¿Por qué las bridas de pernos de acero de calibre ligero desarrollan ondulaciones en los bordes y cómo el control de la separación de laminación lo soluciona?

Cuando un perno de acero de calibre ligero sale de la última pasada de conformado, las bridas deberían quedar planas. Sin embargo, a veces se observa un borde ondulado a lo largo de la brida. Esta del acero de calibre ligero ondulación en el borde no es un problema estético aleatorio en muchos casos, sino un síntoma recurrente de una distribución desigual de la tensión y una elongación diferencial generadas dentro del tren de conformado. Para corregirlo, es necesario considerar de la separación entre rodillos , el equilibrio de la secuencia de conformado, el estado de las herramientas y las variables de la banda de entrada como un sistema único e interrelacionado.

¿Por qué se produce la ondulación en el borde del acero de calibre ligero en las bridas de los pernos de acero de calibre ligero?

El conformado por laminación consiste en doblar una tira plana mediante una serie de pasadas que modifican progresivamente su sección transversal. En un perfil de espárrago, el alma y las dos alas no recorren la misma distancia durante la transformación de la tira. Los bordes de las alas deben estirarse ligeramente más que el eje central del alma para adaptarse a la geometría, pero esta deformación diferencial debe mantenerse controlada. Cuando la deformación local supera la capacidad del material para distribuir la tensión de manera uniforme, el borde de la ala desarrolla una arruga u ondulación.

Mecánicamente, esto ocurre cuando la tira entra en una pasada ligeramente desviada del plano o cuando un lado de la herramienta fuerza al material a moverse más que el otro. Debido a que el acero de calibre ligero —normalmente entre 0,45 y 1,2 mm— tiene baja resistencia a la flexión, tiende a pandearse elásticamente antes de ceder plásticamente. Incluso una pequeña cantidad de compresión no deseada en el borde de la brida dará como resultado ondulaciones visibles en lugar de un flujo uniforme.

La física que explica este fenómeno está bien documentada en el conformado de chapa metálica: la ondulación en el borde del acero de calibre ligero surge cuando la zona del borde experimenta una tensión residual de compresión tras pasar por una estación de conformado. A medida que el perfil avanza por las estaciones subsiguientes, dicha tensión residual se redistribuye y se hace visible como una onda periódica a lo largo de la longitud de la brida.

Causas primarias y vía diagnóstica

Antes de ajustar cualquier componente de la máquina, conviene distinguir entre las causas que se originan en la configuración de las herramientas y las que se originan en la tira de entrada. La secuencia de diagnóstico más rápida en una máquina perfiladora de pernos y guías es la siguiente:

• Pase una tira corta por la fresadora sin las guías de borde activadas para comprobar si la onda permanece simétrica o se desplaza de lado a lado; esto permite diferenciar el desequilibrio de las herramientas de los problemas de movimiento lateral.
• Mida el ancho de la brida en varias posiciones a lo largo del perfil: un ancho desigual indica que la tira no se está sujetando de manera uniforme entre pasadas.
• Compruebe si hay marcas o desgaste en el borde de la brida: los puntos brillantes suelen indicar que la tira está en contacto con el hombro del rodillo con demasiada fuerza, lo que crea la zona de compresión que provoca el pandeo.
• Verifique que la separación entre los rodillos sea uniforme en toda la superficie utilizando láminas de ajuste o un calibrador de espesores mientras los rodillos están inmóviles, y luego verifique bajo carga a la velocidad de producción.

Una vez que el proceso de diagnóstico identifica las variables que contribuyen al problema, la corrección generalmente se enmarca en una de cuatro áreas.

Asimetría de la separación entre los rodillos y compresión de la brida

La causa más común se relaciona con de ondulaciones en el borde debido al ajuste de la separación entre rodillos . En una pasada bien alineada, los rodillos superior e inferior deben contactar la tira simétricamente para que el borde de la brida se doble gradualmente sin comprimirse. Si la separación es menor en un lado o demasiado pequeña en general, la cara del rodillo comprime ligeramente el borde de la brida. Esta compresión empuja el material hacia los lados y hacia atrás, creando la misma condición de compresión que produce ondulaciones en el borde del acero de calibre ligero.

Para corregir esto, es necesario verificar la separación entre rodillos en incrementos a lo largo de la superficie del rodillo, no solo en el centro o en un hombro. El acero de calibre ligero mostrará ondulaciones en los bordes rápidamente incluso con una diferencia de unas pocas centésimas de milímetro, por lo que el ajuste debe realizarse con el laminador detenido y el par de rodillos completamente cerrados. Luego, verifique nuevamente con la banda en marcha para medir si la separación se abre bajo carga de conformado, lo que indicaría una desviación del husillo o desgaste de los cojinetes en lugar de un ajuste estático.

Secuencia de formación de equilibrio

Un factor relacionado es la propia secuencia de conformado. Si la curvatura de la brida se fuerza demasiado en una sola pasada, el material en el radio de curvatura no puede fluir hacia adentro con la suficiente rapidez, por lo que compensa deformándose en el borde libre. Por otro lado, si la secuencia forma el perfil de forma demasiado gradual, las pasadas posteriores pueden no mantener la tensión de la tira suficiente para mantener el alma plana, lo que permite que la brida se desvíe lateralmente.

El objetivo es una secuencia equilibrada donde cada pasada contribuya con una cantidad aproximadamente igual de trabajo de conformado. Al diagnosticar la ondulación en los bordes, observe qué pasada la introduce inicialmente. Si la ondulación aparece inmediatamente después de una pasada que realiza más de la mitad del ángulo de curvatura total, el programa de conformado es demasiado agresivo en ese punto. Dado que el acero de calibre ligero tiene una capacidad limitada para absorber la curvatura rápida sin deformarse, puede ser necesario distribuir el incremento de curvatura de forma más uniforme en varias estaciones.

Condiciones de las herramientas e interacción con el material

A menudo se pasa por alto el estado de las herramientas cuando aparece ondulación en el borde del acero de calibre ligero, especialmente en máquinas nuevas donde los operarios asumen que las herramientas aún están afiladas. En la práctica, incluso un ligero desgaste en el radio del rodillo inferior o una pequeña cantidad de adherencia en la zona de formación de la brida pueden alterar la geometría de contacto local. Esta geometría alterada puede crear un efecto de sujeción que comprime el borde de la tira y contribuye al mismo síntoma que una separación incorrecta entre rodillos.

De igual manera, deben considerarse las variables de la tira entrante. Una tira con una ligera curvatura o una bobina con bordes enrollados presenta características de elongación de borde diferentes a las de una tira perfectamente plana. El proceso de conformado por rodillos amplifica estas desviaciones; lo que puede ser una planitud aceptable para una tira genérica se vuelve inaceptable después de varias pasadas de conformado. Cuando la ondulación del borde aparece solo en ciertas bobinas, compare la consistencia del ancho de la tira entrante y el estado del borde con su especificación. La relación entre el conformado de bridas y el pandeo del borde es sensible a estas variables previas, documentadas en la literatura común sobre conformado de metales en el comportamiento del conformado por rodillos en frío (consulte los antecedentes de ingeniería sobre la mecánica del conformado por rodillos). Dependiendo de su volumen de producción, considere agregar una pasada de aplanamiento ligero o un enderezador de entrada para normalizar el perfil de la tira antes de que ingrese al tren de conformado.

Medidas correctivas y compensaciones prácticas

Cuando se confirma que la configuración de la separación entre rodillos es la causa principal, el proceso correctivo es mecánico, pero debe realizarse sistemáticamente. Comience desde la pasada donde aparece la ondulación del borde de acero de calibre ligero y trabaje tanto aguas arriba como aguas abajo. Ajuste la separación entre rodillos en pequeños incrementos, verificando el efecto sobre la planitud transversal del perfil en cada paso, en lugar de basarse únicamente en la evaluación visual. Una regla recta a lo largo del ancho del ala proporciona una forma práctica de detectar si la ondulación del borde de acero de calibre ligero está disminuyendo o desplazándose hacia el alma.

Es importante tener en cuenta una compensación práctica: reducir demasiado la separación entre los rodillos elimina la ondulación del borde del acero de calibre ligero al aplanar el material, pero también aumenta el desgaste de los rodillos y puede endurecer el borde de la brida hasta el punto de dificultar las operaciones posteriores de punzonado o corte. El objetivo no es aplanar la tira mediante compresión, sino ajustar la separación de manera que el rodillo doble la brida sin comprimir el metal que no se está conformando. El control de la separación entre los rodillos debe sentirse como corregir una condición de conformado, no como eliminar un defecto mediante presión.

Cuando se sospecha desgaste en la herramienta, inspeccione el radio de formación de la brida en el rodillo inferior para detectar redondeo de bordes o desgaste en el flanco. Si el radio se ha abierto, aunque sea ligeramente, en comparación con el dibujo original de la herramienta, el punto de contacto se desplaza hacia afuera, hacia el borde de la brida, y cambia el punto donde se aplica la fuerza de conformado. Esta es una de las razones por las que la ondulación del borde de la brida del perno LGS a menudo persiste después del ajuste de la holgura: la geometría de la herramienta en sí misma puede estar lo suficientemente desgastada como para contrarrestar cualquier corrección de holgura que se realice.

Consejos prácticos para los gerentes de producción

En un entorno de producción, los perfiles de acero ligero se mecanizan a velocidades moderadas, y la ondulación de los bordes suele aparecer tras un cambio de herramientas, un nuevo lote de bobinas o un cambio de lubricación. Este momento constituye una pista diagnóstica en sí misma: indica un cambio en las variables que interactúan, en lugar de un defecto de diseño en el perfil o en la planta. La respuesta más útil consiste en tratar la planitud del perfil de acero ligero como un parámetro del proceso que depende de la posición de la separación entre rodillos, el equilibrio de la carga de conformado y la geometría de entrada de la banda.

En una línea de conformado por rodillos MTC, el principio práctico es el mismo que en cualquier operación de conformado de calidad: la separación entre rodillos debe ajustarse para permitir el flujo natural del material en el borde de la brida sin compresión artificial, y la secuencia de conformado debe ser suficientemente incremental para el espesor del material. Cuando se cumplen estas condiciones, la tensión residual en la brida se mantiene por debajo del umbral de pandeo, y los defectos de conformado por rodillos de pernos y rieles, como la ondulación del borde del acero de calibre ligero, permanecen ausentes a lo largo de toda la bobina.