La rueda inglesa , en Gran Bretaña también conocida como máquina rodante , es una herramienta para trabajar metales que permite al artesano formar curvas compuestas (doble curvatura) a partir de láminas planas de metal como aluminio o acero . [1] [2]
El proceso de utilizar una rueda inglesa se conoce como wheeling . Los paneles producidos de esta manera son costosos debido al método de producción altamente calificado y que requiere mucha mano de obra, pero tiene la ventaja clave de que puede producir de manera flexible diferentes paneles usando la misma máquina. Es una máquina formadora que funciona por estiramiento superficial y está relacionada en su acción con los procesos de batido de paneles. Se utiliza donde se requieren pequeños volúmenes de paneles curvos compuestos; típicamente en la construcción de carrocerías , restauración de automóviles , autos de carrera con chasis de estructura espacial que cumplen con las regulaciones que requieren paneles de chapa que se asemejan a los vehículos de producción en masa ( NASCAR ), [3] [4] prototipos de automóviles y componentes de revestimiento de aviones. La producción inglesa de ruedas alcanza su punto más alto en la producción de automóviles deportivos de bajo volumen, particularmente cuando se utiliza una aleación de aluminio que se forma más fácilmente.
Cuando se requieren series de producción de paneles de gran volumen, la rueda se reemplaza por una prensa de estampado que tiene un costo de instalación de capital mucho mayor y un tiempo de desarrollo más largo que el uso de una rueda inglesa, pero cada panel en la serie de producción se puede producir en cuestión de minutos. de segundos. Este costo se sufraga en una producción mayor, pero una prensa de estampado se limita a un solo modelo de panel por juego de troqueles. El modelo de rueda inglesa que se muestra se opera manualmente, pero cuando se usa en láminas de metal más gruesas, como en cascos de barcos, la máquina puede funcionar con motor y ser mucho más grande que la que se muestra aquí.
La máquina tiene la forma de una letra "C" grande y cerrada. En los extremos de la C hay dos ruedas. La rueda de arriba se llama rueda rodante , mientras que la rueda de abajo se llama rueda de yunque . (Algunas referencias se refieren a las ruedas por su posición: rueda superior y rueda inferior ). La rueda yunque suele tener un radio más pequeño que la rueda rodante. Aunque existen máquinas más grandes, la rueda rodante suele tener 8 cm (3 pulgadas) de ancho o menos y, por lo general, 25 cm (10 pulgadas) de diámetro o menos.
La rueda rodante (superior) tiene una sección transversal plana, mientras que la rueda del 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 suele determinar el tamaño más grande de chapa metálica 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 el soporte del marco que sostiene el rodillo de yunque son ajustables. Puede moverse con un gato hidráulico en máquinas diseñadas para chapa de acero, o con un gato hidráulico en máquinas diseñadas para chapa. A medida que el material se adelgaza, el operador debe ajustar la presión para compensar.
Los diseños del marco son el elemento más importante de este sencillo dispositivo. En general, las ruedas han cambiado muy poco desde el siglo XIX. Las primeras máquinas inglesas (a diferencia de las versiones americanas), como Edwards, Kendrick, Brown, Boggs y Ranalah , etc., tenían estructuras 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 operaban a altas presiones. Más tarde, cuando se empezaron a utilizar los rodamientos 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 rigidez ( módulo de Young ) que el acero y, en ocasiones, debe sustituirse por acero cuando se necesita un marco más rígido. Los diseños comunes son marcos de acero hechos de placas sólidas cortadas con llama o marcos construidos con placas cortadas y soldadas. Los tubos de acero, generalmente de sección cuadrada, se han utilizado para armazones de máquinas con ruedas durante los últimos 30 años, particularmente en los EE. UU., donde el moldeado de láminas de metal se ha convertido en un pasatiempo además de un negocio. Las máquinas con estructura de tubos tienen un precio razonable y están disponibles como máquinas construidas en kit o se pueden construir fácilmente a partir de planos. Los marcos tubulares más rígidos tienen una armadura de refuerzo externa completamente triangulada . Son más efectivos en materiales más delgados o blandos, como acero calibre 20 o aluminio de 0,063". [5] Todavía hay disponibles máquinas con estructura fundida, como la que se muestra en la imagen.
Una máquina debidamente equipada tiene una variedad de ruedas de yunque. Las ruedas de yunque, como las plataformas rodantes que se usan con martillos para golpear paneles (que también se conocen como yunques), deben usarse para igualar la corona o curvatura deseada de la pieza de trabajo.
El operador de la máquina pasa la chapa entre la rueda de yunque y la rueda rodante. Este proceso estira el material y hace que se vuelva más delgado. 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, mientras que una superficie de corona baja está ligeramente curvada. La rigidez y resistencia de la superficie de una pieza de trabajo la proporcionan las áreas elevadas de la corona. 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 con respecto al borde de la pieza. Si el centro se estira demasiado, el operador puede recuperar la forma girando el borde de la pieza. Girar el borde tiene el mismo efecto para corregir la deformación debida a un estiramiento excesivo en el medio, que encogerlo directamente sobre el área demasiado estirada mediante el uso de encogimiento por calor o encogimiento tipo Eckold. Esto se debe a que el borde mantiene la forma en su lugar. Reducir el borde antes del moldeado ayuda a la formación de la forma durante el moldeado y reduce la cantidad de estiramiento y adelgazamiento necesarios para alcanzar la forma final. Los procesos de contracción reducen la superficie al espesar la chapa. Encoger a mano es más difícil y más lento que estirar usando herramientas para golpear paneles o con ruedas, por lo que solo debe usarse cuando sea absolutamente necesario. La lámina de aluminio debe recocerse antes de rodar porque la laminación en el laminador durante el trabajo de producción la endurece .
La resistencia y la rigidez también se obtienen mediante el tratamiento de los bordes, como bridas o 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 acabada que es posible fabricar algunos paneles contrayendo y estirando el reborde únicamente, sin el uso de estiramiento de la superficie.
La presión del área de contacto, que varía con el radio de la cúpula sobre la rueda del yunque y la presión del tornillo de ajuste, y el número de pasadas de la rueda determinan el grado en que se estira el material. Algunos operadores prefieren un ajustador de pie para poder mantener una presión constante sobre diferentes espesores de chapa 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 la corona alta que son más delgadas con las áreas de la corona baja que están relativamente sin estirar. Una desventaja del ajustador de pie es que puede obstaculizar paneles muy curvados longitudinalmente, como los guardabarros tipo ciclo (alas/ guardabarros ) utilizados en motocicletas, autos deportivos anteriores a la Segunda Guerra Mundial y autos actuales con ruedas abiertas como el Lotus. / Caterham 7 .
Para solucionar este problema, algunas máquinas con ruedas 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 obstáculos. Este tipo de máquina generalmente tiene un marco inferior diagonal en forma de C que se curva hacia el piso, con un ajustador manual cerca del soporte de la rueda de yunque, en lugar del ajustador manual horizontal y vertical largo que se muestra en la imagen de arriba. Un tercer tipo de ajustador mueve la rueda superior hacia arriba y hacia abajo dejando la rueda del yunque inferior 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 secciones (hechas con papel o chapa fina), plantillas, formadores, calibres de perfil, plantillas de perfil y, por supuesto, un panel original. Las máquinas con ruedas que cuentan con una palanca de liberación rápida, que permite al operador dejar caer la rueda del yunque lejos de la rueda superior para que la pieza de trabajo pueda retirarse e insertarse rápidamente sin perder el ajuste de presión, ahorran mucho tiempo durante esta parte del proceso. .
El operador debe tener mucha paciencia para realizar muchas pasadas sobre un área de la lámina para formar el área correctamente. Pueden 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. Usar 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 todo un arte. Demasiada presión produce una pieza ondulada, estropeada y estresada, mientras que muy poca presión hace que el trabajo lleve mucho tiempo.
Es probable que el desplazamiento localizado en una parte del panel provoque deformaciones en áreas adyacentes. Elevar o estirar un área hace que las áreas adyacentes se hundan, y corregir eso 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 de lo que podría imaginarse. Esto significa que el operador debe trabajar en una gran área del panel, solucionando estos efectos secundarios y provocando 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 esto se logra, es posible "mover" el metal con un mínimo estiramiento adicional, llenando los puntos bajos con metal de los puntos altos. Este alisado es casi como alisar usando un ajuste de presión moderado, pero sigue siendo más pesado que el utilizado para alisar. Es un proceso iterativo complicado y que requiere mucho tiempo , y es una de las partes más difíciles y hábiles del proceso. 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. Es posible que sea necesario recocer los paneles/secciones de corona alta debido al endurecimiento del metal, lo que lo vuelve frágil, inviable 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 altas de la corona con las áreas bajas de la corona, de modo que el contorno de la superficie pase de una a otra suavemente. Después de esto, la etapa final de rodado implica una presión muy ligera para alisar la superficie y darle una forma suave y cohesiva. Esta etapa no estira el metal sino que mueve el metal ya estirado, por lo que es esencial utilizar la presión mínima del yunque y un yunque lo más ancho posible con la forma del panel.
Normalmente, sólo 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.
Cinco limitaciones clave de la máquina son:
Estas limitaciones son las razones por las que los paneles de corona grandes y altos, como alas y guardabarros, a menudo se fabrican en muchas piezas. Luego, las piezas se sueldan entre sí, normalmente mediante uno de dos procesos. La soldadura TIG (gas inerte de tungsteno) produce menos distorsión por calor, pero produce una soldadura más dura y quebradiza que puede causar problemas al cepillar /alisar a mano o en la máquina de ruedas. Las juntas de soldadura de oxiacetileno no tienen este inconveniente, siempre que se dejen enfriar a temperatura ambiente en el aire, pero producen más distorsión por calor. Las juntas de paneles se pueden lograr mediante soldadura autógena , es decir, soldadura sin varilla de relleno ( procesos de oxiacetileno o TIG ). Esto es útil para alisar finalmente las juntas de soldadura , ya que reduce la cantidad de limado/esmerilado/acabado necesario o casi lo elimina por completo. También, lo que es más importante, reduce la distorsión por calor del contorno de la superficie, que debe corregirse con la rueda o con un martillo y una plataforma rodante.
El proceso final de fabricación del panel, después de lograr el contorno superficial correcto, es algún tipo de tratamiento de bordes, como bridas (chapa metálica) o bordes de alambre. Esto termina y fortalece el borde. Por lo general, hay demasiado o muy poco metal en la brida, lo que deforma el panel después de girar la brida, por lo que se debe estirar o encoger para corregir la forma de la superficie. Esto se hace más fácilmente usando el encogimiento y estiramiento de Eckold, pero se puede hacer usando el encogimiento por calor o el encogimiento en frío , metiendo y golpeando el metal metido dentro de sí mismo, o usando un martillo y una plataforma rodante para encoger en frío. Estirar o encoger la brida requiere un martillo y una plataforma rodante de perfil correctos. El martillo y la plataforma rodante deben coincidir con la forma de brida deseada en el punto de contacto a través de la brida (conocido como hacer sonar la plataforma rodante) con el martillo. Mucho trabajo de contracción o estiramiento endurece la brida y puede causar grietas y desgarros. Si bien 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 martillar manualmente . El cepillado manual utilizando plataformas rodantes y limas de aplanado o un martillo de cepillado, después de la formación del martillo, requiere mucha mano de obra. El uso de un mazo en forma de pera y un saco de arena para estirar la lámina de metal ( hundimiento ), o levantándola con una estaca, acelera la fabricación de secciones de corona más altas. (Una estaca es una plataforma rodante, que puede ser mucho más grande que las plataformas rodantes manuales, generalmente con una sección transversal cuadrada ahusada debajo. Esto es para montarla en un tornillo de banco o en un orificio hembra correspondiente en un yunque de pico como lo usan los herreros. y herradores.) Un martillo neumático o un martillo eléctrico es aún más rápido. El torno inglés es muy efectivo cuando se utiliza para aplanar , (para lo cual fue patentado originalmente en Inglaterra), hasta obtener un acabado final suave después de estos procesos.