Eliminación de vibraciones en el trefilado de tubos en frío en la fabricación de metales

Los fabricantes de metales no deberían esperar a escuchar ruidos en las operaciones de estirado en frío. La detección electrónica puede ahorrarle a un taller todo tipo de problemas antes de comenzar.

Las operaciones de trefilado de tubos pueden beneficiarse enormemente al prevenir las vibraciones y mitigar el error humano al detectarlas.

En lugar de esperar a que la vibración aumente y dañe potencialmente sus piezas de trabajo y herramientas, es mejor detectar la vibración en sus primeras etapas y reducir la velocidad de dibujo de inmediato.

¿Qué es exactamente la charla y cómo se puede prevenir?

Con el paso de los años, el estirado en frío se ha convertido en un proceso estándar para crear diámetros de tubo y espesores de pared precisos. Los tubos con diámetros mayores que el tamaño objetivo se pasan a través de una matriz cónica para reducir su diámetro exterior e interior. Además de proporcionar resultados geométricos precisos, el conformado en frío aumenta propiedades importantes del material, como el límite elástico, la resistencia a la tracción y la dureza.

Para controlar mejor la calidad del ID, a menudo se coloca un mandril fijo o flotante dentro del tubo, donde la matriz cónica deforma el metal (consulte la Figura 1). Se utiliza un agente de dibujo para facilitar el dibujo suave y mejorar la calidad de la superficie.

A menudo, cuando se introduce el mandril en la matriz, la varilla fija lo tira hacia atrás antes de que el rebote lo empuje hacia adentro. Este movimiento del mandril provoca vibraciones fuertes y audibles de la máquina, a veces durante varios segundos: el infame parloteo.

Este efecto deja marcas anulares periódicas e indeseables (marcas de vibración) en las superficies interior y exterior del tubo. Los tubos con marcas de vibración no cumplen con las especificaciones geométricas y se debe cortar la sección afectada o desechar el tubo por completo. En los días calurosos de verano, debido a los cambios en la viscosidad del agente de trefilado, pueden producirse vibraciones varias veces por hora, lo que provoca interrupciones en el proceso, altas tasas de desechos y trabajo adicional para los operadores de las máquinas.

La vibración no sólo aumenta la cantidad de material desechado, sino que también puede causar daños irreversibles al troquel. En algunos casos extremos, el mandril y el tubo se desprenden y quedan soldados en frío al troquel debido a las inmensas fuerzas de tracción.

El alcance del daño del tubo depende de la intensidad y duración del ruido, así que esté siempre preparado para reducir la velocidad de extracción tan pronto como lo escuche.

Cada vez que se produzcan vibraciones, deberá inspeccionar visualmente el producto en busca de daños. Es muy común tener varios pies de material defectuoso incluso después de reducir la velocidad de la máquina. Puede resultar tentador ejecutar todo el proceso a una velocidad de trefilado significativamente más baja para evitar la vibración por completo, pero esto aumenta el tiempo de producción, reduce la utilización de la máquina y potencialmente reduce los resultados de la empresa.

FIGURA 1. Esta es una sección transversal de una matriz de embutición equipada con un mandril fijo. El tubo entra por la izquierda y sale por la derecha con un diámetro más estrecho.

Una forma de detectar la vibración antes de que cause daños duraderos a la tubería es con un sistema de análisis de vibración de alta velocidad. Analiza datos de alta frecuencia en tiempo real y traduce los resultados en una recomendación de reducción de velocidad para la máquina de dibujo.

En este tipo de sistema de medición, los sensores piezoeléctricos registran el sonido ultrasónico transmitido por el cuerpo. Lo ideal es montar un sensor cerca de la fuente de señal para obtener una mejor relación señal-ruido y no tener que moverlo en caso de cambios en la configuración de la máquina. En la práctica, los sensores suelen colocarse en un soporte de matriz encima del anillo de bloqueo.

Los PLC analógicos o digitales activan el inicio y el final del análisis de datos. Durante el tiempo de extracción, la salida del sensor se muestrea a una velocidad de 400 a 800 kHz, dependiendo de la composición acústica del proceso. Luego, los datos se transforman en un espectrograma (tiempo x frecuencia x amplitud) para separar mejor el ruido de las señales de vibración.

La charla no ocurre instantáneamente. Más bien, su intensidad suele aumentar de manera mensurable en varios cientos de milisegundos. En el espectrograma, la vibración se muestra inicialmente como ondas débiles de banda ancha que abarcan una amplia gama de frecuencias registradas, espaciadas regularmente en el tiempo (consulte la Figura 2). La intensidad del chat a menudo aumenta rápidamente hasta que se vuelve audible y deja marcas irreversibles en el tubo.

Se pueden diseñar algoritmos para detectar las señales de advertencia que preceden a la charla. Dado que los datos se traducen a un espectrograma, puede centrar su análisis en las frecuencias en las que la relación señal-ruido es favorable.

En la Figura 2, el algoritmo de detección de vibraciones está sintonizado a frecuencias superiores a 150 kHz. El algoritmo cuenta el número de eventos de vibración en el espectrograma de vibración registrado. Cuantos más eventos satisfagan los límites de detección cuidadosamente definidos, mayor será el recuento. En algún momento, excede un umbral (pueden pasar de 200 a 300 milisegundos después de la detección inicial de vibración, pero antes de que el efecto se vuelva perceptible) y es entonces cuando la máquina de dibujo recibe la llamada para reducir la velocidad.

Esta desaceleración se puede lograr mediante una reducción gradual (reduciendo la velocidad a una velocidad objetivo lo más rápido posible) o mediante una reducción gradual que depende de la intensidad del parloteo (principalmente porque más parloteo conduce a mayores reducciones de velocidad). En la práctica, reducir la velocidad entre un 10 % y un 25 % en 1/2 segundo ha mostrado resultados eficaces en la atenuación del ruido (consulte la Figura 3). Después de que desaparezca la vibración, la velocidad de dibujo reducida se mantendrá durante unos segundos más antes de que la máquina vuelva a su velocidad anterior.

La detección de vibraciones basada en vibraciones, en combinación con el control predictivo de la velocidad de la máquina, puede ofrecer una multitud de ventajas: