Lógica de ingeniería para el diseño y fabricación de carcasas de rodamientos (Parte 1)

En el conjunto completo de laminadoras de chapa y fleje, la carcasa del rodamiento suele considerarse simplemente como la caja para instalar los rodamientos. De hecho, no solo cumple la función de instalar y posicionar los rodamientos, sino que también participa directamente en la transmisión de la fuerza de laminación, manteniendo la rigidez del sistema de rodillos, controlando la precisión de la forma de la chapa y garantizando la fiabilidad operativa a largo plazo del equipo. Para las líneas de producción de laminación en caliente, laminación en frío y laminación de láminas, existen diferencias significativas en el enfoque del diseño, la selección de materiales, la precisión del procesamiento y los requisitos de inspección de la carcasa del rodamiento.

1. La carcasa del cojinete debe entenderse de acuerdo con la función de los rodillos del laminador.

En la estructura del laminador, la carcasa del cojinete se instala en ambos extremos de los rodillos y se utiliza para alojar los cojinetes y transferir la carga de laminación al bastidor o sistema de bastidor de la máquina. Generalmente, la carcasa del cojinete se identifica en el campo según dos dimensiones: una se divide en carcasa del cojinete del rodillo de trabajo, carcasa del cojinete del rodillo intermedio y carcasa del cojinete del rodillo de apoyo según la función del rodillo; la otra se divide en rodillo superior, rodillo inferior, lado de transmisión y lado de operación según la posición de instalación. En conjunto, forman nombres precisos como carcasa del cojinete del rodillo de trabajo del lado de transmisión superior y carcasa del cojinete del rodillo de apoyo del lado de operación inferior.

La importancia de este método de clasificación radica en que los distintos rodillos cumplen funciones diferentes, y la forma de carga, la frecuencia de cambio de rodillos, las limitaciones de espacio, los métodos de lubricación y los requisitos de precisión de la carcasa del rodamiento también varían. Por lo tanto, el diseño de la carcasa del rodamiento no puede dividirse simplemente en laminación en caliente, laminación en frío o laminación de láminas, sino que primero debe definirse claramente si sirve para el rodillo de trabajo, el rodillo intermedio o el rodillo de soporte.

2. Enfoque del diseño de diferentes carcasas de rodamientos

El rodillo de trabajo participa directamente en la deformación del metal y es el componente con la mayor frecuencia de cambio de rodillo y la carga dinámica más compleja del sistema. La carcasa del rodamiento del rodillo de trabajo debe soportar cargas alternas, cargas de impacto y fuerzas de control para la forma de la placa, como la flexión y la torsión. Su diseño se centra en la resistencia a la fatiga, la resistencia al impacto, la resistencia al desgaste de la superficie de guía, la facilidad de cambio de rodillo y la compatibilidad de las interfaces con el bloque de flexión, el carro de cambio de rodillo, el dispositivo de bloqueo y el sistema de lubricación.

El rodillo de apoyo soporta principalmente la fuerza de laminación, y su alojamiento es voluminoso y pesado. Es un componente clave en el sistema de rigidez del laminador. Su diseño se centra en la rigidez estática general, la precisión de posicionamiento del orificio y la superficie de la ventana del rodamiento, la fiabilidad de la instalación, el control de las tensiones residuales y la estabilidad dimensional a largo plazo. En laminadores en caliente de gran tamaño, el alojamiento del rodamiento del rodillo de apoyo también debe tener en cuenta las cargas de impacto, el margen de seguridad y la facilidad de mantenimiento in situ.

El rodillo intermedio se utiliza principalmente en laminadores de seis rodillos, laminadores HC, laminadores UCM y algunos laminadores de múltiples rodillos, y está estrechamente relacionado con los rodillos guía, los rodillos de curvado y el sistema de control de forma de la placa. Su estructura de alojamiento de cojinetes es relativamente compacta, con interfaces complejas, y requiere una mayor precisión dimensional y consistencia de grupo. El objetivo principal es garantizar la precisión de guiado de los rodillos guía, controlar la deformación sesgada y disponer de forma adecuada las estructuras de lubricación, refrigeración y sellado.

3. Diferencias en las condiciones de funcionamiento de las carcasas de los cojinetes para laminación en caliente, laminación en frío y laminación de láminas.

Los requisitos fundamentales de la carcasa del rodamiento para laminadores en caliente son resistencia, resistencia al impacto y adaptabilidad al entorno de alta temperatura. En la zona de laminación en caliente, se producen radiación a alta temperatura, formación de óxido, erosión por vapor de agua y grandes fluctuaciones en la fuerza de laminación. Aunque la carcasa del rodamiento no esté en contacto directo con la palanquilla caliente, siempre se encuentra en un entorno adverso. Por lo tanto, se debe prestar atención al factor de seguridad estructural, la resistencia al desgaste de la superficie de contacto, la protección del sellado, la fiabilidad de la lubricación y la facilidad de mantenimiento. Los materiales pueden seleccionarse entre acero fundido, acero fundido aleado, hierro dúctil o acero forjado, según el tamaño de la estructura, el nivel de carga y la economía de fabricación. No se puede asumir simplemente que un determinado tipo de carcasa de rodamiento deba utilizar un determinado tipo de material.

Los requisitos fundamentales de la carcasa del rodamiento para laminadores en frío son rigidez, precisión y estabilidad dinámica. La velocidad de laminación en frío es alta y los requisitos de control de forma y espesor de la placa son estrictos. Deformaciones menores, cambios en la holgura o errores de montaje en la carcasa del rodamiento pueden afectar la estabilidad de laminación y la calidad del producto. Su diseño debe centrarse en la precisión del orificio del rodamiento, la superficie de guía de la ventana, la superficie de posicionamiento y las interfaces relacionadas con los rodillos de curvado, los rodillos de arrastre, el control automático de ganancia (AGC), etc. Asimismo, debe considerar el control de vibraciones durante el funcionamiento a alta velocidad y la precisión de posicionamiento repetible tras múltiples cambios de rodillo. 

El requisito fundamental de la carcasa del rodamiento para el laminado de láminas es alta precisión, baja vibración y estabilidad dimensional. Las láminas extremadamente delgadas, como las de aluminio y las de baterías, son extremadamente sensibles a la vibración del laminador. Incluso vibraciones leves de los rodillos o deformaciones localizadas en la carcasa del rodamiento pueden causar marcas de vibración, variaciones de espesor o defectos en la forma de la lámina. Por lo tanto, la carcasa del rodamiento de la máquina laminadora no solo debe garantizar la precisión de posicionamiento y la consistencia del montaje, sino que también debe prestar atención a la amortiguación estructural, el control del aumento de temperatura, el sellado de la lubricación y la adaptabilidad a un entorno limpio. Algunas máquinas laminadoras de alta precisión pueden utilizar materiales con buen rendimiento de amortiguación, como el hierro dúctil, pero aún así deben verificarse exhaustivamente en función de la carga, la rigidez, la tensión de contacto y las normas del cliente.

4. La selección de materiales no puede juzgarse simplemente por el tamaño de la carga.

La clave para seleccionar el material de la carcasa de un rodamiento reside en lograr un equilibrio entre resistencia, rigidez, tenacidad, amortiguación, facilidad de fabricación, coste y facilidad de mantenimiento.

Algunas carcasas de cojinetes de rodillos de trabajo utilizan acero forjado o acero aleado de alta calidad debido a que los rodillos se reemplazan con frecuencia y se ven sometidos a impactos y cargas alternas. Las superficies de guía, las superficies de bloqueo y las áreas de instalación de los cojinetes son propensas al desgaste o la fatiga. El acero forjado posee buena densidad, tenacidad y resistencia a la fatiga, lo que lo hace adecuado para condiciones de trabajo de alta carga, alta precisión o alto impacto. Sin embargo, esto no significa que todas las carcasas de cojinetes de rodillos de trabajo deban utilizar acero forjado. Las máquinas de laminación de tamaño mediano o las condiciones de trabajo no restrictivas también pueden utilizar acero fundido, hierro dúctil o estructuras combinadas.

Las carcasas de los cojinetes de rodillos de gran tamaño suelen utilizar acero fundido o estructuras de fundición de gran tamaño debido a su gran dimensión y complejidad, y pueden incluir canales de lubricación, cavidades de retorno de aceite y estructuras de elevación. El proceso de fundición ofrece ventajas para la conformación de estructuras grandes y complejas, así como para el control de costes. Siempre que se cumplan los estándares de calidad de la fundición, el tratamiento térmico y el control de detección de defectos, se pueden satisfacer plenamente los requisitos de resistencia, rigidez y vida útil.

El valor del hierro dúctil reside principalmente en su capacidad de amortiguación, su facilidad de moldeo por fundición y su estabilidad dimensional. En algunas máquinas de laminación de precisión o de láminas sensibles a las vibraciones, puede utilizarse como una de las soluciones para reducir la respuesta vibratoria. Sin embargo, la resistencia, la tenacidad y la soldabilidad del hierro dúctil difieren de las del acero, y no puede sustituirse directamente por este último solo por su buena amortiguación. Aún se requiere una verificación de ingeniería.

5. La calidad de fabricación determina la vida útil de la carcasa del rodamiento.

La fabricación de la carcasa del rodamiento no es un simple proceso de fundición o mecanizado, sino una ingeniería sistemática que controla de forma uniforme los materiales, el tratamiento térmico, el procesamiento, la inspección y los parámetros de montaje.

En la etapa de materia prima, los puntos clave de control incluyen la composición química, los defectos internos, las inclusiones, la contracción y la porosidad, así como las tensiones residuales derivadas de la fundición y la forja. Las carcasas de cojinetes de gran tamaño deben reducir los riesgos de calidad mediante un diseño adecuado de los bebederos y mazarotas, la simulación de la solidificación, los procesos de forja y los sistemas de tratamiento térmico. Es importante tener en cuenta que los requisitos de fundición de alta pureza del rodillo no se aplican directamente a todas las carcasas de cojinetes. Los requisitos específicos deben determinarse en función del material de la carcasa, las condiciones de trabajo y los acuerdos técnicos.

En la etapa de procesamiento, los puntos de control clave incluyen los orificios de los cojinetes, las caras de los extremos, las superficies de guía de las ventanas, las superficies de instalación del revestimiento, las superficies de bloqueo y los sistemas de orificios de lubricación. Para las carcasas de cojinetes laminadas en frío y de lámina, también es importante prestar atención a la consistencia del grupo de carcasas de cojinetes múltiples para evitar desviaciones del eje central del sistema de rodillos, holguras anormales en las ventanas o errores de control de la forma de la placa durante el ensamblaje.

En la etapa de inspección, además de las comprobaciones rutinarias de tamaño, se deben combinar ensayos no destructivos, pruebas de dureza, re-medición de la posición de forma crítica y verificación del ensamblaje de prueba necesario, teniendo en cuenta el tipo de material y los requisitos del cliente. Para las máquinas de laminación de láminas de seis rodillos, veinte rodillos y de alta gama, existe una clara relación de cadena dimensional entre la carcasa del rodamiento, el revestimiento, la cuña, el riel guía y los componentes del conjunto del rodamiento, y la acumulación de errores debe controlarse desde una perspectiva de sistema.

6. De "Comprar piezas" a "Comprar confiabilidad del sistema"

Cuando falla la carcasa de un rodamiento, no solo afecta a la pieza en sí, sino que también puede provocar el sobrecalentamiento del rodamiento, sobrecarga del rodillo, deformación anormal de la placa, vibración de la máquina laminadora, parada no planificada e incluso daños en el bastidor. En comparación con la diferencia de precio de compra, las pérdidas ocasionadas por paradas, reparaciones y fallos de calidad suelen ser mayores.

Por lo tanto, al adquirir carcasas para rodamientos no solo se deben comparar los precios unitarios, sino también evaluar las capacidades de verificación del diseño del proveedor, las capacidades de control de materiales, la experiencia en tratamiento térmico, las capacidades de procesamiento de precisión, los métodos de inspección y las capacidades de resolución de problemas en circuito cerrado in situ. 

Guangwei Precision se ha dedicado durante mucho tiempo a la investigación y fabricación de componentes clave para equipos metalúrgicos. Suministramos soportes de rodamientos y componentes clave relacionados para líneas de producción de laminación en caliente, laminación en frío, laminación de láminas y otras líneas de producción de chapas y flejes. Nos centramos no solo en la entrega del producto, sino también en el funcionamiento estable a largo plazo de los soportes de rodamientos en el sistema de laminación. Mediante la selección de materiales, la optimización estructural, el control de la precisión del proceso, la verificación de detección y los ciclos de retroalimentación de la aplicación in situ, ofrecemos a nuestros clientes productos y soluciones de soportes de rodamientos más fiables, duraderos y prácticos.

Acerca de GW Precision

GW Precision Technology Co., Ltd. es una empresa de alta tecnología con certificación nacional, especializada en la fabricación de bobinas de acero de precisión desde 2006, y uno de los productores de bobinas de acero con mayor trayectoria en China. Los productos de GWspool se utilizan para el bobinado de láminas y papel de aluminio, cobre, acero inoxidable y acero al silicio, con clientes en varios países del mundo.

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