¿Limitaciones del radio de curvatura de la extrusión de aluminio?

Las extrusiones de aluminio suelen necesitar curvas o dobleces para adaptarse a diseños específicos. Un radio de curvatura incorrecto puede provocar el adelgazamiento de las paredes o la aparición de grietas.

Comprender los límites del radio de curvatura ayuda a producir extrusiones curvas que mantienen su resistencia y satisfacen las necesidades de diseño.

Un buen doblado comienza con el radio, el espesor de pared, la aleación y el proceso correctos. A continuación, explico las prácticas seguras de doblado, la importancia de la aleación y el espesor, si los perfiles curvados pueden soportar carga y cuándo es mejor optar por el doblado asistido por calor.

¿Cuál es el radio de curvatura mínimo para las extrusiones?

Doblar una extrusión recta con demasiada fuerza suele provocar grietas o deformaciones graves. Ese riesgo preocupa a los fabricantes y a los clientes.

El radio mínimo de curvatura depende del grosor de la pared, la forma del perfil y la aleación. Una regla general es entre 5 y 10 veces el grosor de la pared para curvas simples; las curvas más cerradas suelen requerir técnicas especiales.

Al doblar aluminio extruido sin calentar ni utilizar herramientas especiales, se producen daños graves si el doblez es demasiado pronunciado. Una pauta segura es mantener el radio de doblez proporcional al espesor de la pared. Por ejemplo, si el espesor de la pared es de 3 mm, el radio mínimo de doblez puede ser de 15 a 30 mm. Ese rango ayuda a evitar grietas. Si se intenta doblar con un radio inferior a 5 veces el espesor, la pared puede arrugarse o partirse en el lado interior y estirarse u ovalarse en el lado exterior. El límite varía según la forma de la sección transversal. Las secciones rectangulares sólidas toleran mejor los doblados que los tubos huecos. Los perfiles huecos a menudo se deforman o colapsan si se doblan demasiado. En el caso de secciones complejas con nervios o paredes múltiples, las deformaciones se concentran en las esquinas y los nervios internos. Esas áreas requieren una curvatura más suave. Muchos talleres mantienen una tabla de “radios de doblado seguros” para cada familia de perfiles. Eso forma parte de los planos de diseño. Algunas extrusiones tienen canales internos. Doblar estos perfiles con un radio estrecho puede colapsar los canales o estrechar las aberturas. Entonces, la pieza deja de cumplir su función. Por lo tanto, es razonable utilizar por defecto un grosor de 5 a 10 veces el espesor para formas simples. Para perfiles críticos o aleaciones de temperatura desconocida, es más seguro solicitar una extrusión sin doblar y realizar el mecanizado o la soldadura después del doblado.

Además del grosor, el estado de la aleación (templada T u O) y la estabilidad del temple influyen en la capacidad de doblado. Incluso con el radio correcto, el aluminio endurecido puede agrietarse. En el caso del temple blando, el doblado permitido es más generoso, pero la resistencia después del doblado es menor. Los diseñadores y fabricantes deben adaptar el radio de doblado al uso final.

¿Cómo afectan el espesor de la pared y la aleación al doblado?

Doblar una sección de aluminio funciona igual que doblar una varilla metálica: cuanto más delgada es la pared y más blanda es la aleación, más fácil es doblarla. Pero cada opción tiene sus pros y sus contras.

Las paredes más gruesas resisten la deformación durante el doblado, pero requieren un radio de doblado mayor. Las aleaciones más blandas se doblan más fácilmente y con menos riesgo de agrietarse; las aleaciones más duras pueden agrietarse con el mismo radio de doblado.

Cuando la pared es gruesa, la flexión ejerce más tensión en las superficies interior y exterior. La superficie interior se comprime y la exterior se estira. Las paredes más delgadas se flexionan de manera más uniforme. Eso significa que un tubo hueco con paredes delgadas a menudo se flexiona más suavemente que un tubo de paredes gruesas con el mismo diámetro exterior. Pero las paredes delgadas significan una menor capacidad de carga. Para las cargas, las paredes más gruesas ofrecen una mayor resistencia después de la flexión. Pero las paredes gruesas significan que se debe permitir un radio de flexión mayor. Los diseñadores deben equilibrar las necesidades de curvatura y la resistencia estructural. La aleación también es importante. Por ejemplo, la aleación 6063-T5 o T6 es común para extrusiones arquitectónicas. La 6063 es más blanda y más flexible que la 6082 o la 6061. Eso mejora el resultado de la flexión. Pero después de la flexión, su resistencia es menor que la de aleaciones más resistentes. Las aleaciones más duras, como la 6061-T6, mantienen mejor la resistencia bajo carga, pero se resisten a la flexión. Se agrietan más fácilmente con el mismo radio de curvatura. El temple afecta a la ductilidad. Los templados más blandos (T5, T6 después del temple) son menos dúctiles. El temple O (recocido) proporciona más ductilidad, pero una resistencia final menor. Para el doblado, a veces la extrusión se realiza en temple O, se dobla y luego se vuelve a tratar térmicamente. Pero eso aumenta el coste. El espesor de la pared y la forma del perfil también son importantes. Los perfiles huecos de pared delgada tienden a ovalarse al doblarse si no se sostienen internamente. Los perfiles sólidos pueden mantener la forma, pero necesitan un radio grande. Si el perfil tiene múltiples cavidades o nervaduras internas, el doblado puede distorsionar las nervaduras internas o colapsar las paredes. Algunos fabricantes utilizan mandriles o varillas de soporte internas para mantener la forma dentro de los perfiles huecos durante el doblado. Eso reduce el adelgazamiento de la pared y preserva la sección transversal. Pero eso solo ayuda si la aleación y el espesor de la pared lo permiten. También es importante la dirección del doblado frente al grano de extrusión. Las extrusiones de aluminio suelen tener la dirección del grano a lo largo de su longitud. El doblado a lo largo del grano reduce la ductilidad y aumenta el riesgo de agrietamiento. Las aleaciones más blandas manejan mejor el grano. Las aleaciones duras pueden agrietarse a lo largo del grano. En resumen, el espesor de la pared, el tipo de aleación, el temple y la forma del perfil se combinan para decidir cuán apretado puede ser un doblado. La regla general estándar ayuda. Pero para piezas de carga pesada o formas complejas, el doblado debe probarse con doblados de muestra antes de la producción completa.

¿Las extrusiones curvas pueden cumplir los requisitos de carga?

Algunos diseños requieren piezas de aluminio curvadas que sigan soportando cargas. Esto plantea dudas: ¿el doblado debilita la resistencia?

Las extrusiones curvas pueden cumplir los requisitos de carga si la flexión se realiza correctamente y el diseño tiene en cuenta la reducción de la resistencia, el aumento de la tensión y la posible deformación bajo carga.

Curvar una viga cambia la forma en que soporta la tensión. En una viga recta sometida a carga, la tensión se distribuye de manera uniforme. En una viga curvada, la curva interior se comprime y la curva exterior se dobla por tracción. Eso aumenta la concentración de tensión. Los diseñadores deben tenerlo en cuenta. Las extrusiones curvadas que se utilizan en barandillas, marcos, barreras de seguridad y muebles suelen soportar carga. Su sección transversal debe soportar el momento flector más la tensión de la forma curvada. Por ejemplo, un perfil rectangular doblado en un radio se vuelve menos rígido en la flexión perpendicular a la curva. Eso reduce la capacidad de carga en comparación con el perfil recto. La reducción de la resistencia depende del ángulo de flexión, el radio, el cambio del módulo de sección después de la flexión y la resistencia original de la aleación. Como fabricante, es útil someter a prueba muestras de piezas bajo la carga prevista. Esto revela cuánto se reduce la resistencia. A veces, la resistencia después de la flexión se reduce entre un 10 y un 25 %. Para compensarlo, los diseñadores añaden un margen de seguridad utilizando paredes más gruesas, aleaciones más resistentes o reduciendo la carga admisible. También diseñan refuerzos. En el caso de los elementos estructurales, las piezas curvas pueden necesitar refuerzos o nervaduras adicionales. Para muebles o cargas ligeras, basta con curvas simples. Otro factor es la tensión residual del doblado. Los doblados de aluminio mantienen la tensión incorporada. Bajo carga, esa tensión se suma a la tensión operativa y puede provocar fatiga antes. Especialmente si la carga es cíclica. Los recubrimientos y el tratamiento de la superficie no restauran la resistencia perdida. Si se va a soldar una extrusión curvada, es útil doblarla antes de soldarla. Pero la soldadura añade una zona afectada por el calor, con riesgo de distorsión donde el calor ablanda el metal. Por lo tanto, puede ser necesario enderezarla después de la soldadura. En el caso de las piezas curvadas que soportan carga, la inspección y el control de calidad después del doblado son fundamentales. Mida el espesor de la pared a lo largo del doblado, compruebe si hay grietas o adelgazamientos, realice pruebas bajo carga e inspeccione después de los ciclos. Con una buena aleación, un temple correcto, un radio de doblado adecuado y un control de calidad, las extrusiones curvadas pueden alcanzar o acercarse al rendimiento de carga de las rectas. Pero hay que comprobar las hipótesis.

¿Son más fiables los pliegues asistidos por calor?

El doblado en frío es habitual, pero a menudo limita el grado de curvatura que se puede alcanzar sin que se produzcan grietas. El calor puede ayudar, pero tiene sus propias desventajas.

El doblado asistido por calor, como el doblado por inducción o el calentamiento controlado, permite radios más cerrados con menos riesgo de grietas, pero requiere un control cuidadoso de la aleación y un tratamiento posterior al doblado para mantener la resistencia.

La aplicación de calor ablanda el aluminio y mejora temporalmente su ductilidad. Esto reduce la tensión durante el doblado y permite curvas más pronunciadas o formas complejas. Por ejemplo, las extrusiones calentadas a una temperatura moderada (cercana al punto de recocido) se doblan más fácilmente. Los doblados asistidos por calor son comunes en barandillas, elementos arquitectónicos o arcos estructurales. Con un control adecuado del calor y el doblado, la pared interior no se arruga y la pared exterior no se agrieta. Los calentadores de inducción o los hornos calientan solo la zona de doblado. A continuación, las herramientas de doblado dan forma al perfil gradualmente. Después del doblado, algunas aleaciones (por ejemplo, 6063, 6061) pueden perder templado si la temperatura es demasiado alta. Eso reduce la resistencia. Por lo tanto, después del doblado, las extrusiones a menudo necesitan un nuevo templado o un envejecimiento. Eso añade coste y tiempo. Algunos fabricantes devuelven las extrusiones dobladas a la línea de extrusión para volver a someterlas a tratamiento térmico o realizan el envejecimiento en hornos. Otro método consiste en utilizar aleaciones con un temple más blando (O o T4) antes del doblado y, a continuación, endurecerlas por envejecimiento después del doblado. Esto preserva la resistencia. Sin embargo, el doblado asistido por calor conlleva riesgos. Un calentamiento desigual provoca un cambio de temple no uniforme. Pueden formarse zonas de soldadura o zonas afectadas por el calor. Esto cambia las propiedades mecánicas de forma impredecible. En el caso de las secciones huecas, el calor puede deformar o colapsar la sección transversal si no se apoya. Además, los recubrimientos o el acabado de la superficie pueden sufrir daños por el calor. El recubrimiento en polvo o el anodizado aplicados antes del doblado pueden agrietarse. Por lo tanto, la mayoría de los doblados asistidos por calor se realizan en extrusiones sin recubrimiento. Después del doblado y el temple, se realiza el acabado de la superficie. Esto añade pasos, pero garantiza la integridad del recubrimiento. Para componentes estructurales o arquitectónicos críticos, el doblado asistido por calor ofrece el mejor equilibrio entre forma y resistencia. Para piezas decorativas simples o de baja carga, el doblado en frío suele ser suficiente. El control adecuado del proceso, el calentamiento, las herramientas de doblado, el tratamiento posterior al doblado y la inspección de calidad son todos elementos importantes. Sin ellos, el doblado por calor puede introducir debilidades o defectos.

Conclusión

Las extrusiones de aluminio curvadas se pueden utilizar cuando el radio de curvatura, la aleación, el grosor de la pared y el proceso se ajustan a las necesidades del diseño. El doblado por calor amplía las posibilidades, pero requiere un estricto control de calidad. Con el debido cuidado, las extrusiones dobladas pueden funcionar de forma fiable bajo las exigencias de carga y forma.