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

Los fabricantes de metal no deberían esperar a escuchar un parloteo en las operaciones de estirado en frío. La detección electrónica puede ahorrarle a un taller todo tipo de problemas antes de que comience.

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

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

Sin embargo, ¿qué es exactamente la charla y cómo se evita?

A lo largo 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 más grandes que el tamaño objetivo se pasan a través de un troquel cónico para reducir su DE e ID. Además de proporcionar resultados geométricos precisos, el conformado en frío aumenta importantes propiedades 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 el troquel cónico 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 el mandril se introduce en la matriz, la varilla fija lo tira hacia atrás antes de que el rebote lo empuje hacia adentro. Este movimiento del mandril provoca fuertes vibraciones audibles en la máquina, a veces durante varios segundos, el infame parloteo.

Este efecto deja marcas anulares periódicas 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 calurosos días de verano, debido a los cambios en la viscosidad del agente de trefilado, pueden producirse vibraciones varias veces por hora, lo que provoca interrupciones del proceso, altas tasas de desechos y trabajo adicional para los operadores de las máquinas.

La vibración no solo aumenta la cantidad de material desechado, sino que también puede causar daños irreversibles en el troquel. En algunos casos extremos, el mandril y el tubo se rompen y se sueldan en frío al dado por las inmensas fuerzas de tracción.

La extensión del daño del tubo depende de la intensidad y la duración del parloteo, por lo tanto, siempre esté listo para reducir la velocidad de dibujo tan pronto como lo escuche.

Cada vez que se produzca una vibración, deberá inspeccionar visualmente el producto para detectar daños. Es muy común tener varios pies de material defectuoso incluso después de reducir la velocidad de la máquina. Puede ser tentador ejecutar todo el proceso a una velocidad de dibujo significativamente más baja para evitar por completo las vibraciones, 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 un troquel de trefilado equipado con un mandril fijo. El tubo entra por la izquierda y sale por la derecha con un diámetro más estrecho.

Una forma de detectar vibraciones antes de que causen daños duraderos a los tubos es con un sistema de análisis de vibraciones 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. Idealmente, un sensor debe montarse cerca de la fuente de señal para una mejor relación señal-ruido y para que no tenga que moverse en caso de cambios en la configuración de la máquina. En la práctica, los sensores a menudo se colocan en un soporte de troquel por encima del anillo de bloqueo.

Los PLC analógicos o digitales activan el inicio y el final del análisis de datos. Durante el tiempo de dibujo, 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 generalmente aumenta de manera medible durante varios cientos de milisegundos. En el espectrograma, la charla se muestra inicialmente como ondas débiles de banda ancha que se extienden a través de una amplia gama de frecuencias registradas, espaciadas regularmente a lo largo del tiempo (consulte la Figura 2). La intensidad del parloteo 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 ajustado 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, supera un umbral (pueden pasar de 200 a 300 milisegundos después de la detección inicial de vibraciones, pero antes de que el efecto sea perceptible), y es entonces cuando la máquina de dibujo recibe la llamada para reducir la velocidad.

Esta ralentización se puede lograr ya sea 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 de la charla (principalmente porque más charla conduce a mayores reducciones de velocidad). En la práctica, la reducción de la velocidad entre un 10 % y un 25 % en 1/2 segundo ha mostrado resultados efectivos en la atenuación de las vibraciones (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 vibración basada en vibraciones, en combinación con el control predictivo de la velocidad de la máquina, puede ofrecer una multitud de ventajas: