Analysis of the helical-wedge rolling process for producing a workholding bolt

Análisis del proceso de laminado de cuña helicoidal para producir un perno de sujeción de piezas de trabajo

El artículo describe un ejemplo de aplicación del proceso de laminado de cuña helicoidal para producir un perno de sujeción de piezas. Se analiza el diseño de esta nueva técnica de conformado de metales y se describen las herramientas utilizadas en ella. El proceso de laminado se ha simulado numéricamente y se ha comprobado que es correcto. Se presentan las distribuciones de deformación y temperatura en el perno de sujeción, así como la variación de fuerzas y momentos de laminación.

INTRODUCCIÓN

Uno de los principales objetivos de la modernización de los procesos de producción es la reducción del consumo de material; de ahí el interés por desarrollar procesos de producción altamente eficientes que puedan realizarse con menos material de tocho. La laminación en cruz (CWR) es una moderna tecnología de conformado que permite la producción de piezas como ejes escalonados y árboles, así como preformas de forja axialmente simétricas [1, 2]; además, permite el recorte sin desecho de barras metálicas [3, 4].

El proceso CWR ofrece numerosas ventajas, en particular [1, 2]: alta eficacia, respeto por el medio ambiente, mejora de las propiedades de resistencia de los productos, bajo consumo energético del proceso, posibilidad de automatización del proceso y bajos costes de producción. Sin embargo, las ventajas mencionadas del proceso CWR dependen en gran medida de la forma del eje laminado. Su importancia disminuye especialmente en la producción de ejes escalonados porque el diámetro de los escalones extremos es mucho menor que el del escalón central. En estos procesos, deben aplicarse grandes márgenes tecnológicos (para los llamados descartes finales), cuyo tamaño depende de la cinemática del flujo de material en el proceso CWR. Además, estas tolerancias deben cortarse en la fase final del proceso. La eliminación de los descartes frontales puede suponer un ahorro sustancial en función de la cantidad de lote.

En el presente documento se analiza una solución para eliminar los descartes frontales. Consiste en formar ejes escalonados mediante un nuevo método de laminado helicoidal (HWR). Para ilustrar las ventajas del método de producción propuesto, se estudia el proceso de laminado de un perno de sujeción de piezas que se muestra en la figura 1.

DISEÑO DEL PROCESO DE LAMINADO CON CUÑA HELICOIDAL (HWR)

En el proceso HWR, las cuñas se enrollan helicoidalmente en la cara del rodillo. Para formar un producto, hay que utilizar dos rodillos idénticos, ambos colocados oblicuamente respecto al eje del tocho (barra cilíndrica). Para mantener el material entre los rodillos, se aplican adicionalmente guías. Durante el laminado, las cuñas, colocadas en los rodillos que giran en el mismo sentido, cortan el material, haciéndolo girar y trasladarse (hacia el eje del tocho) al mismo tiempo.