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Roladoras de Chapa en FroGilberto Arango Betancur*Asesor en deformacin de chapa en fro

Haymquinas

de 170 Tonque curvanchapas de25 cm deespesor y 4 mde ancho.

En algunasregiones del pas lellaman enrolladoo curvado delminas; en

otras lo conocencomo roladorade chapas; peroen todo caso,

se refieren almismo proceso:deformacin dechapa en frio, enadelante rolado dela chapa.

El rolado de chapa, como lo indica su nombre, es unprocedimiento para curvar o enrollar la chapa metlicasimplemente mediante fuerza mecnica o hidrulica,hasta lograr el radio requerido o un tubo, sin necesidadde someter a elevacin de temperaturas el material.

Desde hace dcadas este mtodo se usa para conseguir

la forma curva de las chapas que son aporte en la cons-truccin de infinidad de elementos de almacenamiento,obras civiles, vehculos y partes de maquinara; entre loscuales se destacan: silos, tanques petroleros y de agua,calderas, intercambiadores de calor, tneles, estructurasarquitectnicas, canalizaciones, vas para automotores,centrales hidroelctricas o nucleares, aviones, helicp-teros, cohetes espaciales, palas para retroexcavadoras,cuchillas de buldceres, camiones cisternas, mescladoresde concreto, recolectores de basuras, volquetas y otrosequipos para obras civiles.

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Por si fuera poco, actualmente, el ro-lado es empleado en la fabricacinde torres metlicas tubulares-cnicasque sostienen grades sistemas de as-pas generadores de energa elica.En fin, las aplicaciones del rolado

constituyen una lista muy extensa.

Las Roladoras

Curvar o rolar chapa no es un proce-so fcil; las mquinas que lo hacendeben ser de alta fortaleza y las haypara grosores que impresionan: porejemplo, es posible rolar hasta 25 cm(10 pulgadas) de espesor en un anchode 4 metros. Conviene recordar queuna chapa de este tipo pesa aproxi-madamente 60 toneladas, por lo que

su manipulacin es compleja y, porello, necesita una mquina roladorarobusta con un peso como mnimode 170 toneladas.

Este comentario indica hasta dondeha llegado la tecnologa del roladomundialmente; en Colombia, laroladora de mayor capacidad lograenrollar lminas de hasta 8 cm deespesor y 3 metros de ancho.

Las mquinas roladoras estn clasifi-cadas en tres tipos diferentes segnsu ejecucin: Asimtricas, tres rodi-llos convencionales y cuatro rodillos.

Roladoras asimtricas: Su concep-

to se basa en tres rodillos: unosuperior, otro inferior debajo delsuperior y un tercero lateral. Estemodelo de roladora se usa paratrabajo liviano; su tamao estn-dar es para chapa hasta 2 metrosde ancho y espesores que no supe-ran los 6 mm.

Las asimtricas realizan la sujecinde la chapa entre el rodillo superior

y el inferior, por lo que la lminaqueda prensada entre ellos me-diante fuerza hidrulica o mecnicay es conducida por el giro motori-zado del superior; una vez la chapapasa por encima del rodillo lateral,

este sube, generando presin quecurva la chapa hasta lograr el radiobuscado o el cilindrado, obtenien-do un tubo. Se llega a este resulta-do en varias pasadas, o sea, enrecorrer la totalidad de la chapa enambos sentidos e incrementando lapresin del rodillo lateral al final decada recorrido.

Roladoras de tres rodillos: Su dife-rencia con la anterior radica que laposicin geomtrica de los rodillosforma un tringulo, con un solo ro-dillo superior y dos laterales infe-riores. Es la ms popular de las rola-doras y representa la gran mayorade las existentes en Colombia.

El rolado es empleado para

construir torres de energaelica y turbinas de aviones,entre otras aplicaciones.

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Roladora asimtrica.

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Roladora de tres rodillos.

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Su geometra permite un trabajosin amarre especfico de la chapa.El rodillo superior por encima dela chapa y los dos laterales por de-bajo, la presionan entre s, lo quegenera una fuerte sujecin y unacurva; al girar el rodillo superior,ste obliga el desplazamiento de la

chapa. En las diferentes pasadas,paulatinamente, se incrementa lapresin de los laterales, lo cual lo-gra cerrar el radio hasta conseguirel buscado. Ya es costumbre buscardiversas soluciones al radio del pre-curvado o curvado de los bordes:en algunas ocasiones es cortado,otras es pre-curvado en una mqui-na plegadora, otras es tolerado enla pieza a realizar.

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seguido en el inferior y menor en loslaterales. Las ventajas en el procesodel rolado en una mquina de cua-tro rodillos frente a una de tres sonporcentualmente mucho ms altasque la diferencia entre sus precios.

La alta tecnologa de las mquinasactuales y, particularmente las fabri-cadas en Europa, permiten un desem-peo ms fcil y cmodo por el ampliomovimiento de los rodillos lateralesinferiores: El rodillo lateral izquierdose desplaza hacia la derecha al punto

que amarra la chapa contra el rodillosuperior y, en giro sincronizado, laobligan avanzar hacia la izquierda;una vez termina el recorrido posiblede la chapa, intercambia posicin conel rodillo lateral derecho, el cual tam-bin amarra la chapa contra el rodillosuperior y la dirigen hacia la derecha.En cada uno de estos movimientos deavance de la chapa, el rodillo superiorbaja un poco elevando su presin ygenerando mayor curva en la chapa.Estos equipos tambin tienen auto-noma de giro independiente en cadauno de sus tres rodillos y por mediode un sistema servo-hidrulico dealta precisin, compensa la velocidaddel giro para que sincronicen en sucontacto con la chapa y evitar aspatinajes o fricciones que tallen susuperficie.

Las mquinas que poseen estatecnologa mejoran ostensiblemen-te su precisin y capacidad en elpre-curvado, lo que evita costososprocesos adicionales y desperdicios.

Roladoras de cuatro rodillos: Es lams moderna de la tecnologa ac-tual en el rolado; su ejecucin me-

jora considerablemente todos lospasos de trabajo en el curvado dela chapa.

La posicin de los cuatro rodillos enestas mquinas son: Uno motriz su-perior, uno motriz inferior y dos late-rales; en su secuencia, respeta siem-pre mayor dimetro en el superior,

Posicin triangular de laroladora de tres rodillos.

El Pre-curvado

El curvado o enrollado de la chapa puede

ser hecho sin dicultades en casi toda lalongitud de la chapa (o ancho); pero algu-nos centmetros desde los bordes haciael centro de la chapa no goza completa -mente de ese rolado. Este molesto limi-tante, se le conoce como el Pre-curvado(Pre-bending; por su nombre en Ingls) ocurvado de los bordes, es decir un plegadohecho con la fuerza del rodillo lateral.

El Pre-curvado es generado debido a ladistancia existente entre los rodillos deamarre (superior e inferior) y el lateral; sonlos centmetros de chapa que mide desdesu punto de amarre entre los rodillos y elpunto de apoyo en el rodillo lateral y su-cede obligatoriamente en los dos bordesde la chapa, o sea antes y despus de serpasada en toda su longitud y que llegansus borde al contacto con los rodillos.

En esta posicin los bordes no pueden serrolados y deben ser curvados solo por lafuerza del desplazamiento del rodillo lateral,que se eleva prensando y curvando eseborde o seccin de chapa, lo cual logra unradio normalmente inferior al buscado. Al-gunas veces el operador de la mquina losdeja sin procesarlos, dejndolos rectos paradespus cortarlos y desecharlos; en otrasocasiones, los curva en una mquina ple-gadora en forma progresiva por secciones.

Como el rodillo lateral, cuando sube cur-vando el borde de la chapa, realiza unaoperacin de prensado y no de rolado,

la capacidad nominal de la mquina esdisminuida. Esto obliga a los fabricantesde roladoras a ofrecerlas enseando las

dos capacidades en el grosor de trabajo:el rolado y el pre-curvado. Por ejemplo,una oferta convencional es: Capacidad derolado 25 mm, capacidad de pre-curvado20 mm. Sin duda, el mejor resultado de unbuen pre-curvado depende en alto porcen-taje de la experiencia del operador de lamquina roladora.

Roladora de cuatrorodillos.

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ParmetrosExisten parmetros obligatoriospara todas las mquinas roladoras,independiente de su marca, tamaoo tipo, a continuacin se describenalgunos:

a. Siempre el rodillo superior es demayor dimetro a los inferiores olaterales, debido que el curvado ocilindrado debe ser ejecutado encontra de la resistencia y solidezdel rodillo superior.

b. Si se busca cilindrar o fabricar untubo, su dimetro interior ser li-mitado al dimetro ms el 10 porciento del rodillo superior, puessobre este se logra el cierre de lachapa que logra el curvado. Ese au-mento en el porcentaje es necesa-rio para facilitar la salida o extrac-cin del tubo fabricado.

El Pre-Curvado esun plegadohecho conla fuerzadel rodillo

lateral.

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c. No obstante, en las m-quinas modernas y au-tomticas de tecnologade avanzada, es normaly convencional que eloperador deba efectuar

ajustes para encontrarlos radios requeridos,sin importar si la pro-duccin es en serie. Estodebido a que las chapasvaran constantementede lmites de resistenciaa la ruptura (ultimatetensile strength), la re-sistencia elstica (elastic yield), el proceso de laminacinque soport en su produccin (laminacin en frio C.R. olaminacin en caliente H.R.), la calidad de la chapa (A-36,inoxidables, antidesgastes, entre otras ms), la direccinde sus hilos o filamentos, que trenzados dan su fortaleza

y resistencia, del lado (a lo largo o a lo ancho), la direccinen la que es atacada la curvatura y de las diferencias dedureza en el tendido de cada material.

Consideraciones para el mantenimiento de roladoras

Denitivamente las mquinas roladoras son de mecanismos sencillos ydurables. Las ms antiguas fueron construidas a base de transmisiones yreductores mecnicos en el giro y desplazamiento de sus rodillos.

Las actuales se fundamentan en modernos y potentes sistemas hidrulicos,controles CNC apoyados en conexiones elctricas mediante cableados dealta sensibilidad y conduccin (usados en los aviones), sus rodillos montadossobre rodamientos hermticamente sellados excluidos de mantenimiento olubricacin, con endurecimiento o temple supercial, 50 a 62 R.C., para opti-

mizar la durabilidad de los mismos, en n, estos equipos logran generar granconanza en sus propietarios, pues su mantenimiento es mnimo.

Denitivamente el mantenimiento preventivo y correctivo de una roladoraCNC es menos complejo que el de cualquier otro equipo CNC ya que po -see menos cantidad de piezas movibles. Es de suma importancia cuidar yrespetar la capacidad de la mquina: no se debe exigir que una roladora,por ejemplo, con capacidad de 15 mm de grosor de chapa por 3.000 mmde longitud (o ancho) realice un trabajo de 20 mm de grosor por 3.000 mmde longitud. Intentar estos es elevar considerablemente el riesgo de rupturao torcedura de los rodillos, amn del dao delicado en los mecanismos dearrastre y movimiento.

Es prudente lubricar con los aceites o grasas correspondientes todos lospuntos donde existan fricciones o roces bimetlicos; se debe conservar elnivel del aceite hidrulico en su punto ordenado por fbrica y seguir las reco-mendaciones de aceites referenciados: no hay que olvidar que en lugares detrabajo donde la temperatura ambiental es menor de 22 C se usa un aceitede inferior viscosidad (ISO 37), mientras en sitios donde la temperatura estpor encima de 23 C hay que emplear lubricantes ms viscosos (ISO 68).

Tambin vale la pena decir, que hay algunas tolerancias dadas que per-miten operarla con chapas de mayor grosor a la nominal permitida: unaroladora para 15 mm de grosor por 3.000 mm de longitud, puede trabajar18 mm de grosor SIEMPRE Y CUANDO la chapa no tenga ms de 2.000mm de longitud y proporcionalmente puede mejorar la capacidad en elgrosor mientras la longitud disminuye, mediante a una prudente operaciny conocimiento del equipo.

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d. Una mquina fabricada para de-terminada capacidad nunca puedeni debe ser usada en la totalidadde esa capacidad nominal para ci-lindrar (tubos); hay que emplearlaal rango mnimo que le permite el

rodillo superior; es decir, cinco ve-ces el dimetro de este rodillo es lomenos que se debe cilindrar.

Por ejemplo, una roladora para cha-pa de 3 metros por 25 mm de espe-sor, con rodillo superior de 400 mmde dimetro: puede cilindrar dichachapa y lograr un dimetro interiorde 2 metros, ya que 400 x 5 = 2.000mm, esta es una regla general.

e. El rolado de cono reduce la capaci-dad nominal de la mquina. Cuan-do se curvan conos la mquina

roladora tambin pierde parte desu capacidad nominal y ese porcen-taje abarca desde el 25 por cientohasta el 45 por ciento, dependien-do de la geometra y los dimetrosdel cono.

Rolado, Paso a Paso

Montaje de la chapa en la mquina

En tres rodillos: Se posiciona la cha-pa por el borde de uno de los ro-dillos laterales y el otro en el piso,esto eleva el tiempo de montaje,ocupa ms personal y hay mayoresriesgos de accidente.

Alineamiento de la chapa en lamquina

gran capacidad; esto permite queel rodillo lateral pueda elevarsecurvando el borde de la chapa concierta libertad, sin tener que apor-tar presin para el sostenimientode la chapa y su fuerza es dedicada

slo a esta labor, lo que logra unamejor curvatura en ese borde inicialo en el borde final pues el procesoes similar. Otra valorable ventaja laofrece el sistema de desplazamien-to de los rodillos laterales. Anterior-mente todas las roladoras ofrecandicho movimiento apoyados enguas lineales, o sea, de movimientoen lnea recta hacia arriba.

Hace algunos aos una fbrica deroladoras en Italia invent y pa-tent el sistema de movimientobasculante de los rodillos laterales

(llamado por ellos movimiento deengranajes planetarios oscilantes),que consiste en desplazamientoformando una C, que presionael borde de la chapa hacia el rodi-llo superior en forma de abanico ylogra que se ajuste eficientemente,genera un radio ms acorde y cer-cano al requerido. Este paso evitael corte y desperdicio de los bordescuando se requiere un cilindradode alta precisin. Es debido infor-mar que ya la patente ha vencido yotras fbricas de roladora instalan

este sistema en sus mquinas.En tres rodillos: En vista que la suje-cin de la chapa es causada por lapresin de los tres rodillos posicio-nados en forma triangular, la trac-cin del rodillo lateral al elevarsey curvar el borde correspondiente,no recibe el apoyo de una sujecinindependiente en la chapa; porello, esta no puede tratar de copiarel radio buscado o del rodillo supe-rior de forma precisa. Es mejoradoeste proceso cuando los rodillos la-terales cuentan con la tecnologadel sistema de movimiento bascu-lantes, por su ventaja en el despla-zamiento hacia el pre-curvado.

Cierre en el cilindrado

En cuatro rodillos: Su facilidad yseguridad en el alineamiento dela chapa; la oportunidad de lograun cilindrado en una sola pasada;la gran ventaja de tener la chapasujeta por los dos rodillos motrices

En cuatro rodillos: Se realiza hori-zontal, se desliza la chapa sobre unsistema cmodo de soportes conrodillos o alimentacin automti-ca. Esta facilidad mejora el tiem-po de labor y elimina riesgos deaccidentes.

En cuatro rodillos: La carga de lachapa es horizontal por uno de loslados de la mquina; el rodillo late-ral contrario es elevado a posicinque permita ser tope al bordede la chapa y fcilmente se logra elalineado, labor que puede ser rea-lizada por solo un operario.

En tres rodillos: Como no es posibleel tope con otro rodillo, se debeacudir a un segundo operador paraque colabore con el alineamiento,en la mayora de las veces visual ocon ayudas artesanales.

Pre-curvado

En cuatro rodillos: Una excelen-te ventaja del pre-curvado en estamquina est dado porque los dosrodillos motrices, superior e infe-rior, sujetan la chapa firmementemediante un sistema hidrulico de

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(superior e inferior) sin patinajes ni falseos en el avan-ce y la particularidad de tener los dos rodillos lateralesdedicados exclusivamente al curvado de la chapa, libresde presin para el sostenimiento, hacen de este sistemael mejor en resultados por precisin y rapidez y el mseconmico por estar casi libre de recortes y desperdicios.

En tres rodillos: Se lo-gra con aceptable pre-cisin mediante al pro-ceso de varias pasadas(ir y venir de la chapa),es un proceso de ma-yor tiempo, por endemayor consumo deenerga, posiblementems estrs en la chapay desgastes general.

La automatizacin

En cuatro rodillos: Es importante resaltar que tan sololas mquinas de cuatro rodillos pueden poseer un con-trol CNC (Control Numrico Computarizado) que permi-ta la programacin de procesos, guardar memorias delabores ejecutadas, trabajar en conexin con computa-dores y mejorar la precisin y la rapidez en los pasosdel rolado. El hecho de tener un rodillo lateral que sirve

de tope al alinear la chapa, otorga un Punto Cero deinicio al control CNC, indispensable al dar parmetros alprograma a realizar. Sin dicho Punto Cero no es po-sible configurar un control CNC, pues no existe un sitioexacto de partida para iniciar su configuracin.

Conviene resaltar que los controles CNC cuentan condiferentes asistencias, capacidades y automatismos: losms elementales simplemente permiten ejecutar y guar-dar la labor realizada, es decir, no permite ejecutar elproceso; as, el primer ciclo completo debe efectuarsemanualmente y guardarse, para despus traer el pro-grama guardado y repetirlo cuantas veces se requiera.

Estos controles llamados bsicos, tienen capacidad paraarchivar hasta 200 programas, con 36 pasos cada uno; suvisualizador es a color y tamao bastante amable parael operador; controlan siete (7) ejes en serie: posicinde los rodillos laterales, inclinacin de los ejes, presinde sujecin o prensado de la chapa entre el rodillo su-perior e inferior, velocidad de rotacin, apertura de losejes principales y apertura del soporte trasero para reti-rar la pieza terminada. Tambin tienen conexin RS232que conectado a un computador ejecutan programasen l guardados. Permiten aadir el control de tres (3)ejes adicionales para trabajos especiales solicitados porel comprador de las mquinas. El precio aproximado apagar por un control de estos es de US$11.000

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Otros controles ms avanzados ledan al operador los automatismosdel anterior, adems, la programa-cin del trabajo a realizar desde uninicio o primera labor; sus capaci-dades estn dadas para controlarcantidad ilimitada de ejes, memo-rizar hasta 1.000 programas de

cilindrados mono-radiales (o sea,circunferencial), controlar todas laspresiones de los hidrulicos en res-peto al tipo de chapa, longitud, es-pesor y resistencia. Esta calidad decontrol robotiza apreciablementela mquina y su desempeo va enmejora de un excelente terminadodel producto, siendo la produccinen serie su mejor aplicacin paraver sus grandes cualidades; suprecio puede oscilar en US$25.000

Los controles de mxima respues-ta tienen nombres dados por cada

fabricante de roladoras en honor asu creacin y automatismo. Ya quesu precio es de consideracin, puesllegan a US$80.000, solo son adqui-ridos por compaas que entreganproductos de grandes responsabi-lidades: aviones, helicpteros, sub-marinos, buques, cohetes, centralesnucleares y otras similares. Su roboti-zacin es completa, con capacidadespara memorizar 5.000 programas,

disean figuras multi-radiales (nocilndricas: valos, cuadrados, cubosy otras), curvas especiales automti-cas, software 3D para crear desde elcontrol, manejos de ejes ilimitados,conexin ethernet, auto-diagnsti-co de fallas y correccin de las mis-mas, tele-asistencia directa con el

fabricante.En tres rodillos: Lamentablementedebido a que la alineacin de lachapa debe ser visual o con herra-mientas artesanas, pierde la exce-lente posibilidad de poseer un con-trol CNC, obligando a un manejomanual en todo el desarrollo delproceso. No obstante, el procedi-miento manual del sistema de tresrodillos, de por si convencional ennuestro pas, gracias a la calidad delos operadores de las mquinas, esaltamente aceptado por nuestra

industria y por los consumidores fi-nales de los productos terminados.

Tiempo del proceso

En cuatro rodillos: Es importantey considerable la ventaja a favordel rolado cuando se realiza enuna mquina de cuatro rodillos.Se debe analizar: Un operador co-nocedor de su mquina y profe-sin en el rolado, puede lograr, sin

Actualmente las roladoras poseen sistemas de controlnumrico computarizado (CNC) que permiten la programacinde procesos y trabajar en conexin con equipos informticos

para mejorar la precisin y la rapidez del rolado.

Recomendaciones almomento de la compra

Cuando se requiere tomar decisiones

para comprar una roladora, es prudenteseguir una sencilla secuencia de inquie-tudes o preguntas que ayudaran al Em-presario a adquirir el equipo ms indica-do para su Industria, evitando el pago devalores innecesarios o recibir un equipocon limitaciones:

El usuario debe saber si va a trabajar enservicio (piezas diferentes cada vez) otrabajo en serie; si es servicio, hay quesolicitar una mquina de movimientosmanuales, que no sea de la ms altagama. Adems, debe estar seguro quetamao y grosor de chapa es la que re-quiere procesar; dentro de la medida del

grosor, debe considerar la disminucinobligatoria en el pre-curvado y en cono.

Un factor importante es conocer los tiposo clases de aceros que procesa. Las ca-pacidades nominales de las mquinasestn dadas para aceros convenciona-les: 260 N/mm2 de lmite elstico y 400N/mm2 de resistencia a la ruptura; por loque si va a trabajar aceros anti-desgasteo inoxidables u otros con mayores resis-tencias, el equipo a ordenar tiene quesuperar los valores nominales de capaci-dad. Esta recomendacin debe ser dadapor el oferente de la mquina.

Si se quiere formar tubos, conviene co-nocer a fondo los dimetros interiores m-nimos e informar al proveedor. No olvidarque el dimetro del rodillo superior multi-plicado por cinco, es el mnimo que podrfabricar en tubera en el mximo grosornominal dado para la mquina. Si los di-metros a conseguir son muy altos y porello la chapa se elevara peligrosamentesobre la mquina y el operador, debe or-denar un equipo que pueda trabajar hori-zontal y verticalmente, con soportes quele permita la posicin de mayor seguridaden la labor a realizar.

En cuestin de precios, los hay para to-dos los presupuestos, las mejores mar-cas vienen de algunos pases europeos(Italia, Alemania y Francia). Es muy vo-ltil la variedad de precios y en la mismaproporcin la de la calidad de los equi-pos. Dentro de una medida ejemplar, concapacidad de 15 mm por 3.000 mm, pudeobtener ofertas desde $60 hasta $250millones.

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dificultad, el cilindrado de una chapa en una sola pasa-da; es decir, sin la obligacin de ir y venir por variasocasiones para obtener los radios o medidas buscadas.

Adems, debido a que la chapa est constantementeprensada entre el rodillo superior e inferior, desapareceel inconveniente del patinado, propio en la de tresrodillos. Es demostrable que estas condiciones de traba-

jo mejoran notablemente el tiempo del trabajo; sin em-bargo, no es una regla obligatoria y no siempre gozarde estas grandes ventajas, pues la calidad de la chapa,su grosor, su proceso de laminacin y otras caractersti-cas en su fabricacin, van a influir en el momento delrolado, lo que genera ajustes en las medidas o en el em-palme de los bordes y prolonga los tiempos del proceso;por ello se consider, anteriormente, estas particulari-dades cuando son sometidas a deformaciones en frio,llmese rolado, plegado o corte.

En tres rodillos:Debe insistirse en la habilidad de un buenoperador, quien conseguir aceptables resultados coneste equipo cuando se habla de tiempos; pero no puedeignorarse que es normal tener que realizar varias pasa-das de la chapa en la mquina para conseguir el roladofinal, con su incremento obligatorio de tiempo de labor.

En trminos generales, la mejor recomendacin es elegiruna mquina adecuada para los requerimientos espe-cficos de cada empresa, sin duda las roladoras de tresrodillos son adecuadas para cierto tipo de trabajos, perotienen limitantes que actualmente son superados por losequipos de cuatro rodillos

Finalizando, se debe resaltar que el buen proceso delrolado en cualquiera de los modelos o sistemas demquinas usado, depende en un gran porcentaje de lahabilidad del operador; su experiencia y conocimiento,ayudado por los posibles automatismos del equipo, lepermiten obtener productos terminados de la calidadrequerida dentro de mrgenes de tiempo justos y con-vincentes.

Autor

* Gilberto Arango Betancur. Gerente CNC Ultraprecisin.gerencia@cncultraprecision.com