Máquina de perfilado en frío
| ||||||
Máquina de perfilado en frío, o también denominada tren de rodillos, es una máquina de proceso continuo que consigue conformar una chapa plana o una bobina de metal de forma progresiva hasta llegar a una forma deseada, denominada perfil final.
Sumario
Evolución histórica
La primera generación de máquinas perfiladoras en frío fueron construidas comercialmente en 1921. La idea original era deformar laminas de acero en frío. Entre 1930 y 1940 las bobinas de acero se comenzaron a hacer populares, y es cuando empezó a crearse las células de conformado simples que se conocen ahora, basadas en una bobinadora y un sistema de corte.
Pero hasta cerca de los 80 no se ha podido explotar realmente esta técnica. Este avance ha sido debida a la sustancial mejora en los equipos, mayor control sobre la materia prima, la mejor comprensión de la técnica de deformación de chapa y la utilización de la informática para diseñar los perfiles.
Características
Ventajas
- Bajo costo inicial para el trabajo realizado, en comparación con el coste que supondría realizar el mismo perfil con otras máquinas.
- La casi ilimitada variedad de formas que se puede conseguir.
- Una elevada productividad.
- El efecto de endurecimiento por deformación causado por el proceso de conformado en frío.
- Obtención de perfiles con longitudes casi ilimitadas.
- Variedad de perfiles de diferente espesor con una misma máquina.
- Posibilidad de crear perfiles huecos.
- Gran velocidad de producción y producción económica de grandes volúmenes de piezas.
- Posibilidad de incorporar dentro de la operación de perfilado diferentes operaciones adicionales que con otro sistema deberían ser tratadas como operaciones secundarias. Por ejemplo, las etiquetas se pueden aplicar a la forma como proceso en línea.
- Posibilidad de preperforado.
- Capacidad de conformar prácticamente todo material que pueda ser doblado.
- Posibilidad de obtener perfiles curvos.
- Dos o más materiales o dos porciones distintas se pueden conformar simultáneamente para producir una forma revestida en una operación
- Obtención de niveles acústicos bajos
Inconvenientes
- Importancia de la selección del material. Los materiales usados pueden presentar problemas de calidad tales como bolsas, estrías y ondulamiento de los bordes. En consecuencia, se debe tener mucho cuidado al seleccionar la calidad del material.
- Complicación del propio proceso de deformación de la chapa y falta de personal altamente cualificado de montaje y utilización en fábrica.
- Pequeñas marcas en la superficie son inevitables e inherentes del propio proceso de conformación.
- Necesidad de grandes lotes para justificar la inversión.
- Poca flexibilidad en el cambio de perfil.
Gama de productos
La gama de productos obtenidos con este proceso es casi ilimitada. En algunos casos, una chapa puede recibir un conjunto de deformaciones importantes hasta conseguir un perfil realmente elaborado y complejo, en otras ocasiones es posible alimentar en una misma máquina varias tiras de chapa para que estas sean deformadas al mismo y tiempo, y, si se desea, hasta poder conseguir un único perfil de sección compuesta.
Los perfiles no tienen porque ser forzosamente abiertos, sino que existe una gran cantidad de variedad de productos cerrados, conseguidos ya sea por costura como por soldadura.
En la Figura se presentan algunos ejemplos de perfiles típicos obtenidos mediante este proceso.
Equipos auxiliares
Además de la máquina de perfilar propiamente dicha, varios equipos pueden o deben ser introducidos en serie para la obtención del perfil deseado.
En la Figura se puede observar una línea de perfilado complejo, con varios elementos auxiliares y con una disposición bastante típica.
Sistema de alimentación de chapa
El suministro de chapa se suele realizar normalmente mediante bobinas o flejes, aunque en algunos casos la alimentación de chapa se realiza mediante planchas.
Devanadora
En el caso que se utilice bobinas o flejes, la mayoría de los casos, será necesario la adquisición de una devanadora. Estas máquinas consisten en un mandrino expansible que permite encajarse en el diámetro interior del fleje o bobina deseada. Los parámetros de selección básicos son la capacidad de carga de la bobinadora, la anchura máxima y el diámetro máximo de la bobina o fleje que albergará.
Algunas de estas devanadoras presentan una base giratoria y dos brazos. Una bobina puede ser posicionada en un brazo mientras otra bobina esta siendo utilizada en el otro brazo, reduciendo el tiempo de cambio de bobina en la devanadora. Este tipo es ventajoso cuando las bobinas son relativamente pequeñas y la producción requerida es alta, ya que la proporción del tiempo consumido en el cambio de bobinas podría llegar a ser importante dentro del tiempo total de la producción.
El bucle de chapa es una cantidad de chapa que se deja expresamente para que sirva de reserva, y que de esta forma evitar un estiramiento de la chapa por parte de la máquina perfiladora.
Se trata de un parámetro fundamental, y que debe ser tenido muy en cuenta por el cliente. En la Figura podemos observar un ejemplo de bucle de chapa.
Existe un freno que permite parar el giro de la devanadora en caso de que sea necesario o por un evento inesperado que haga parar de forma repentina la máquina perfiladora. En algunos casos, la devanadora incorpora un sensor que permite limitar la altura de bucle de chapa. Este sensor, situado en el punto donde consideramos que el bucle debe ser máximo, actúa parando la máquina devanadora. Esto permite que no se obtenga un exceso de chapa debido a que la devanadora gire más rápido que lo que la perfiladora necesita.
En el caso de que la devanadora sea más lenta que la alimentación de chapa necesaria, y que los tiempos de parada no sean suficientes como para que la devanadora alimente chapa de reserva mientras la perfiladora este parada, será necesario incorporar una antena de contacto en la parte superior de la bobina que de la orden de parar la máquina perfiladora el tiempo suficiente para que la devanadora reponga la cantidad de chapa idónea para el correcto funcionamiento.
El tipo de control explicado obtiene unos resultados óptimos en la mayoría de los casos, aunque en algunos casos, cuando se dispone de suficiente bucle para que el peso sea significativo, es posible hacer servir devanadoras sin motor, más económicas, y que consiguen alimentar el bucle por el propio peso de la chapa. En otros casos, donde el proceso de conformado del perfil es más complejo, será necesario un método de control numérico. Este método es más caro y más complejo, por lo tanto no tendría que ser considerado a menos que fuese realmente necesario.
El tipo de devanadora, la altura del bucle, la distancia de este y el número y forma de ubicación de los sensores debe ser estudiado por el cliente para un correcto funcionamiento del proceso en conjunto y, de este forma, poder disminuir el tiempo de ciclo del proceso. Además de evitar excesivas arrancadas y paros por parte de los motores involucrados, evitando los inconvenientes asociados a este hecho.
Rodillos enderezadores
Se trata de unos rodillos situados normalmente a la salida de la bobinadora que permiten aplanar esta. La razón es que la chapa al estar enroscada en la bobina presenta una forma curva por defecto, no plana, y por lo tanto la chapa debe ser enderezada a una posición plana. Consiste en una serie de rodillos situados a diferente altura que obligan a la chapa a hacer cambios de dirección en ellos, obteniendo a la salida una chapa plana por defecto.
Equipo de soldadura
Para la obtención de perfiles cerrados será necesario incorporar un equipo de soldadura. Un ejemplo de este tipo de perfiles son los tubos, en la Figura 5.8 se puede observar el esquema de flor de un tubo, que debe ser soldado por la parte superior para conseguir finalmente un perfil cerrado final.
La forma y disposición de estos equipos es muy variada, dependiendo, entre otros muchos factores, del fabricante, de la forma del perfil y del material.
Los sistemas de soldadura son muy variados, pero cabe destacar la soldadura por roldanas, por arco eléctrico, por inducción de corriente o, una de las más usadas, ya que consigue uno de los mejores resultados, la soldadura por láser.
Clasificación general
Tipos de máquinas
La máquina perfiladora de chapa en frío más comúnmente usada tiene un número de etapas comprendido entre 5 y 15, cada una de las cuales formada por una pareja de rodillos montados uno sobre el otro. Uno de los lados es ajustable mientras que el otro es fijo. La flexibilidad de esta construcción permite al diseñador utilizar suficientes etapas para satisfacer las necesidades del perfil. En algunas ocasiones se construye la máquina de forma modular; esta disposición permite añadir una longitud adicional a la base, que a su vez, permite añadir etapas adicionales para una posible necesidad futura.
Los pernos roscados que permiten el ajuste vertical de los rodillos superiores suelen ser diseñados con tuerca y contra-tuerca de apriete, que permiten fijar con seguridad la etapa superior. Adicionalmente, existe en el mercado la posibilidad incorporar un micrómetro, que permite ajustar con mayor precisión la altura de los rodillos y una forma de “guardar” un valor de la posición para cada etapa. Facilitando en gran medida el reajuste de la máquina en caso de necesidad.
Según el tipo de alimentación
Una primera clasificación de este tipo de máquinas es según el tipo de alimentación de material que presenten:
- Método de material pre-cortado.
Máquinas que hacen servir láminas de chapa con las dimensiones iniciales. Este tipo de máquinas, o células de conformado, necesita normalmente un sistema de almacenamiento y alimentación para introducir la chapa precortada en la máquina. Las velocidades que suelen conseguir estas máquinas suelen estar comprendidas entre 15 y 75 m/min, es importante destacar que esta velocidad es constante, es decir, la máquina no se detiene en ningún momento. Suele ser necesario también un transportador exterior para el perfil obtenido y un sistema de almacenaje posterior.
Este método se suele usar para operaciones de bajo volumen o cuando es difícil conseguir el suficiente espacio como para lograr que todo el proceso (tanto la bobinadora, como operaciones externas al perfilado que deban ser incluidas en el perfil) se consiga de forma progresiva mediante una disposición en serie. A menudo el material precortado se obtiene de una bobina y una cortadora de chapa externas, que trabajan de forma independiente suministrando la chapa con las dimensiones necesarias para perfilar.
Se trata de un sistema relativamente barato, ya que las opciones complementarias se pueden realizar de forma totalmente independiente, y la máquina cortadora solo necesita una matriz cortante recta de características muy simples. Los inconvenientes de este método es que la logística necesaria para conseguir una buena productividad es bastante compleja, ya que el material realiza saltos de una máquina a otra, y por lo tanto el tiempo perdido en la manipulación de la chapa es bastante elevado. A esto se le debe añadir que, la longitud del producto final como mínimo tiene que ser dos veces la amplitud del perfil, y que es más difícil conseguir tolerancias precisas, por lo tanto es necesario un mayor número de etapas para conseguir el mismo perfil pero usando el método post-cortado.
- Método de material post-cortado
Máquinas que usan una bobina de chapa. Esta chapa entra a la máquina desde una bobinadora de forma continua y el tamaño final del perfil se consigue con el posterior corte del perfil (en una máquina cortadora).
Este es el método más eficiente y productivo. Los inconvenientes es que es necesaria una bobinadora, una máquina de perfilar, una máquina cortadora y una mesa con rodillos que permita trasladar el perfil, y todo esto, junto con otros procesos que puedan ser necesarios, dispuestos de forma continua o con elementos que permitan agilizar los codos.
El coste de los elementos necesarios y el tiempo de intercambio de una herramienta o máquina son mayores que en el sistema pre-cortado, pero el incremento de la eficiencia de el proceso de post-cortado equilibra esta limitación. Por esta razón este método es el más utilizado de cara a grandes volúmenes de producción de un perfil, donde el cambio de las herramientas es de forma muy puntual.
El sistema de precorte tiende a producir un pliegue en el extremo del perfil mayor que los sistemas con corte posterior. Por esta razón, a pesar que la guillotina del sistema de post corte suele ser más cara que una usada en máquinas de precorte, se suele utilizar más el post cortado.
Seguridad
Los métodos de seguridad deberán ser acordes con el nivel de peligro y riesgo que entraña la instalación en concreto. Dichos métodos incluirán todas las precauciones descritas a continuación y todas las medidas de seguridad adicionales según los requisitos de la instalación de una máquina de perfilar, además de las normas de seguridad vigentes en ese momento para la planta o taller. Parte de esta normativa se encuentra mostrada en el Anexo G, pero para obtener más información sobre este punto, se puede consultar las siguientes normas:
| UNE-EN 292-2/A1 | Seguridad de las máquinas |
| UNE-EN 292-1 | Seguridad de las máquinas |
| UNE-EN 292-2 | Seguridad de las máquinas |
Seguridad en << zona peligrosa>>
La zona eminentemente peligrosa donde una persona expuesta presente un peligro o riesgo para su salud o su propia seguridad es la zona de deformación de la chapa, así como la zona de transmisión del movimiento.
Para poder proteger al usuario de este peligro se ha pensado en una protección de rejilla metálica. Este sistema presenta la capacidad de protección deseada para evitar la interferencia física de cualquier persona, y la capacidad de visualización necesaria para el buen funcionamiento y mantenimiento de la máquina.
Este sistema de protección será comprado externamente, y tenido en cuenta en el presupuesto, debido a que existen empresas dedicadas a este tipo de fabricación estándar y que permite abaratar el coste del sistema de cerradura.
Otra zona mecánicamente peligrosa es la zona del motor. Este va ubicado bajo la bancada, para dar la protección deseada y por una cuestión estética, lo que se hace es cerrar exteriormente la bancada, con rejillas suficientes para la ventilación del motor, y con una caja a medida que cubrirá el sistema de transmisión por cadena.
En el caso de existir un elemento controlador este presenta un peligro de alta tensión asociado a los componentes ubicados en su interior, como pueden ser la alimentación principal, la unidad de potencia y contactores de la maniobra, la fuente de alimentación del sistema, posibles unidades de accionamiento.
Fuentes
- CALERO PEREZ, R. y CARTA GONZÁLEZ, J. A., Fundamentos de mecanismos y máquinas para ingenieros. Mc Graw Hill. 1ª Ed. 1999. Aravaca (Madrid) 28023.
- CHEVALIER A. Dibujo Industrial. Séptima reimpresión. Editorial Limusa. México D.F. 2000
- LARBURU N. Máquinas Prontuario.Thomson. 13ª Edición - 2ªReimpresión. Madrid.
- NIEMANN G., Elementos de máquinas I,Munich, abril 1981
