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Articulo de referencia

Rueda inglesa

Una rueda inglesa que muestra cuatro ruedas inferiores intercambiables (yunques), la rueda superior fija más grande, el tornillo de ajuste de presión y un mecanismo de liberació...

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Una rueda inglesa que muestra cuatro ruedas inferiores intercambiables (yunques), la rueda superior fija más grande, el tornillo de ajuste de presión y un mecanismo de liberación rápida.

La rueda inglesa , también conocida en Gran Bretaña como máquina de conformar chapas , es una herramienta de metalurgia que permite al artesano formar curvas compuestas (de doble curvatura) a partir de láminas planas de metal como aluminio o acero . [ 1 ] [ 2 ]

Descripción

Los paneles producidos mediante conformado con rueda inglesa son costosos, debido al método de producción altamente especializado y laborioso, pero una ventaja clave es la flexibilidad de producir diferentes paneles con la misma máquina. Es una máquina de conformado que funciona mediante estiramiento de superficie y está relacionada en acción con los procesos de chapa. Se utiliza donde se requieren bajos volúmenes de paneles de curvatura compuesta; típicamente en carrocería , restauración de automóviles , chasis de estructura espacial para autos de carreras que cumplen con regulaciones que requieren paneles de chapa metálica similares a los vehículos de producción en masa ( NASCAR ), [ 3 ] [ 4 ] prototipos de automóviles y componentes de revestimiento de aeronaves. La producción con rueda inglesa alcanza su máximo en la producción de autos deportivos de bajo volumen, particularmente cuando se utiliza aleación de aluminio más fácil de conformar.

Cuando se requieren series de producción de paneles de gran volumen, la rueda inglesa se reemplaza por una prensa de estampado , que tiene un costo de instalación mucho mayor y un tiempo de desarrollo más prolongado que el uso de una rueda inglesa, pero cada panel de la serie se puede producir en cuestión de segundos. Este costo se amortiza con una serie de producción más grande, pero una prensa de estampado está limitada a un solo modelo de panel por juego de troqueles. El modelo de rueda inglesa que se muestra es de operación manual, pero cuando se utiliza en chapas metálicas más gruesas, como las de los cascos de barcos, la máquina puede ser eléctrica y mucho más grande que la que se muestra aquí.

Construcción

La máquina tiene forma de una gran letra "C" cerrada. En los extremos de la C hay dos ruedas. La rueda superior se llama rueda de rodadura , mientras que la inferior se llama rueda de yunque . (Algunas referencias se refieren a las ruedas según su posición: rueda superior y rueda inferior ). La rueda de yunque suele tener un radio menor que la rueda de rodadura. Aunque existen máquinas más grandes, la rueda de rodadura suele tener 8 cm (3 pulgadas) de ancho o menos, y un diámetro de 25 cm (10 pulgadas) o menos.    

La rueda superior (rodante) tiene una sección transversal plana, mientras que la rueda inferior (yunque) tiene forma de cúpula.

La profundidad del bastidor en forma de C se denomina garganta . Las máquinas más grandes tienen gargantas de 120  cm (48  pulgadas), mientras que las más pequeñas tienen gargantas de unos 60  cm (24  pulgadas). La C se mantiene en posición vertical y está sostenida por un bastidor. El tamaño de la garganta suele determinar el tamaño máximo de chapa metálica que el operario puede colocar en la máquina y trabajar con facilidad. En algunas máquinas, el operario puede girar la rueda superior y el yunque 90 grados con respecto al bastidor para aumentar el tamaño máximo de la pieza de trabajo. Dado que la máquina funciona mediante la presión ejercida entre las ruedas a través del material, y que dicha presión varía a medida que el material se adelgaza, la mordaza inferior y la cuna del bastidor que sujeta el rodillo del yunque son ajustables. Pueden moverse mediante un gato hidráulico en máquinas diseñadas para chapa de acero, o mediante un tornillo de ajuste en máquinas diseñadas para chapa metálica. A medida que el material se adelgaza, el operario debe ajustar la presión para compensar.

Frame designs are the most significant element of this simple device. For the most part wheels have changed very little since the 19th century. The early English machines (as opposed to the American versions), such as Edwards, Kendrick, Brown, Boggs, and Ranalah, etc., had cast iron frames. These wheels, made during the 19th Century, had Babbitt metalplain bearings, making them difficult to push and pull the metal through when operated at high pressures. Later, when ball bearings came into use, the machines became more suitable for hard and thick material, such as 1/8” steel. Despite the advantages of cast iron, it has less than half the stiffness (Young's modulus) of steel and sometimes must be replaced by steel when a stiffer frame is needed. Steel frames made of solid flame-cut plate, or frames built-up of cut-and-welded plates, are common designs. Steel tubing, generally of square section, has been used for wheeling machine frames during the past 30 years, in the US particularly, where sheet metal shaping has become a hobby as well as a business. Tube-framed machines are reasonably priced and are available as kit-built machines or can be built easily from plans. The stiffest tubular frames have a fully triangulated external bracing truss. They are most effective on thinner or softer materials, such as 20 ga steel or .063" aluminum.[5] Cast frame machines, like the one pictured, are still available.

A properly equipped machine has an assortment of anvil wheels. Anvil wheels, like dollies used with hammers in panel beating (which are also known as anvils) should be used to match the desired crown or curvature of the work piece.

Operation

El operario de la máquina pasa la chapa metálica entre la rueda de yunque y la rueda de rodadura. Este proceso estira el material y hace que se vuelva más delgado. A medida que el material se estira, forma una superficie convexa sobre la rueda de yunque. [ 1 ] Esta superficie se conoce como "corona". Una superficie de corona alta es muy curva, una superficie de corona baja es ligeramente curva. La rigidez y la resistencia de la superficie de una pieza de trabajo se deben a las zonas de corona alta. El radio de la superficie después del trabajo depende del grado de estiramiento del metal en el centro de la pieza de trabajo con respecto al borde de la pieza. Si el centro se estira demasiado, el operario puede recuperar la forma haciendo rodar el borde de la pieza. Hacer rodar el borde tiene el mismo efecto para corregir la deformación debida al estiramiento excesivo en el centro que la contracción directa en el área sobreestirada mediante el uso de contracción térmica o contracción tipo Eckold . Esto se debe a que el borde mantiene la forma en su lugar. La contracción del borde antes del laminado facilita la formación de la forma durante el proceso y reduce la cantidad de estiramiento y adelgazamiento necesarios para alcanzar la forma final. Los procesos de contracción reducen la superficie al aumentar el grosor de la chapa metálica. La contracción manual es más difícil y lenta que el estiramiento con herramientas de chapa o el laminado; por ello, solo debe utilizarse cuando sea absolutamente necesario. La chapa de aluminio debe recocerse antes del laminado, ya que el proceso de laminado en la fábrica la endurece.

La resistencia y rigidez también se consiguen mediante el tratamiento de los bordes, como el rebordeado o el alambrado, una vez logrado el contorno superficial correcto. El reborde es tan importante para la forma de la superficie acabada que es posible fabricar algunos paneles mediante la contracción y el estiramiento únicamente del reborde, sin necesidad de estirar la superficie.

Ajuste

La presión del área de contacto y el número de pasadas de la rueda determinan el grado de estiramiento del material. La presión del área de contacto varía con el radio de la cúpula en la rueda del yunque y la presión del tornillo de ajuste. Algunos operarios prefieren un ajustador de pie para poder mantener una presión constante sobre diferentes espesores de chapa metálica para el alisado, con ambas manos libres para manipular la pieza de trabajo. Este tipo de ajustador también es útil para difuminar el borde de áreas de alta curvatura que son más delgadas, con áreas de baja curvatura que están relativamente sin estirar. Una desventaja del ajustador de pie es que puede estorbar en paneles muy curvos longitudinalmente, como los guardabarros tipo ciclo (alas/ guardabarros ) utilizados en motocicletas, coches deportivos anteriores a la Segunda Guerra Mundial y coches de ruedas descubiertas actuales como el Lotus/ Caterham 7 .

Para solucionar este problema, algunas máquinas de ruedas cuentan con un ajustador manual situado justo debajo del soporte de la rueda (también conocido como yunque), de modo que los paneles puedan curvarse sin obstáculos. Este tipo de máquina suele tener un bastidor inferior diagonal en forma de C que se curva hacia el suelo, con un ajustador manual cerca del soporte de la rueda del yunque, en lugar del ajustador manual horizontal y vertical largo que se muestra en la imagen superior. Un tercer tipo de ajustador mueve la rueda superior hacia arriba y hacia abajo, mientras que la rueda inferior del yunque permanece fija.

Organización

En cada etapa de fabricación, el operario debe consultar constantemente la forma que desea reproducir. Esto puede implicar el uso de papel plantilla , plantillas de sección (hechas con papel o chapa metálica fina), moldes de estación, conformadores, calibres de perfil, plantillas de perfil y, por supuesto, un panel original. Las palancas de liberación rápida, que permiten al operario separar la rueda del yunque de la rueda superior para retirar e insertar la pieza rápidamente sin perder la presión, ahorran mucho tiempo durante esta parte del proceso.

El operario debe tener una paciencia infinita para realizar múltiples pasadas sobre una zona de la lámina y darle la forma correcta. Puede que realice pasadas adicionales con diferentes ruedas y en distintas direcciones (a 90 grados para una forma simple de doble curvatura, por ejemplo) para lograr la forma deseada. El uso de la presión correcta, la forma adecuada de la rueda de yunque y patrones precisos de pasadas superpuestas (o incluso superpuestas con yunques de baja corona) convierten el manejo de la máquina en un arte. Una presión excesiva produce una pieza ondulada, dañada y con tensiones, mientras que una presión insuficiente hace que el trabajo sea muy largo.

El movimiento localizado de las ruedas en una parte del panel puede provocar deformaciones en las zonas adyacentes. Elevar o estirar una zona causa que las zonas contiguas se hundan, y corregir esto puede afectar a zonas más alejadas del panel original. Esto se debe a que las tensiones en el panel, causadas por el estiramiento, afectan a su forma a mayor distancia de lo que cabría esperar. Esto significa que el operario debe trabajar en una gran superficie del panel, corrigiendo estos efectos secundarios y, al mismo tiempo, generando otros que también deben corregirse.

La clave para obtener la forma correcta reside en tener la cantidad adecuada de superficie metálica estirada sobre esta área más amplia. Si se logra esto, es posible "mover" el metal con un estiramiento adicional mínimo, rellenando las zonas bajas con metal de las zonas altas. Este alisado es casi como un aplanado con una presión moderada, pero sigue siendo más intenso que el utilizado para el aplanado. Es un proceso iterativo, laborioso y minucioso , que constituye una de las partes más difíciles y que requieren mayor habilidad del laminado. A medida que aumenta el tamaño del panel/sección, el trabajo involucrado y el nivel de dificultad aumentan desproporcionadamente. Esta es también la razón por la que los paneles muy grandes pueden ser muy difíciles de hacer y se fabrican en secciones. Los paneles/secciones de gran curvatura pueden requerir recocido debido al endurecimiento por deformación del metal, que lo vuelve quebradizo, difícil de trabajar y propenso a fracturarse.

Tras lograr la forma básica correcta con la cantidad precisa de metal en los lugares adecuados, el operario debe difuminar los bordes de las zonas de mayor y menor curvatura, de modo que la transición entre ambas sea suave. A continuación, la etapa final de laminado consiste en aplicar una presión muy ligera para aplanar la superficie y conseguir una forma lisa y uniforme. Esta etapa no estira el metal, sino que lo desplaza, por lo que es fundamental utilizar la mínima presión posible sobre el yunque y un yunque lo más ancho posible, acorde con la forma del panel.

Por lo general, solo los paneles pequeños de gran curvatura (como las secciones de reparación) o los paneles grandes de baja curvatura (como los techos) se fabrican en una sola pieza. Los paneles grandes de baja curvatura requieren dos artesanos cualificados para soportar su peso.

Limitaciones

El uso de una rueda inglesa presenta cinco limitaciones clave:

  • El grosor de la lámina que se puede manipular
  • Colocar la pieza de trabajo en la "garganta" de la máquina.
  • El tamaño de la pieza de trabajo que se puede manipular físicamente.
  • El riesgo de estirar o adelgazar demasiado un panel o sección de corona alta de gran tamaño.
  • El trabajo que implica y el nivel de dificultad aumentan desproporcionadamente con el tamaño del panel o sección.

Estas limitaciones hacen que los paneles grandes de gran altura, como las aletas y los guardabarros, se fabriquen a menudo en muchas piezas, que luego se sueldan mediante uno de dos procesos: la soldadura TIG (Tungsten Inert Gas) produce menos distorsión térmica, pero genera una soldadura más dura y quebradiza que puede causar problemas al aplanar /alisar a mano o en la máquina de laminado. Las uniones soldadas con oxiacetileno no presentan este inconveniente, siempre que se dejen enfriar a temperatura ambiente al aire, pero sí producen mayor distorsión térmica. Las uniones de los paneles pueden realizarse mediante soldadura autógena , es decir, soldadura sin varilla de aporte ( procesos de oxiacetileno o TIG ). Esto resulta útil al alisar las uniones soldadas , ya que reduce la cantidad de limado/lijado/lijado necesario o prácticamente lo elimina. Además, y lo que es más importante, reduce la distorsión térmica del contorno de la superficie, que debe corregirse en la máquina de laminado o con martillo y tas.

Refinamiento

El proceso final de fabricación del panel, tras lograr el contorno superficial correcto, consiste en algún tipo de tratamiento de bordes , como el rebordeado (chapa metálica) o el canteado con alambre . Esto remata y refuerza el borde. Normalmente, hay demasiado o muy poco metal en el reborde, lo que deforma el panel tras el torneado; por lo tanto, debe estirarse o contraerse para corregir la forma de la superficie. Esto se realiza más fácilmente mediante el estirado y contracción Eckold, pero también puede hacerse mediante contracción térmica o en frío , doblando y golpeando el metal doblado sobre sí mismo, o utilizando un martillo y un tas de contracción en frío. El estirado o la contracción del reborde requiere un martillo y un tas con el perfil adecuado. El martillo y el tas deben coincidir con la forma deseada del reborde en el punto de contacto a través del reborde (conocido como "ringing the dolly") con el martillo. Un exceso de trabajo de contracción o estiramiento endurece el reborde y puede provocar grietas y desgarros. Si bien estos se pueden soldar, es mucho mejor recocer el metal antes de que esto ocurra para restaurar su trabajabilidad.

Una rueda inglesa es una herramienta más eficaz para un artesano experto en aplicaciones de curvatura baja que el martilleo manual . El aplanado manual con carros y limas de impacto o martillo de aplanado, después del conformado con martillo, es muy laborioso. El uso de un mazo en forma de pera y un saco de arena para estirar la chapa metálica ( hundimiento ), o levantándola sobre una estaca, acelera la fabricación de secciones de curvatura más alta. (Una estaca es un carro, que puede ser mucho más grande que los carros manuales, generalmente con una sección transversal cuadrada cónica fundida debajo. Esto es para montarlo en un tornillo de banco o en un orificio hembra correspondiente en un yunque de pico como los que usan los herreros y herreros). Un martillo neumático o martillo motorizado es aún más rápido. La rueda inglesa es muy eficaz cuando se usa para el aplanado (para lo cual fue patentada originalmente en Inglaterra) para obtener un acabado final liso después de estos procesos.

Referencias

  1. 1 2 Parker, Dana T. Building Victory: Aircraft Manufacturing in the Los Angeles Area in World War II, p. 89, Cypress, CA, 2013. ISBN 978-0-9897906-0-4.
  2. ↑ Smith, Sam (14 de julio de 2015). "Cómo esta máquina medieval convierte metal plano en hermosas carrocerías de automóviles" . Road & Track .
  3. ↑ "Inicio" . Archivado del original el 22/01/2008 . Consultado el 05/10/2009 .
  4. ↑ "Cómo funcionan los autos de carreras de NASCAR" . Auto.howstuffworks.com . 21 de marzo de 2001. Consultado el 25 de octubre de 2021 .
  5. ↑ White, Kent. "Rolling Along with the Wheel." Home Shop Machinist Magazine , número: vol. 27, n.º 5, sept.-oct. 2008.

Lecturas adicionales

  • La visión estadounidense de la rueda inglesa, por Kent White.
  • Técnicas avanzadas para la rueda inglesa, por Kent White.
  • Ron Fournier (1990). Manual del fabricante de metales . Penguin. ISBN 0-89586-870-9.
  • Ron Fournier (1989). Manual de chapa metálica . Penguin. ISBN 0-89586-757-5.
  • Tim Remus (1999). Fabricación definitiva de chapa metálica . Wolfgang Publications. ISBN 0-9641358-9-2.
  • Tim Remus (2003). Fabricación avanzada de chapa metálica . Wolfgang Publications. ISBN 1-929133-12-X.
  • A. Robinson, WA Livesey (2006). La reparación de carrocerías de vehículos . Routledge. ISBN 978-0-7506-6753-1.
  • El arte de la fabricación de prototipos de carrocerías de chapa metálica y carrocerías de carrocería: Volumen III, por Elliot Kudarcy.
  • Aprendiendo a usar la rueda inglesa, por William H. Longyard.
  • El arte de dar forma al metal, por Kent White. Artículo reimpreso de la revista Experimenter.
  • Preguntas y respuestas sobre el metal con Ron Fournier en fournierenterprises.com
  • Ruedas inglesas tradicionales de hierro fundido de Justin Baker
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