avances tecnológicos en el diseño de líneas de perfilado de chapa (1ª parte)

5/12/2018 Avances tecnológicos en el diseño de líneas de perfilado de chapa (1ª parte) - slidepdf.com

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Año XXXVI - nº 310 - Mayo - 2010deformación metálica digital

Sumario

ReportajeLa feria líder del sector convoca a

más de 1.000 empresas

Artículo TécnicoAvances tecnológicos en el diseño

de líneas de perfilado de la chapa

(1ª parte)

Mejores tecnologías aplicadasa enjuagues de níquel brillante

(línea de bombos)

EditorialResponder a las nuevas

exigencias profesionales

Una de las máximas de la economía reza quela adaptación de un proyecto empresarial almercado debe producirse en procesocontinuo, con naturalidad y sin estridencias,de manera que las necesarias transicionesentre ciclos se vivan sin sobresaltos y ayuden aconsolidar la empresa.

Pero la evolución del mercado no siempre essinuosa, sino que, en algunas etapastristemente históricas como la actual, lasdificultades aparecen en escenaabruptamente, y exigen la toma dedecisiones, en ocasiones duras, que permitan,no sólo mantener el servicio, sino optimizarlo,adecuando las estructuras a las necesidadesespecíficas del momento.Lógicamente, Reed Business Information no esajena a esta dinámica. Participa de las leyesdel mercado y debe evolucionar con ellas paralograr una adaptación a las exigencias de susclientes, en aras a seguir ofreciéndoles unservicio profesional de calidad y ajustado a susnecesidades reales. Y si todo cambio genera dudas, si todamudanza encierra un poso de nostalgia pese ala ilusión que supone pensar en el nuevodestino, ésta se multiplica cuando en elcamino quedan las personas.

Si esta publicación ha llegado hasta aquí y halogrado ocupar un espacio de privilegio entrela prensa profesional, ha sido, sin dudaalguna, gracias al desvelo, al esfuerzo y a laprofesionalidad de quienes la han hechoposible hasta este momento, de esas personascuyo trabajo merece nuestro más sinceroreconocimiento y gratitud y que servirá comoimpulso en esta nueva etapa que afrontamos.Los tiempos cambian y es imprescindibleresponder a las nuevas exigencias, adaptarse,siempre con vocación de servicio y con lailusión de quien se enfrenta a un nuevo retolleno de oportunidades.La revista que tiene en sus manos responde aestos criterios y está elaborada en la confianzade que satisfará todas sus expectativas.

edición suscriptores



Artículo Técnico

Deformación Metálica no 310 Mayo 201012

1.Introducción

l perfilado (roll forming ) es un

proceso de fabricación por deformación plástica que se apli-ca a chapa metálica (Figura 1).Suele definirse como el confor-

mado de ésta según líneas de plegado rectas,paralelas y longitudinales, empleando comoherramientas rodillos que tienen por contornola forma del perfil que se quiere obtener, todoello sin modificar (o de forma mínima) el espe-sor del material.

El conformado es gradual y se desarrolla endiferentes estaciones situadas de forma sucesi-

va. En ellas se montan los diferentes rodillos(Figura 2), siendo las configuraciones máshabituales aquellas que montan un eje supe-rior y otro inferior en cada etapa. Con cadaestación, la geometría de la chapa se va acer-cando progresivamente a la de la secciónfinal. Además, el material va avanzando endirección longitudinal gracias al movimientoque los propios rodillos le transmiten por fric-ción, ya que todos o algunos de ellos están

Avances tecnológicos en el

diseño de líneas de perfilado dela chapa (1ª parte)

Eduardo Cuesta1, Pablo García2, Vicente Castro2, Pedro Fernández1, Braulio Álvarez1

1 Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación. Universidad de Oviedo. E.P.S.Ingeniería de Gijón,

Campus de Gijón.

2 Noguera Maquinaria - NGRMAQ es distribuidor para España de COPRA, de dataM Sheet Metal Solutions

GmbH.

E

ResumenDebido a su extensión hemos secuenciado

la publicación de este artículo en dos entre-gas, por lo que en la siguiente edición deDeformación Metálica encontrarán la segun-da parte del trabajo. En esta primera entre-ga se abordan: etapas en el desarrollo deproductos perfilados; software CAD/CAM/CAE para perfilado; defectos más habitualesen las piezas obtenidas por perfilado; yespecificaciones de partida para el diseñode rodillos de perfilado.

En la segunda entrega del artículo, querecibirán en la edición de junio de estarevista, se tratarán aspectos más prácticos,entre los que se encuentran: diseño delflujograma del perfilado; la simulaciónDTM; diseño geométrico de los rodillos;diseño del enderezador o cabeza de turco;simulación mediante elementos finitos(analizando diferentes diagramas y seccio-nes).

Figura 1. Esquema del proceso de perfilado.



Deformación Metálica no 310 Mayo 2010 13

accionados. Las estaciones van montadas

sobre una máquina perfiladora, que propor-

ciona el soporte físico y la potencia de giro a

los rodillos de perfilado.

Las velocidades típicas de avance de la chapaestán entre 10 y 60 m/min, pudiéndose

alcanzar hasta 180 m/min. El rango de espe-

sores de chapa en que actualmente es aplica-

ble el proceso abarca desde 0,1 hasta 20 mm.

Esta rapidez hace que actualmente el perfila-

do sea uno de los procesos de fabricación

más empleados en la transformación de pro-

ductos de chapa, resultando ideal en series

elevadas de piezas largas y con sección trans-

versal constante. De hecho, mediante perfila-

do se puede producir casi cualquier perfil

imaginable, siempre que sea constante a lo

largo de la longitud de la pieza. No obstante,para cada producto se requiere el diseño y

fabricación de un conjunto de rodillos especí-

fico, lo cual encarece notablemente la inver-

sión requerida. Además, la puesta a punto de

toda la línea es compleja y puede consumir

días o semanas, afectando el problema tanto

al diseño de cada rodillo como a los ajustes de

la perfiladora, como las distancias entre ejes o

la alineación transversal de las diferentes esta-

ciones. En el presente trabajo se detallan los

distintos pasos a seguir en el diseño y poste-

rior optimización de una línea de perfilado

moderna.

2. Etapas en el desarrollo deproductos perfiladosEl flujo de trabajo tradicional en el desarrollo

de productos perfilados es el que se observa

en el diagrama de la Figura 3 (Izq.). A par-

tir del diseño de la pieza a producir se definen

los rodillos de cada etapa, que posteriormente

se fabrican y montan en la máquina perfi lado-

ra. A continuación, comienza un período de

pruebas en que, a medida que se inspecciona

la pieza que se va obteniendo, se van afinando

los ajustes pertinentes, con el objetivo de queel resultado final se adapte a las tolerancias

especificadas para el producto. Durante este

período de ensayos puede suceder que con las

herramientas diseñadas la pieza no pueda

cumplir esas tolerancias o incluso que los rodi-

llos o la propia chapa se rompan durante el

proceso. De este modo, no se tiene la certeza

de que los rodillos diseñados van a conseguir

que el conformado se realice con éxito hasta

que ya se han fabricado. Habrá entonces que

investigar dónde se encuentra el fallo y reme-

canizarlos o incluso volver a realizar su diseño

total o parcialmente, en muchas ocasiones sin

saber a ciencia cierta dónde estaba el proble-

ma. De este modo, un mal diseño conllevará

una importante pérdida de tiempo y un

esfuerzo y costes muy importantes.

Figura 2. Juego de rodillos para un perfil en Z montado en la perfiladora.

Figura 3. Flujos de trabajo en el desarrollo de productos de perfilado. Modelo tradicional (Izq.) y modeloavanzado que incluye simulación mediante elementos finitos (Dcha.).

En el desarrollo de rodillos de perfilado laexperiencia juega un papel clave, más aún

teniendo en cuenta que es un proceso en el

que la falta de conocimiento y de claridad

acerca de lo que sucede en él es realmente

muy importante. Además, incluso aunque la

experiencia sea alta son necesarias pruebas

continuas, pues cada producto se comporta

de modo distinto y la cantidad de factores que

influyen en el proceso es muy elevada.

Para eliminar la necesidad de realizar el reme-

canizado y el rediseño de los rodillos y tam-

bién para reducir el papel que juega la expe-

riencia en el proceso, recientemente comenzó

a emplearse la simulación mediante elemen-

tos finitos (FEA, Finite Element Analysis ) en el

proceso de perfilado. Así, conociendo los

resultados de la simulación, el diseñador

puede anticiparse a los problemas que sevayan a presentar en el proceso real, identifi-

cando más fácilmente las fuentes de los erro-

res y corrigiéndolos antes de fabricar las herra-

mientas y montarlas en máquina, con el con-

siguiente ahorro de tiempo, esfuerzo y costes.

Este análisis también permite incrementar el

conocimiento del diseñador sobre el proceso

y mejorar así los resultados finales que sea

capaz de ofrecer. Como se ve en la Figura 3

(Dcha.) la introducción de esta herramienta

está cambiando el flujo de trabajo que la

industria emplea en el diseño de herramientas

destinadas a perfilado, aunque en muchas

ocasiones y para productos muy sencillos aún

se mantiene el esquema tradicional.

En el presente trabajo se constata la enorme

ventaja que supone seguir una metodología



Artículo Técnico


moderna, como la que tiene en cuenta la

simulación por elementos finitos, lo que unido

a un programa experto materializa las venta-

jas que se han mencionado antes. En concre-

to, el programa utilizado es el software COPRA

RollForm de DataM, con licencia cedida por la

compañía Noguera Maquinaria S.L., distribui-

dora del programa para España y Portugal y

uno de sus Centros de Competencia a escala

mundial. La denominación de Centro de

Competencia significa que la empresa es

capaz de comercializar el software y ofrecer

asimismo servicios de ingeniería de alta cali-

dad tanto en diseño de perfiles como de

herramientas (rodillos). Este software es el

actual líder en la industria de diseño de rodi-

llos y simulación por elementos finitos aplica-

do al perfilado.

Figura 5. Principales partes y dimensiones de una perfiladora universal de 10 estaciones.

3. Software CAD/CAM/CAE paraperfiladocomo en el resto de procesos de fabricación

de la industria, la aparición de los programas

informáticos centrados en el perfilado ha per-mitido reducir tiempos y costes en el diseño

de las líneas, así como mejorar la calidad de

los resultados. Esto es aplicable tanto a la pro-

pia definición de la geometría de los rodillos

(sistemas CAD) como al estudio del comporta-

miento del material durante el proceso para

optimizar su diseño (sistemas CAE) y a su pos-

terior fabricación (sistemas CAM). COPRA

RollForm integra actualmente todas estas fun-

ciones en un único software CAD/CAM/CAE,

lo que evita problemas de compatibilidad y

agiliza el proceso de desarrollo de líneas de

perfilado. De hecho, es la única aplicaciónexistente en el mercado capaz de ofrecer una

solución de ingeniería integrada CAM/FEA

para el proceso de perfilado.

COPRA RollForm dispone de herramientas de

diseño tanto para secciones cerradas y abier-

tas como para tubos de cualquier forma. De

igual modo, dispone de un potente módulo

de simulación por elementos finitos especial-

mente concebida para el perfilado (COPRA

FEA RollForm), lo que hace que tanto la prepa-

ración del modelo como la interpretación de

los resultados se realicen de forma rápida y

sistematizada.

COPRA Roll Design Software es una herra-mienta de diseño profesional de rodillos para

perfilado en frío (secciones abiertas y cerra-

das) que permite reducir el coste de planifica-

ción, diseño e ingeniería y permite configurar

todo el proceso desde el diseño de la “flor”

(flujograma de las etapas de conformado),

diseño de rodillos y los cálculos técnicos rela-

cionados, hasta la simulación del proceso de

conformado, la gestión del stock disponible

en planta de rodillos usados, la fabricación por

CNC y el Control de Calidad. Hoy en día

COPRA es un estándar en más de 50 países.

La empresa dataM también dispone de unpaquete para diseño de líneas de tubos (COPRA

Tube Mill Roll Design Center). Siendo similar al

anterior, ofrece módulos adicionales para el

diseño de tubos y sus sistemas de calibración.

Con este software se puede calcular el proceso

de conformado de acuerdo a las necesidades

singulares de la pieza o con procesos previa-

mente almacenados que pueden ser redefini-

dos por el usuario. Por ejemplo, permite elegir

distintas estrategias como trabajar con la línea

de centros, doble radio o plegado en W.

4. Defectos más habituales enlas piezas obtenidas por perfiladoEl perfilado es un proceso complejo en el que

intervienen una gran cantidad de variables

Figura 4. Ejemplos de diversos defectos típicos en las piezas perfiladas.




El perfilado es un proceso en el que

intervienen una gran cantidad de

variables. Por este motivo, en la

mayoría de los casos los defectos que aparecen en las piezas obtenidas no

pueden predecirse de antemano de

forma sencilla y la única alternativa

es acudir a simulaciones de

elementos finitos que estén

realizadas correctamentedo

aunque la sección a conformar sea de geome-

tría simple. Por este motivo, en la mayoría de

los casos los defectos que aparecen en las pie-

zas obtenidas no pueden predecirse de ante-

mano de forma sencilla y la única alternativaes acudir a simulaciones de elementos finitos

que estén realizadas correctamente. En este

apartado se definen algunos de los defectos

que suelen presentar las piezas obtenidas por

el proceso de perfilado (Fig. 4), aunque exis-

te una amplia variedad. Estos defectos pueden

detectarse con COPRA FEA RollForm, como

puede comprobarse en las figuras a las que se

hace referencia en las descripciones que

siguen:

– Recuperación elástica o springback (Fig. 4).

Al igual que ocurre con el plegado, la defor-

mación inducida por los rodillos se recuperaparcialmente debido a que una zona interna

de la chapa permanece en el campo elástico.

– Agrietamiento o fractura del material en las

líneas de plegado (crack at bend lines ). Este

defecto aparece cuando el radio es demasia-

do reducido y el conformado se realiza de

forma demasiado brusca (Fig. 4 y Fig. 7).

Los adelgazamientos excesivos también son

indeseados porque disminuyen la resistencia

de la sección.

– Desviaciones con respecto de la rectitud

(Fig. 4). Aparecen como consecuencia de

las tensiones internas que se liberan tras cor-

tar el producto a la longitud adecuada.

Según la dirección en que se produzcan,

pueden ser de tres tipos: arqueo o bombeo

(bow), en dirección vertical; curvado (cam-

ber ), en dirección transversal y retorcimiento

(twist ), que es el giro en torno a un eje lon-

gitudinal. Aparece cuando el perfil no es

simétrico con respecto a su plano medio.

– Defecto por apertura o cierre de los extre-mos de las secciones delanteras y traseras de

la pieza o flare (Fig. 4).

– Ondulación en los bordes (edge waving ).

Tiene su origen en la deformación longitudi-

nal relativa de los extremos de las secciones

con respecto al resto del perfil. Para reducir

o eliminar este defecto conviene emplear

una estrategia de perfilado que minimice las

deformaciones longitudinales máximas,

como se verá posteriormente con el módulo

DTM de COPRA Rollform.

– Marcas superficiales (surface marks ). Se pro-

ducen habitualmente por la diferencia develocidad relativa entre los rodillos y la

chapa. El empleo de lubricante puede mini-

mizar o evitar su aparición.

– Distorsión en agujeros prepunzonados

(Fig. 4). El perfilado puede deformarlos o

alterar su posición. El efecto se compensa

durante el propio punzonado a partir de los

resultados observados, con lo que la simula-

ción puede ayudar a predecir cuál debe ser

esa compensación.

– Plegado al aire (Fig. 4). Debido a la geome-

tría del perfil, en ocasiones sólo se puede

apoyar con rodillos la zona exterior de las

líneas de plegado, quedando la interior al

aire. Esto disminuye la precisión del perfil,

pero los efectos pueden minimizarse actuan-

do sobre el diseño de los rodillos.

Figura 6. Gráfica tensión-deformación para dos aceros, uno de baja resistencia y elevada elongación(acero 1) y otro de alta resistencia y baja elongación (acero 2).

5. Especificaciones de partida parael diseño de rodillos de perfilado

Para llevar a cabo el diseño de un juego derodillos de perfilado para obtener una pieza

de chapa determinada es necesario conocer la

geometría y material del producto, así como

las principales dimensiones y características de

la máquina perfiladora en que se van a mon-

tar. A continuación se detallan los datos más

importantes de ambos tipos.

5.1. Principales dimensiones y magnitudes

de la perfiladora

Las principales características que se deben

tener en cuenta en el diseño de rodillos de

perfilado para una perfiladora universal típica

(con eje superior e inferior biapoyados encada estación, Fig. 5) son las siguientes:

– Número de pasadas disponibles.

– Distancia entre estaciones o distancia entre

centros horizontales.

– Distancia entre los ejes superior e inferior de

una misma estación o distancia vertical.

– Distancia entre el eje inferior y la base de la

máquina.

– Longitud útil de los ejes o espacio para rodi-

llos.

– Relación de transmisión entre los ejes supe-

rior e inferior, si existe la posibilidad de

accionar el superior. La velocidad de rota-ción de los rodillos superiores puede ser la

misma o menor que la de los inferiores.

Además, también son relevantes el diámetro

de los ejes y las dimensiones de los chaveteros

que transmiten la potencia de los ejes a los

rodillos, ya que influyen en los diámetros

máximos y mínimos que podrán tener las

herramientas.

5.2. Propiedades del material a perfilar

Como proceso de conformado por deforma-

ción plástica, en el perfilado las tensiones que

se aplican al material para plegarlo deben

estar por encima del límite elástico pero por

debajo de la tensión de rotura. De este modo,

las deformaciones inducidas serán permanen-



Artículo Técnico


tes y no aparecerá riesgo de agrietamiento ofractura. La otra característica mecánica rele-vante es la elongación o alargamiento a roturadel material. Cuanto mayor sea, menor será el

riesgo de agrietamiento de las fibras externasde los pliegues. Estas tres propiedades se pue-den obtener fácilmente a partir de informa-ción técnica proporcionada por el proveedor del material. A la vista del diagrama tensión-deformacióndel ensayo de tracción (Fig. 6) se observaque el metal será más fácil de perfilar (ya quela zona útil para el conformado será másamplia) en los siguientes casos:– Cuanto mayor sea la diferencia entre el lími-

te elástico y la tensión de rotura.– Cuanto mayor sea la elongación a rotura.

Tipo de tolerancia Valores de referencia

Tolerancias dimensionales de la sección transversalLineales: ± 0,8 mm

Angulares: ±1º

Tolerancia al camber y al bow (de rectitud) 1,5 mm / m lineal de chapa

Tolerancia al twist (de rectitud) 1,5º / m lineal de chapa

Tolerancia de longitud de la pieza cortada

Hasta 1 m de longitud: ± 0,4 – ± 0,5 mm (*)

De 1 a 2,5 m de longitud: ± 0,8 – ± 1,2 mm (*)

De 2,5 a 4 m de longitud: ± 1,5 – ± 2,5 mm (*)

Tolerancias de prepunzonados y preembuticiones Tolerancias de forma, posición y dimensiones

Tolerancias sobre la ondulación de la chapa Máxima altura de picos y mínima distancia entre ellos

Tolerancias sobre el aspecto visual del producto Patrones de aspecto visual

Tabla 2. Tipos de tolerancias a tener en cuenta en piezas de perfilado. (*) Los valores más pequeñoscorresponden a chapa fina (hasta 0,75 mm) y los mayores a chapa gruesa (de 0,75 mm en adelante).

Tabla 1. Conformabilidad de los principalesmateriales a los que se suele aplicar el procesode perfilado de chapa metálica. (*) El titaniose perfila en caliente (por ejemplo, a 800ºC).

Conformabilidad Materiales

Buena

Aluminio (y aleaciones)

Cobre (y aleaciones)

Zinc (y aleaciones)

Aceptable

Acero Inoxidable

Magnesio

(y aleaciones)

Zinc (y aleaciones)

Reducida (*) Titanio (y aleaciones)

Figura 7. Izquierda: utilización del diagrama FLD suministrado por COPRA FEA Rollform. Un nodosobrepasa el valor crítico de deformación. Derecha: el riesgo de agrietamiento ha desaparecido alaumentar el radio de perfilado.

Por tanto, se puede concluir que los materia-les más difíciles de conformar, como el acero2 de la Figura 6, son los de alto límite elásti-co y baja elongación a rotura. Los materiales

que se emplean de forma más habitual en elproceso de perfilado de chapa metálica sonaceros, inoxidables y aleaciones de aluminio.En la Tabla 1 se ofrece una comparativa acer-ca de la conformabilidad de los metales másutilizados. Además, en perfilado se puede conformar conéxito chapa previamente recubierta, por ejem-plo galvanizada, especialmente si se emplealubricante. También es habitual emplear material prepintado, aunque la pintura es unrecubrimiento más delicado que el cincado.Por ello, en este último caso el conformado

debe ser más suave y progresivo.

5.3. Especificaciones dimensionales

y geométricas del perfil

Como es natural, también será necesario dis-poner de la información geométrica completade la pieza objeto del diseño. Esto incluye lastolerancias tanto dimensionales como geomé-tricas (Tabla 2). Los valores de referencia queaparecen en la tabla corresponden a las tole-rancias que en muchos casos aseguran por defecto los fabricantes de productos por per-filado. Es posible bajar de estos valores, peroesto encarece el proceso. En el caso de las

dimensionales de la sección transversal, esmuy complicado obtenerlas por debajo de ±0,1 a ± 0,3 mm.Desde el punto de vista del proceso, la carac-terística geométrica más crítica es el radio deperfilado (radio de plegado). Si es demasiadoreducido, el material puede agrietarse, por loque los fabricantes suelen especificar paracada material su diámetro mínimo de mandril.Sin embargo, la recuperación elástica es supe-rior cuanto mayor sea el radio, ya que el por-centaje de deformación elástica aumenta.De este modo, el diseñador del producto

debe intentar no sobrepasar el valor mínimodel radio recomendado por el suministrador del material. Éste corresponde al plegado enprensa, aunque el perfilado suele ser menosrestrictivo en ese sentido. En ausencia deinformación del proveedor, puede acudirse atablas empíricas o calcular la elongación de lafibra más externa y compararla con la de rotu-ra. En el caso del programa COPRA FEARollform se tiene la opción de consultar ungráfico que proporciona información de cadanodo en cada etapa de deformación (diagra-ma Forming Limit Diagram, FLD). Esto permi-te observar si en alguno de los nodos de la

pieza se sobrepasa el valor crítico de deforma-ción, lo que obligaría a un rediseño del pro-ducto (Fig. 7) o de las herramientas de perfi-lado. Al tomar esta decisión se debe tener en




cuenta si el material está recubierto, ya que

puede agrietarse, siendo el galvanizado el

recubrimiento más elástico.

6. Diseño de rodillos para perfiladoLa tarea del diseño de rodillos de perfilado no

es sencilla, ya que existen pocas reglas gene-

rales y cada caso es diferente, incluso en sec-

ciones que a priori parecen similares entre sí.En los siguientes apartados se desarrollan los

pasos del método de diseño de rodillos

empleado por NGRMAQ con el programa

COPRA RollForm. El método se muestra de

forma resumida en la Figura 8. Partiendo de

la sección final, se eligen los ángulos de des-

plegado del perfil en cada etapa hasta llegar a

la chapa plana inicial (flor). Finalmente, se

diseña estación a estación la geometría de los

rodillos que permitirá realizar el conformado

de forma adecuada y dentro de las especifica-

ciones requeridas.

6.1. Elección de la orientación de la

sección final

El primer paso al diseñar los rodillos para un

determinado perfil es decidir qué orientación

va a tener la sección al salir de la perfiladora.

Se escogerá normalmente aquélla que simpli-

fique el conformado, aunque se debe facilitar

la inspección visual de partes del perfil que

sean críticas, como las pestañas del perfil en C

de la Figura 9. En ocasiones puede haber

restricciones en la orientación procedentes de

otros procesos que se realicen en la línea. Por

ejemplo, si se va a realizar soldadura o marca-

do en la chapa interesa que las superficies

sobre las que se ejecuten estos procesos que-

den hacia arriba, para facilitar su control por

parte del operario.

6.2. Selección del número de estaciones a

emplear

La decisión del número de pasadas o etapas

en que se realizará el conformado de la pieza

a perfilar supone un compromiso entre la cali-

dad del producto que se quiere obtener y el

coste de la solución adoptada. Cuanto mayor

sea el número elegido, el conformado es más

progresivo, con lo que se reducen las tensio-

nes internas que merman las tolerancias del

producto y pueden ocasionar ondulación enla chapa. Además, se disminuye el riesgo de

fractura en los pliegues. Por el contrario, como

es lógico, el rodillaje necesario es menor cuan-

tas menos estaciones se empleen y por ello la

inversión requerida también lo es. Aunque se

han intentado desarrollar fórmulas para esti-

mar el número de estaciones necesarias, el

factor clave a la hora de tomar esta decisión es

la experiencia del diseñador. Las simulaciones

mediante elementos finitos pueden suponer

una gran ayuda, ya que permiten determinar

si el número de etapas elegido es suficiente o

si en cambio se necesita un número mayor de

pasadas para conseguir alcanzar las especifica-

ciones requeridas.

Los principales factores de influencia de este

parámetro y, por tanto, aquellos en función de

Figura 8. Diagrama de flujo del método dediseño de rodillos.

Figura 9. Distintas opciones para la orientación de un perfil en C a la salida de la máquina. Se prefierela de la izquierda por dejar hacia arriba las pestañas, lo que facilita la inspección visual.

Figura 10. Imagen del diseño de un perfil guardarraíl en COPRA Rollform. Diferentes métodos decalibración y cálculo del ancho de banda incorporados por el programa.

los cuales se toma la decisión son los siguien-

tes:

– Las dimensiones y el espesor de la sección.

– La complejidad del perfil.

– Las propiedades mecánicas del material.

– Las tolerancias que el producto debe alcanzar.

– La presencia de agujeros prepunzonados,

que puede aumentar el número necesario

de estaciones, sobre todo si están en las cer-

canías de las líneas de plegado.

– La existencia de recubrimientos previos queaconsejan emplear un conformado más pro-

gresivo.

6.3. Cálculo del ancho de banda

Para diseñar los rodillos de cada etapa es

imprescindible conocer la anchura que tendrá

la chapa plana que se introduce en la máqui-

na, es decir, el ancho de banda necesario para

obtener el perfil requerido. El ancho de banda

se calcula como la suma de las longitudes

desarrolladas que corresponden a cada uno

de los elementos rectos y curvos que compo-

nen el perfil (Fig. 10):

– Se asume que los rectos no modifican su

longitud durante el conformado, aunque en

realidad el material adelgaza algo en sus

extremos.



Artículo Técnico


– Para los tramos curvos no se puede conside-

rar que la línea neutra (la que no está some-

tida ni a tensión ni a compresión) está en la

línea media. A medida que se va plegando el

material, va pasando de estar en ella a estar

hacia el interior. Por tanto, si se tomara la

línea media para el cálculo del ancho de

banda, su valor sería superior al realmente

necesario.

El método más empleado para calcular lalongitud desarrollada de los pliegues es el

denominado como fórmula estándar, basado

en la estimación de un factor k que indica lo

cerca que está esa línea neutra de la línea

media con respecto al espesor total del mate-

rial. La mayor parte de los métodos de cálcu-

lo de este factor están más orientados al ple-

gado en prensas, con lo que los resultados no

serán demasiado precisos para el perfilado. El

parámetro k se puede estimar a través de

diversos métodos, entre lo que se pueden

citar: Método de la norma DIN 6935,

Método de Bogojawlenskij, Método del

engrapado (se aplica a pliegues de 180º),

Método de Oehler, Método de Proksa o el

Método de la norma VDI. También existe la

posibilidad de introducir directamente el

valor del parámetro. Todos ellos están inclui-

dos en el software COPRA Rollform, pudien-

do ser seleccionados tal y como se muestra

en la Figura 10.

6.4. Diseño del layout de los rodillos El diseño del layout de los rodillos consiste en

seleccionar los valores de ciertas dimensiones

que condicionan el posterior diseño geométri-

co de los rodillos. Estas condiciones son:

– Diámetro de los separadores o distanciado-

res (Fig. 11). Estos elementos son rodillos

que no participan en el conformado de la

chapa: su única función es actuar como

“relleno” en el eje en las posiciones en que

no se van a colocar herramientas. Su empleo

cumple dos objetivos:

– Facilitar la alineación de los rodillos en la

perfiladora, ya que el conjunto de los sepa-

radores y los rodillos de conformado se

empuja contra los hombros de la máquina.

– Reducir costes, ya que al no participar en el

perfilado, los distanciadores se fabrican en

un material mucho más barato y tienen undiámetro menor que el de los rodillos de

conformado.

– Cálculo del diámetro mínimo de los rodillos,

limitado por dos aspectos: las dimensiones

de la perfiladora y la resistencia necesaria

para el conformado.

– Cálculo del diámetro máximo de los rodillos,

teniendo en cuenta la distancia vertical, la

posición de la base de la máquina y la dis-

tancia entre estaciones.

– Cálculo de los diámetros básicos o motrices

que son los diámetros medidos hasta el

punto en que la velocidad tangencial de los

rodillos superiores se iguala con la de losinferiores. A través de ellos los rodillos trans-

miten la potencia de avance a la chapa, por

lo tanto, estos diámetros básicos deben con-

tactar con el material en las zonas más ade-

cuadas del perfil.

Figura 11. Separadores y rodillos de conformado empleados en una de las estaciones destinadas a la fabricación de un perfil en Z.

El método más empleado para

calcular la longitud desarrollada de

los pliegues es el denominado como

fórmula estándar, basado en la estimación de un factor k que indica

lo cerca que está esa línea neutra de

la línea media con respecto al

espesor total del material

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