Formado

En general, clasificamos las operaciones de formado en función de las diferencias de tensión efectiva. El formado por compresión implica una carga de compresión uni o multiaxial e incluye procesos

• laminación, donde el material pasa por un par de rodillos,
• extrusión, en la que una máquina empuja el material a través de un orificio,
• el formado de matrices, en el que una prensa estampa el material alrededor o sobre una matriz,
• El forjado, en el que fuerzas de compresión localizadas dan forma al material
• la indentación, en la que se presiona una herramienta contra el objeto.

Existen otros procesos de formado:

• el formado por tracción, mediante esfuerzos de tracción uni o multiaxiales (estiramiento, expansión y rebaje),
• el formado combinado de tracción y compresión (estampación, tracción a través de una matriz, etc.)
• flexión bajo carga de flexión,
• cizallamiento.

El formado puede ser en caliente (forjado, estampado, embutición...), en frío (extrusión, doblado, embutición...) o electromagnético.

El proceso de formado de la extrusión de metales

La extrusión consiste en dar forma a un material presionándolo con una herramienta mecánica o hidráulica. Puede ser en caliente o en frío, continua o semicontinua. Este proceso puede producir fuerzas de compresión y cizallamiento en el material base. Durante la operación, las aleaciones metálicas sufren una deformación considerable sin desgarrarse. Los objetos obtienen entonces un perfil transversal y son adecuados para una amplia gama de aplicaciones. Uno de los principales motores del mercado de la extrusión de materiales sigue siendo la creciente demanda de alimentos envasados listos para el consumo (pasta preparada, cereales, barritas, etc.).

El aluminio sigue siendo el material más extruido, en frío o en caliente. El tamaño del mercado de la extrusión de aluminio puede aumentar en 6,76 millones de toneladas de 2020 a 2024. Los productos se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como las cubiertas de los edificios prefabricados. Sin embargo, el crecimiento de los sectores de la automoción, la logística, los productos farmacéuticos, los bienes de consumo y el comercio minorista estimulará aún más esta demanda. Por otro lado, los servicios de formado utilizan el latón para extrudir varillas no corrosivas, piezas de automóvil, accesorios de tuberías y piezas técnicas.

El proceso de estampado formado

Durante el estampado, una prensa alrededor o una matriz deforman el metal. Al igual que los moldes, esta herramienta suele adaptarse al producto. Los productos fabricados con troqueles van desde simples clips hasta complejas piezas aplicadas en tecnologías avanzadas.

Los fabricantes pueden utilizar dos herramientas para formar la chapa, como los componentes de la carrocería del automóvil. Una, denominada punzón, realiza la operación de estirado, doblado y/o corte. La otra, denominada bloque de troquelado, sujeta firmemente la pieza y realiza un proceso similar de estirado, doblado y/o corte.

El mercado mundial de la estampación de metales está valorado en 140.300 millones de dólares en 2020 y se espera que alcance los 165.950 millones de dólares a finales de 2026.

Formado de chapa metálica

La chapa metálica es una de las formas básicas utilizadas en la metalurgia y puede ser cortada y doblada en varias formas. El mercado mundial de la chapa metálica alcanzó los 265.000 millones de dólares en 2018. De 2019 a 2025, probablemente ganará una CAGR del 5,0%. Son innumerables los objetos cotidianos que se fabrican con este material: carrocerías de coches y camiones, fuselajes y alas de aviones, mesas médicas, techos de edificios y mucho más.

Hay varias técnicas que pueden llevar a cabo el formado de chapa metálica:

• el estampado, en el que el metal se alarga en un formulario o matriz,
• la expansión, que consiste en cortar o estampar hendiduras en un patrón alterno, y luego estirar la chapa en forma de acordeón. Es perfecto para aplicaciones en las que se necesita un flujo de aire y agua,
• el corte por láser, en el que el rayo láser calienta y quema el material, lo que permite cortar la chapa. 
• El mecanizado fotoquímico, que es un proceso de corrosión muy controlado. El objetivo es producir piezas metálicas complejas con detalles muy finos,
• el formado por prensado, utilizado para diseñar objetos de chapa largos y finos,
• El punzonado, que consiste en colocar la chapa entre un punzón y una matriz montada en una prensa.
• El laminado, durante el cual uno o varios pares de rodillos reducen el espesor de la pieza. Se emplea para uniformar el espesor,
• estampar,
• corte por chorro de agua, para la erosión controlada en metal u otros materiales mediante un chorro de agua de alta velocidad y presión o una mezcla de agua y una sustancia abrasiva.

El objetivo del formado de un material es darle una forma determinada, siguiendo una serie de técnicas específicas. Este proceso permite dar nueva forma a una pieza sin necesidad de añadir o quitar material en la metalurgia. Los fabricantes pueden llevarlo a cabo gracias a diversos métodos. Ante las numerosas demandas, el mercado mundial de máquinas-herramienta para el formado de metales alcanzará los 48.670 millones de dólares en 2026.

Algunas técnicas específicas de conformado de metales pueden dar forma a las piezas, como la extrusión, el estampado o el formado de chapas. Entre los metales más utilizados están el aluminio, el acero y el latón, pero también el cobre, el estaño, el plomo, el magnesio, el zinc y el titanio.

La selección del material a formar depende del método. Dependiendo de las propiedades del metal, se procesará más o menos fácilmente. Los metales con un mayor límite elástico y un mayor retorno elástico (acero inoxidable, aceros estructurales, aceros HSLA [High Strength Low Alloy], etc.) requieren más trabajo para ser formados. Los materiales con menor límite elástico y menor recuperación elástica (acero dulce, aluminio, metales rojos como el bronce, el latón, el cobre, etc.) suelen necesitar menos trabajo. Una tira de acero inoxidable puede requerir el doble de fuerza que la misma longitud de acero dulce.

Aluminio

El aluminio tiene una excelente relación resistencia-peso, una alta conductividad térmica y eléctrica y una protección natural contra la corrosión. 

Este metal se ve favorecido por el proceso de extrusión en frío o en caliente. La industria automovilística lo utiliza mucho, ya que el aluminio contribuye a la fabricación de coches más ecológicos y eficientes en cuanto al consumo de combustible, reduciendo así la huella de carbono de las empresas y sus clientes. El material es fácilmente reciclable y resiste todas las formas de corrosión, lo que garantiza la durabilidad del vehículo a largo plazo.

El conformado de chapa también se basa principalmente en este material. El interés de esta técnica reside en la deformación elástica y plástica que provoca.

Latón

El latón tiene una buena maquinabilidad y una excelente conductividad eléctrica. Por tanto, es ideal para aplicaciones que requieren una baja fricción. También se utiliza en arquitectura para crear elementos de aspecto dorado con fines estéticos.

El latón se utiliza para la extrusión de varillas no corrosivas, piezas de automóvil, accesorios de tubería y piezas técnicas. También es perfecto para los procesos de estampación que necesitan metales con una dureza entre blanda y media y un bajo coeficiente de fluidez.

Acero

El acero inoxidable se puede soldar, mecanizar y pulir fácilmente. Se utiliza mucho en los procesos de estampación. El acero dulce, o de bajo contenido en carbono, se utiliza para fabricar piezas de maquinaria, plantillas y accesorios. Por otro lado, el acero aleado contiene otros elementos de aleación, además del carbono, para mejorar la dureza, la tenacidad, la fatiga y la resistencia al desgaste. 

Aunque normalmente se utiliza el acero al carbono para los procesos de extrusión, también es posible hacerlo con acero aleado y acero inoxidable.

El conformado de chapa metálica suele emplear este metal. En 2018, el acero representó la mayor cuota de volumen del mercado de la chapa metálica, con un 91,7%. Los productos resultantes tienen una gran demanda en los sectores de la automoción, la construcción y las industrias pesadas (petróleo y gas), la alimentación y la química. La chapa de acero inoxidable se utiliza para fabricar utensilios de cocina como fregaderos, parrillas, cocinas y ollas. También se puede utilizar para construir lavavajillas, encimeras, frigoríficos y lavadoras.

Cobre

El cobre puede formarse por extrusión para producir, por ejemplo, tuberías, alambres, barras, tubos y electrodos de soldadura. El cobre berilio también es adecuado para procesos de estampación.

Estaño y plomo

El estaño y el plomo formados se llevan a cabo para fabricar tuberías, alambres, tubos y revestimientos de cables. El plomo fundido también puede utilizarse en lugar de palanquillas en prensas de extrusión verticales.

Magnesio

Los aviones y la industria nuclear también extruyen magnesio para obtener piezas. El magnesio parece ser tan extruible como el aluminio.  

Zinc

Los fabricantes utilizan el zinc formado para dar forma a varillas, barras, tubos, componentes de ferretería y accesorios durante la extrusión. Este metal también es ideal para los procesos de estampación.

Titanio

El titanio se extruye para fabricar componentes aeronáuticos, incluidos los raíles de los asientos, los anillos de los motores y otras piezas estructurales.

En los procesos de estampación también se puede utilizar plata, oro, platino y níquel.

El conformado de metales es un proceso que permite dar nueva forma a una pieza sin añadir ni quitar material, utilizando diversas técnicas. La creciente evolución de los fabricantes hacia una mayor productividad ha llevado a la adopción de herramientas automatizadas en los últimos años. Las industrias de la automoción, aeroespacial y de la construcción son las más implicadas en el formado de metales.

La industria del automóvil

El sector de la automoción cuenta con la mayor cuota de mercado de herramientas de conformado de metales para pasajeros, vehículos comerciales y eléctricos y ya contaba con el 43,8% del mercado en 2018. El pilar clave de su crecimiento son los avances tecnológicos que ofrecen soluciones de diseño ligero, conectividad sin fisuras y conducción automatizada. Se espera que las estrictas normas de emisiones, la reducción del peso de los coches y el aumento de la demanda de ahorro de combustible estimulen el mercado de formación de metales en los próximos años.

La innovación en esta industria depende de las nuevas tecnologías. Por lo tanto, el software y el IoT siguen siendo ayudas valiosas para el formado de chapa. Por ejemplo, en 2018, Audi estaba trabajando en el diseño de rotores y estatores utilizados en motores eléctricos. La posibilidad de producir internamente supuso un ahorro de entre 17,15 y 28,58 dólares por motor, así como una importante eficiencia y autonomía.

La industria aeroespacial

La industria aeronáutica y espacial requiere a menudo componentes con altas tolerancias, geometrías complejas y densidad ligera para cohetes, pero también para aviones.

Este sector aprovecha el formado para:

• elementos estructurales y paneles de revestimiento, desde pequeñas piezas poco profundas hasta grandes piezas profundas, en aleaciones de aluminio, acero inoxidable y titanio.
• componentes de motores, incluidas las piezas estampadas, fabricados con materiales de alta resistencia y resistentes al calor.

El hidroconformado de chapa se utiliza para formar piezas de bajo volumen y componentes de prototipos de forma económica. El estampado sigue siendo el método preferido por la misma razón, sobre todo para formar aleaciones de alta resistencia utilizadas para componentes de motores a reacción.

La industria de bienes de consumo

Este sector utiliza ampliamente el conformado de metales para envases, latas y revestimientos en general.

En el caso de los envases, el formado de chapa no sólo debe proporcionar una calidad estandarizada, sino también adaptarse a su aplicación particular. Por ejemplo, algunos grados de acero inoxidable, como el 430, son resistentes a los ácidos y álcalis suaves, pero la sal los corroe con facilidad. Si el proceso de fabricación de alimentos implica grandes cantidades de sal, el acero inoxidable 316 es una opción mucho mejor. Algunos equipos más especializados también pueden requerir que las bandejas o cestas metálicas tengan un tamaño muy específico para garantizar un ajuste consistente. El molde metálico tendrá que cumplir una estrecha tolerancia de la pieza durante el formado.

Hoy en día, se realizan pruebas virtuales para satisfacer las necesidades del formado a medida. Este proceso de garantía de calidad se produce en cuestión de minutos y permite corregir inmediatamente cualquier fallo de diseño.