Perfilado


El perfilado es un proceso de fabricación por deformación plástica que se aplica a chapa metálica. Se emplea para obtener, a partir de una chapa inicial plana, productos cuya sección transversal es constante a lo largo de toda la longitud de los mismos. El perfilado es un proceso continuo y por su alta productividad está especialmente indicado para series de productos elevadas.

Representación esquemática del perfilado de chapa.

Definición

El perfilado es un proceso de conformado por deformación plástica. En perfilado el conformado consiste en una operación de plegado que se realiza de forma gradual en sucesivas estaciones, en cada una de las cuales tiene lugar una pasada, operación o etapa de dicho conformado. De este modo, la sección transversal de la chapa se va aproximando etapa a etapa a la del perfil a obtener. El diagrama que contiene las secciones transversales correspondientes a todas las estaciones de un determinado proceso de perfilado se denomina flor y es uno de los puntos clave a la hora de diseñarlo.[1]

Flor de perfilado para la obtención de un perfil en C.

Las herramientas de perfilado son diferentes rodillos divididos entre las estaciones que componen el proceso. En cada una de ellas, el contorno de los mismos reproduce la sección que la chapa debe adoptar al final de esa etapa. Además, el giro de los rodillos se encuentra accionado, por lo que mediante rozamiento o fricción hacen avanzar a la chapa de estación en estación. Para facilitar la fabricación de las herramientas y su montaje en las estaciones, los rodillos de cada etapa están distribuidos en diferentes ejes. En el caso más habitual existen dos ejes horizontales (ejes superior e inferior), pero en ocasiones se añaden ejes verticales (ejes laterales) o incluso ejes en otras direcciones (ejes accesorios) para facilitar el conformado.

El perfilado tiene lugar a temperatura ambiente y sin modificación teórica del espesor inicial de la chapa, lo que lo diferencia del proceso de laminación.

Materiales y geometrías

Prácticamente todos los metales que se pueden conformar plásticamente son susceptibles de ser perfilados.[2] No obstante, el material más habitual es el acero, ya que de entre los más comunes en la industria es aquél para el cual el perfilado presenta las mayores ventajas. En cuanto a los aceros inoxidables, aunque necesitan fuerzas y potencias más altas, todos pueden ser utilizados excepto algunos martensíticos. Finalmente, las aleaciones de aluminio también son habituales, pero la penetración en su sector es inferior porque el perfilado debe competir con otro proceso de alta productividad como es la extrusión.

Una ventaja importante del perfilado es que puede procesar chapa con recubrimientos previos, tanto metálicos como el galvanizado como no metálicos como las pinturas.

En cuanto a la geometría, mediante perfilado es posible fabricar secciones transversales de una gran complejidad, siempre y cuando no varíen con la longitud del producto. Puede tratarse tanto de perfiles abiertos como de perfiles cerrados, siendo habitual para estos últimos la existencia de estaciones de soldadura en la propia máquina perfiladora. Este es el caso de la fabricación de tubos mediante perfilado.

Por otro lado, la longitud de los productos perfilados no depende del propio proceso y está limitada solamente por la longitud disponible en planta. Finalmente, los espesores típicos de chapa se encuentran entre 0,1 y 4 milímetros, aunque en ocasiones se puede exceder este valor.

Aplicaciones en la industria

Actualmente, se estima que en torno a un 8% de las 700 toneladas de acero que se producen anualmente a nivel mundial emplea como proceso de fabricación el perfilado.[3] En el caso de Norteamérica, entre un 35 y un 45% del total de chapa de acero se procesa siguiendo este método.[2] Siendo un proceso tan común, el perfilado da lugar a una gran diversidad de piezas, destinadas a muchos campos diferentes. Algunos de estos sectores son los siguientes:

  • Infraestructuras
  • Automoción
  • Construcción
  • Almacenes y estanterías
  • Calefacción, ventilación y aire acondicionado
  • Tubos y tuberías
  • Electrodomésticos
  • Mobiliario y hogar
  • Electricidad y electrónica
  • Agricultura

La línea de perfilado

Fabricar productos mediante perfilado requiere siempre realizar operaciones adicionales sobre la chapa que son complementarias al propio proceso. Algunas de ellas son necesarias para cumplir con los requisitos de diseño del propio producto (agujeros, resaltes, soldadura…), mientras que otras se llevan a cabo con el objetivo de facilitar la ejecución del propio perfilado. Para mejorar la competitividad de la producción, todas estas operaciones se realizan en una única línea de producción continua que se conoce como línea de perfilado. De este modo, al principio de la línea se introduce la chapa plana inicial, normalmente en forma de bobina, y al final de la misma se obtiene directamente el producto ya terminado y listo para ser enviado al cliente final. El accionamiento de los rodillos de perfilado es el que permite que la chapa avance sucesivamente a través de todas las operaciones desde el comienzo hasta el final de la línea.

Línea típica de perfilado.

La existencia y la distribución de los diferentes elementos que componen la línea de perfilado varía según los casos. No obstante, algunos de ellos son comunes a la gran mayoría de los casos. Sus funciones son las que se describen a continuación:

  • Devanadora. Es la máquina en la que se monta la bobina de chapa que constituye el material de partida. Mediante un movimiento rotatorio, va desenrollando el material y alimentando a las siguientes operaciones.
  • Aplanador. Tiene como función corregir las desviaciones de planitud que presenta la chapa procedente de la bobina. Consiste en un número determinado de rodillos (habitualmente de 3 a 11) que, al estar situados alternativamente a dos alturas diferentes, obligan al material a doblarse de forma sucesiva hacia arriba y hacia abajo.
  • Punzonadora. En muchas ocasiones, los productos perfilados deben llevar agujeros que pueden tener diferentes funciones en el diseño final (ensamblaje, evacuación de agua, refrigeración de equipos…). Por ello, en las líneas de perfilado se incluyen prensas de punzonado capaces de imprimir en la chapa distintos patrones de agujeros. Estos elementos pueden ubicarse dentro de la línea antes o después de la máquina perfiladora.
  • Perfiladora. Es la máquina en la que se desarrolla propiamente el proceso de perfilado. Está formada por las sucesivas estaciones en las que se montan los rodillos de conformado. Además, habitualmente dispone de dos estaciones auxiliares especiales:
    • Guía de entrada. Tiene como función asegurar que la posición de entrada de la chapa a la perfiladora es la correcta. De este modo, siempre va montada antes de la primera estación de conformado. Existen diferentes tipos de diseños: rodillos planos, raíles guía…
    • Cabeza de turco. Se monta después de la última estación de perfilado y tiene como objetivo corregir los defectos de arqueo, curvado y alabeo que presentan los productos al final del proceso. Constructivamente puede estar formada por rodillos similares a los de perfilado o por bloques macizos similares a una matriz de estirado.
  • Dispositivo de corte. Como su propio nombre indica, tiene como objetivo cortar la chapa a la longitud del producto final. Este corte puede realizarse antes o después del proceso de perfilado. El sistema utilizado más habitualmente es una prensa con una cuchilla fija y una cuchilla móvil, aunque en ocasiones se emplean también sierras rotativas, guillotinas o incluso sistemas de corte por láser.
  • Dispositivo de recogida. Es el encargado de sostener, descargar, extraer o almacenar los productos ya terminados al final de la línea. Dependiendo del propósito exacto que deba cumplir, pueden utilizarse respectivamente mesas de salida, rampas de evacuación, transportadores de rodillos, sistemas de caída controlada de las piezas…

Deformación del material durante el perfilado

Aunque la productividad del perfilado es muy alta, la deformación que la chapa sufre durante el proceso es compleja y da lugar a diferentes defectos en el producto final. Por este motivo, se utiliza habitualmente el análisis de elementos finitos como herramienta durante el diseño del proceso.

En el proceso de perfilado, la deformación que sufre la chapa es tridimensional. Por ello, se describe a través de dos tipos principales de deformaciones:[4]

  • Plegado transversal. Es la deformación en el plano del perfil. El objetivo del proceso es producir esta deformación sobre el material, ya que permite doblar la chapa plana hasta obtener un perfil determinado. Si su magnitud resulta excesiva, puede dar lugar a agrietamiento o fractura del material. Además, es la causa del defecto de recuperación elástica (springback), bien conocido en otros procesos como el plegado en prensa o la estampación.
  • Deformación longitudinal. Es la deformación que sufren las fibras de la chapa en la dirección de avance a lo largo de la máquina (perpendicular a la de la sección transversal). Es indeseada, pero aparece como consecuencia de la distancia que recorre el material a lo largo de la máquina perfiladora. Es la causa de muchos de los defectos que afectan a las piezas perfiladas.

Notas y referencias

  1. García, Pablo; Castro, Vicente; Fernández, Pedro (2010). «Avances tecnológicos en el diseño de líneas de perfilado de chapa (2ª parte)». Deformación Metálica.
  2. a b Halmos, George T. (2005). Roll Forming Handbook. Boca Ratón, Florida: CRC Press. ISBN 0824795636.
  3. RollForm Proceedings: 1st International Congress on Roll Forming. Tecnalia. 2009. ISBN 9788488734037.
  4. García, Pablo (2012). «Un enfoque científico para el perfilado de chapa». Revista TOPE (175). http://www.revistatope.com/174_art_NGRMAQ_Deformacion.html.

Enlaces externos

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Extrusión en frío.


La extrusión en frío es uno de los procesos que caracterizan la extrusión.Consiste en obligar a una porción de material colocado en el fondo de una matriz a deformarse plásticamente y extenderse entre las paredes de la matriz y las del punzón que la comprime. Logró gran difusión a partir de 1940. Se suele utilizar para producir piezas metálicas, frecuentemente en forma terminada o casi terminada, sobre todo en forma de herramientas, piezas de vehículos, máquinas textiles, electrodomésticos y perfiles extrusionados para la construcción arquitectónica e ingenieril.

Índice

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Ventajas

Estas son las principales ventajas que posee las piezas de extrusión en frío frente a las conformadas en caliente:

  • Tolerancias estrechas (±0,05 mm a ± 0,2 mm) y altas velocidades de produción.
  • Bajo aporte o ningún aporte de calor, ya que se realiza a temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente.
  • La principal ventaja es la falta de oxidación lo que se traduce en una mayor fortaleza.
  • Las propiedades mecánicas son mejores que su extrusión en caliente, ya que se consigue una mayor resistencia debida al endurecimiento por acritud. En las aleaciones no endurecibles de aluminio, se alcanzan valores de la más alta resistencia normalizada, y en las aleaciones endurecibles de consigue hasta el 60% de la resistencia mecánica alcanzable con el endurecimiento.
  • Buen aprovechamiento del material, ya que se generan muy pocos desperdicios.
  • Se elimina la necesidad de operaciones posteriores de mecanizado, debido a que sus acabados dimensionales son muy buenos.
  • El acabado superficial es superior al de extrusión en caliente, debido a que carece de capa de óxido.
  • Eliminación de la necesidad de calentar el tocho inicial.
  • Los costos de producción son muy competitivos comparado con otros procesos de extrusión. Además tiene altas velocidades de producción y no requiere mucha mano de obra.
  • Se genera una estructura compacta, sin defectos o inclusiones, con un curso de fibra no distorsionado.
  • Elevado grado de conformación en una sola operación.
  • Menor coste de las máquinas y mantenimiento en comparación con laminado en caliente.

 Inconvenientes

Aunque la extrusión de piezas en frío tiene un gran peso en la industria, a veces se opta por su conformación en caliente debido a estos principales defectos:

  • Menor equilibrio entre fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades finales que en láminación tibia.
  • Quebraduras de superficie si el material se pega temporalmente al troquel.
  • Requerimiento de un posterior tratamiento térmico, mientras en extrusión tibia no es necesario.
  • Mayor presión que en extrusión tibia o en caliente y por lo tanto menor ductilidad de la pieza.
  • Debe tenerse especial control en el material de la pieza, la condición superficial, precisión dimensional del tocho y su calidad.
  • Los esfuerzos requeridos en las herramientas son muy grandes, y debe tenerse especial cuidado con la dureza en los aceros.
  • Debe tenerse especial cuidado con el diseño de las herramientas y sus materiales.
  • La lubricación es muy importante, sobre todo en aceros, ya que sin ella pueden aparecer grietas superficiales en la pieza (debido a la fricción en la pared). El método más aplicado es la aplicación de una capa fosfatada modificada, seguida de una capa de jabón o de cera.
  • La dureza de los punzones y los dados deben ser altas, entre 60 y 65 HRC la de los punzones y entre 58 y 62 HRC la de los dados.

 Materiales usados

En principio, se pueden extrusionar todos los materiales y aleaciones, siempre que posean una buena capacidad de deformación, es decir, tengan un gran alargamiento. Estos son los más utilizados:

  • Estaño, Berilio, Zinc, Cobre, Vanadio, Plomo, Circonio, Molibdeno.
  • Latones 1º título (p.e 15% y 30% de Zn).
  • Aluminio y sus aleaciones: (Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Mg 3). El aluminio es uno de los materiales de mayor aceptación en la extrusión, tanto en frío como en caliente. Se suele utilizar para fabricar armaduras, marcos, barras y disipadores de calor.
  • Acero al carbono hasta C<0,4% calmados y ligeramente aleados con Mn, Si, Cr, Ni, Mo. Los aceros de bajo carbono y aceros inoxidables han tenido una gran aceptación en la industria.

 Características de las piezas

Los límites establecidos para la extrusión en frío en piezas de acero y materiales pesados son los siguientes:

  • Suficiente ductilidad, por eso la mayoría de materiales ferrosos no pueden extruirse en frío
  • El diámetro máximo puede tener valores hasta 150 mm.
  • El espesor mínimo hasta 0,3 mm ≈ 0,07D.
  • El espesor mínimo del fondo 1,5 mm ≈ 0,1D.
  • El peso puede tener un valor máximo de 5kg.

Método para la extrusión en frío

El método más empleado es el de flujo inverso (extrusión invertida), aunque también puede hacerse mediante el flujo directo (extrusión directa). En esta técnica el contenedor está cerrado en un extremo y el metal se extrusiona hacia atrás, pasando por la matriz situada en el extremo del émbolo, que es hueco. Un ejemplo de extrusión en frío directa es el siguiente esquema.

Extrusio

 Influencia

Aunque no es el proceso mas usado de conformado por deformación sin arranque de viruta, ni tampoco dentro de la extrusión ya que el mas usado es la extrusión en caliente si que es bastante utilizada para trabajos menores, o de ” casi acabado” de las piezas, sobre todo en la zona norte del pais como podemos ver en la siguiente foto.

Fig2.Mapa de empresas de extrusión en frío

 Bibliografía

  • Manual del aluminio, escrito por W. Hufnagel.
  • Manufactura, ingeniería y tecnología, escrito por Serope Kalpakjian,Steven R. Schmid,Gabriel tr Sánchez García,Ulises rev. téc Figueroa López.
  • Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas, escrito por Mikell P. Groover.
  • Tecnología mecánica: metrología y procesos de conformado de metales sin arraque de viruta, escrito por Carlos Vila Pastor, Fernando Romero Subirón, Gracia M. Bruscas Bellido, Julio Serrano Mira.

Enlaces externos

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