, w·t²/4 y t·w²/4, y es el valor plástico el que importa una vez que se está conformando. En cualquier caso, la relación entre ambos es simplemente w/t.

Esa única cifra es el multiplicador del momento de doblado. Algunos casos concretos:

Lea con atención la dependencia con el ancho, porque es la parte que sorprende. El módulo resistente de plano es lineal en el ancho: duplique el ancho y duplicará la fuerza. El módulo resistente de canto va con el cuadrado del ancho: duplique el ancho y la cuadruplicará. Una barra de 200 mm de ancho no es el doble de difícil de doblar de canto que una de 100 mm. Es cuatro veces más difícil.

El espesor se comporta al revés. La fuerza de plano va con t², la de canto solo linealmente con t. Así que una barra fina y ancha es la peor candidata posible al doblado de canto por los dos motivos a la vez: necesita fuerza alta y ofrece la menor resistencia al modo de fallo que se describe a continuación. Si quiere cifras de tonelaje para una sección concreta, la calculadora de fuerza de doblado de barras las obtendrá de la geometría.

La estabilidad pone el límite antes que la fuerza

Las máquinas están limitadas por momento. Las piezas están limitadas por estabilidad, y en el doblado de canto llega antes el límite de la pieza.

En la cara exterior de un doblado de canto, la fibra queda a medio ancho de barra del eje neutro y no a medio espesor. La deformación ingenieril de la fibra exterior es:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

Con un radio interior igual al ancho de la barra, eso es un 33 %. Con el doble del ancho, un 20 %. Con cuatro veces el ancho, un 11 %. Compárelo con las cifras de alargamiento de los temples de EN 13601, donde el R240 semiduro se especifica con un 8 % mínimo y el R290 duro con un 4 %, y queda claro por qué los radios de canto se citan como múltiplos del ancho y no del espesor. La tolerancia a la deformación de doblado sí supera al alargamiento de tracción, por las razones expuestas en el artículo sobre temple del cobre y radio mínimo de doblado, pero el margen no es lo bastante grande para que un R/w por debajo de 2 aproximadamente sea una regla general segura.

En la cara interior del doblez el problema es distinto y normalmente es el que gobierna. La fibra interior está a compresión a lo largo de un arco, y el material que soporta esa compresión es una franja de solo t de espesor y w de profundidad. Es una placa esbelta cargada en su propio plano, y las placas esbeltas a compresión pandean fuera de plano. La tensión crítica cae con el cuadrado de la esbeltez, de modo que a medida que sube w/t el canto interior se arruga cada vez más fácilmente. El resultado visible es un canto interior ondulado o festoneado, a veces con la sección entera girando y saliéndose de escuadra.

Por eso las capacidades declaradas en canto son mucho más estrechas que las de plano. En la SMART-603CNC-S, el doblado de plano está declarado en 260 × 20 mm y el de canto en 125 × 15 mm. Bajan ambas dimensiones, no solo el ancho, y el mismo patrón aparece en general en los equipos de doblado de barra. La capacidad declarada marca el punto en el que el utillaje ya no puede mantener la sección a escuadra a lo largo del doblez.

Límites prácticos

Combinar la aritmética de la deformación con la práctica normal de taller da una envolvente de trabajo. Tómelos como puntos de partida indicativos que hay que confirmar con una primera pieza, no como límites normativos.

Radio interior de al menos 2× el ancho de barra para cobre blando y semiduro, y de 3× o más para temple duro. Relación ancho-espesor por debajo de 10 aproximadamente para resultados fiables sin soporte especializado; por encima de 12 a 15, cuente con arrugamiento del canto interior sea cual sea el radio. Ancho de barra dentro de aproximadamente la mitad de la capacidad de plano de la máquina. El temple duro en secciones anchas es la combinación que más veces falla, porque el límite de deformación de la fibra exterior y el límite de pandeo se estrechan al mismo tiempo.

La recuperación elástica también se comporta de otra manera. La geometría de la zona plástica, la coacción del utillaje y el R/t efectivo son todos distintos del caso de plano, así que una compensación de canto no puede deducirse de una de plano. Mantenga los dos juegos de entradas separados en la tabla de compensación de la recuperación elástica.

Utillaje y sujeción

Un doblado de canto tiene que quedar coaccionado en todos los sitios por los que la sección puede escaparse, y el utillaje que lo consigue no es el que dobla de plano.

La barra tiene que quedar amarrada contra ambas caras anchas a lo largo de todo el arco del doblez, no solo a la entrada. Unas caras anchas sin sujeción dejan que la sección gire, y una sección girada produce un doblez que está fuera de plano además de fuera de ángulo.

El canto interior necesita un seguidor o bloque de presión que acompañe al doblez y mantenga el canto comprimido frente al pandeo. Es el componente que distingue una máquina capaz de doblar de canto de otra que solo tiene un modo de canto.

La matriz necesita una ranura ajustada al espesor de la barra. Una V universal que sirve para un rango de espesores de plano no sujetará una sección de canto, porque la holgura que le da flexibilidad es exactamente la holgura en la que la sección necesita girar.

La lubricación importa más que de plano, porque las presiones de contacto sobre la cara de la matriz son mayores y la barra desliza más sobre la herramienta durante el doblez.

El tramo recto de entrada también tiene que ser más largo. La longitud de amarre es una restricción dimensional en la disposición de la pieza, y es una causa frecuente de un diseño que en principio se puede doblar pero no en la máquina que lo va a hacer. Mantenga los agujeros y las uniones solapadas fuera de la zona del doblez; dejar al menos 10 mm entre un doblez y una unión solapada, y 20 mm entre un doblez y un punto de apoyo, es práctica normal de taller de cuadros.

Las alternativas de diseño

Cuando un doblado de canto no cabe en la envolvente, hay tres maneras de rodearlo, y no son intercambiables.

Torsión y doblado de plano

Torsione la barra 90° sobre su propio eje para que la cara ancha gire hasta el plano del cambio de dirección requerido, y haga después ese cambio como un doblado de plano corriente. El conformado es fácil, el utillaje es estándar, la deformación de la fibra exterior en el doblez la gobierna el espesor y no el ancho, y la barra llega al destino ya en el plano que el borne quiere. El coste es longitud: una torsión necesita su propio tramo de barra recta, normalmente al menos dos veces el ancho de la barra y a menudo más. La guía de torsionado de barra colectora cubre la geometría y los ángulos alcanzables, y el torsionado es una capacidad estándar en los cabezales de doblado de barra y no una máquina aparte.

Esquina con unión atornillada

Haga el cambio de dirección con dos barras rectas y una unión solapada atornillada. No hay ningún límite de conformado, así que esto funciona con cualquier ancho y cualquier temple. El coste es una unión en el camino de la corriente, lo que significa resistencia de contacto, una especificación de par, una obligación de mantenimiento y un punto de inspección. La práctica en cuadros dimensiona el solape de modo que el área de contacto sea al menos cinco veces la sección de la barra. Una unión es además una discontinuidad térmica, así que tiene que quedar donde la verificación de calentamiento pueda acomodarla.

Chapa segmentada o perfilada

Corte la esquina como una única pieza conformada a partir de chapa, de modo que el cambio de dirección ocurra en el plano del material y no haga falta ningún conformado. Esto da la menor resistencia de las tres opciones, ninguna unión y libertad completa sobre la geometría de la esquina. Los costes son el aprovechamiento del material, ya que el recorte interior de la esquina es chatarra, y una pieza que en el plano deja de ser una sección normalizada.

Elegir entre ellas

Una regla de decisión que aguanta en la práctica:

Si la barra cabe en la envolvente de canto de la máquina y el plano admite un radio interior de al menos el doble del ancho de la barra, dóblela de canto. Es el menor número de operaciones y de piezas.

Si el ancho o la relación ancho-espesor quedan fuera de esa envolvente, pero el trazado tiene longitud recta suficiente antes del cambio de dirección, torsione y doble de plano. Es la opción por defecto para barras anchas y finas, y suele salir más barato de lo que la gente espera porque ambas operaciones se hacen en el mismo cabezal de doblado.

Si no hay longitud disponible para una torsión y la esquina es de todos modos un sitio natural para una unión, use una esquina atornillada. Una esquina que ya necesita una derivación, una transición entre secciones o un corte de mantenimiento es una esquina que debería llevar una unión de todas formas.

Si la densidad de corriente o la geometría de la envolvente descartan una unión, y no hay sitio para torsionar, perfile la esquina a partir de chapa.

El orden importa. Cada escalón hacia abajo de la lista añade piezas, operaciones o chatarra, así que recórrala de arriba abajo en lugar de empezar por el final.

Dónde aparece esto en la revisión de diseño

La mayoría de los problemas de doblado de canto se deciden mucho antes de que la barra llegue al taller. Un trazado dibujado en 3D con una esquina de 90° en el plano equivocado, en una barra de 160 × 10, con un radio de 100 mm, no es un problema de fabricación que se resuelva con más tonelaje. Es una geometría que ninguna cantidad de fuerza producirá sin arrugar el canto interior.

La intervención barata es comprobar tres cifras en la revisión de diseño: ancho de barra contra la capacidad de canto de la máquina, radio interior contra ancho de barra, y ancho contra espesor. Que fallen dos de las tres significa que hay que cambiar el trazado. Máquinas como la EMAC-BB-H12, que leen geometría 3D y 2D directamente, hacen fácil automatizar esta comprobación, porque la lista de dobleces ya está en el archivo y la envolvente de capacidad ya está en el control.