Técnicas de estampado de metales de máxima precisión para soluciones de piezas metálicas para sensores.

Un mínimo error —tan solo una micra de precisión en la pieza metálica del sensor— y la exactitud de todo el sistema se esfuma. Y cuando se fabrican millones de esas piezas, la técnica de estampado elegida determinará si la precisión se mantiene o si se ve comprometida con cada pulsación de la prensa.

La mayoría de los fabricantes simplemente recurren a un único método de estampado en todos sus productos, y funciona hasta que aparece un nuevo diseño de sensor que exige tolerancias más estrictas, materiales más delgados o geometrías realmente complejas que la configuración anterior ni siquiera puede manejar. El correcto estampado de metales de precisión La técnica es la que se ajusta a la pieza, no al revés.

Esto es lo que vamos a tratar:

●   Estampado de alta velocidad con troqueles progresivos : cómo lo utilizamos para fabricar piezas metálicas para sensores con una precisión de ±0,01 mm.

●   Recorte fino : para componentes de sensores que solo necesitan bordes limpios, lisos y sin arañazos.

●   Estampado de matriz compuesta : para piezas de sensores que son lo suficientemente simples como para manipularlas, eficiencia de una sola carrera.

●   Estampado de cuatro correderas : para piezas metálicas de sensores súper intrincadas y de pequeño formato con todo tipo de curvaturas complejas.

●   Embutición profunda : para carcasas y cerramientos de sensores que requieren paredes sin juntas y totalmente uniformes.

Cada una de estas técnicas aporta sus propias ventajas y limitaciones para el estampado de precisión de sensores, y a continuación se detallarán las aplicaciones más adecuadas y las ventajas y desventajas de cada una.

Estampado de alta velocidad con troqueles progresivos para sensores

Cuando el diseño de un sensor requiere millones de piezas metálicas idénticas con precisión submilimétrica, el estampado de alta velocidad con troqueles progresivos es el método idóneo. Este proceso mueve una tira de metal a través de una serie de estaciones dentro de un solo troquel, y cada estación realiza una operación diferente: corte, doblado, estampado o embutición superficial. La pieza toma forma paso a paso, estación por estación, sin salir nunca de la prensa.

Esta es la técnica en la que Fortuna ha basado la producción de sus piezas metálicas para sensores, respaldada por 85 punzonadoras de alta velocidad que alcanzan velocidades de hasta 1200 golpes por minuto.

¿Qué hace que funcione para los sensores?

Los componentes de los sensores requieren uniformidad en cada unidad. El estampado progresivo lo consigue al mantener todas las operaciones de conformado dentro de una misma matriz, lo que elimina la variabilidad del proceso.

Donde mejor encaja

No todos los componentes de los sensores necesitan esta técnica, pero para las aplicaciones adecuadas, ninguna otra se le acerca en cuanto a coste por unidad y rendimiento.

●   Terminales y conectores estampados que transmiten señales eléctricas entre los elementos sensores y el controlador.

●   Marcos de conexión que proporcionan la estructura de soporte para el encapsulado de chips de sensores.

●   Fragmentos metálicos y contactos de resorte que requieren elasticidad repetible en cada pieza.

●   Carcasas blindadas que impiden que las interferencias electromagnéticas alteren las lecturas de los sensores.

●   Láminas conductoras y barras colectoras que dirigen las rutas de corriente dentro de los conjuntos de sensores.

La principal ventaja reside en la precisión del troquel combinada con la estabilidad de la prensa . Cuando ambas se ajustan correctamente, el estampado de metal de precisión mediante troqueles progresivos produce piezas sin rebabas que sellan herméticamente durante el montaje del sensor. Esto es fundamental, ya que incluso una pequeña rebaba en la carcasa del sensor puede comprometer el sellado, permitir la entrada de humedad y, con el tiempo, afectar la precisión de las lecturas del sensor.

Para los fabricantes que gestionan grandes volúmenes de pedidos de piezas metálicas para sensores en los sectores de automoción, telecomunicaciones o electrónica de consumo, el estampado progresivo mantiene bajo el coste unitario a la vez que conserva tolerancias que otros métodos de alta velocidad no logran igualar.

El troquelado de precisión proporciona bordes más limpios a las piezas del sensor.

El estampado estándar deja una zona de corte irregular a lo largo del borde de la pieza metálica. Para la mayoría de las aplicaciones, esto es aceptable. Sin embargo, para componentes de sensores que deben ajustarse perfectamente a superficies de sellado o encajar con precisión con otros microconjuntos, ese borde irregular se convierte en un problema que deberá eliminarse mediante mecanizado en una operación posterior.

El troquelado de precisión elimina ese paso adicional. Aplica una acción de triple fuerza durante el proceso de corte: una fuerza de sujeción fija el material, un contrapunzón lo sostiene desde abajo y el punzón principal atraviesa la lámina. El resultado es una pieza con un borde de corte limpio y uniforme en todo su espesor, con tolerancias tan ajustadas como ±0,01 mm a ±0,02 mm .

En qué se diferencia del estampado estándar

Las diferencias son mecánicas, no estéticas. Mientras que una prensa convencional fractura el material a mitad del corte, el troquelado de precisión controla el corte en todo el proceso. Esto da como resultado:

●   Bordes completamente limpios y sin zona de fractura, lo que significa que no se requiere desbarbado ni rectificado secundario.

●   Planitud tal como viene estampada, lo que elimina la necesidad de una operación de nivelación por separado.

●   Geometría de forma final en perfiles complejos como dientes de engranajes y patrones de codificadores.

●   Un control dimensional más preciso en la superficie de corte, algo que el estampado estándar no puede ofrecer de forma consistente.

La desventaja radica en la velocidad. Las prensas de troquelado de precisión funcionan más lentamente que las progresivas de alta velocidad, y el utillaje es más complejo. Por lo tanto, son adecuadas para la producción de piezas metálicas para sensores de volumen medio, donde la precisión de los bordes es más importante que la productividad bruta.

Aplicaciones de sensores que más se benefician

El troquelado de precisión cobra importancia cuando la pieza estampada tiene un borde funcional , lo que significa que la superficie de corte en sí misma influye en el rendimiento o el sellado del sensor.

●   Discos codificadores donde el perfil del borde afecta directamente la precisión de la señal durante la rotación.

●   Asientos de diafragma para sensores de presión que requieren una superficie de contacto perfectamente plana para un sellado hermético.

●   Componentes de sensores con forma de engranaje y perfiles dentados que deben estamparse con forma final, sin procesamiento posterior.

●   Placas y soportes de montaje para sensores ADAS y de automoción, donde la consistencia dimensional afecta a la alineación.

Si actualmente estampa una pieza de sensor y luego la somete a un paso secundario de rectificado o desbarbado para limpiar los bordes, cambiar esa pieza al troquelado de precisión podría reducir su coste total por pieza.

El paso de estampado en sí es más costoso, pero se elimina una operación secundaria completa del flujo de producción. Estampado de precisión para sensores que dependen de la integridad del sellado o de la precisión de rotación, eso supone una mejora significativa tanto en la calidad como en la rentabilidad.

Estampado con troquel compuesto para una eficiencia de una sola carrera.

Mientras que las matrices progresivas mueven una tira a través de varias estaciones, una matriz compuesta realiza todo el trabajo en una sola pasada y en una sola estación . El punzón desciende y la pieza sale completamente formada: cortada, perforada y moldeada en un solo ciclo de prensado. Sin avance de la tira, sin transferencia entre estaciones, sin procesamiento secuencial.

Este método de una sola pasada hace que el estampado con troquel compuesto sea muy adecuado para piezas metálicas de sensores que tienen geometrías relativamente simples, pero que necesitan una concentricidad estricta y una precisión posicional entre las características.

¿Por qué lo utilizan los fabricantes de sensores?

Los troqueles compuestos producen piezas donde cada característica se forma simultáneamente, lo que significa que la relación espacial entre un orificio, un recorte y el perfil exterior se mantiene perfectamente alineada desde la primera hasta la última pieza. Esto es fundamental para las piezas metálicas de sensores, donde la posición de un orificio de montaje con respecto a la trayectoria de la señal afecta la lectura del sensor.

Esta técnica funciona mejor cuando:

●   La geometría de la pieza implica troquelado y perforación en un solo plano sin dobleces ni embuticiones complejas.

●   Se requiere una alta precisión de posicionamiento entre las características internas y el perfil externo.

●   Los volúmenes de producción son moderados y el costo de utillaje por pieza debe mantenerse bajo.

●   El material es una lámina plana con un espesor comprendido entre 0,2 mm y 4 mm.

Componentes del sensor que se ajustan a este método.

El estampado con troquel compuesto se adapta bien a una categoría específica de componentes de sensores, especialmente aquellos que son planos o casi planos y que presentan múltiples perforaciones.

●   Placas de cubierta para sensores con orificios de ventilación o de señal ubicados con precisión.

●   Contactos de resorte plano donde la ubicación del orificio determina la continuidad eléctrica

●   Los anillos espaciadores y las arandelas se utilizan en conjuntos de sensores que requieren un espesor y una concentricidad controlados.

●   Insertos de blindaje sencillos que bloquean las interferencias sin necesidad de una compleja formación 3D.

Si el diseño de la pieza metálica de su sensor no requiere doblado, embutición ni conformado multieje, utilizar una matriz progresiva es excesivo. Pagará por una complejidad de utillaje innecesaria. Una matriz compuesta reduce los costos de utillaje y, al mismo tiempo, ofrece la precisión de posicionamiento que exige el estampado de precisión de metales para los conjuntos de sensores. Es la solución ideal para la pieza de complejidad adecuada.

El sistema de estampado de cuatro correderas permite realizar curvas complejas en espacios reducidos.

La mayoría de las prensas de estampado aplican fuerza desde una sola dirección: de arriba hacia abajo. Una máquina de cuatro correderas funciona de manera diferente. Utiliza cuatro herramientas deslizantes que se aproximan a la pieza desde múltiples direcciones , doblando y conformando el metal horizontal y verticalmente en rápida sucesión. Cada corredera se puede sincronizar de forma independiente, lo que permite combinaciones de doblado que una prensa de un solo eje no puede producir físicamente.

Para las piezas metálicas de sensores que incorporan múltiples dobleces, torsiones o mecanismos de resorte en un espacio reducido , el estampado de cuatro correderas suele ser la única opción práctica que no requiere herramientas manuales secundarias.

Donde se gana su lugar en la producción de sensores

Esta técnica resulta ideal para piezas pequeñas y complejas fabricadas con tiras delgadas, generalmente de menos de 2 mm de espesor. El diseño de sensores tiende a ser cada vez más pequeño con cada nueva generación de productos, y el estampado de cuatro correderas se adapta a esta tendencia sin sacrificar la repetibilidad.

Las piezas metálicas típicas para sensores fabricadas de esta manera incluyen:

●   Clips de resorte y contactos de batería dentro de los dispositivos sensores portátiles

●   Pestañas de blindaje EMI de múltiples curvaturas que envuelven los módulos de sensores.

●   Contactos de alambre conformados para sensores de temperatura y proximidad.

●   Soportes en miniatura con ángulos compuestos que mantienen los elementos del sensor en posición.

El estampado con cuatro correderas genera muy poco desperdicio de material en comparación con los sistemas de troquelado progresivo, ya que trabaja con tiras estrechas y no requiere la banda portadora que sí necesitan estos últimos. Si las piezas metálicas para sensores son de pequeño formato y se producen en grandes volúmenes, el ahorro de material por sí solo puede compensar la inversión en utillaje.

Si a eso le sumamos la capacidad de formar curvas complejas en una sola pasada, obtenemos un método de estampado de precisión diseñado para el tipo de microcomponentes en los que se basan los sensores modernos.

El embutido profundo crea carcasas de sensores sin juntas.

Todo sensor que vaya a operar en un entorno hostil necesitará una carcasa que lo proteja de la humedad, el polvo y los agentes corrosivos, sin excepción. Las carcasas soldadas o de varias piezas presentan juntas, y estas juntas son un punto débil que se puede explotar fácilmente. El embutido profundo resuelve este problema al transformar una sola pieza plana de metal en una carcasa tridimensional sin costuras mediante una serie de embutidos controlados con precisión.

El punzón introduce la pieza metálica en una cavidad de la matriz, estirándola hasta darle forma de copa o caja sin romper el material en absoluto. Si se realiza correctamente, la pieza terminada tiene un espesor de pared uniforme, sin líneas de soldadura ni juntas que puedan fallar bajo presión o vibración, y eso es lo fundamental.

Desglosando el proceso en pasos sencillos

1. Una lámina de metal plana se corta a un diámetro calculado en función de las dimensiones de la pieza final.

2. Un soporte de chapa sujeta el borde exterior para controlar el flujo del material durante el proceso de embutición.

3. El punzón desciende y arrastra la pieza en bruto hacia la cavidad de la matriz, formando así la forma inicial de copa.

4. Para las piezas que necesitan mayor profundidad, las etapas de rediseño estiran gradualmente la cavidad hacia arriba sin adelgazar las paredes más allá de los límites de tolerancia.

5. Un último proceso de dimensionamiento o planchado permite obtener el grosor de pared y el acabado superficial adecuados para cumplir con las especificaciones.

Aplicaciones de sensores que se adaptan a esta técnica.

El embutido profundo es ideal para piezas metálicas de sensores que necesitan un formato cerrado y protector sin juntas que comprometan la integridad estructural.

●   Carcasas para sensores de presión diseñadas para entornos de alta presión (PSI), donde una soldadura supondría un riesgo.

●   Carcasas cilíndricas para sensores industriales de temperatura y caudal que están expuestos a productos químicos o a temperaturas extremas.

●   Carcasas para sensores de automóviles que protegen los elementos sensores dentro del compartimento del motor del aceite, el refrigerante y las vibraciones.

●   Las carcasas de los sensores médicos tienen un interior liso y sin juntas que evita la contaminación y simplifica la esterilización.

La elección del material es donde el dibujo profundo es más importante que en cualquier otro lugar.

No todos los tipos de metal son aptos para el embutido profundo, y el material debe tener una alta ductilidad y una relación límite de embutido (LDR) favorable para superar las múltiples etapas de embutido sin agrietarse. Para las piezas metálicas de sensores, los materiales embutidos más comunes son:

●   Acero inoxidable (SUS304L, SUS316L) para entornos de sensores propensos a la corrosión.

●   Aleaciones de aluminio (AL5052, AL6061) para carcasas de sensores ligeras en aplicaciones aeroespaciales y de vehículos eléctricos.

●   Bronce fosforoso (C5191) para carcasas de sensores que también requieren conductividad eléctrica.

●   Latón (H62, H68) para conectores de sensores y carcasas de asientos de válvulas que requieren maquinabilidad después del conformado.

Elegir la técnica adecuada para la pieza del sensor

No existe una solución única para el estampado de precisión de piezas de sensores, y eso es una ventaja. El estampado progresivo de alta velocidad cubre la producción en grandes volúmenes, ofreciendo piezas rápidas y con una consistencia impecable. Sin embargo, cuando el borde de corte influye significativamente en el rendimiento del sensor, el troquelado de precisión es la mejor opción.

El estampado con troquel compuesto simplifica la fabricación de piezas que no requieren gran complejidad; con este método, los perfiles planos se obtienen fácilmente. Y cuando se trata de piezas con microcurvaturas difíciles de alcanzar con prensas de un solo eje, el estampado con cuatro correderas es la mejor opción. Por último, está el embutido profundo, que permite crear carcasas sin costuras que protegen incluso los elementos sensores más sensibles de las inclemencias del tiempo.

Todo se reduce a plantearse algunas preguntas clave:

●   ¿Qué forma va a tener tu pieza?

●   ¿Qué tipo de tolerancias requiere el diseño de su sensor?

●   ¿Necesita producir muchas piezas o una pequeña cantidad?

●   ¿Su pieza necesita un trabajo de bordes importante, una carcasa sin costuras o tal vez algunas curvas multidireccionales sofisticadas?

Obtén esas respuestas y podrás elegir la técnica adecuada para cada tarea. No compliques demasiado las partes sencillas ni subestimes las complejas con un enfoque erróneo.

EnFortuna , hemos estado perfeccionando nuestro estampado de metales de precisión Llevamos más de 20 años en el sector y contamos con la experiencia necesaria. Nuestras máquinas de troquelado progresivo de alta velocidad son tan precisas que logran tolerancias de hasta ±0,01 mm en no menos de 85 prensas. Y si necesita estampar sus componentes de sensores y desea asesoramiento experto sobre el método más adecuado para su diseño, nuestro equipo de ingeniería está siempre a su disposición .