Aspectos tribológicos del perfilado de chapa

El proceso de perfilado de chapa

El perfilado es un proceso de fabricación por deformación plástica que se aplica a chapa metálica (Figura 1). Suele definirse como el conformado del material según líneas de plegado rectas, longitudinales y paralelas mediante herramientas (rodillos) que tienen por contorno la forma del perfil que se quiere obtener, todo ello efectuado a temperatura ambiente y sin modificar el espesor del material.

El conformado se produce de forma gradual en estaciones situadas de manera sucesiva, en cada una de las cuales se realiza una pasada o etapa de conformado. Cada una de estas estaciones está formada por dos ejes horizontales (eje superior y eje inferior), a los que se acoplan los diferentes rodillos, que están diseñados de modo que la sección transversal del material se va acercando etapa a etapa a la del perfil que se quiere obtener. En ocasiones, se añaden a los ejes superior e inferior ejes auxiliares dispuestos en otras direcciones, por ejemplo los laterales de las estaciones 4 y 5 de la Figura 1.

Para moverse de estación a estación, la chapa va avanzando en dirección longitudinal gracias al movimiento que los propios rodillos le transmiten por fricción, ya que todos o sólo algunos tienen su giro accionado a través del eje en que van montados. La principal ventaja del proceso es su elevada productividad, al ser las velocidades típicas de avance de la chapa de 60, 80 m/min ₍₁₎, pudiéndose alcanzar hasta 180 m/min. El rango de espesores de chapa en que actualmente es aplicable el proceso abarca desde 0,1 hasta 20 mm.

Esta rapidez hace que actualmente el perfilado sea uno de los procesos de fabricación más empleados en la transformación de productos de chapa, resultando ideal en series elevadas de piezas largas y con sección transversal constante. De hecho, mediante perfilado, 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 específico, lo cual encarece notablemente la inversión 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 a las distancias entre ejes o a la alineación transversal de las diferentes estaciones. En el presente trabajo, se detallan distintos aspectos relacionados con la lubricación y con el arrastre que ejercen las etapas de rodillos motrices del perfilado, mostrando su vital importancia no sólo para lograr el conformado (tema de esfuerzos, conformabilidad, etc.), sino para posibilitar un producto con la calidad superficial adecuada.

Problemas asociados a la tribología enel perfilado

El contacto entre chapa y herramientas es uno de los principales problemas a que se enfrentan los fabricantes que utilizan el perfilado como proceso de transformación. El movimiento relativo entre ambos produce efectos indeseados: el desgaste genera la aparición de marcas superficiales sobre la chapa (Figura 2) y el deterioro de las herramientas (Figura 3), mientras que la fricción aumenta el consumo de la máquina perfiladora.

Juzgar la apariencia superficial de un producto es subjetivo. En este sentido, el fabricante de la pieza perfilada y su cliente deben establecer de forma clara qué magnitud de marcas se considera aceptable dentro del producto. Para ello, es útil el empleo de patrones o muestras de lo que se considera admisible e inadmisible. El nivel de aceptabilidad depende principalmente de los requerimientos estéticos del producto, puesto que el rayado superficial no afecta al comportamiento de la pieza en servicio. Además, debe tenerse en cuenta que la importancia de este defecto puede no ser la misma en todas las caras. Por ejemplo, en el perfil en C de la Figura 2, sólo existe una superficie crítica, la lateral exterior, que será la única visible durante la vida útil de la pieza.