¿Qué es el hidroformado? Una guía definitiva para principiantes y expertos
¿Cuál es el significado de hidroformado? El hidroconformado es una técnica de fabricación que se utiliza para manipular metales maleables en varias piezas complejas. En este artículo, profundizaremos en las complejidades del proceso de hidroformado para su comprensión.
¿Qué es el hidroformado?
Medio hidroformado también conocido como formador de fluidos es una técnica de fabricación moderna que utiliza fluido a alta presión y matriz de moldeo para fabricar metales flexibles. Los materiales metálicos comunes con esta técnica incluyen; aluminio, acero, latón, acero inoxidable, etc.
El tubo o lámina de metal se coloca sobre una matriz y se aplica presión de fluido. Esto obliga al metal a adoptar la forma de la cavidad del troquel.
hidroformado
¿Cómo funciona el hidroformado? Para el proceso de hidroconformado de láminas se procesa una lámina de metal y un solo troquel; Se utiliza la cavidad o punzón. El fluido hidráulico presionado presiona contra la chapa obligándola a adoptar el contorno de la cavidad.
Mientras que en el método de formación de tubos con fluido, el metal del tubo se coloca entre dos matrices y se fuerza presión hidráulica dentro del tubo. Esta presión empuja el tubo hacia afuera obligándolo a entrar en la cavidad del troquel asumiendo su forma.
En ambas técnicas de hidroconformado, se elimina la soldadura de las piezas, lo que da como resultado un acabado superficial de alta calidad de las piezas.
Ventajas del proceso de hidroformado
Existen beneficios de utilizar el proceso de formación de fluidos como proceso de fabricación de metal e incluyen:
- El hidroformado es ideal para formar piezas metálicas complejas con patrones y contornos irregulares.
- No necesita soldar dos mitades como en los métodos antiguos, esto garantiza que las formas resultantes tengan un acabado superficial suave. Esto mantiene la calidad del material metálico utilizado.
- Elimina las posibilidades de que las piezas fabricadas vuelvan a su forma original.
- El hidroconformado es muy específico, lo que da como resultado piezas que se unen perfectamente a otras piezas metálicas.
- El adelgazamiento del material se reduce en el proceso de hidroconformado debido a su alta precisión en las dimensiones y el proceso de conformado.
- Las piezas metálicas formadas mediante este método tienen un peso reducido y una resistencia metálica mejorada.
- Generalmente es una técnica de ahorro de costos porque reduce los casos de desperdicio de material, etapas adicionales y reduce el costo de mano de obra.
Limitaciones del hidroconformado
Como cualquier otra técnica de conformado de metales, el hidroconformado también tiene sus desventajas, aunque mínimas.
- Requiere un alto capital inicial para comprar el equipo de hidroformado.
- El tiempo del ciclo es más lento en el proceso de hidroformado, lo que limita la cantidad de piezas producidas en un período determinado.
Hidroformado de tubos versus hidroformado de láminas de metal
Tanto el hidroconformado de tubos como de chapa son un tipo de procesos de fabricación que se aplican en diferentes industrias.
Hidroformado de tubos
El hidroformado de tubos también se conoce como 'formación interna a alta presión o IHPF. Este proceso de fabricación de metal utiliza un tubo de metal como materia prima o pieza en bruto colocada entre dos troqueles.
Antes de que comience el proceso de hidroformado, el tubo de metal pasa por un proceso de doblado de tubos. Este paso de prefabricación garantiza que el metal en bruto esté curvado adecuadamente para permitir que encaje entre los moldes.
Hidroformado de tubos
Una vez colocado entre los troqueles y los extremos sellados, se pasa un fluido hidráulico de alta presión dentro del tubo. Esto obliga al tubo a sobresalir hacia la cavidad del molde tomando su forma.
La fabricación de tubos metálicos se aplica comúnmente en las industrias aeroespacial, de plomería y automotriz, donde las piezas de tubos livianos son componentes esenciales.
Hidroformado de láminas
Como su nombre lo indica, este tipo de fabricación utiliza láminas de metal como materia prima o en blanco. Utiliza un troquel, a diferencia del hidroformado de tubos, que requiere dos troqueles, lo que lo hace costoso.
El hidroconformado de láminas coloca el material de lámina metálica en una prensa de hidroconformado y aplica presión de fluido contra él. Esta presión obliga a la lámina de metal a adaptarse a la forma del troquel sobre la que presiona.
Algunas de las áreas donde este proceso es aplicable incluyen; dispositivos médicos, defensa, aeroespacial entre otros.
Hidroformado de láminas
Comparando Sorteo Profundo Proceso de estampado e hidroformado
El estampado por embutición profunda es una técnica de fabricación de metal que utiliza la fuerza de compresión para formar cavidades, cilindros o copas a partir de una pieza de metal.
Por otro lado, el proceso de hidroformado transforma las piezas metálicas en forma de molde con la ayuda de la presión del fluido hidráulico.
Las herramientas de hidroconformado están hechas de hierro fundido, mientras que las herramientas de embutición profunda están hechas de acero endurecido. El acero es más caro que el hierro fundido.
Por lo general, el proceso de hidroformado es sencillo y produce piezas resistentes de alta calidad que se utilizan preferiblemente en las industrias automotriz y aeroespacial.
Estampado profundo
Mientras que el hidroformado reduce el adelgazamiento del material, el estampado profundo conduce al adelgazamiento del material.
El hidroconformado es más económico que el estampado profundo en términos de costo de desarrollo porque no necesita nuevas herramientas cada vez. En cambio, sólo se pueden cambiar el tipo de material y las dimensiones del espesor de la pared para lograr nuevas formas o piezas.
El costo del procesamiento de embutición profunda solo es efectivo en la producción a gran escala debido a la experiencia necesaria y los costos de las herramientas. Esto es lo contrario del proceso de hidroconformado, que generalmente es más barato desde el costo inicial de herramientas hasta el costo de procesamiento.
El método de embutición profunda tiene un diseño rígido ya que requiere la creación de nuevas herramientas con cada nuevo diseño. El proceso de hidroformado permite una variedad de cambios de diseño, lo que lo hace más flexible que el embutición profunda.
El hidroconformado es muy preciso y produce poca o ninguna pérdida de material; el estampado profundo tiene un mayor desperdicio de material.
El proceso de hidroformado requiere un tiempo de ciclo más corto en la producción a gran escala de patrones complejos. El estampado por embutición profunda requiere tiempos de ciclo de producción más prolongados para configuraciones de diseño complicadas.
El hidroformado produce acabados suaves de alta calidad en comparación con el estampado por embutición profunda que deja rayones en las superficies del producto. Esto reduce los costos para industrias como la aeroespacial que exigen estándares de acabado pulido.
Factor a considerar en el hidroformado
Como cualquier otro proceso de fabricación, existen factores que afectan el proceso de hidroformado y su resultado. Algunas de las variables clave a considerar al considerar la técnica de hidroformado son:
Temperatura
La temperatura afecta la cantidad de fuerza que se aplicará durante el proceso de hidroformado del metal y el grado de maleabilidad de una pieza en bruto. Algunas piezas de metal pierden su formabilidad más allá de ciertos niveles de temperatura.
Presión
El proceso de hidroformado aplica presión de fluido para lograr la formación de piezas. La presión aplicada está predeterminada dependiendo de la resistencia a la tracción del material en bruto. Cuanto más fuerte es el metal, mayor es la presión aplicada.
Además, la formación de diferentes piezas requiere diferentes niveles de presión y tiempo de exposición a la presión para formarlas.
Material
La elección del material es fundamental en el hidroconformado, ya que se limita a materiales dúctiles y también afecta las características requeridas de los componentes.
Período del proceso y ruta de carga
Conocer los parámetros del proceso, como los valores de presión hidráulica a aplicar y la ruta de carga a seguir, es clave para una formación precisa. Estos valores se pueden determinar realizando previamente un proceso de simulación del tipo de material y diseño de piezas deseado.
Los valores generados a partir del proceso experimental y la ruta de carga determinada ayudarán en el proceso de hidroformado real.
Lubricantes
La lubricación de la superficie es importante en este proceso ya que minimiza la fricción y fomenta el flujo de material, lo que afecta el rendimiento general del proceso. Por el contrario, la fricción también es necesaria para actuar como control del flujo de material y evitar el nivel de adelgazamiento del material.
Proceso de hidroformado paso a paso
Paso 1: El proceso de hidroformado comienza con la configuración del utillaje que consta de:
- Cámara hembra o superior que consta de una cámara de fluido presurizado, un diafragma de goma y una almohadilla de desgaste
- El troquel inferior o la cámara macho se pueden intercambiar con un anillo y un punzón. El punzón está conectado a un pistón hidráulico, a un soporte en bruto o a un anillo.
Paso 2: El siguiente paso es colocar de forma segura la pieza de metal en la cámara de hidroformado para que comience el proceso.
La cámara se cierra bajando el sistema de presión hidráulica. Luego se aplica presión levantando el punzón en el anillo hembra del troquel.
La pieza en bruto se adapta a la forma y los patrones de los elementos del troquel que forman la pieza deseada.
A continuación, se retira la presión de la pieza en bruto, finalizando un ciclo de proceso de hidroformado.
La parte final tiene una superficie lisa debido al diafragma de goma en la cámara superior que soporta el metal en bruto.
Paso 3: Este es el paso final del proceso de hidroformado y se caracteriza por la eliminación de la cámara superior e inferior después de la despresurización. La pieza resultante puede ser sometida a otras etapas como el corte por láser dependiendo de su área de aplicación.
Generalmente, el desperdicio de material es mínimo en este proceso porque comienza con una pieza de metal del tamaño requerido.
Proceso de hidroformado
Factores que determinan el costo del hidroformado
Establecer el costo total del proceso de hidroconformado puede ayudarlo a evaluar su viabilidad en comparación con otros procesos de fabricación.
Costo de herramientas de hidroformado
La cámara de hidroformado consta de cámaras de troquel hembra y macho. La cámara hembra tiene fluido presurizado y un diafragma de caucho responsable de aproximadamente un 50 % de reducción de costos del proceso, como veremos más adelante.
Además, las herramientas de hidroconformado están hechas de hierro fundido, que es menos costoso en comparación con el acero endurecido en el estampado por embutición profunda. Las herramientas de hidroconformado son fáciles de usar, por lo que no necesitan experiencia para instalarlas.
Costo del proceso
Durante este proceso de fabricación de metal, la manipulación del diseño se logra simplemente cambiando el tipo de material y los cambios en las dimensiones del espesor de la pared. No ocurre lo mismo en el estampado por embutición profunda, ya que se debe crear una nueva herramienta para un diseño en particular. Esto reduce significativamente el costo del proceso de hidroformado.
Costo operacional
Para formar una pieza particular, el estampado por embutición profunda requiere múltiples ciclos de prensa. Por otro lado, el hidroformado se adapta a la forma del troquel en un solo ciclo de prensa. Esto lleva a una reducción del tiempo de prensa en el hidroformado en aproximadamente un 65 % en comparación con el 40 % en el método de embutición profunda.
Costo de acabado
El diafragma de goma en la matriz hembra garantiza que la pieza metálica formada tenga un acabado suave, eliminando procesos secundarios como el grabado. Esto reduce el costo del proceso de hidroformado. Esto no es posible en el estampado por embutición profunda que deja rayones en la superficie que deben eliminarse mediante procesos adicionales.
Como resultado, el hidroconformado se prefiere en la producción de piezas aeroespaciales, así como en aplicaciones médicas.
Se logra una mayor reducción de costos en el proceso de hidroconformado debido a la estructura simple de las herramientas, el costo del material utilizado, el costo económico de la mano de obra de instalación, etc.
Materiales adecuados para el proceso de hidroformado
El proceso de hidroformado utiliza metales que son dúctiles como aluminio, acero, cobre, latón, etc. En esta sección, analizamos de cerca por qué son los materiales preferidos para el proceso de hidroformado.
Aluminio: Es un metal suave, liviano y duradero que es fácil de adaptar a varias formas de molde. Esto lo convierte en uno de los metales más populares utilizados en muchas industrias.
Latón: Fabricar latón es fácil debido a que es menos problemático y toma forma fácilmente con un acabado suave.
Cobre: El cobre es un metal maleable y versátil debido a sus otras características como conductividad eléctrica y térmica, resistencia a la corrosión, etc. Sus tubos y láminas son componentes ampliamente utilizados en diversas industrias.
Inconel: Se trata de una aleación especial conocida por su excelente tolerancia a condiciones extremas como temperatura, presión o carga mecánica. Está formado a medida en piezas que se pueden utilizar para piezas de motores en naves aeroespaciales donde las temperaturas son muy altas.
Acero inoxidable: Este es un metal de alta calidad que es popular en diversas industrias debido a sus propiedades deseables. Es conocido por su resistencia, durabilidad, libre de óxido, entre muchos otros. El material de acero inoxidable se puede fabricar en piezas complejas sin romperse ni agrietarse.
Otros materiales que se utilizan para fines específicos, denominados materiales especiales, incluyen:
Hastelloy: Esta superaleación está hecha de una combinación de níquel-cromo-hierro-molibdeno, lo que la hace excelente para condiciones extremadamente corrosivas. Produce piezas sin soldadura adecuadas para su uso en plantas químicas que son altamente corrosivas, minimizando así las posibilidades de falla de las piezas.
Waspaloy: Esta fuerte superaleación de níquel es lo suficientemente dura como para usarse en la construcción de turbinas, en el sector aeroespacial, etc.
Aplicaciones del proceso de hidroformado
Puede fabricar muchas piezas y componentes mediante el proceso de hidroformado. Prácticamente todas las industrias se han beneficiado de esta técnica de fabricación de chapa.
A continuación se muestran algunos ejemplos:
| Industria | Ejemplos de piezas |
| Industria automotriz | · Capuchas
· Paneles · Piezas de freno, · Escudos del motor · Tanques de gasolina · Tapas de sensores, etc. |
| Industria del cuidado de la salud | · Tapas para contenedores de basura
· Equipo quirúrgico · Bandejas de esterilización de instrumental, etc. |
| Industria de alimentos | · Bandejas
· Exprimidores · Revestimientos, etc. |
| Industria de defensa | · Vivienda de aeronaves
· Cubiertas del motor · Equipos de protección, etc. |
| Industria de la iluminación | · Vivienda ligera
· Cajas eléctricas |
Conclusión
En conclusión, el proceso de hidroconformado es un método avanzado de conformado de metales que se puede utilizar en diversas industrias manufactureras. Es evidentemente más barato y más eficiente que las técnicas tradicionales de fabricación de metales.
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