¿Alguna vez se ha preguntado cómo se fabrican formas complejas, como conos y cilindros, a partir de chapas planas? Este artículo explora el fascinante proceso del curvado con rodillo, desglosando los pasos y métodos utilizados para transformar materiales sencillos en formas intrincadas. Prepárese para descubrir los secretos de esta técnica de ingeniería esencial y mejore su comprensión de la fabricación mecánica.
Las piezas cilíndricas y cónicas se forman mediante un proceso de rotación que implica girar su generatriz -la línea que define el perfil de la forma- 360 grados alrededor de la línea central de rotación dentro de un mismo plano. Este principio fundamental sustenta el proceso de laminado de conos.
En el caso de las piezas cilíndricas, la generatriz mantiene una orientación paralela a la línea central de rotación, lo que da como resultado un diámetro uniforme a lo largo de su longitud. Por el contrario, las piezas cónicas presentan una generatriz inclinada en un ángulo específico respecto a la línea central de rotación, lo que crea un perfil cónico con diámetros variables a lo largo de su longitud.
La conformación de piezas cilíndricas y cónicas se basa en el principio de la flexión en tres puntos. Este método consiste en aplicar fuerza en tres puntos distintos de la pieza: dos puntos de apoyo y un punto de flexión. En el laminado cónico, estos puntos suelen estar representados por tres rodillos -dos rodillos de apoyo cónicos y un rodillo de presión- que trabajan conjuntamente para dar forma al material.
A medida que la pieza gira entre estos rodillos, el rodillo de presión ejerce una fuerza controlada, provocando una deformación plástica localizada. Esta deformación, combinada con el movimiento de rotación, moldea gradualmente el material en la forma cilíndrica o cónica deseada. El ángulo y la posición de los rodillos, sobre todo en el caso de las formas cónicas, son cruciales para conseguir la conicidad y la precisión dimensional deseadas.
El proceso de laminación consta de tres pasos:
Primer paso:
Para iniciar el proceso de curvado, introduzca la pieza de trabajo en el rodillo de trabajo de la máquina curvadora de rodillos. La máquina curvadora de rodillos consta de tres rodillos para una máquina curvadora de tres rodillos o de cuatro rodillos para una máquina curvadora de cuatro rodillos.
En una máquina curvadora de tres rodillos, uno de ellos está situado encima de la pieza y se denomina rodillo superior, mientras que los dos rodillos situados debajo de la pieza se conocen como rodillos inferiores.
En una plegadora de cuatro rodillos, hay tres rodillos situados debajo de la pieza, uno en el mismo plano vertical que el rodillo superior, denominado rodillo inferior central, y los otros dos a ambos lados del rodillo superior, denominados rodillos laterales.
El rodillo superior del curvado de rodillos La máquina puede doblar la pieza con dos rodillos cualesquiera del rodillo lateral y los rodillos medio e inferior. Este artículo sólo cubre la disposición simétrica de dos rodillos inferiores o rodillos laterales y rodillos superiores.
Segundo paso:
El segundo paso del rodillo proceso de plegado es alimentar el cilindro de trabajo con un movimiento de flexión de tres puntos. En algunos casos, el rodillo superior se utiliza para presionar la alimentación, mientras que el rodillo inferior o rollo lateral se mueve hacia arriba.
A efectos descriptivos, basados en el principio del movimiento relativo, la pieza y el rodillo inferior o lateral se consideran estacionarios, y el rodillo superior es presionado hacia abajo. Al laminar una pieza cilíndrica, el rodillo superior es paralelo al rodillo inferior mientras presiona hacia abajo. Al laminar una pieza cónica, el rodillo superior está inclinado respecto al rodillo inferior durante el proceso de prensado.
A medida que aumenta la reducción, la curvatura de la generatriz y sus proximidades se hace mayor.
Tercer paso:
El tercer paso en el proceso de curvado de rodillos implica la rotación de la pieza de trabajo a través del movimiento rotatorio del rodillo de trabajo. Mientras tanto, la reducción del rodillo superior se mantiene constante, dando como resultado que cada generatriz de la pieza de trabajo tenga la misma curvatura o distribución de curvatura y se convierta en un cilindro circular o cilindro cónico.
Hay muchos métodos para hacer rodar el cono con el laminadora de chapa, cada uno de ellos adecuado para piezas diferentes y con sus propias características únicas. Independientemente del método utilizado, es importante garantizar que la generatriz de la pieza coincida con la del rodillo superior durante el proceso de laminado.
El cilindro cónico es una chapa de acero en forma de abanico laminada en la máquina curvadora de chapa del cilindro de trabajo. Es importante garantizar que la generatriz de la pieza de trabajo coincida con la del cilindro superior durante el proceso de laminado.
El movimiento del abanico chapa de acero entre los cilindros de trabajo puede considerarse como un movimiento combinado del movimiento uniforme de cada punto de la generatriz de la pieza de trabajo en la dirección perpendicular al eje del cilindro de trabajo (el movimiento giratorio del dispositivo de transmisión principal del cilindro de trabajo cilíndrico puede lograr este movimiento) y la rotación de la pieza de trabajo alrededor de una línea vertical que pasa por un punto determinado de la generatriz.
Para que el cabezal grande vaya más rápido o el pequeño más despacio, se aplica un momento adicional a la placa de acero en forma de abanico para vencer la fricción entre la pieza y el rodillo de trabajo. Esta es la clave para laminar el cono.
El movimiento de rotación de la pieza alrededor de la línea vertical que pasa por este punto en su propia generatriz requiere el menor momento.
Dependiendo de si se utiliza el rodillo de empuje (bloque) durante el proceso de laminación, puede clasificarse como método de rodillo de empuje o método de rodillo no de empuje.
Existen los siguientes tipos de métodos de rodillos no axiales:
1) Método de marcado de particiones:
Para ejecutar este método, dibuje varias generatrices en la superficie de abanico de la pieza. A continuación, alinee cada generatriz de la pieza con la generatriz del rodillo superior y ruede la pieza a ambos lados de cada generatriz utilizando la partición de generatriz.
Aunque sencillo, se trata de un método aproximado y discontinuo de escasa eficacia.
La rotación de la placa de acero en forma de abanico alrededor de la plomada, que pasa por un punto específico de su generatriz, se consigue alineando manualmente la generatriz.
2) Método del rodillo cónico:
El método de rodillos cónicos se utiliza para piezas con tres rodillos cónicos. La conicidad del rodillo cónico viene determinada por la pieza de trabajo, y no hay deslizamiento entre la pieza y la superficie del rodillo.
Existen rodillos activos con rodillos cónicos (normalmente rodillos superiores) y rodillos pasivos con manguitos segmentados. La pieza, el manguito y el núcleo del rodillo se deslizan entre sí. A medida que aumenta el número de rodillos, disminuye el deslizamiento entre la pieza y el manguito.
El movimiento de una placa de acero en forma de abanico se realiza directamente a través de un rodillo cónico. El método del rodillo cónico es el más eficaz y rentable, adecuado para la producción en serie y de una sola variedad.
3) Método del rodillo de sujeción:
Generalmente, el método de rodillo de sujeción se utiliza con una plegadora de cuatro rodillos. Para aplicar este método, incline el rodillo inferior, sujete el extremo grande de la pieza de trabajo con los rodillos superior e inferior, y ajuste la cantidad de inclinación y la fuerza de sujeción del rodillo inferior para adaptarse a diversas piezas de trabajo.
El movimiento de rotación de una placa de acero en forma de abanico alrededor de una línea vertical que pasa por un punto determinado de su generatriz se consigue mediante la fricción entre el rodillo de sujeción y la superficie de la pieza. Aunque este método es sencillo, requiere experiencia y, cuando el cono es grande o la pieza es gruesa, suele utilizarse en combinación con el rodillo de empuje.
El método sin rodillo de empuje tiene la ventaja de que el borde de la chapa de la pieza no entra en contacto con el rodillo de empuje, y el borde biselado puede hacerse primero y luego laminarse. La integridad del borde biselado afecta a la calidad de soldadura. El método de rodillo de empuje puede dañar el borde biselado de la pieza, especialmente en el caso de piezas con conos más grandes o gruesos.
Sin embargo, crear un borde biselado en una pieza circular después del laminado es todo un reto. Para hacer primero el borde biselado y después laminar el cono, se diseña el siguiente dispositivo de enrollado en una máquina curvadora de chapa de tres rodillos con un rodillo activo de 70 × 3500 como rodillo superior tanto del cilindro como del cono.
Para el rodillo superior de la torre del aerogenerador se diseña un manguito cónico de tres secciones basado en la conicidad de la torre. El manguito cónico está firmemente unido al rodillo superior mediante una chaveta. El manguito cónico tiene un grosor medio de 35 mm y es templado y revenido. Se coordina dinámicamente con el rodillo superior.
Las superficies de los dos rodillos inferiores están templadas, y en el espacio entre los dos rodillos inferiores puede colocarse un pequeño rodillo de sujeción accionado por un cilindro de aceite. El rodillo de apriete debe sujetar la pieza y el rodillo superior para evitar que la pieza se deslice con el rodillo superior. El resultado real del laminado es un Q345 pieza de trabajo. Debido a la pequeña conicidad de la pieza de trabajo, se puede lograr un mejor efecto sin un rodillo de sujeción. Si además se endurece el rodillo superior, será más fácil retirar e instalar el manguito cónico. Se trata de una combinación del método del rodillo cónico y el método del rodillo de sujeción.
Como el rodillo inferior es un rodillo cilíndrico y el superior está cubierto con un manguito de rodillo, la estructura es sencilla y el coste es bajo. Existen varios tipos de métodos de rodillos de empuje:
1) Se coloca un rodillo de empuje en el rodillo superior del lado de vuelco:
El rodillo de empuje se instala en la sección de transición entre el cuerpo del cilindro superior y el cojinete lateral de vuelco del cilindro superior mediante cojinetes axiales y radiales.
Una parte del rodillo de empuje se inserta en el bastidor de vuelco para limitar que el rodillo de empuje gire con el rodillo superior.
El rodillo de empuje está generalmente en contacto con el borde de la placa del extremo pequeño de la pieza de trabajo, y el movimiento de rotación de la placa de acero en forma de abanico alrededor de la línea de plomada que pasa a través de un cierto punto en su propia generatriz se realiza por la fuerza de fricción entre el rodillo de empuje y el borde de la placa de la pieza de trabajo.
Este método es adecuado para la pieza de trabajo con un espesor de placa más pequeño, un cono más grande y un rodillo de empuje de cabeza más pequeña.
2) Se coloca un rodillo de empuje en el rodillo inferior del lado de vuelco:
El rodillo de empuje está colocado en los dos bloques de rodamientos de rodillos inferiores en el lado de vuelco, y está directamente conectado de forma fija con la parte superior del asiento del rodamiento de rodillos inferior.
El principio de funcionamiento es el mismo que el del primer método, que es adecuado para la pieza de trabajo con un cono más grande y un rodillo de empuje de cabeza más pequeña, y el espesor de la placa es mayor que el del primer método.
3) Se dispone un rodillo de empuje en el bastidor del lado volcado:
El rodillo de empuje se instala en el bastidor del lado volcado de la máquina dobladora de cuatro rodillos con pernos, y el plano superior del rodillo de empuje es ligeramente más alto que la generatriz inferior del rodillo superior.
4) En el bastidor de vuelco se dispone un rodillo de empuje:
Los rodillos de empuje están instalados a ambos lados del rodillo superior y en el bastidor de volteo, con chavetas de deslizamiento cortas colocadas entre el bastidor de volteo y el bastidor de la máquina.
5) Se coloca un rodillo de empuje en la bancada de la máquina:
El bastidor del rodillo de empuje se instala en la bancada con un pasador, y el rodillo de empuje se instala a ambos lados del rodillo.
El bastidor del rodillo de empuje puede girar alrededor del eje del pasador, y el rodillo de empuje puede elevarse y bajarse dentro del bastidor del rodillo de empuje.
6) Un rodillo de empuje está dispuesto en el bastidor en el lado de la transmisión:
Un gran plano de montaje está dispuesto a ambos lados del rodillo superior en el bastidor del lado de la transmisión.
El plano dispone opcionalmente de roscas interiores, ranuras trapezoidales, ejes de pasadores, chavetas, etc. para la fijación del dispositivo de rodillo de empuje, lo que permite cambiar la posición relativa y la dirección del dispositivo de engranaje con respecto al rodillo de trabajo según sea necesario.
Todos ellos se instalan en la parte baja del bastidor. Generalmente, la pieza de trabajo no interferirá con él, y el rodillo de empuje está cerca de la superficie del rodillo de trabajo.
Este método puede utilizarse para laminar piezas con un cono mayor y un rodillo de empuje de cabeza menor.
Los métodos 2, 4, 5 y 6 utilizan dos rodillos de empuje situados a ambos lados del rodillo superior.
Durante el funcionamiento, la placa se coloca contra los dos rodillos de empuje, con el rodillo de empuje del lado de alimentación ejerciendo un par sobre la pieza y el rodillo de empuje del lado de descarga guiando la pieza.
Bajo la fuerza de los rodillos de empuje, la pieza se desviará de su posición original.
La mayor parte del tiempo, la pieza está en contacto con una sola rueda dentada.
El rodillo de empuje del lado de alimentación ejerce un par sobre la pieza, mientras que el rodillo de empuje del lado de descarga guía la pieza. Si la pieza gira demasiado alrededor de la línea central, el rodillo de empuje del lado de descarga la bloquea.
Los dos rodillos de empuje trabajan juntos para guiar y aplicar el momento giratorio.
El efecto de guiado de dos rodillos de empuje es mejor que el de uno, y el par de rotación ejercido por dos rodillos de empuje sobre la pieza es mayor que el de uno. Sin embargo, los dos rodillos de empuje se encuentran a ambos lados del rodillo superior.
Cuando el rodillo de empuje de la cabeza pequeña de la pieza es pequeño, no es fácil bloquear la pieza. Cuando se utilizan dos rodillos de empuje, la pieza se guía mejor y puede moverse hacia arriba y hacia abajo a lo largo de su propio eje. El resultado es un menor desgaste del borde de la placa y una mayor vida útil de la superficie de la rueda de retención.
Cuando se utilizan dos rodillos de empuje, el contacto entre la pieza y la rueda dentada crea una fuerza radial más directa y eficaz, en lugar de basarse en la fricción, por lo que no es necesario tener en cuenta el coeficiente de fricción.
Cuanto más alejado esté el rodillo de empuje del rodillo superior, más largo será el brazo de fuerza, lo que conlleva un mayor par de giro aplicado. Esto se ilustra en las figuras 1 y 2. El espesor del tubo cónico laminado también requiere un rodillo de empuje mayor para el extremo pequeño de la pieza.
En el método 6, hay bloques de rodamiento en ambos extremos del rodillo de empuje, lo que lo convierte en una viga simplemente apoyada con una gran capacidad de carga. Por el contrario, en el método 5, la rueda de retención es una viga en voladizo con una capacidad portante relativamente pequeña.
En el método 5, el rodillo de empuje está situado en la bancada del torno, y es menos probable que la pieza y el bastidor interfieran entre sí.
Hemos utilizado el método 6 en una plegadora de tres rodillos 55 × 3200 para enrollar una pieza con un ángulo de medio cono de 30 grados.
Para evitar la interferencia entre la pieza de trabajo y el bastidor ancho, se añadió un soporte de 1 m de altura con una parte inferior grande y una parte superior pequeña entre el rodillo de empuje y el plano de montaje del bastidor, y la rueda de tope se insertó en la superficie del rodillo de trabajo a lo largo de la dirección axial.
A veces, cuando la pieza es plana y el rodillo de empuje no puede alcanzarla, el problema puede resolverse doblando primero la pieza o desplazando el rodillo de empuje hacia abajo.
La desventaja del método de rodillo de empuje es el daño en el borde de la placa en un extremo de la pieza.
El rodillo de empuje puede girar alrededor de su propio eje y moverse hacia arriba y hacia abajo a lo largo de su propio eje, y su superficie está templada para reducir los daños en el borde de la placa.
Aumentar la distancia entre el rodillo de empuje y el rodillo superior no sólo puede reducir la fuerza entre el rodillo de empuje y la pieza, sino también aumentar la fuerza sobre la pieza gruesa, lo que requiere precurvar el extremo más largo de la placa si es posible.
La fricción y el coeficiente de fricción son factores muy importantes en el proceso de laminación de un cono.
En el caso del método sin rodillo de empuje, se puede conseguir un mejor efecto sin rodillo de sujeción, lo que puede deberse al diferente coeficiente de fricción entre el rodillo superior y el inferior.
Durante el laminado de un tubo cónico de acero de alta resistencia de 40-50 mm de espesor para un proyecto a gran escala en una placa de tres rodillos de 100 × 4000 maquinaria de laminaciónEn el año 2000, se cortaron todos los tornillos de fijación de la rueda dentada al bastidor en el lado de accionamiento y el proyecto quedó paralizado.
Según nuestro análisis de campo y nuestra experiencia, esto puede deberse a una resonancia.
Se sugiere añadir un poco de aceite lubricante entre la pieza y el rodillo pasivo para cambiar el coeficiente de fricción y la frecuencia de vibración.
Esto no sólo resuelve el problema, sino que también permite laminar piezas más gruesas, ya que el aceite lubricante también reduce la carga rotativa de la pieza alrededor de la plomada que pasa por un punto de su generatriz.
Debe tenerse en cuenta que el aceite lubricante de la pieza debe eliminarse después del bobinado para evitar que afecte a la calidad de la soldadura.
Los requisitos de fuerza para diferentes piezas de trabajo en diversos métodos de laminado de conos dependen tanto de conocimientos empíricos como de cálculos teóricos. La estimación precisa de la fuerza es crucial para la optimización del proceso y la seguridad del equipo.
Del análisis anterior se desprende que, en algunos métodos, sólo un rodillo de empuje aplica el momento rotativo a la pieza. Esta distribución desigual de la carga entre los rodillos de empuje puede provocar una concentración de tensiones y un posible fallo del equipo.
Un estudio de caso ilustra este punto: Se utilizó una laminadora de chapas de 70 × 3000 mm para laminar conos de cáscara de alto horno de 60 × 2000 mm utilizando el método 6. Durante el proceso de laminado, los pernos de conexión entre las partes superior e inferior del bastidor del lado de transmisión fallaron debido a una resistencia insuficiente. Tras mejorar el diseño de la conexión del bastidor, la operación de laminado se completó con éxito. Este incidente subraya la importancia de una estimación precisa de la fuerza y un diseño robusto del equipo.
En el método 1, el rodillo de empuje se basa principalmente en la fricción entre el rodillo y la pieza para transmitir la fuerza. La fuerza normal sobre el rodillo de empuje suele ser varias veces superior a la fuerza de fricción, lo que puede dañar la pieza durante el laminado. Este riesgo es especialmente elevado en el caso de materiales finos o blandos.
Al seleccionar un método de laminado de conos, tenga en cuenta los siguientes factores:
Optimizar el proceso de laminación de conos:
Evaluando cuidadosamente estos factores y empleando técnicas avanzadas de ingeniería, los fabricantes pueden elegir el método de laminado de conos más adecuado para garantizar la calidad del producto, la eficacia del proceso y la longevidad del equipo.
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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