Guía DFM para la fabricación de barras colectoras de cobre orientada al ahorro de costes en producción personalizada

El diseño para la fabricación es el enfoque más eficaz para reducir costos y mejorar la calidad. Pequeños cambios en el diseño pueden reducir los costos de fabricación y el tiempo de entrega de las barras colectoras de cobre en los sistemas de baterías de vehículos eléctricos (EV), en la distribución de energía y en aplicaciones de energías renovables. La sobreespecificación es un problema frecuente entre muchos ingenieros, quienes especifican en exceso características que incrementan la complejidad del mecanizado sin aportar valor funcional. Usted puede obtener una comprensión clara de sus opciones y restricciones de diseño para lograr un diseño con las mismas características eléctricas y mecánicas, pero a menor costo. Muchos clientes han acudido a Kinto para optimizar el diseño de barras colectoras de cobre destinadas a la fabricación de piezas de alta precisión y tolerancias ajustadas. Esta guía ofrece orientación valiosa sobre los principios de DFM que no implican costos adicionales, pero mantienen la confiabilidad de los productos.

Simplifique los patrones y espaciados de los orificios

La perforación de agujeros es uno de los procesos más comunes en la fabricación de barras colectoras de cobre, y cada agujero incrementa el costo del proceso. Para cada agujero se requiere tiempo de herramienta, desgaste de la herramienta y verificación. Para reducir costos: el número de puntos de montaje o conexión debe limitarse estrictamente a la cantidad necesaria. Asimismo, evite una gran cantidad de agujeros pequeños que exijan múltiples cambios de herramienta o brocas especiales durante el proceso. Proporcione un espaciado adecuado entre los agujeros y respecto al borde de la barra colectora. El cobre es relativamente blando, y realizar agujeros demasiado cerca del borde puede provocar deformación o desgarro durante el punzonado o la perforación. Como regla general, los agujeros deben ubicarse a una distancia mínima de 1,5 veces el espesor del material desde el borde, y el espaciado entre agujeros no debe ser inferior al espesor del material. Si la barra colectora va a ser chapada, plantéese entonces: ¿es necesario que todas las aberturas queden completamente rellenas de capa metálica, o basta con una chapación parcial para su aplicación? Todos estos pequeños ajustes se traducen en importantes ahorros de tiempo de ciclo.

Optimizar los radios de curvatura para las características del cobre

El cobre se comporta de manera distinta al acero al doblarse, y su respuesta varía considerablemente según la aleación y el temple. Si el radio de doblado es demasiado pequeño para la aleación y el temple deseados, puede provocar grietas, defectos superficiales o requerir pasos adicionales de recocido que resulten largos y costosos. El radio óptimo de doblado para el interior de los dobleces en la mayoría de las aplicaciones de barras colectoras de cobre es de una a dos veces el espesor del material. En temples más blandos (cobre recocido) se logran radios ajustados, pero cuando se usan en aplicaciones sometidas a vibración, la resistencia mecánica puede ser insuficiente. Los temples empleados durante el proceso de fabricación que producen un temple más duro no se doblan fácilmente y pueden requerir radios más amplios. Es fundamental coordinarse temprano con el fabricante para seleccionar el temple adecuado, equilibrando conductividad eléctrica, resistencia mecánica y conformabilidad. También debe tenerse en cuenta la dirección del doblado respecto a la dirección de laminado de la lámina de cobre: doblar el cobre en sentido transversal al laminado (en lugar de paralelo a él) reduce el riesgo de fractura superficial. Aunque con las máquinas de precisión de Kinto se pueden crear una amplia variedad de geometrías únicas, aquellas que «juegan según las reglas» de la conformación natural del cobre siempre resultarán menos costosas.

Reducir las operaciones secundarias mediante un diseño inteligente

Las operaciones secundarias, como el desbarbado, la máscara para galvanoplastia y los pasos adicionales, constituyen un factor importante de coste. Si se reducen o eliminan estos pasos, entonces una barra colectora bien diseñada cumplirá su función. No especifique espesores no estándar que requieran laminación personalizada ni un exceso de rectificado superficial. Evite la aplicación de máscaras en las secciones de pared deseadas debido a la presencia de trampas automáticas en la solución de galvanoplastia o a la máscara manual. Si se requieren conexiones flexibles de barras colectoras, puede ser preferible instalar derivaciones laminadas dentro del cuerpo principal de la barra colectora, en lugar de utilizar puentes flexibles complejos que deben soldarse o atornillarse al cuerpo de la barra colectora. Diseñe superficies planas e ininterrumpidas para facilitar su recubrimiento con cinta adhesiva, recubrimiento en polvo o funda termocontraíble, según los requisitos de aislamiento. Los canales estrechos y las zonas de difícil acceso causadas por esquinas agudas requieren acabado manual. Las esquinas redondeadas y los radios generosos ayudan a reducir la concentración de tensiones y también permiten procesos automatizados de acabado.

Estrategia de tolerancia que equilibra precisión y costo

Una tolerancia más ajustada siempre tendrá un costo de producción mayor. No se trata de un aumento lineal: reducir la tolerancia de 0,10 a 0,05 puede hacer que los costos de mecanizado o inspección se incrementen en más del doble. No especifique una tolerancia más ajustada de lo necesario. No incluya una tolerancia en una dimensión si esta no afecta la forma ni la función de la pieza. Algunas piezas, como barras colectoras de múltiples unidades que pueden compensar su desviación mediante flexión durante la instalación, quizás no requieran una precisión posicional extrema en su longitud y anchura. Establezca un sistema de acotación y tolerancias que permita utilizar símbolos de Dimensionamiento y Tolerancias Geométricas (GD&T) y aplique tolerancias únicamente a las características críticas que realmente lo necesiten —por ejemplo, las ubicaciones de los orificios de fijación y las dimensiones relacionadas con las interfaces de montaje—. Esto evita dar al fabricante la falsa impresión de que todas las características requieren la máxima precisión. Las capacidades de fabricación de Kinto son de muy alta precisión. Para producir geometrías personalizadas dentro de dichas capacidades, animamos a nuestros clientes a aplicar tolerancias ajustadas únicamente donde sea estrictamente necesario para el funcionamiento. Los ahorros derivados de emplear tolerancias más holgadas pueden invertirse en otros tipos de materiales, componentes de gama superior o mayores esfuerzos de prototipado. Aplicar esta metodología de Diseño para Fabricación (Design for Manufacturing) durante las etapas iniciales del diseño le ayudará a reducir sus costos totales y obtener soluciones rentables.