Dos observaciones sobre el carácter razonable de los requisitos de los clientes para los fabricantes de equilibradoras

Introducción

En el último año y medio, nuestra empresa ha recibido más de 30 consultas relativas a la compra de diversos tipos de máquinas equilibradoras. Un análisis de las especificaciones técnicas adjuntas a estas consultas revela que la mayoría incluye una serie de características que influyen significativamente en los plazos de producción y los costes de las máquinas y también reducen al mínimo la lista de posibles proveedores. Entre ellas, destacan dos requisitos:

• El requisito de garantizar un desequilibrio residual específico, que no debe ser superior a 0,1 g*mm/kg (µm).
• La obligación de incluir la equilibradora en el Registro de instrumentos de medida.

Analicemos la razonabilidad y viabilidad de aplicar estos requisitos desde la perspectiva de un consumidor real.

1. Análisis de los requisitos de precisión de la máquina

Verificaremos la validez de los requisitos de precisión del cliente utilizando una especificación técnica para una máquina equilibradora diseñada para equilibrar rotores de motores eléctricos, unidades turbo y compresores con un peso de entre 10 y 1500 kg. La especificación establece una tolerancia para el desequilibrio residual específico que, según el cliente, no debe superar 0,1 g*mm/kg.

Para verificar este requisito, nos remitimos a la tabla 1 de la norma ISO 1940-1-2007 "Vibraciones mecánicas - Requisitos de calidad de equilibrado para rotores". Basándonos en las recomendaciones de esta tabla, suponemos que la precisión del equilibrado de los rotores de motores eléctricos, unidades turbo y compresores, que debe garantizar la máquina solicitada, debe cumplir el grado de calidad G2.5. Suponiendo que la frecuencia de rotación de funcionamiento prevista del rotor equilibrado es, por ejemplo, 200 Hz (que con un amplio margen cubre las frecuencias de rotación de la mayoría de las máquinas conocidas), podemos calcular fácilmente el desequilibrio residual específico admisible para el equilibrado estático (en un solo plano) utilizando la fórmula 5 de la norma: eper = 2500 / (6,28 * 200) = 1,99 g*mm/kg.

Teniendo en cuenta las recomendaciones de la misma norma ISO 1940-1-2007, recogidas en el apartado 7, el valor admisible establecido para un rotor asimétrico de dos apoyos durante el equilibrado dinámico debería ser de al menos 0,3 * eper, que en nuestro caso sería de 0,6 g*mm/kg, y no de 0,1 g*mm/kg como exige la Especificación Técnica inicial.

En otras palabras, como muestra nuestro análisis, los requisitos de precisión de la máquina equilibradora de esta Especificación Técnica (y de muchos otros documentos similares) son claramente excesivos. La aplicación práctica de estos requisitos excesivos implica al fabricante en la resolución de serias tareas de diseño y tecnológicas, que suelen surgir en la producción de máquinas de precisión excepcionalmente alta, lo que sin duda afecta al coste y al tiempo de producción de las máquinas. Además, estos requisitos no siempre son técnicamente viables.

También es importante señalar que el funcionamiento eficaz de estas máquinas de alta precisión puede exigir al cliente potencial el cumplimiento de varias condiciones adicionales, como la necesidad de salas termoconstantes y limpias, cimentaciones aislantes de vibraciones, etc., cuyos costes de creación pueden incluso superar los costes asociados a la adquisición de la máquina. Ante la posible objeción del representante del cliente (el autor de la citada Especificación Técnica) de que el cumplimiento de este requisito permite alcanzar un desequilibrio residual significativamente menor en la máquina, correspondiente en realidad al grado G0.4, se le puede recomendar que se familiarice con las recomendaciones de la norma ISO 22061-76 "Máquinas y equipos tecnológicos. Sistema de grados de calidad de equilibrado. Disposiciones básicas", que estaba en vigor antes de la introducción de la norma ISO 1940-1-2007.

La sección 3 de esta norma, elaborada por los mejores especialistas en el campo del equilibrado de la Unión Soviética, establece razonablemente lo siguiente:

1. Los rotores de los productos clasificados en el 1er grado de calidad de equilibrado (grado G0.4 según ISO 1940-1-2007) deben equilibrarse en sus propios rodamientos dentro de su propio alojamiento en todas las condiciones de funcionamiento utilizando su propio accionamiento.
2. Los rotores de los productos clasificados en el 2º grado de calidad de equilibrado (grado G1.0) deben equilibrarse en sus propios cojinetes o dentro de su propio alojamiento, con un accionamiento especial si no se dispone de accionamiento propio.
3. Los rotores de los productos clasificados en los grados de calidad de equilibrado 3º a 11º (grados G2.5 a G4000) pueden equilibrarse como piezas o unidades de montaje.

La esencia de estas recomendaciones es que esforzarse por alcanzar los grados de calidad de equilibrado G0,4 y G1,0 en la máquina equilibradora a menudo carece de sentido desde el punto de vista técnico y económico. Una vez instalados los rotores en la máquina, se pierde la precisión alcanzada y, para restablecerla, se requiere un reequilibrado adicional del conjunto de rotores (en sus propios cojinetes y con su propio accionamiento), realizado con equipos portátiles de equilibrado por vibración.

Como ejemplo ilustrativo de esta tesis, podemos considerar el equilibrado de una muela destinada a utilizarse en una rectificadora cilíndrica de alta precisión (clase de precisión "C"). De acuerdo con los requisitos de la Tabla 1 de la norma ISO 1940-1-2007 anteriormente mencionada, la calidad del equilibrado de la muela abrasiva debe cumplir al menos el grado G0,4. Dado que la frecuencia de rotación prevista de la muela durante el funcionamiento será de 6000 rpm (100 Hz), utilizando la conocida fórmula 7 de la norma ISO 1940-1-2007, determinamos el desequilibrio residual específico eper admisible, que será de 0,64 g*mm/kg.

En otras palabras, tras el equilibrado en la máquina equilibradora, garantizando esta tolerancia, el desplazamiento del centro de masa de la muela respecto al eje tecnológico (eje del mandril de la máquina equilibradora) no debe superar 0,64 µm. Dado que la desviación radial admisible del husillo de una rectificadora de clase "C" según la norma ISO 11654-90 es de 2 µm, después de montar nuestra muela en ella (reequilibrado de la muela desde el eje tecnológico al eje de trabajo), el desequilibrio específico residual puede aumentar significativamente y superar la tolerancia recomendada por la norma ISO 1940-1-2007 en al menos tres veces. En estos casos y en otros similares, como ya se ha indicado, es necesario un equilibrado adicional para compensar los errores que se producen durante la fase de montaje.

Lo anterior nos permite afirmar que, en la gran mayoría de los casos, el requisito de precisión para máquinas equilibradoras medianas y pesadas puede limitarse a un nivel de desequilibrio residual específico de 0,5 g*mm/kg o incluso 1,0 g*mm/kg. La aplicación de esta recomendación en la práctica permite al fabricante reducir significativamente la complejidad y el coste de fabricación de la máquina, mientras que el cliente (siempre que se aplique un proceso tecnológico racional) puede alcanzar la precisión de equilibrado requerida. La principal excepción a esta regla pueden ser las pequeñas máquinas equilibradoras especializadas utilizadas, por ejemplo, para equilibrar rotores de giroscopios, turbocompresores de automóviles, etc. Las características de diseño de estas máquinas permiten alcanzar un nivel de desequilibrio residual específico de 0,1 g*mm/kg o inferior, lo que está técnicamente justificado y es económicamente viable.

2. Sobre la necesidad de incluir las equilibradoras en el registro de instrumentos de medida

En los últimos años se ha producido en nuestro país un descubrimiento asombroso que podría confundir a los "difuntos en paz" especialistas del ENIMS**, que desarrollaron el clasificador de máquinas de corte de metales. Con la "mano ligera" de alguien, ha aparecido en el mercado de maquinaria un tipo de equipo completamente nuevo: las "equilibradoras de medición de vibraciones", que deben tener un Certificado de la Norma Estatal Rusa y la marca correspondiente.*)

Y todo iría bien, pero de repente resultó que los clientes "avanzados" empezaron a incluir en sus Especificaciones Técnicas un requisito obligatorio para la inclusión de las máquinas equilibradoras en el Registro de Instrumentos de Medida. Intentemos comprender hasta qué punto está justificado jurídica y técnicamente este requisito, así como su viabilidad económica.

Para empezar, es útil comprender cómo se relaciona este requisito con las recomendaciones de los documentos normativos existentes. Empecemos por la norma ISO 8-82 "Máquinas de corte de metales. Requisitos generales para los ensayos de precisión". Esta norma establece los conceptos y principios básicos de la clasificación de las máquinas según su precisión, los requisitos generales para los ensayos de precisión y los requisitos generales para los métodos de verificación de la precisión. Es importante señalar que las referencias a los procedimientos para evaluar las características cualitativas de las máquinas en esta norma utilizan únicamente el término "verificación" y no se menciona la necesidad de incluir las máquinas en el Registro de Instrumentos de Medida y, en consecuencia, la necesidad de su "calibración."

El siguiente documento al que hay que prestar atención es ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999) "Vibración. Máquinas equilibradoras. Especificaciones y métodos para su verificación". Esta norma, que establece requisitos específicos para las características técnicas de las máquinas equilibradoras y sus métodos de "verificación", también carece de requisitos que prevean la necesidad de calibrar las máquinas e incluirlas en el Registro de Instrumentos de Medida. A este respecto, cabe señalar que los requisitos relacionados con la calibración están ausentes en las normas para otros tipos de máquinas herramienta, como las ISO para rectificadoras y máquinas CNC, que también pueden incluir diversos sistemas de medición.

Además, no se encuentran requisitos similares en la documentación técnica de todos los modelos conocidos de equilibradoras extranjeras, lo que, en nuestra opinión, constituye también un precedente importante. Sobre la base de los argumentos expuestos, pueden extraerse las siguientes conclusiones:

1. Los documentos normativos y técnicos existentes desarrollados para máquinas-herramienta y, en particular, para máquinas equilibradoras, no incluyen requisitos para su inclusión en el Registro de Instrumentos de Medida y, en consecuencia, la necesidad de su calibración. Como resultado, la inclusión de tales requisitos en las Especificaciones Técnicas durante los procedimientos de contratación competitiva "de facto" aumenta significativamente los costes de producción de las máquinas y los gastos para su posterior funcionamiento y, según nos parece, "de iure" viola los derechos de los fabricantes de máquinas de buena fe que siguen la letra y el espíritu de los documentos normativos existentes.
2. Las pruebas rutinarias del sistema de medición pueden y deben llevarse a cabo como parte de la máquina equilibradora de acuerdo con los requisitos y recomendaciones de la norma ISO 20076-2007 (ISO 2953:1999), que prevén el uso de un rotor de referencia, un conjunto de pesas de prueba y balanzas calibradas durante las comprobaciones. Estas pruebas deben incluir necesariamente los siguientes tipos de comprobaciones:
   • Comprobación del desequilibrio residual mínimo alcanzable (Umar);
   • Comprobación del coeficiente de reducción del desequilibrio (URR);
   • Comprobación del funcionamiento del circuito de equilibrado condicional (con el procedimiento de rotación del rotor en 180°).

Es importante señalar que estas comprobaciones se realizan sin desmontar el sistema de medición de la máquina y no requieren el uso de un soporte de vibración de calibración, lo que elimina la necesidad de involucrar a especialistas de organizaciones externas y reduce significativamente la intensidad de mano de obra y el coste del trabajo. Además de las comprobaciones principales mencionadas anteriormente, si es necesario, se pueden comprobar otros parámetros importantes del sistema de medición directamente en la máquina (utilizando el rotor de referencia mencionado anteriormente, un juego de pesas de prueba y balanzas calibradas), entre los que se incluyen:

• Repetibilidad de las lecturas de las señales de vibración de amplitud y fase de una medición a otra;
• Linealidad de las lecturas del sistema de medición en función de la amplitud de la señal de vibración;
• Capacidad de resolución del sistema de medición (nivel mínimo de desequilibrio registrado de forma constante por el sistema de medición), etc.

Conclusión

El autor espera que tanto los clientes como los fabricantes de máquinas equilibradoras comprendan los argumentos y recomendaciones expuestos en este trabajo, cuyo objetivo principal es minimizar los costes de producción para ambas partes, garantizando al mismo tiempo la calidad adecuada de las operaciones de equilibrado.

*Nota: Si esta tendencia continúa desarrollándose, no se descarta que pronto conozcamos la creación de rectificadoras de medición de vibraciones, prensas de medición de vibraciones e incluso laminadoras de medición de vibraciones. Al fin y al cabo, comparten con las máquinas equilibradoras el posible uso de equipos especializados de medición de vibraciones.

ENIMS son las siglas de "Instituto de Investigación Experimental de Máquinas-Herramienta de Corte de Metales" (Экспериментально-исследовательский институт металлорежущих станков). Se trataba de un instituto de investigación de la Unión Soviética dedicado al desarrollo y perfeccionamiento de diversos tipos de máquinas y equipos de corte de metales. El instituto desempeñó un papel importante en el avance de la industria de construcción de maquinaria y en la normalización de los equipos para trabajar el metal mediante la elaboración de documentos normativos y normas, como clasificadores para máquinas herramienta y métodos para sus pruebas de precisión.

V.D. Feldman, Especialista Jefe de la LLC "Cinemática", 2024