La rueda inglesa , también conocida en Gran Bretaña como máquina de ruedas , es una herramienta para trabajar el metal que permite a un artesano formar curvas compuestas (de doble curvatura) a partir de láminas planas de metal como aluminio o acero . [1] [2]
El proceso de uso de una rueda inglesa se conoce como wheeling . Los paneles producidos de esta manera son caros, debido al método de producción altamente calificado y de mano de obra intensiva, pero tiene la ventaja clave de que puede producir de manera flexible diferentes paneles utilizando la misma máquina. Es una máquina de conformado que funciona por estiramiento de la superficie y está relacionada en acción con los procesos de chapeado. Se utiliza donde se requieren pequeños volúmenes de paneles curvos compuestos; típicamente en carrocerías , restauración de automóviles , autos de carreras con chasis de bastidor espacial que cumplen con las regulaciones que requieren paneles de chapa metálica que se asemejen a los vehículos de producción en masa ( NASCAR ), [3] [4] prototipos de automóviles y componentes de revestimiento de aeronaves. La producción de ruedas inglesas está en su punto más alto en la producción de automóviles deportivos de bajo volumen, particularmente cuando se usa aleación de aluminio más fácil de formar.
Cuando se requieren tiradas de producción de paneles en grandes volúmenes, la rueda se reemplaza por una prensa de estampación que tiene un costo de preparación de capital mucho mayor y un tiempo de desarrollo más largo que el uso de una rueda inglesa, pero cada panel de la tirada de producción se puede producir en cuestión de segundos. Este costo se compensa con una tirada de producción más grande, pero una prensa de estampación está limitada a un solo modelo de panel por juego de matrices. El modelo de rueda inglesa que se muestra se opera manualmente, pero cuando se usa en láminas de metal más gruesas, como para cascos de barcos, la máquina puede ser motorizada y mucho más grande que la que se muestra aquí.
La máquina tiene la forma de una gran letra "C" cerrada. En los extremos de la C hay dos ruedas. La rueda de la parte superior se llama rueda rodante , mientras que la rueda de la parte inferior se llama rueda de yunque . (Algunas referencias se refieren a las ruedas por su posición: rueda superior y rueda inferior ). La rueda de yunque suele tener un radio menor que la rueda rodante. Aunque existen máquinas más grandes, la rueda rodante suele tener 8 cm (3 pulgadas) de ancho o menos, y normalmente 25 cm (10 pulgadas) de diámetro, o menos.
La rueda rodante (superior) tiene una sección transversal plana, mientras que la rueda de yunque (inferior) tiene forma de cúpula.
La profundidad del marco en forma de C se llama garganta . Las máquinas más grandes tienen tamaños de garganta de 120 cm (48 pulgadas), mientras que las máquinas más pequeñas tienen tamaños de garganta de aproximadamente 60 cm (24 pulgadas). La C se encuentra verticalmente y está sostenida por un marco. El tamaño de la garganta generalmente determina el tamaño más grande de la hoja de metal que el operador puede colocar en la máquina y trabajar fácilmente. En algunas máquinas, el operador puede girar la rueda superior y el yunque 90 grados con respecto al marco para aumentar el tamaño máximo de la pieza de trabajo. Debido a que la máquina funciona mediante una cantidad de presión entre las ruedas a través del material, y debido a que esa presión cambia a medida que el material se vuelve más delgado, la mandíbula inferior y la cuna del marco que sostiene el rodillo del yunque son ajustables. Puede moverse con un gato hidráulico en máquinas diseñadas para placas de acero, o un gato de tornillo en máquinas diseñadas para láminas de metal. A medida que el material se adelgaza, el operador debe ajustar la presión para compensar.
Los diseños de los marcos son el elemento más significativo de este sencillo dispositivo. En su mayor parte, las ruedas han cambiado muy poco desde el siglo XIX. Las primeras máquinas inglesas (a diferencia de las versiones estadounidenses), como Edwards, Kendrick, Brown, Boggs y Ranalah , etc., tenían marcos de hierro fundido. Estas ruedas, fabricadas durante el siglo XIX, tenían cojinetes lisos de metal Babbitt , lo que dificultaba empujar y tirar del metal cuando se operaba a altas presiones. Más tarde, cuando se empezaron a utilizar cojinetes de bolas, las máquinas se volvieron más adecuadas para materiales duros y gruesos, como el acero de 1/8”. A pesar de las ventajas del hierro fundido, tiene menos de la mitad de la rigidez ( módulo de Young ) del acero y, a veces, debe reemplazarse por acero cuando se necesita un marco más rígido. Los marcos de acero hechos de placa sólida cortada a la llama, o los marcos construidos con placas cortadas y soldadas, son diseños comunes. Durante los últimos 30 años, se han utilizado tubos de acero, generalmente de sección cuadrada, para los bastidores de las máquinas de ruedas, en particular en los EE. UU., donde el conformado de chapa metálica se ha convertido en un pasatiempo y en un negocio. Las máquinas con bastidor de tubos tienen un precio razonable y están disponibles como máquinas construidas en kit o se pueden construir fácilmente a partir de planos. Los bastidores tubulares más rígidos tienen una armadura de refuerzo externa completamente triangulada . Son más eficaces en materiales más delgados o más blandos, como acero de calibre 20 o aluminio de 0,063". [5] Las máquinas con bastidor de fundición, como la que se muestra en la imagen, todavía están disponibles.
Una máquina debidamente equipada tiene una variedad de ruedas de yunque. Las ruedas de yunque, como las carretillas que se usan con los martillos para hacer paneles (que también se conocen como yunques), deben usarse para que coincidan con la corona o curvatura deseada de la pieza de trabajo.
El operador de la máquina pasa la chapa metálica entre la rueda de yunque y la rueda de rodadura. Este proceso estira el material y hace que se vuelva más fino. A medida que el material se estira, forma una superficie convexa sobre la rueda de yunque. [1] Esta superficie se conoce como "corona". Una superficie de corona alta es muy curvada, una superficie de corona baja es ligeramente curvada. La rigidez y la resistencia en la superficie de una pieza de trabajo se proporcionan por las áreas de corona alta. El radio de la superficie, después del trabajo, depende del grado en que el metal en el medio de la pieza de trabajo se estira en relación con el borde de la pieza. Si el medio se estira demasiado, el operador puede recuperar la forma al girar el borde de la pieza. Girar el borde tiene el mismo efecto en la corrección de la deformación debido al estiramiento excesivo en el medio, que el encogimiento directamente en el área estirada excesivamente mediante el uso de encogimiento por calor o encogimiento tipo Eckold. Esto se debe a que el borde mantiene la forma en su lugar. El encogimiento del borde antes del mecanizado facilita la formación de la forma durante el mecanizado y reduce la cantidad de estiramiento y adelgazamiento necesarios para alcanzar la forma final. Los procesos de encogimiento reducen el área de la superficie al engrosar la chapa metálica. El encogimiento a mano es más difícil de hacer y más lento que el estiramiento con herramientas de chapa o mecanizado, por lo que solo debe usarse cuando sea absolutamente necesario. La chapa de aluminio debe recocerse antes del mecanizado porque el laminado en el laminador durante su trabajo de producción la endurece .
La resistencia y la rigidez también se consiguen mediante el tratamiento de los bordes, como el rebordeado o el cableado, una vez que se ha logrado la fabricación del contorno de superficie correcto. El reborde es tan importante para la forma de la superficie terminada que es posible fabricar algunos paneles mediante la contracción y el estiramiento del reborde únicamente, sin necesidad de utilizar el estiramiento de la superficie.
La presión del área de contacto, que varía con el radio de la cúpula en la rueda del yunque y la presión del tornillo de ajuste, y el número de pasadas de rodadura determinan el grado en el que se estira el material. Algunos operadores prefieren un ajustador de pie para poder mantener una presión constante sobre diferentes espesores de chapa metálica para alisar, con ambas manos libres para manipular la pieza de trabajo. Este estilo de ajustador también es útil para mezclar el borde de las áreas de corona alta que son más delgadas, con áreas de corona baja que están relativamente sin estirar. Un inconveniente del ajustador de pie es que puede interferir en los paneles muy curvados longitudinalmente, como los guardabarros tipo ciclo (alas/ guardabarros ) utilizados en motocicletas, autos deportivos anteriores a la Segunda Guerra Mundial y autos de ruedas abiertas actuales como el Lotus / Caterham 7 .
Para solucionar este problema, algunas máquinas de mecanizado tienen un ajustador manual cerca del yugo del yunque (también conocido como soporte de la rueda) para que dichos paneles puedan curvarse por debajo sin obstrucciones. Este tipo de máquina normalmente tiene un marco inferior en forma de C diagonal que se curva hacia abajo hasta el piso, con un ajustador manual cerca del soporte de la rueda del yunque, en lugar del ajustador manual horizontal y vertical largo que se muestra en la imagen anterior. Un tercer tipo de ajustador mueve la rueda superior hacia arriba y hacia abajo mientras que la rueda del yunque inferior permanece estática.
En cada etapa de fabricación, el operador debe hacer referencia constantemente a la forma que desea reproducir. Esto puede implicar el uso de papel de plantilla, plantillas de sección (fabricadas con papel o chapa fina), troqueles de estación, formadores, calibres de perfil, plantillas de perfil y, por supuesto, un panel original. Las máquinas de mecanizado con ruedas que cuentan con una palanca de liberación rápida, que permite al operador soltar la rueda de yunque de la rueda superior para poder retirar e insertar la pieza de trabajo rápidamente sin perder el ajuste de presión, son excelentes ahorradoras de tiempo durante esta parte del proceso.
El operador debe tener una paciencia esmerada para realizar muchas pasadas sobre un área de la chapa para formar el área correctamente. Puede realizar pasadas adicionales con diferentes ruedas y en diferentes direcciones (a 90 grados para una forma simple de doble curvatura, por ejemplo) para lograr la forma deseada. El uso de la presión correcta y la forma apropiada de la rueda de yunque, y patrones precisos y cercanos de pasadas de rueda superpuestas (o realmente superpuestas con yunques de corona baja) hacen que el uso de la máquina sea una especie de arte. Demasiada presión produce una pieza ondulada, estropeada y estresada, mientras que muy poca presión hace que el trabajo tome mucho tiempo.
El movimiento de rotación localizado en una parte del panel puede provocar deformaciones en las áreas adyacentes. Elevar o estirar un área hace que las áreas adyacentes se hundan y corregir esto puede afectar áreas más alejadas del trabajo original del panel. Esto se debe a que las tensiones en el panel causadas por el estiramiento afectan la forma del panel más lejos de lo que se podría imaginar. Esto significa que el operador debe trabajar sobre un área grande del panel, solucionando estos efectos secundarios mientras causa más efectos secundarios que también deben solucionarse.
La clave para producir la forma correcta es tener la cantidad correcta de superficie de metal estirada sobre esta área más amplia. Si se logra esto, es posible "mover" el metal con un estiramiento adicional mínimo, llenando los puntos bajos con metal de los puntos altos. Este alisado es casi como el aplanado utilizando un ajuste de presión moderado, pero aún es más pesado que el utilizado para el aplanado. Es un proceso iterativo que requiere mucho tiempo y es complicado , y es una de las partes más difíciles y hábiles del mecanizado. A medida que aumenta el tamaño del panel/sección, el trabajo involucrado y el nivel de dificultad aumentan desproporcionadamente. Esta es también una razón por la que los paneles muy grandes pueden ser muy difíciles de hacer y se fabrican en secciones. Los paneles/secciones de corona alta pueden necesitar un recocido debido al endurecimiento por deformación del metal, lo que lo vuelve frágil, impracticable y propenso a fracturarse.
Después de lograr la forma básica correcta con la cantidad correcta de metal en los lugares correctos, el trabajador debe mezclar los bordes de las áreas de corona alta con las áreas de corona baja, de modo que el contorno de la superficie pase de una a otra sin problemas. Después de esto, la etapa final de mecanizado implica un mecanizado con una presión muy ligera para alisar la superficie y convertirla en una forma suave y cohesiva. Esta etapa no estira el metal, sino que lo mueve, por lo que es esencial utilizar la mínima presión del yunque y un yunque lo más ancho posible con la forma del panel.
Por lo general, solo los paneles pequeños de corona alta (como las secciones de reparación) o los paneles grandes de corona baja (como los techos) se fabrican en una sola pieza. Los paneles grandes de corona baja necesitan dos artesanos expertos para soportar el peso del panel.
Las cinco limitaciones clave de la máquina son:
Estas limitaciones son las razones por las que los paneles de gran tamaño, como las aletas y los guardabarros, suelen fabricarse en muchas piezas. Las piezas se sueldan entre sí, normalmente mediante uno de dos procesos. La soldadura TIG (gas inerte de tungsteno) produce menos distorsión térmica, pero produce una soldadura más dura y quebradiza que puede causar problemas al cepillar o alisar a mano o en la máquina de ruedas. Las uniones soldadas con oxiacetileno no tienen este inconveniente, siempre que se dejen enfriar a temperatura ambiente al aire, pero sí producen más distorsión térmica. Las uniones de los paneles se pueden lograr mediante soldadura autógena , es decir, soldadura sin varilla de relleno ( procesos oxiacetileno o TIG ), esto es útil para alisar finalmente las uniones soldadas , ya que reduce la cantidad de limado/pulido/pulido necesario o casi lo elimina por completo. También, lo que es más importante, reduce la distorsión térmica del contorno de la superficie, que debe corregirse en la rueda o con un martillo y una plataforma.
El proceso final de fabricación del panel, después de lograr el contorno de superficie correcto, es algún tipo de tratamiento de borde, como rebordeado (chapa metálica) o bordeado de alambre. Esto termina y fortalece el borde. Por lo general, hay demasiado o muy poco metal en el reborde, lo que deforma el panel después de girar el reborde, por lo que debe estirarse o encogerse para corregir la forma de la superficie. Esto se hace más fácilmente utilizando la contracción y estiramiento de Eckold, pero se puede hacer utilizando contracción por calor o contracción en frío , metiendo y golpeando el metal metido en sí mismo, o utilizando un martillo y una plataforma de contracción en frío. Estirar o encoger el reborde requiere un martillo y una plataforma de contracción con el perfil correcto. El martillo y la plataforma de contracción deben coincidir con la forma deseada del reborde en el punto de contacto a través del reborde (conocido como anillar el plataforma de contracción) con el martillo. Una gran cantidad de trabajo de contracción o estiramiento endurece el reborde y puede causar grietas y desgarros. Si bien estos se pueden soldar, es mucho mejor recocer el metal antes de que esto suceda para restaurar su trabajabilidad.
Una rueda inglesa es una mejor herramienta para un artesano experto para aplicaciones de corona baja que el martillado manual . El aplanado manual con carretillas y limas de aplanado o un martillo de aplanado, después del moldeado a martillo, es muy laborioso. El uso de un mazo en forma de pera y una bolsa de arena para estirar la chapa metálica ( hundimiento ), o al levantarla sobre una estaca, acelera la fabricación de secciones de corona más altas. (Una estaca es una carretilla, que puede ser mucho más grande que las carretillas manuales, generalmente con una sección transversal cuadrada cónica debajo. Esto es para montarla en un tornillo de banco o en un orificio hembra correspondiente en un yunque de pico como los que usan los herreros y los herradores). Un martillo neumático o un martillo eléctrico es aún más rápido. La rueda inglesa es muy eficaz cuando se usa para aplanar (para lo cual se patentó originalmente en Inglaterra), hasta obtener un acabado final suave después de estos procesos.