Cómo el nivelado de partes, chapa y placa puede ayudarle a evitar el desperdicio

Pasar una parte cortada con láser por una niveladora de partes eliminará esfuerzos y dejará la parte plana. Es importante mantener la planicidad para permitir que los procesos corriente abajo se hagan de manera exacta y eficiente.

¿Cuántas veces usted ha fabricado una parte que no se formó correctamente, que no se dobló bien o que no pudo soldarse adecuadamente?

Podría haber taladrado agujeros avellanados y bordes biselados. Invierte trabajo y tiempo en la parte, y ahora se ve forzado a botarla al contenedor de desperdicios y esperar la siguiente semana cuando sea llevada al depósito de chatarra, donde le pagarán a centavos por kilo.

Usted puede evadir el contenedor de desperdicios usando un nivelador de partes.

Nivelar una parte cortada con láser, cortada con plasma, o estampada podría no parecer una necesidad. Sin embargo, para los procesos corriente abajo, una parte nivelada significa un mejor ajuste en el ensamble final. Y eso es sólo el inicio.

¿Qué es el nivelado? ¿En qué se diferencia del enderezamiento?

Durante la producción inicial del acero en las siderúrgicas ocurren muchas deformidades y esfuerzos en el material. Las deformidades de la planicidad incluyen ondulaciones en los bordes, alabeos en el centro y arco. Además, los esfuerzos internos causan recuperación elástica y pandeo. El rollo tiende a mantener la curvatura natural que produce el proceso de enrollado.

Para liberar esos esfuerzos internos atrapados, necesita doblar el material en un punto cercano al punto de elasticidad del material, o más allá de éste.

Alivio de esfuerzo. Todo lo que tenga que soldarse o ensamblarse debe ser plano para que se ajuste de manera precisa sin huecos ni arcos. Sin embargo, en el momento en que empieza a cortar y soldar usted está introduciendo calor a una parte, así que ésta va a tender a pandearse. Si no se pandea, tendrá esfuerzos internos muy altos. Esos esfuerzos internos en el material se vuelven evidentes en forma de recuperación elástica y arqueo, lo cual dificulta lograr un resultado consistente de corte o de soldadura.

Una niveladora de partes y rollos elimina esas deformidades doblando el material cerca de su punto de elasticidad o más allá del mismo y luego doblándolo de regreso a un estado plano. Ése es el único modo de eliminar hasta 99% de los esfuerzos residuales. Si no lo dobla enérgicamente, no liberará esa tensión o esfuerzo.

El límite de elasticidad varía dependiendo de qué tan severas sean las deformidades, de cuántos recortes tiene la parte, y de otras especificaciones del material.

Una regla empírica aproximada es que el primer conjunto de rodillos en una niveladora se ajuste a menos del espesor real del material, comúnmente entre 40% y 70%. El último conjunto de rodillos siempre se pone cercano al espesor real del material.

Una niveladora puede tener hasta 21 rodillos. Conforme el material (mostrado en rojo) pasa por la serie de rodillos, los esfuerzos se eliminan y se logra la planicidad deseada. Los rodillos debajo de los rodillos principales de nivelado son refuerzos para una máxima rigidez y longevidad de la máquina.

Por ejemplo, una niveladora que tiene 21 rodillos tendrá 10 arriba y 11 abajo. Hay un hueco entre el primer conjunto de rodillos donde el material entra a la niveladora. Usualmente se ajusta a una separación menor al espesor real del material, para que cuando el material entre, sea doblado muy enérgicamente. Luego, conforme el material sale más allá del último conjunto de rodillos de nivelado, éste es aplanado y liberado de esfuerzos. El proceso de nivelado no altera el tamaño físico ni la estructura interna del material.

Niveladora, enderezadora. Persiste una idea errónea con respecto a las enderezadoras y a las niveladoras. Una enderezadora podría ser una dobladora de tres o cuatro rodillos. Con frecuencia, se requiere un operador experimentado para girar la parte y ponerla de nuevo para aplanarla. Sin embargo, eso no elimina esfuerzos residuales. El problema con una enderezadora sencilla es que aunque se logra que la parte quede más o menos plana, usted sólo está desplazando los esfuerzos internos y no eliminándolos.

Aun cuando las partes se ven rectas y planas, se pandean al momento en que son calentadas durante la fabricación. Las partes siguen teniendo altos esfuerzos internos debido a que no se nivelaron cerca del límite de elasticidad o más allá de éste. Cuando llegan al soldador, quien trata de soldar seis partes entre sí, fijará todas las partes entre sí. Sin embargo, adivine qué pasará durante la soldadura. Las partes empiezan a arquearse y las soldaduras no son exactas.

Elimine retrabajo. Nivelar partes ahorra a los fabricantes retrabajo porque las partes de fabricación planas libres de esfuerzos pueden ir directo al siguiente proceso de fabricación. Éstas deben ser perfectamente planas para soldarse entre sí en un ensamble.

¿Cuáles son los límites de capacidad de una niveladora?

En términos de potencia de máquina, usualmente no hay límites. Sin embargo, usted puede estar limitado por el tamaño de la hoja y de la parte, así como por su espesor. En general, si usted puede doblar algo, puede nivelarlo. Estas niveladoras de precisión son sumamente robustas y poderosas. Pueden manejar todo desde aleaciones suaves como el cobre hasta material AR-500 para blindaje balístico para tanques.

Espesor y ancho del material. La mayoría de los rollos son de alrededor de ½ pulgada de espesor y 72 pulgadas de ancho (1.8 m). Las niveladoras de rollo pueden nivelar material en ese rango.

Para piezas de placa gruesa, una niveladora autónoma puede manejar placa de hasta 2½ pulgadas de espesor.

Espacio en la planta. Obviamente, usted necesita el espacio físico en sus instalaciones para la maquinaria, como con cualquier otra máquina.

Especificaciones de planicidad. Deben hacerse un análisis técnico y una prueba de nivelación física para determinar si las especificaciones de planicidad en los materiales pueden lograrse sistemáticamente.

¿Cuáles son las mejores aplicaciones para el nivelado?

Partes perforadas. Una aplicación para la cual el nivelado de partes es realmente necesaria es para partes perforadas. En el momento en que una parte es perforada, se va a pandear sin importar lo bien que esté hecha la perforación. Las partes perforadas se usan más comúnmente en la industria arquitectónica, como por ejemplo en rejillas de climatización o en cubiertas arquitectónicas con recortes intrincados.

Cuando se trata de materiales perforados especialmente, las alteraciones en la planicidad y un alto esfuerzo interno son algo que ocurre con regularidad. Nivelar partes y chapas perforadas es algo imprescindible para lograr un producto final de alta calidad.

Soldadura robótica. Un robot no puede compensar la falta de planicidad durante la soldadura como lo puede hacer un soldador humano.

Ensambles soldados. Éstos frecuentemente son un cuello de botella debido a que muchas de las partes que se van a soldar no se ajustan entre sí de manera tan perfecta como deberían. Las partes pueden arquearse durante la soldadura y tiene que hacerse retrabajo, lo cual da como resultado tiempos de entrega mayores.

Nivelado de chapa metálica antes del corte láser. Si las chapas no son niveladas y liberadas de esfuerzo, las partes se arquean durante el corte, con el daño potencial de la cabeza de su láser. Esto podría costar miles de dólares, y luego usted tendrá que parar por una semana o dos. Cuando nivela las hojas antes de que el láser las corte, las hace lo más planas posible y elimina el esfuerzo, eliminando así el riesgo de dañar la cabeza del láser al mismo tiempo que también obtiene resultados de corte más exactos.

Nivelado de placa gruesa antes del corte con plasma. El mismo principio que se aplica a la chapa antes de ser cortada con plasma u oxicombustible se aplica a la placa.

Los sectores industriales automotriz, médico y aeroespacial. Estos sectores industriales requieren tolerancias muy estrictas.

Materiales grado B. Durante la pandemia y la consiguiente afectación de la cadena de suministro, muchos fabricantes batallaron con materiales de menor calidad, altos precios y largos atrasos en las entregas. En algunos casos, los fabricantes simplemente no podían conseguir materiales lo suficientemente rápido. El mercado se vio inundado con metal barato de fuera. Una niveladora de precisión le permite al fabricante convertir estas partes, chapas y placas de menor calidad en materiales planos liberados de esfuerzos.

Estampado. Las niveladoras de rollos se han usado durante mucho tiempo en línea en instalaciones de estampado para asegurar que una tira de rollo sea aplanada antes de ser alimentada a una prensa para estampar partes. Algunas compañías estampadoras también tienen niveladoras autónomas en sus instalaciones a las cuales envían partes individuales a través de la línea de rollos.

¿Por qué hay dos tipos de niveladoras?

Una niveladora puede ser mecánica o eléctrica. La razón de la diferencia es que los metales delgados necesitan ajuste mecánico, mientras que los metales gruesos necesitan presión hidráulica.

Imagine una pieza de chapa metálica de 1 mm que entra a una niveladora, con el conjunto de entrada a 0.6 mm y el de salida a 1 mm. Si la chapa metálica es delgada realmente no tiene suficiente fuerza para separar los rodillos de nivelado. El metal no va a pasar por esa abertura angosta. Entonces, para chapa metálica delgada, se usa un ajuste mecánico – hay un gatode tornillo y se gira una rueda. O puede estar equipado con un ajuste motorizado – el peso del banco superior de nivelación solo, mantendrá constantes los ajustes de nivelado.

Sin embargo, cuando trabaja con placa de 0.2 pulgadas de espesor y más gruesa, necesita una niveladora hidráulica. Hay cuatro cilindros, uno en cada esquina, y control de separación el cual siempre mantiene constantes esos ajustes que usted introdujo. Por ejemplo, cuando inserta acero AR-500 de blindaje resistente a las balas de ½ pulgada de espesor, el material de manera natural quiere separar los rodillos de nivelado. Resistirá aplicarle a una parte un doblez tan severo. Entonces, ésa es la razón de que se use una niveladora hidráulica para partes gruesas. Las niveladoras hidráulicas con control hidráulico de separación ayudan a obtener buenos resultados de nivelado de manera consistente.

Cuando se introduce calor en material que no ha sido liberado de esfuerzos, puede ocurrir pandeo, arqueo y recuperación elástica. Nivelar la parte, como por ejemplo esta parte cortada con plasma, mediante una niveladora de partes la vuelve plana y libera el esfuerzo, y esto la deja lista para procesamiento inmediato corriente abajo.

¿Cuántos rodillos necesito?

Hay una correlación entre cuántos rodillos necesita y cuánto esfuerzo residual hay. Por investigación se sabe que 21 es el número máximo de rodillos con el que la máquina debe estar equipada. Más allá de ese número, la liberación de esfuerzos se vuelve despreciable. Como regla, los materiales más delgados tienden a contener más esfuerzos internos que los materiales más gruesos. Si trata de soldar chapa metálica delgada, ésta puede regresar rápidamente, lo que se denomina recuperación elástica. Tiene demasiada memoria, simplemente no quiere doblarse ni permanecer plana. Entonces, con chapa metálica delgada puede usar hasta 21 rodillos. Necesita muchos de esos dobleces alternados para lograr el mejor resultado.

Sin embargo, mientras más grueso y grande sea el rodillo, menos rodillos se necesitan. Los expertos de la industria le pueden ayudar a determinar cuántos rodillos necesita y de qué tamaño con base en varios factores.

¿Qué material necesita nivelar? ¿Cuál es el límite de elasticidad? ¿Cuál es el tamaño? ¿Cuál es el espesor? Una vez que conocen las respuestas a estas preguntas, pueden hacer cálculos y decir, “con base en estos valores, vemos esta niveladora como la más apropiada”.

Podría tener una pieza de aluminio de 4 por 4 pies (91.4 x 91.4 cm) con ondulaciones. O podría tener la pieza exactamente del mismo tamaño con ondulaciones y muchos recortes. Cada una se comportará de manera diferente durante el nivelado. Una podría necesitar un ajuste diferente al de la otra debido a que a la pieza con cortes le falta más material, y entonces la resistencia del material no es tan alta; podría requerir un trabajo más ligero.

¿Qué tan grandes deben ser mis rodillos?

A veces, una niveladora no puede manejar un material debido a que es demasiado grueso o demasiado ancho. Idealmente, conforme aumenta el espesor del material, usted también desearía un diámetro de rodillo de nivelado más grande.

Conforme el rodillo de nivelado se vuelve más grande, usted también perderá algo de capacidad para nivelar material más delgado.

Al final de cuentas, si sólo puede comprar una máquina, vea el 90% de sus partes. Si sólo 10% de éstas está hecho de material delgado, puede no valer la pena comprar una máquina realmente grande si el 90% de sus partes de producción cotidiana está hecho de material más delgado.

¿Cuáles son algunas buenas prácticas?

¿Antes, después o ambos casos? Algunos fabricantes nivelan su chapa metálica antes del corte láser, y algunas nivelan las partes después. Esto realmente depende de sus tolerancias de planicidad y de su flujo de material.

Muchos cortarán, desbarbarán, luego nivelarán. Es importante desbarbar antes de nivelar porque si pone una parte con muchas rebabas en la niveladora, la niveladora llevará esas rebabas al material y luego usted perderá tiempo lijándolas. Sin embargo, algunos procesos de corte, como por ejemplo el corte con chorro de agua, no crean rebabas, lo que hace innecesario ese paso de desbarbado.

Dependiendo de qué tan estrictas sean sus tolerancias, a veces es positivo nivelar hojas o placas sin procesar antes del corte para eliminar los esfuerzos y luego nivelar la parte cortada de nuevo, debido a que es probable que usted haya agregado ciertos esfuerzos al material durante el corte.

Nivelar chapa metálica es crucial para lograr resultados de corte consistentemente exactos sin el riesgo potencial de dañar la cabeza de corte.

Para sectores industriales que requieren tolerancias muy estrictas, como por ejemplo el campo médico, nivelar hojas antes de cortar y luego nivelar las partes cortadas es esencial. Esto asegura resultados de corte óptimos, evita colisiones durante el corte láser y asegura una planicidad total y partes finales liberadas de esfuerzos.

Nivele todo. Utilice la niveladora a todo su potencial. Si tiene una niveladora en su compañía, nada debe impedirle que nivele toda la chapa o placa sin procesar así como las partes cortadas. Si no le cuesta mucho tiempo y trabajos extra dentro de su flujo de procesos, nivele todo. Ahorrará tiempo y dinero más adelante, debido a que el doblado, el formado y la soldadura ¡serán más exactos y consistentes!

Optimice el flujo de material. Es mejor ordenar sus procesos para no estar transportando partes de un extremo a otro de la planta para nivelarlas. Estudie el arreglo de su planta. Digamos que sus partes de placa gruesa se cortan en una mesa de corte con plasma o en una mesa de oxicombustible. Quizás enseguida está la máquina de desbarbado. Ponga su niveladora justo después. Esas partes son pesadas, potencialmente peligrosas para moverse lejos. Si usted no tiene que transportar y cargar/descargar varias veces, ahorrará tiempo y dinero. El flujo de material lo es todo. Los robots pueden ser una gran ayuda para mitigar riesgos de manejo y liberar a los empleados para otras tareas importantes.

Considere actuar como un procesador por contrato. El proceso de nivelado es bastante rápido. En la mayoría de los casos rebasa la velocidad de los procesos corriente abajo. Los fabricantes pueden aprovechar el tiempo extra para hacer el trabajo para otros fabricantes. Puede ofrecerlo como un servicio de procesamiento por contrato para otros fabricantes y proveedores de metal en su área.

La planicidad conduce al triunfo

Es posible que usted gane negocios con base en su capacidad para garantizar una planicidad específica haciendo pasar chapa, placa o partes por una niveladora. La niveladora le da la oportunidad de poder cotizar a clientes potenciales. Puede decir, “oigan, ya tenemos capacidad de corte láser. Tenemos capacidad de doblado. Podemos pintar y recubrir. Ahora también podemos asegurar que toda la parte esté plana”. Y esa es una gran ventaja competitiva.