De hecho, esta pieza no parece en absoluto estar hecha de chapa. Algunos perfiles tienen una serie de muescas o ranuras que hacen que la pieza parezca forjada en caliente o extruida, pero este no es el caso. Se trata de un perfil elaborado mediante un proceso de conformado en frío en una máquina perfiladora, una tecnología que las empresas europeas de Welser Profile han perfeccionado y patentado en Estados Unidos y otros países. Solicitó su primera patente en 2007.
"Welser posee patentes para engrosar, adelgazar y formar ranuras en frío en perfiles", dijo Johnson. “No es mecanizado, no es termoformado. Muy pocas personas en Estados Unidos lo hacen, o incluso lo intentan”.
Dado que la elaboración de perfiles es una tecnología muy madura, muchos no esperan ver sorpresas en este ámbito. En FABTECH®, la gente sonríe y sacude la cabeza cuando ven láseres de fibra extremadamente potentes cortando a una velocidad vertiginosa o sistemas de doblado automatizados que corrigen los desajustes de materiales. Con todos los avances en estas tecnologías de fabricación en los últimos años, se esperaban una agradable sorpresa. No esperaban que el perfilado los sorprendiera. Pero, como sugiere la frase de los ingenieros "muéstrame flores", el perfilado aún supera las expectativas.
En 2018, Welser ingresó al mercado estadounidense con la adquisición de Superior Roll Forming en Valley City, Ohio. Johnson dijo que la medida es estratégica, no sólo para expandir la presencia de Welser en Norteamérica, sino también porque Superior Roll Forming comparte muchas de las visiones culturales y estratégicas de Welser.
Ambas empresas pretenden conquistar áreas especializadas del mercado de laminación en frío con pocos competidores. Ambas organizaciones también están trabajando para satisfacer la necesidad de la industria de un peso más ligero. Las piezas necesitan hacer más, ser más fuertes y pesar menos.
Superior se enfoca en el sector automotriz; Si bien ambas empresas atienden a una amplia gama de clientes, Welser se centra en otras industrias como la construcción, la agricultura, la energía solar y las estanterías. El peso ligero en la industria automotriz siempre se ha centrado en materiales de alta resistencia, lo que también es una ventaja de Superior. La geometría relativamente simple de un perfil doblado pasa desapercibida hasta que los ingenieros ven la resistencia del material doblado. Los ingenieros superiores suelen desarrollar programas de piezas utilizando materiales con una resistencia a la tracción de 1400 o incluso 1700 MPa. Eso es casi 250 KSI. En Europa, los ingenieros de Welser Profile también abordaron el tema de la ligereza, pero además de utilizar materiales de alta resistencia, también lo abordaron con molduras complejas.
El proceso de conformado en frío patentado de Welser Profile es adecuado para materiales de baja resistencia, pero la geometría creada por la máquina perfiladora ayuda a reducir el peso de todo el conjunto. La geometría puede permitir que el perfil realice múltiples funciones y al mismo tiempo reduzca la cantidad de piezas (sin mencionar el dinero gastado en producción). Por ejemplo, las ranuras perfiladas pueden crear conexiones entrelazadas que eliminan soldaduras o sujetadores. O la forma del perfil puede hacer que toda la estructura sea más rígida. Quizás lo más importante es que Welser puede crear perfiles que son más gruesos en algunos lugares y más delgados en otros, proporcionando resistencia donde sea necesario y al mismo tiempo reduciendo el peso total.
Los ingenieros y diseñadores de modelado tradicionales siguen una regla de procesabilidad que lleva una década: evitar radios pequeños, ramas cortas, curvas de 90 grados, geometrías internas profundas, etc. "Por supuesto, siempre tuvimos unos años 90 difíciles", dijo Johnson.
El perfil parece una extrusión, pero en realidad está formado en frío por Welser Profile.
Por supuesto, los ingenieros exigen que las máquinas perfiladoras rompan estas reglas de capacidad de fabricación, y aquí es donde entran en juego las capacidades de ingeniería y herramientas del taller de laminación. Cuanto más puedan avanzar los ingenieros en el proceso (formando geometrías internas más densas de 90 grados y más profundas) y al mismo tiempo minimizar los costos de herramientas y la variabilidad del proceso, más competitiva será una máquina perfiladora.
Pero como explica Johnson, el conformado en frío en un laminador es mucho más que eso. Este proceso le permite obtener perfiles de piezas que la mayoría de los ingenieros ni siquiera considerarían utilizar perfiles. “Imagínese una tira de chapa de metal que ha pasado por el proceso de laminación, de quizás 0,100 pulgadas de espesor. Podemos hacer una ranura en T en la parte inferior central de este perfil. "Debe ser laminado en caliente o mecanizado dependiendo de las tolerancias y otros requisitos de la pieza, pero podemos laminar fácilmente esta geometría".
Los detalles del proceso son propiedad de la empresa y Welser no revela el patrón floral. Pero Johnson describe la justificación de varios procesos.
Consideremos primero la operación de estampado en una prensa de estampación. “Cuando comprimes, también estiras o comprimes. Entonces estiras el material y lo mueves a diferentes áreas de la herramienta [superficie], tal como rellenas los radios de una herramienta. Pero [en el perfilado] este proceso de conformado en frío] es como llenar radios con esteroides”.
El trabajo en frío fortalece el material en ciertas áreas, esto puede diseñarse en beneficio del diseñador. Sin embargo, la perfiladora también debe tener en cuenta estos cambios en las propiedades del material. "Se puede ver un aumento significativo en el rendimiento, a veces hasta un 30 por ciento", dice Johnson, y agrega que este aumento debe incorporarse a la aplicación desde el principio.
Sin embargo, el conformado en frío de Welser Profile puede implicar operaciones adicionales como costura y soldadura. Al igual que con el perfilado convencional, la perforación se puede realizar antes, durante o después del perfilado, pero las herramientas utilizadas deben tener en cuenta los efectos del trabajo en frío durante todo el proceso.
El material conformado en frío en las instalaciones europeas de Welser Profile no es tan fuerte como el material laminado de alta resistencia en sus instalaciones de Superior, Ohio. Dependiendo de la aplicación, la empresa puede producir material conformado en frío a presiones de hasta 450 MPa. Pero no se trata sólo de elegir un material con una determinada resistencia a la tracción.
"No se puede hacer eso con materiales de alta resistencia y baja aleación", dijo Johnson, y agregó: "A menudo nos gusta usar materiales microaleados, que ayudan a prevenir roturas". Obviamente, la selección de materiales es una parte importante”.
Para ilustrar los conceptos básicos del proceso, Johnson describe el diseño del tubo telescópico. Un tubo se inserta dentro del otro y no puede girar, por lo que cada tubo tiene una ranura acanalada en un lugar específico alrededor de la circunferencia. Estos no son sólo refuerzos con radios, sino que provocan cierto juego de rotación cuando un tubo entra en otro. Estos tubos de tolerancia estrecha deben insertarse con precisión y retraerse suavemente con poco juego de rotación. Además, el diámetro exterior del tubo exterior debe ser exactamente el mismo, sin protuberancias de encofrado en el diámetro interior. Para ello, estos tubos cuentan con auténticas ranuras que a primera vista parecen extruidas, pero no lo son. Se producen mediante conformado en frío en máquinas perfiladoras.
Para formar ranuras, la herramienta de laminación adelgaza el material en puntos específicos a lo largo de la circunferencia de la tubería. Los ingenieros diseñaron el proceso para poder predecir con precisión el flujo de material desde estas ranuras "delgadas" hasta el resto de la circunferencia de la tubería. El flujo de material debe controlarse con precisión para garantizar un espesor de pared de tubería constante entre estas ranuras. Si el espesor de la pared de la tubería no es constante, los componentes no encajarán correctamente.
El proceso de conformado en frío en las plantas de perfilado europeas de Welser Profile permite hacer algunas piezas más delgadas, otras más gruesas y colocar las ranuras en otros lugares.
Una vez más, un ingeniero mira una pieza y podría pensar que es extrusión o forjado en caliente, y eso es un problema con cualquier tecnología de fabricación que desafíe la sabiduría convencional. Muchos ingenieros no consideraron desarrollar una pieza de este tipo, creyendo que sería demasiado costosa o imposible de fabricar. De esta manera, Johnson y su equipo están haciendo correr la voz no sólo sobre las capacidades del proceso, sino también sobre los beneficios de involucrar a los ingenieros de Welser Profile en la elaboración de perfiles en las primeras etapas del proceso de diseño.
Los ingenieros de diseño y de rodillos trabajan juntos en la selección de materiales, seleccionando estratégicamente el espesor y mejorando la estructura del grano, en parte impulsado por las herramientas, y exactamente donde ocurre el conformado en frío (es decir, espesamiento y adelgazamiento) en la formación de la flor. perfil completo. Se trata de una tarea mucho más compleja que simplemente conectar las piezas modulares de una herramienta de laminación (el perfil Welser utiliza casi exclusivamente herramientas modulares).
Con más de 2500 empleados y más de 90 líneas de perfilado, Welser es una de las empresas de perfilado de propiedad familiar más grandes del mundo, con una gran fuerza laboral dedicada a las herramientas e ingenieros que utilizan las mismas herramientas que se han utilizado hasta ahora. desde hace muchos años Die biblioteca. Elaboración de perfiles de más de 22.500 perfiles diferentes.
"Actualmente tenemos más de 700.000 herramientas de rodillos [modulares] en stock", dijo Johnson.
"Los constructores de la planta no sabían por qué pedíamos ciertas especificaciones, pero cumplieron con nuestros requisitos", dijo Johnson, y agregó que estos "ajustes inusuales" en la planta ayudaron a Welser a mejorar su proceso de conformado en frío.
Entonces, ¿cuánto tiempo lleva Welzer en el negocio del acero? Johnson sonrió. "Oh, casi siempre". Sólo estaba medio bromeando. La empresa se fundó en 1664. “Sinceramente, la empresa se dedica al sector del acero. Comenzó como una fundición y empezó a rodar y formar a finales de la década de 1950 y ha seguido creciendo desde entonces”.
La familia Welser dirige el negocio desde hace 11 generaciones. "El director ejecutivo es Thomas Welser", dijo Johnson. "Su abuelo fundó una empresa de elaboración de perfiles y su padre era en realidad un empresario que amplió el tamaño y el alcance del negocio". Hoy en día, los ingresos anuales en todo el mundo superan los 700 millones de dólares.
Johnson continuó: “Mientras el padre de Thomas construía la empresa en Europa, Thomas se dedicaba realmente a las ventas internacionales y al desarrollo empresarial. Siente que esta es su generación y que es hora de que lleve la empresa a nivel global”.
La adquisición de Superior fue parte de esta estrategia, la otra parte fue la introducción de tecnología de laminación en frío en Estados Unidos. En el momento de escribir este artículo, el proceso de conformado en frío se lleva a cabo en las instalaciones europeas de Welser Profile, desde donde la empresa exporta productos a los mercados globales. No se han anunciado planes para llevar la tecnología a Estados Unidos, al menos no todavía. Johnson dijo que, como todo lo demás, la laminadora planea ampliar la capacidad en función de la demanda.
El patrón floral del perfil del rollo tradicional muestra las etapas de formación del material a medida que pasa por la estación de laminación. Debido a que los detalles detrás del proceso de conformado en frío de Welser Profile son patentados, no produce diseños florales.
Welser Profile y su filial Superior ofrecen perfiles tradicionales, pero ambos se especializan en áreas donde no se requieren especificaciones. Para Superior, se trata de un material de alta resistencia; para Welser Profile, la moldura es una forma compleja que en muchos casos compite no con otras laminadoras, sino con extrusoras y otros equipos de producción especiales.
De hecho, Johnson dijo que su equipo está siguiendo una estrategia de extrusión de aluminio. “A principios de los años 1980, las empresas de aluminio entraron al mercado y dijeron: 'Si puedes soñarlo, podemos exprimirlo'. Fueron muy buenos dando opciones a los ingenieros. Si puede soñar con ello, pagará una pequeña tarifa por las herramientas. Podemos producirlo por una tarifa. Esto libera a los ingenieros porque literalmente pueden dibujar cualquier cosa. Ahora estamos haciendo algo similar, sólo que ahora con la creación de perfiles.
Tim Heston es editor senior de la revista FABRICATOR y ha estado en la industria de fabricación de metales desde 1998, comenzando su carrera en la revista Welding de la American Welding Society. Desde entonces, se ha encargado de todo el proceso de fabricación de metales, desde el estampado, el doblado y el corte hasta el esmerilado y el pulido. Se unió a The FABRICATOR en octubre de 2007.
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Desde que fundó Detroit Bus Company en 2011, Andy Didoroshi ha seguido operando sin interrupción...
Hora de publicación: 22 de agosto de 2023