¿Alguna vez se ha preguntado cómo consigue una plegadora de chapa de cuatro rodillos curvas tan precisas? Este artículo explora el cálculo de los desplazamientos de posición de los rodillos laterales, guiado por un ingeniero mecánico experimentado. Descubra los principios y técnicas clave que hacen posible esta maravilla de maquinaria.
Según el principio de curvado en tres puntos, las máquinas curvadoras de chapas utilizan el movimiento giratorio y los cambios de posición relativa de los rodillos de trabajo para lograr una deformación elástico-plástica continua. Este proceso permite dar a las chapas metálicas formas predeterminadas, como cilindros, arcos y piezas de precisión.
Las máquinas curvadoras de chapa tienen una amplia aplicación en diversos sectores, como la fabricación de calderas, la construcción naval, la industria petroquímica, las estructuras metálicas y la maquinaria de conformado de chapa.
En función de la configuración de los rodillos, las máquinas curvadoras de chapas se clasifican en los tipos de dos rodillos, tres rodillos y cuatro rodillos, cada uno de los cuales ofrece características y capacidades operativas distintas.
En comparación con los diseños tradicionales de dos rodillos, las curvadoras de chapa de cuatro rodillos ofrecen varias ventajas, como un mejor centrado de la pieza, una reducción de los bordes rectos residuales, una mayor precisión del perfil circular y un aumento de la eficacia de la producción.
Además, las curvadoras de chapa de cuatro rodillos pueden realizar el precurvado del extremo de la chapa y el curvado continuo de la pieza sin necesidad de volteo, lo que las hace cada vez más valiosas en operaciones avanzadas de conformado de chapa metálica.
La máquina suele constar de un rodillo superior, un rodillo inferior y dos rodillos laterales (delantero y trasero). El rodillo superior gira en una posición fija, alimentando la chapa de acero por fricción. Los procesos de sujeción, precurvado y laminado se controlan ajustando con precisión las posiciones del rodillo inferior y los dos rodillos laterales.
Para optimizar la precisión del laminado, es crucial determinar las posiciones exactas del rodillo inferior y los rodillos laterales. Tradicionalmente, los operarios se basan en la experiencia y en ajustes iterativos para controlar estos componentes, supervisando la precisión de laminado mediante comparaciones continuas y comprobación de modelos. Este enfoque suele dar como resultado una precisión y una eficacia inferiores a las óptimas.
Este artículo presenta una novedosa fórmula de cálculo del radio de curvatura del springback basada en la teoría de la recuperación elástica e investiga los requisitos de posicionamiento óptimo de los rodillos inferiores y laterales durante el proceso de laminado de chapa de acero. Se establece un modelo matemático completo para calcular las posiciones precisas de estos componentes durante las operaciones de alineación, precurvado y curvado.
El estudio determina con precisión los desplazamientos necesarios del rodillo inferior y de los rodillos laterales delantero y trasero a lo largo del proceso de laminado de chapa de acero, proporcionando datos de alimentación precisos para los sistemas de control digital. Las pruebas de producción han verificado la consistencia de este método con aplicaciones prácticas, demostrando mejoras significativas en la precisión de laminación y la eficiencia operativa.
La máquina curvadora de chapa de cuatro rodillos consta de varios componentes críticos, cada uno de los cuales contribuye a su funcionamiento preciso y eficaz. Entre ellos se incluyen el conjunto de rodillos superiores, el conjunto de rodillos inferiores, los mecanismos de rodillos laterales, el sistema de volteo, los bastidores bajos y altos, la estructura base y la unidad de potencia hidráulica.
El rodillo superior funciona como elemento motriz principal, accionado por un servomotor de alta precisión a través de un sistema de transmisión optimizado. Su posición permanece fija durante el funcionamiento, lo que garantiza una aplicación de fuerza constante. Los rodillos inferior y laterales actúan como componentes accionados, y su rotación se ve facilitada por la fricción con la placa de acero que se está conformando.
El rodillo inferior está montado en un asiento de cojinete especialmente diseñado, que permite el ajuste vertical dentro de una ranura de guía deslizante mecanizada con precisión e integrada en el bastidor. Esta característica permite a la máquina adaptarse a una amplia gama de espesores de chapa, lo que aumenta su versatilidad en diversos escenarios de fabricación.
Los rodillos laterales se instalan en asientos de rodamiento específicos, cruciales para mantener una alineación y una distribución de la presión adecuadas durante el proceso de plegado. Para lograr la curvatura cilíndrica deseada con gran precisión, los asientos de los cojinetes de los rodillos laterales están diseñados para moverse a lo largo de una trayectoria inclinada dentro de sus respectivas ranuras guía deslizantes. Este movimiento inclinado, ajustado a un ángulo específico con respecto al eje vertical, permite ajustar con precisión el radio de curvatura y garantiza una curvatura uniforme a lo largo de toda la pieza.
La adaptabilidad de la máquina se ve reforzada por sus mecanismos de volteo y reajuste controlados por cilindros hidráulicos para los rodillos inferiores, laterales y superiores. Esta característica facilita la carga, descarga y ajuste de las piezas de trabajo, mejorando significativamente la eficiencia operativa y reduciendo los tiempos de ciclo.
La figura 1 ofrece una completa representación visual de la estructura general del equipo, que ilustra la intrincada interacción entre sus diversos componentes y sistemas. Este enfoque de diseño integrado garantiza un rendimiento, precisión y fiabilidad óptimos en las operaciones de conformado de metales.
El proceso de laminado de chapa de acero suele constar de seis pasos: preparación, alimentación, precurvado, precurvado en el otro lado, conformado por laminación y corrección por arco. Este proceso se representa en la figura 2.
1.2.1 Preparación y alimentación
El rodillo inferior se eleva hasta una posición en la que la distancia entre la línea generatriz superior y la línea generatriz inferior del rodillo superior es ligeramente superior al grosor de la pieza.
El rodillo lateral trasero se eleva hasta una posición en la que la generatriz superior y la generatriz superior del rodillo inferior se encuentran en el mismo plano horizontal y, a continuación, el rodillo lateral delantero se eleva hasta una posición en la que su línea central se encuentra entre los rodillos superior e inferior (como se muestra en la figura 2a).
La pieza se introduce horizontalmente entre los rodillos superior e inferior, con el extremo delantero presionando contra el rodillo delantero. A continuación, el rodillo inferior se eleva para sujetar la chapa de acero (como se muestra en la figura 2b).
Con estos pasos completados, el proceso de preparación y alimentación ha terminado.
1.2.2 Precurvado
El rodillo lateral delantero se devuelve a su posición original y el rodillo lateral trasero se eleva hasta la altura de proceso para la curvatura de precurvado de la chapa de acero (como se muestra en la figura 2c).
El rodillo superior gira en sentido contrario a las agujas del reloj para hacer avanzar la chapa de acero. Cuando el extremo de la placa de acero alcanza la mitad de la distancia entre los dos rodillos, debe medirse para asegurarse de que alcanza la curvatura requerida.
El proceso para precurvar el otro extremo es similar al descrito anteriormente.
1.2.3 Curvado de rodillos
El rodillo lateral delantero se eleva a la altura de proceso para la curvatura requerida, mientras que el rodillo lateral trasero se baja para que ambos rodillos laterales, delantero y trasero, estén al mismo nivel.
El rodillo superior gira en sentido contrario a las agujas del reloj para impulsar el movimiento de la placa de acero hacia delante, provocando su curvatura. Al mismo tiempo, se mide la curvatura de la placa de acero que sobresale utilizando una plantilla, y la altura del proceso se ajusta según sea necesario para lograr el radián deseado (como se muestra en la Figura 2d).
El proceso de corrección del arco es similar al rodillo proceso de plegado.
Actualmente, la mayoría de las bobinas se fabrican mediante laminado en frío. El fenómeno del springback es bastante pronunciado en este proceso, por lo que se requiere una cantidad adecuada de rebobinado para compensarlo.
Normalmente, el radio de recuperación elástica debe ser inferior al radio deseado de las piezas (preradio de curvatura).
Basándose en la mecánica elástico-plástica, el springback en transformación de chapa depende de factores como el módulo elástico, el módulo elástico reforzado, el límite elástico, el radio de preenrollado y el espesor de la chapa.
A través de la derivación teórica, la fórmula de cálculo para el radio de curvatura antes de la recuperación se puede determinar de la siguiente manera:
En la fórmula:
El análisis de la laminado de chapa de acero revela que la posición del rodillo superior permanece invariable durante la laminación y que ésta se realiza principalmente mediante el movimiento vertical del rodillo inferior y el avance en ángulo de los dos rodillos laterales.
Por lo tanto, el laminado preciso de la chapa de acero puede lograrse controlando con precisión la posición de cada rodillo durante el proceso.
A continuación nos centraremos en el modelado matemático y el cálculo de las posiciones de proceso del rodillo inferior y los rodillos laterales durante los procesos clave, como el avance, el precurvado y el enrollado.
El cálculo tiene en cuenta factores como los parámetros geométricos de la laminadora, el material y el grosor de la chapa laminada y el radio de laminación.
Los siguientes símbolos se utilizan normalmente para derivar la fórmula de desplazamiento para el rodillo trasero y ambos lados de la máquina curvadora de chapa:
Durante el proceso de alineación de la máquina curvadora de chapa, tal como se representa en la figura 2, el rodillo inferior y ambos rodillos laterales sufren el desplazamiento correspondiente. En la figura 3 se muestra la posición de cada rodillo durante el proceso de alineación.
El desplazamiento de los dos rodillos laterales y del rodillo inferior puede calcularse basándose en la relación geométrica, como sigue:
Durante el proceso de precurvado de la máquina curvadora, como se muestra en la figura 2, el rodillo inferior y los rodillos delantero y trasero sufren el desplazamiento correspondiente.
Para cumplir los requisitos del proceso de precurvado, en la figura 4 se muestra la posición de proceso de cada rodillo durante el precurvado izquierdo. Durante el precurvado derecho, las posiciones de los rodillos delantero y trasero simplemente se intercambian, mientras que la posición del rodillo inferior permanece invariable.
El valor del parámetro geométrico B puede calcularse utilizando la fórmula de cálculo de la máquina curvadora de chapa asimétrica de tres rodillos. En este artículo, B se considera igual a 2t.
Supongamos que "O" es el centro de curvatura antes del springback, "y" representa el ángulo entre el centro de balanceo superior y la línea central de curvatura "OO1"y el ángulo entre el centro de balanceo inferior y la línea central de flexión "OO2.”
El ángulo "φ" representa el ángulo entre la línea "O1O2" entre el centro de balanceo superior y el centro de balanceo inferior, y la línea entre el centro de balanceo superior y el centro de flexión.
El ángulo "θ" representa el ángulo entre la línea "AO3" entre el centro de la máquina dobladora y el centro del rodillo lateral, y la línea "OO3" entre el centro del rodillo lateral y el centro de plegado.
A partir de estas relaciones geométricas, se puede llegar a la siguiente conclusión:
En la fórmula, el parámetro geométrico B es el valor desde el centro del rodillo inferior O2 a OO1que puede calcularse según la fórmula de la máquina curvadora de chapas asimétrica de tres rodillos.
En este artículo, B = 2t, y los demás parámetros son los mismos que los anteriores.
Supongamos que F es la intersección de OO2 y AO3y β es el ángulo entre F y la línea media de los rollos superior e inferior.
En △ AFO2según el teorema del seno:
Así:
Del mismo modo, en △ AFO2:
Así:
En △ AFO2:
Así:
Eso es:
Por lo tanto, el desplazamiento entre los dos rodillos laterales y el rodillo inferior es:
Cuando el lado derecho está precurvado, Y1 no cambia, Y2 e Y3 pueden intercambiarse.
En el proceso de curvado continuo de la máquina curvadora de chapas representada en la figura 2, los dos rodillos laterales están colocados simétricamente, y el rodillo inferior y los rodillos laterales delantero y trasero tienen desplazamientos correspondientes.
Para cumplir los requisitos del proceso de plegado continuo, en la figura 5 se muestra la posición de cada rodillo durante el proceso.
Según la relación geométrica, en △OAO3a partir del teorema del seno:
Así:
Supongamos que O es el centro de curvatura antes del springback, λ es el ángulo entre OO2 y OO3entonces:
En △OAO3：
Así:
Si Y1 no cambia, Y2=Y3=L3-AO3de modo que el desplazamiento de los rodillos de ambos lados y el rodillo inferior es:
Se realizó un estudio experimental utilizando una placa de W1220 x 2500 maquinaria de laminacióncon una chapa de 10 mm de espesor de material Q235 y un radio de laminación de 700 mm.
Los resultados del experimento mostraron que había un error absoluto de 4,8 mm entre el radio del círculo real y el radio del círculo requerido, lo que daba lugar a un error relativo de 0,68%. Basándose en estos resultados, se determinó que la corrección era suficiente para cumplir los requisitos de precisión.
Tras analizar los datos de las pruebas de los múltiples intentos de ajustar el radio de recuperación elástica, se descubrió que la principal causa de error era la suposición de que la placa estaba sufriendo una flexión pura durante el cálculo del radio de recuperación elástica, y no tener en cuenta el impacto de la fuerza de extrusión y la fricción.
Sin embargo, el análisis técnico demostró que el cálculo del desplazamiento era exacto y cumplía los requisitos del proceso.
Este artículo presenta un análisis del proceso de laminación de una máquina de cuatro cilindros. laminadora de chapa. Combinando la fórmula de cálculo del radio de recuperación elástica con métodos matemáticos y mecánicos, el artículo analiza la posición de cada rodillo durante el proceso de trabajo de la máquina.
Los resultados del cálculo se probaron en una máquina curvadora de placas de cuatro rodillos.
Los resultados del experimento demostraron que este método puede reducir significativamente el número de pruebas y mejorar la precisión y la eficacia del proceso de laminación.
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.
ES 
EN 
AR 
DE 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO