¿Alguna vez se ha preguntado cómo se transforman enormes planchas de metal en precisas formas cilíndricas? Este artículo desvela la fascinante mecánica que hay detrás de las curvadoras de chapa de cuatro rodillos, explorando su estructura, principios de funcionamiento y los cálculos críticos para la selección de la potencia del motor. Prepárese para sumergirse en las maravillas de la ingeniería que impulsan industrias como la construcción naval y el petróleo.
Una laminadora de chapa es un equipo de conformado versátil que transforma la chapa metálica en formas cilíndricas, de arco y otras formas complejas. Este equipo desempeña un papel crucial en diversas industrias, como la fabricación de calderas, la construcción naval, el procesamiento de petróleo, la producción química, la fabricación de estructuras metálicas y la fabricación mecánica.
La plegadora de chapa de cuatro rodillos destaca por sus características de rendimiento superiores. Ofrece una cómoda alineación central, un excedente mínimo de bordes rectos, una gran precisión en la corrección de la redondez y una eficacia excepcional. Una de sus principales ventajas es la capacidad de completar tanto el precurvado como el conformado de la pieza en un único proceso de laminado, lo que elimina la necesidad de cambiar el extremo de la chapa. Estas características han consolidado su posición como herramienta cada vez más indispensable en las operaciones de conformado de chapa metálica.
Durante su funcionamiento, la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos experimenta condiciones de fuerza complejas y cargas significativas, lo que requiere componentes de rodamiento robustos y rígidos. Por tanto, la precisión y la fiabilidad en el diseño de los rodillos de chapa son primordiales para garantizar un rendimiento óptimo y la longevidad del equipo.
El proceso de diseño comienza con la determinación de los parámetros de fuerza críticos de la máquina curvadora de rodillos, incluida la presión del rodillo, el par de curvado y la potencia del motor. Se realiza un análisis exhaustivo de la carga de la maquinaria de laminación proporciona datos de referencia esenciales para el diseño preciso de los rodillos de chapa, garantizando que puedan soportar las tensiones operativas.
Calcular la potencia de accionamiento principal de la máquina curvadora de rodillos de chapa es un paso fundamental para seleccionar el motor principal adecuado. Este cálculo requiere una consideración cuidadosa, ya que la selección del motor afecta tanto al rendimiento como a la eficiencia. Un motor subdimensionado se enfrentará a una sobrecarga prolongada, lo que provocará daños en el aislamiento debido a la generación excesiva de calor. Por el contrario, un motor sobredimensionado funcionará de forma ineficaz, desperdiciando energía eléctrica y aumentando los costes operativos.
Por tanto, realizar un análisis exhaustivo de la carga y perfeccionar el cálculo de la potencia accionada para la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos tiene un valor práctico significativo. Permite a los ingenieros seleccionar un motor que equilibre los requisitos de potencia con la eficiencia energética, optimizando el rendimiento y la longevidad de la máquina.
Este post tiene como objetivo proporcionar una visión general de la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos. Profundizaremos en su estructura básica y sus principios de funcionamiento, analizaremos en detalle sus capacidades de fuerza y presentaremos la fórmula de cálculo precisa para determinar la potencia motriz principal. Esta información servirá como valioso recurso para ingenieros y técnicos implicados en el diseño, la selección y el funcionamiento de estas sofisticadas máquinas de conformado de metales.
La laminadora funciona según el principio de conformación en tres puntos, utilizando el cambio de posición relativa y el movimiento de rotación del rodillo de trabajo para producir un plegado elastoplástico continuo y lograr la forma y precisión deseadas de la pieza.
La estructura de la máquina curvadora de placas de cuatro rodillos se muestra en la Figura 1 y se compone de varias partes, incluyendo un bastidor bajo, dispositivo de volcado, rodillo superior, rodillo inferior, dos rodillos laterales, bastidor alto, viga de conexión, base, dispositivo de equilibrado, dispositivo de transmisión, sistema eléctrico y sistema hidráulico.
El rodillo de trabajo de la máquina de placa de cuatro rodillos consta de cuatro rodillos: un rodillo superior, un rodillo inferior y dos rodillos laterales.
El rodillo superior es el rodillo motriz principal y está incrustado en el bastidor alto y bajo a través de un cuerpo de rodamiento. Su posición es fija, permitiendo únicamente el movimiento de rotación.
El rodillo inferior está fijado en un pedestal de rodamientos, que puede moverse en línea recta para compensar el grosor del placa doblada.
Los dos rodillos laterales también están instalados en pedestales de rodamientos, que pueden moverse hacia arriba y hacia abajo en un cierto ángulo con la dirección vertical para lograr el radio deseado de curvatura del cilindro.
Fig.1 Estructura de la máquina curvadora de chapas de cuatro rodillos
En general, rodar un chapa metálica en una pieza cilíndrica en una máquina curvadora de cuatro rodillos consta de cuatro procesos, a saber:
Durante el funcionamiento de la laminadora, el extremo delantero de la chapa se coloca entre los rodillos superior e inferior y se alinea con uno de los rodillos laterales. A continuación, el rodillo inferior se levanta para presionar firmemente la placa, y el otro rodillo lateral se eleva para aplicar fuerza y doblar el extremo de la placa metálica.
Para precurvar el otro extremo de la chapa, no es necesario retirarla de la laminadora. Basta con mover la placa al otro extremo de la máquina y repetir el proceso.
La laminación continua se consigue mediante la alimentación única o múltiple hasta alcanzar el radio de curvatura del cilindro deseado.
Por último, se realizan correcciones de redondez para conseguir la redondez y la cilindricidad requeridas.
Se puede observar que el uso de la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos permite colocar la chapa en la máquina una sola vez, logrando todo el curvado requerido.
Como se muestra en la FIG. 2, la distribución de la tensión de la sección de la placa a lo largo de la dirección de chapa de acero altura durante la flexión plástica pura lineal se muestra en la FIG. 2.
La relación funcional de la tensión verdadera puede expresarse del siguiente modo:
En la fórmula anterior:
En la fórmula anterior:
El momento flector en la sección transversal Ｍ es:
Poniendo la fórmula （１）y（２）en（４）, obtenemos:
En la fórmula anterior:ｂ- La anchura máxima de la chapa de acero laminada.
Momento flector de deformación inicial Ｍ０ es:
Las características estructurales de los cuatro rodillos permiten dos disposiciones diferentes: una disposición simétrica y otra asimétrica.
Por lo tanto, es necesario un análisis de fuerza independiente de la máquina de cuatro rodillos.
2.2.1 Los rodillos están dispuestos de forma simétrica
La fuerza de la placa de acero se muestra en la FIG. 3.
Según el equilibrio de fuerzas, se puede obtener la fuerza de cada rodillo de trabajo sobre la chapa de acero:
En la fórmula anterior:
El valor de α0 puede determinarse mediante la siguiente fórmula según la relación geométrica:
En la fórmula anterior:
2.2.2 Los rodillos están dispuestos de forma asimétrica
La fuerza de la placa de acero se muestra en la FIG. 4 cuando el rodillo está dispuesto asimétricamente.
Según el equilibrio de fuerzas, se puede obtener la fuerza de cada rodillo de trabajo sobre la chapa de acero:
En la fórmula anterior:
El valor de α, β puede determinarse mediante la siguiente fórmula según la relación geométrica:
En la fórmula anterior:
En la fórmula: A1 = Asinγ/sin(γ - φ)
El rodillo superior de la curvadora de cuatro rodillos es un rodillo accionado, y el par de accionamiento total que actúa sobre él es la suma del par consumido por la deformación y la fricción.
El par de fricción incluye la resistencia a la fricción consumida al rodar el rodillo del eje sobre la placa de flexión y el par consumido por la fricción del rodamiento.
El par consumido en la deformación puede determinarse por el trabajo realizado por el interno fuerza de flexión y la fuerza externa sobre el rodillo superior.
En la fórmula:
Haciendo la fórmula (17) igual a la fórmula (18), obtenemos el par consumido en la deformación:
El par para vencer la fricción puede determinarse mediante las fórmulas (19) y (20).
Par de fricción del rodillo del eje en la disposición simétrica:
Par de fricción del rodillo del eje en la disposición asimétrica:
En la fórmula anterior:
El par motor total en el rodillo superior es:
La fórmula de cálculo de la potencia motriz es
En la fórmula:
De acuerdo con las condiciones reales de aplicación de la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos, la potencia motriz del rodillo motriz se calcula durante el proceso de precurvado y laminado, y la potencia motriz del sistema de accionamiento principal es el valor mayor en el resultado del cálculo:
En la fórmula anterior:
El valor calculado Pq de la potencia motriz puede servir de base para seleccionar la potencia del motor principal.
(1) Basándose en las características estructurales y el principio de funcionamiento de la máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos, se analiza la fuerza del rodillo de trabajo y se obtiene la fórmula para calcular el rodillo de trabajo bajo diferentes disposiciones.
(2) Mediante el análisis del momento de flexión de deformación máxima y la fuerza de apoyo del rodillo de trabajo, y utilizando principios de transformación de funciones, se establece la relación entre la fuerza, el momento de flexión y la potencia de accionamiento del dispositivo. Se propone un método para calcular la potencia motriz del sistema de accionamiento principal.
Según las condiciones reales de aplicación, la potencia de accionamiento para el precurvado y el laminado se calcula por separado, y la potencia del motor principal se selecciona en función del valor calculado mayor.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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