Soluciones constructivas similares, pero muy diferentes en su funcionamiento

En una cizalla de guillotina, el portacuchillas móvil debe descender con precisión manteniendo constante la holgura entre la cuchilla móvil y la cuchilla fija. Por lo tanto, las guías desempeñan una función decisiva: impedir que el portacuchillas se incline, se desplace lateralmente o se aleje de la cuchilla fija durante el corte.

Dos soluciones comúnmente utilizadas son:

• el sistema prismático, con tres superficies de guiado en cada lado;
• el sistema simplificado, con una guía trasera plana y una guía delantera inclinada en cada lado.

La segunda solución utiliza menos componentes, pero no es necesariamente más sencilla en términos de funcionamiento, fabricación y mantenimiento.

Las fuerzas que actúan sobre el portacuchillas

Durante el corte, el portacuchillas no está sometido únicamente a la fuerza vertical necesaria para cizallar el material. También se generan otras acciones:

• una fuerza transversal que tiende a separar la cuchilla móvil de la cuchilla fija;
• una fuerza lateral, debida principalmente a la inclinación de la cuchilla;
• un momento causado por la falta de coincidencia entre la fuerza de corte y la reacción del material;
• un momento adicional cuando el corte se realiza lejos del centro de la cuchilla.

Estos momentos tienden a inclinar o torsionar el portacuchillas. Como consecuencia, las presiones sobre las guías no permanecen uniformes: aumentan en algunas zonas y disminuyen en otras.

En las condiciones más severas, una guía puede quedar fuertemente cargada mientras que otra puede llegar a perder el contacto.

El sistema con tres guías prismáticas por lado

En el sistema prismático, cada lado del portacuchillas dispone generalmente de:

Esto simplifica:

• la comprensión de la trayectoria de las fuerzas;
• el cálculo de las presiones;
• el ajuste de las holguras;
• el control del desgaste;
• la identificación de las causas de una posible desalineación.

Sin embargo, el sistema requiere un mayor número de superficies mecanizadas y puede ser potencialmente hiperestático. Esto significa que, si se ajustan simultáneamente demasiadas superficies sin la precisión necesaria, la distribución de las cargas puede diferir de la prevista.

Las guías son contactos deslizantes capaces de transmitir esfuerzos de compresión, pero no de tracción. La hiperestaticidad se debe a la presencia simultánea de varios contactos activos.

El sistema con dos guías por lado

La solución alternativa elimina la guía lateral dedicada

Cada lado dispone de:

Por lo tanto, las dos direcciones de carga quedan acopladas.

La importancia del ángulo

El ángulo de la guía inclinada determina la eficacia con la que puede resistir las dos direcciones de carga.

Por ejemplo, con un ángulo de 30°, para obtener una componente lateral de 100 kN se requiere una reacción normal sobre la guía de aproximadamente 200 kN. Esa misma reacción genera también una componente transversal de aproximadamente 173 kN.

En el sistema prismático, por el contrario, la guía lateral soportaría directamente los 100 kN sin generar automáticamente esa carga transversal adicional.

Por lo tanto, un ángulo pequeño hace que la guía inclinada sea menos eficaz en la dirección lateral y aumenta:

• la reacción normal;
• la presión de contacto;
• la carga sobre el lardón;
• la carga sobre los dispositivos de ajuste;
• el riesgo de descarga de la guía trasera.

Al aumentar el ángulo, disminuye la contribución transversal generada por la carga lateral, pero aumenta la contribución lateral producida por la carga transversal. Por lo tanto, no existe un ángulo que elimine el acoplamiento entre ambas direcciones de carga: únicamente cambia la relación entre las dos componentes.

Posible descarga de la guía trasera

La guía inclinada también contribuye a contrarrestar la fuerza que tiende a separar las cuchillas. Por lo tanto, la guía trasera solo debe soportar la carga restante.

Esto puede parecer una ventaja, pero existe una limitación importante: una guía de contacto puede empujar, pero no puede tirar.

Si la componente transversal generada por la guía inclinada supera la carga que debe equilibrarse, el cálculo requeriría una reacción negativa en la guía trasera. Desde el punto de vista físico, esto significa que la guía trasera pierde el contacto.

A partir de ese momento, la distribución de las fuerzas cambia completamente y el cálculo debe repetirse considerando únicamente los contactos que permanecen activos.

Mecanizado

El sistema con dos guías elimina una superficie lateral y parece requerir menos operaciones de mecanizado y, por lo tanto, menores costes de fabricación que el sistema de guías prismáticas. Sin embargo, introduce una dificultad diferente.

La guía inclinada del portacuchillas y su contraguía deben tener:

• el mismo ángulo;
• una elevada planitud;
• un elevado paralelismo;
• una posición coherente en ambos bastidores laterales;
• una rigidez suficiente para limitar las deformaciones.

No basta con controlar simplemente la holgura de ajuste. Incluso un pequeño error angular produce una variación de la holgura a lo largo de toda la altura de la guía.

En el sistema prismático, las superficies son generalmente ortogonales y las distintas direcciones pueden mecanizarse y verificarse por separado. Las superficies son más numerosas, pero geométricamente más simples.

Ajuste y desgaste

En el sistema prismático, el desgaste de la guía lateral puede compensarse sin modificar directamente el ajuste de las guías delantera y trasera.

En el sistema de guías inclinadas, en cambio, acercar un lardón modifica simultáneamente:

• la holgura transversal;
• el centrado lateral;
• la presión sobre la guía trasera;
• la posición del portacuchillas con respecto a las cuchillas.

Si el desgaste no es uniforme, el simple ajuste del lardón puede no ser suficiente. Puede ser necesario restablecer el ángulo original, rectificar las superficies o sustituir la guía y su contraguía como un conjunto emparejado.

Además, diferencias de ángulo, deformaciones, impurezas o ajustes excesivos pueden favorecer un efecto de cuña. La inclinación no provoca automáticamente el bloqueo, pero sí hace que el sistema sea más sensible a los errores geométricos y al desgaste.

Mantenimiento in situ

La diferencia entre los dos sistemas se hace especialmente evidente cuando es necesario sustituir todas las guías con la cizalla ya instalada, por ejemplo en una obra donde los medios de elevación y manipulación disponibles no son adecuados y hacen que la intervención resulte más compleja.

Al desmontar las guías inclinadas y el portacuchillas, se pierden simultáneamente:

• la referencia transversal;
• el centrado lateral;
• la posición angular;
• la relación geométrica con la cuchilla fija.

El montaje posterior requiere referencias independientes y permanentes, como superficies mecanizadas, pasadores de posicionamiento, chavetas, calzos calibrados y equipos de centrado.

En el sistema prismático, la separación de funciones permite con mayor facilidad una sustitución progresiva y un ajuste sucesivo por direcciones. También en este caso, el portacuchillas debe sostenerse mediante equipos diseñados y certificados para tal fin, pero la geometría resulta generalmente más fácil de reconstruir.

¿Qué sistema es mejor?

La guía inclinada no es una solución incorrecta. Puede ser una opción válida cuando:

• las cargas laterales son limitadas;
• las superficies de contacto son amplias;
• la estructura es muy rígida;
• los ángulos se mecanizan con precisión;
• las holguras y las precargas están controladas;
• el mantenimiento dispone de referencias y equipos adecuados.

El sistema prismático requiere más superficies de guiado y un ajuste preciso, pero separa mejor las funciones y hace que el comportamiento de la máquina sea más predecible bajo cargas variables.

Para una cizalla pesada destinada al procesamiento de chatarra, donde son frecuentes los cortes descentrados, los impactos, el desgaste y las condiciones de mantenimiento difíciles, el sistema prismático ofrece generalmente una mayor robustez, una comprensión más clara del funcionamiento y una mayor facilidad de restauración.

La solución con guía inclinada es más compacta, pero la reducción del número de guías se consigue a costa de una mayor complejidad en la transmisión de esfuerzos, el mecanizado, el ajuste y el mantenimiento.

En conclusión, la elección no debería basarse únicamente en el número de componentes. Tener una guía menos no significa necesariamente disponer de una máquina más sencilla; en algunos casos, significa concentrar en una misma superficie funciones que, en el sistema prismático, permanecen claramente separadas.

Ventajas y desventajas