Una introducción a la nivelación de placas.

Un sistema de nivelación de cuatro alturas que puede manejar placas de entre 0,25 y 6 pulgadas de espesor y hasta 160 pulgadas de ancho se encuentra en el piso de prueba y ensamblaje de American Steel Products.

La mayoría en la fabricación de metales conocen la importancia de una nivelación adecuada. Los procesos utilizados para crear láminas de metal en la planta producen una lámina con tensiones atrapadas, un tira y afloja virtual de tensión y compresión. Una hoja se vuelve plana cuando esas fuerzas están en equilibrio en todas las direcciones de la placa.

Para lograr este equilibrio, los procesadores de bobinas pueden emplear varias tecnologías de nivelación correctiva (nivelación por tensión, nivelación por paso de templado, incluso nivelación por estirado), pero la nivelación por rodillos sigue siendo la tecnología dominante.

La mayoría de las tecnologías de nivelación correctiva se centran en láminas de metal de 0,25 pulgadas y más delgadas, pero ¿qué pasa con la nivelación de placas? Cualquiera que se dedique a la fabricación pesada, como la fabricación de tanques grandes o el trabajo en recipientes a presión que requieran un laminado pesado, conoce los desafíos cuando se corta o se forma una placa que libera la tensión. El proceso se vuelve menos predecible. Pero la tecnología para nivelar la placa, a veces de hasta 6 pulgadas de espesor, puede ayudar a que la fabricación pesada sea mucho más predecible, más rápida y menos costosa.

La demanda de nivelación de placas se remonta a décadas. La placa de varias pulgadas de espesor, diseñada para barcos y submarinos desde antes de la Segunda Guerra Mundial, necesitaba estar plana antes de que comenzara la fabricación, de ahí la necesidad de nivelar, lo que generalmente ocurría en el molino. A lo largo de los años, la nivelación de las placas se volvió más crítica a medida que los materiales se volvían más complejos. Los tanques y los barcos son los principales ejemplos, así como otros productos fabricados a lo largo de los años para los campos petroleros, las plantas de gas natural, la industria de servicios públicos de agua, las plantas de procesamiento de alimentos, la construcción de puentes y otros lugares.

Algunas áreas de procesamiento de alimentos y productos químicos utilizan placas revestidas, que incorporan una sección de metal base gruesa de acero al carbono y una capa revestida de acero inoxidable alrededor del diámetro interior, para evitar la corrosión y las reacciones químicas al ácido en la pared interior y permitir que los componentes se suelden. al acero al carbono en el OD. Algunos tanques están revestidos con caucho o vidrio. La tubería de gran diámetro hecha de placa de alta resistencia, fundamental para la perforación en alta mar, también necesita nivelación.

Algunos fabricantes trabajan con espesores extremos de acero inoxidable, incluso placas que consisten en múltiples aleaciones fusionadas. Una empresa llamada Dynamic Materials Corp., por ejemplo, fusiona acero inoxidable de 0,25 pulgadas de espesor con acero al carbono de hasta 3 pulgadas de espesor. No es de extrañar, dado su índice bursátil, BOOM, que la empresa fusiona el acero inoxidable con el acero al carbono en una cámara subterránea a través de una forma única de soldadura por explosión. Todo esto crea una placa gruesa y extraordinariamente resistente que, antes de cortarse y formarse en un taller de fabricación, debe nivelarse.

En todo este trabajo, 0,25 pulgadas se considera delgado. La mayor parte de esta placa es más gruesa, y gran parte tiene varias pulgadas de espesor. Coloque una placa cruda de 3 pulgadas de espesor, llena de tensiones atrapadas irregulares, a través de un rodillo de doblado de tres o cuatro rodillos, y hay pocas posibilidades de que produzca un cilindro perfecto con facilidad, con los bordes preparados juntos. justo en el lugar adecuado para su posterior soldadura.

Independientemente del proceso, si un operador comienza con una placa que está arqueada en el medio o tiene otros defectos de forma, es probable que el proceso se vuelva más arduo y mucho más costoso. Es por eso que un operador comienza usando un borde recto largo (8 pies, por ejemplo) para asegurarse de que una placa esté nivelada en todas las direcciones antes de comenzar cualquier formación o fabricación.

Los estándares de planitud de placas de la industria especifican un cierto grado de planitud; 0,25 pulg. la variación de más de 8 pies es una especificación común. Pero muchas operaciones de fabricación de placas requieren tolerancias de planeidad mucho más estrictas, a veces hasta una pequeña fracción del estándar de la industria. Aquí es donde entra en juego la nivelación de placas de precisión.

Si un fabricante u otro fabricante compra una placa que no ha sido nivelada, la persona que recibe el material puede notar los defectos de forma inmediatamente. Estos incluyen ballesta a lo ancho y una curva de barrido a lo largo de su longitud.

Placa de aleación 4340, límite elástico de 150 KSI, se somete a un proceso de nivelación. Cilindros hidráulicos masivos controlados con precisión determinan la profundidad de penetración de los rodillos individuales. Este sistema puede nivelar placas de hasta 6 pulgadas de espesor y ejercer hasta 6000 toneladas de fuerza de separación.

Si sabe cómo un nivelador de rodillos trabaja la chapa, tiene una idea de cómo funciona un nivelador de placas de servicio pesado. La mayoría de los rodillos niveladores para material de calibre tienen grandes rodillos de respaldo de aleación detrás de los rodillos de aleación principales; por ejemplo, una máquina de cuatro alturas tiene rodillos de apoyo con cojinetes de rodillos grandes en la parte superior e inferior. El diseño permite que los rodillos se desvíen menos y permite ajustes finos para producir un material uniforme y plano. La hoja ingresa a través de los rodillos iniciales que tienen la mayor penetración, siguiendo lo que se conoce como el camino diferencial alrededor de los rodillos superiores e inferiores alternos o escalonados.

Los niveladores de placas aplican hasta 6000 toneladas de fuerza de separación, o la fuerza vertical aplicada por los rodillos. De hecho, los niveladores de placas de servicio pesado aplican fuerzas que superan las aplicadas incluso por los trenes de laminación que producen el acero. Toda esa fuerza proviene de poderosos cilindros que aplican 10,000 libras de presión hidráulica por pulgada cuadrada.

La mayoría de los niveladores de placas son máquinas de cuatro alturas, con rodillos de respaldo significativamente más grandes detrás de los rodillos de trabajo. La operación de estas máquinas se parece un poco a la operación del nivelador de rodillos, pero en muchos sentidos es un animal diferente, principalmente debido a las fuerzas extremas y el rango de límites elásticos en diferentes áreas a lo largo de una placa determinada. El rendimiento puede cambiar de un área de la placa a otra y en todas las direcciones. Esto crea la necesidad de ajuste, y aquí es donde la nivelación de placas se diferencia de la nivelación de rodillos convencional.

Para ajustar un nivelador de rodillos, un operador puede ajustar un tramo de rodillos atados juntos en el mismo plano. Esto no funcionaría bajo los parámetros necesarios en la nivelación de placas, que a menudo requiere fuerzas extremas y diferencias significativas en la penetración de un rollo a otro. Tener rollos de trabajo conectados en un vuelo limita la penetración de material que el operador puede lograr.

Para obtener la penetración máxima y realizar los ajustes finos que exige la nivelación de placas, el ajuste de cada rodillo es accionado por un cilindro hidráulico controlado con precisión, con cada ajuste de rodillo midiendo ±0,001 pulg.

Debido a que el rendimiento del material puede variar significativamente en diferentes lugares a lo largo y ancho de la placa, la capacidad de ajuste es crítica. Algunos niveladores de placas utilizan dispositivos de medición láser en proceso. Los láseres le dan a la máquina una vista en tiempo real de la condición del material. Un cambio inesperadamente grande en el límite elástico hará que una configuración específica del rodillo afecte la forma del material de una manera diferente; si el láser mide la posición del material fuera de una determinada ventana de tolerancia, la operación de nivelación puede compensar en consecuencia.

En una configuración típica de nivelación de placa, los rodillos de doblado inducen dobleces uniformes en la dirección positiva y negativa. Los primeros juegos de rodillos generalmente tienen una penetración profunda para eliminar la distorsión e igualar la tensión, esencialmente "eliminando las torceduras" de la placa, y los últimos tres juegos de rodillos controlan la rectitud final.

Una placa no siempre se aplana por completo después de una sola pasada por la máquina. En algunos casos, se envía a través de los rollos una vez, se invierte y luego se envía de nuevo. Muy a menudo, la placa emerge del nivelador después de la primera pasada con una amplia curva ascendente. En cierto sentido, el nivelador reemplaza una multitud de defectos de forma con solo uno, una curvatura uniforme, que luego puede eliminarse invirtiendo la placa a través de los rodillos y enviándola nuevamente para realizar la nivelación final. Por lo general, el operador mantiene la misma configuración de rollo tanto para el primer paso de rollo como para el paso inverso. Puede ser el tercer paso donde el operador realiza los cambios críticos finales.

El operador revisa un libro que le brinda la configuración digital para un rendimiento y espesor de material específico. Pero el operador necesita inspeccionar el material cuidadosamente a medida que sale de la primera pasada. Si el rendimiento varía significativamente, y puede hacerlo, simplemente debido a cómo se fabrican las placas en el molino, incluido el proceso de enfriamiento, es posible que el operador deba realizar ajustes significativos en la configuración del nivelador en la última pasada (o pasadas).

Un plato con ballesta entra en su primera pasada sobre un nivelador de platos de cuatro alturas con ajuste de rollo individual.

Ocasionalmente, el operador necesita repetir este proceso dos o tres veces antes de que la placa salga perfectamente plana en todas las direcciones. Dicho esto, por lo general el operador completa el proceso de nivelación en solo tres pasadas: hacia adelante, hacia atrás y luego nuevamente hacia adelante a través de la máquina.

Es un acto de equilibrio, porque un operador de nivelación de placas nunca quiere sobrecargar la placa. El exceso de trabajo del material y sus propiedades pueden cambiar hasta tal punto que la fabricación posterior se vuelve difícil o imposible. Y teniendo en cuenta el tamaño y el valor del material, trabajarlo en exceso en un nivelador de placas puede generar desechos muy costosos. Esta es la razón por la cual la capacidad de ajustar con precisión la configuración de los rodillos, particularmente en los rodillos de trabajo finales, es tan crítica.

Tal ajuste fino en el nivelador puede evitar desechos extraordinariamente costosos aguas abajo. En la fabricación pesada, una sola pieza de trabajo puede tener un precio de seis cifras, incluso antes de que el fabricante haya puesto valor en ella. Cuanto más plana es la placa, más consistentes se vuelven las operaciones posteriores y más rentable y exitoso puede ser un fabricante pesado.

Ford Cauffiel es presidente de American Steel Products Co., una división de Cauffiel Industries.