Alivio de tensiones y planitud: por qué se mueve una bancada mecanizada
Por qué las bancadas de máquina soldadas se deforman tras el mecanizado, en qué se diferencian el alivio térmico y por vibración, y cómo especificar planitud.
Una bancada de máquina no está terminada cuando sale de la mandrinadora. Está terminada cuando sigue plana seis meses después, anclada en la planta de un cliente. Todo lo que contiene esta guía trata de la diferencia entre esos dos momentos.
De dónde viene el movimiento
La soldadura es un calentamiento local y violento seguido de un enfriamiento rápido. El metal alrededor de cada cordón se contrae contra un material que no puede moverse libremente, y lo que no puede moverse se convierte en tensión residual bloqueada. Una estructura soldada terminada puede ser dimensionalmente perfecta y seguir llena de energía almacenada.
El mecanizado la libera. Cada pasada elimina material que sostenía parte de ese equilibrio, y la estructura se relaja adoptando una forma nueva. Una bancada que midió plana sobre la mesa se sale de tolerancia de un día para otro. Las piezas fundidas tienen una versión más suave del mismo problema, debida al enfriamiento desigual en el molde.
Así que la pregunta nunca es si la pieza se moverá. Es si se mueve antes o después de mecanizarla.
Los dos métodos
Alivio de tensiones térmico. La estructura entra en un horno, se lleva a una temperatura de mantenimiento muy por debajo de cualquier punto de transformación, se mantiene allí y se enfría lentamente de forma controlada. A esa temperatura el acero fluye ligeramente y los picos de tensión residual disminuyen. Es el método al que recurren las especificaciones, está ampliamente documentado y produce un diagrama que se puede archivar.
Los costes son reales: un horno con capacidad suficiente para la pieza, los movimientos de grúa, la espera detrás de otros trabajos y la cascarilla en la superficie, que después hay que eliminar por granallado. En una bancada grande, la disponibilidad del horno es a menudo la partida más larga del plazo de entrega.
Alivio de tensiones por vibración. La estructura se sujeta, se instrumenta y se excita a sus propias resonancias durante un periodo fijo. Los picos de tensión se redistribuyen en lugar de desaparecer. Lleva horas en lugar de días, cuesta una fracción de un ciclo en horno, no necesita horno y no deja cascarilla.
Se utiliza ampliamente y con éxito en bastidores de máquina. Tampoco se acepta en todas partes, y algunos sistemas de calidad no lo reconocen. Es una decisión de especificación, no una preferencia técnica que pueda dejar en manos del taller.
La secuencia que funciona
En cualquier bancada en la que las caras mecanizadas importen:
- Soldar la estructura.
- Aliviar tensiones.
- Desbastar, dejando sobreespesor en todas las caras funcionales.
- Aliviar tensiones de nuevo.
- Mecanizar el acabado.
El segundo ciclo es el que se suprime para ahorrar dinero, y es el que evita que la pieza se mueva después de la entrega. En trabajos no críticos, un único ciclo tras la soldadura es la práctica normal, pero indique cuál está comprando.
Dejar reposar la pieza entre el desbaste y el acabado también ayuda, y no cuesta más que espacio en el suelo y paciencia.
Cómo redactar un requisito de planitud con sentido
«Plana dentro de 0,05» en un plano no es una especificación. Le falta todo lo que hace medible esa cifra.
Un requisito utilizable indica:
- Qué superficie. Cada apoyo mecanizado por separado, o toda la cara superior como una sola.
- En qué longitud. 0,05 mm en 300 mm y 0,05 mm en 2000 mm son trabajos muy distintos.
- Respecto a qué referencia. El paralelismo y la perpendicularidad no significan nada sin ella, y la gramática para escribirlos es el dimensionamiento y tolerancia geométricos, codificado en ISO 1101 y ASME Y14.5. Elija la referencia que corresponda a cómo se monta la máquina y cómo se apoya sobre sus patas.
- Cómo se mide. Regla y galgas, nivel de precisión, láser, MMC. Cada uno tiene una resolución distinta y un precio distinto.
- Cuándo y dónde se mide. En la máquina después de cortar, o sobre un mármol en una sala de metrología a una temperatura indicada. Una estructura grande de acero cambia de tamaño con la temperatura ambiente, y en una bancada de dos metros eso no es un error de redondeo.
- Cómo se apoya. Una bancada medida sobre tres puntos da una lectura distinta de la misma bancada sobre seis. Indíquelo, o estará midiendo cómo se dejó apoyada.
Incluya estos seis puntos y, por primera vez, las ofertas de distintos talleres serán comparables.
Lo que le cuesta
Ajustar la planitud no es lineal. Pasar de 0,10 mm a 0,05 mm en un metro suele ser una pasada más. Pasar de 0,05 mm a 0,02 mm puede suponer otra máquina, un amarre adicional, una nave con temperatura controlada y un segundo ciclo de alivio de tensiones, y el precio se mueve en consecuencia.
Así que especifique lo que la máquina realmente necesita. Unas guías sobre una placa asentada con mortero no necesitan lo que necesita un bastidor de metrología. Los planos más caros que vemos son aquellos en los que se aplicó una tolerancia por defecto a todas las superficies porque nadie preguntó cuáles importaban.
Antes de enviarlo
Marque las caras funcionales, nombre las referencias, indique el método de alivio de tensiones y si quiere el diagrama, y diga qué documentos de inspección espera recibir con la pieza. Esa sola página de notas vale más que otra semana de correos.
Envíe el plano y le diremos qué talleres pueden cumplirlo. Si todavía está eligiendo la construcción, empiece por fundición frente a acero soldado.
Preguntas frecuentes
¿El alivio de tensiones por vibración es tan bueno como un ciclo en horno?
Hacen cosas distintas. Un ciclo en horno lleva toda la estructura a una temperatura de mantenimiento y deja que el metal relaje por fluencia sus tensiones residuales; además modifica la superficie y consume tiempo de horno. El tratamiento por vibración excita la estructura en resonancia para redistribuir los picos de tensión, es mucho más rápido y barato, y se utiliza ampliamente en bastidores de máquina. Algunas especificaciones y algunos clientes solo aceptan el tratamiento térmico. Decida cuál necesita antes de comparar precios, porque no son el mismo producto.
¿Qué planitud se puede mantener realmente en una bancada mecanizada?
En una bancada de acero o de fundición bien mecanizada, una planitud en el rango de 0,02 a 0,10 mm por metro en un apoyo mecanizado es el rango comercial normal, y el extremo más exigente requiere una máquina estable, una pieza estabilizada y a menudo una segunda pasada. Por debajo de eso se entra en el rectificado y el rasqueteado manual, que son operaciones aparte con su propio coste. La cifra solo tiene sentido con un método de medición y una referencia declarados.
¿Debo aliviar tensiones antes o después del desbaste?
En los trabajos que importan, en ambos momentos. Alivio después de soldar, desbaste, nuevo alivio y después mecanizado final. El desbaste elimina material y libera tensiones que estaban bloqueadas; un segundo ciclo antes de la pasada de acabado es lo que evita que la pieza se mueva después de salir de la máquina. En trabajos menos críticos lo normal es un único ciclo tras la soldadura.
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