En una prensa offset de pliegos, el cilindro portaplanchas, el cilindro de caucho y el cilindro de impresión transportan la imagen, transfieren la tinta y presionan el pliego contra el caucho. La forma en que estos cilindros se apoyan en cada extremo determina si la presión de impresión se mantiene uniforme de un lado al otro del pliego, y también fija el límite máximo de velocidad. Durante la mayor parte del siglo XX, la solución estándar era un rodamiento deslizante. Casi todas las prensas nuevas que se venden ahora utilizan rodamientos en lugar de cojinetes deslizantes. El cambio provino de la ingeniería circundante, no de una pieza ingeniosa.
Lo que los rodamientos deslizantes hacían bien
A velocidades bajas y medias, los muñones de los cilindros giraban en rodamientos deslizantes. El diseño tiene una gran relación longitud-diámetro y funciona mediante contacto de par bajo, por lo que la película de aceite absorbe los choques y el accionamiento funciona con suavidad. La larga línea de contacto rigidiza el cilindro, la deflexión bajo la presión de impresión disminuye y la presión se mantiene constante a lo largo del eje. Un rodamiento deslizante también es fácil de mecanizar, fácil de montar y fácil de mantener. A las velocidades que alcanzaban las prensas entonces, cumplía todos los requisitos del proceso, por eso se usaba tan ampliamente.
El límite de velocidad
A partir de la década de 1980, los fabricantes de prensas comenzaron a aumentar la producción, y la velocidad fue la primera palanca que accionaron. El rodamiento deslizante se resistió. Su coeficiente de fricción es alto, el área de contacto del muñón es grande, la holgura en el par de fricción es pequeña y el calor se disipa mal, por lo que un aumento moderado de velocidad conlleva el riesgo de que el eje se agarrote en el casquillo. Si se aumenta la holgura para evitar el agarrotamiento, la bancada pierde rigidez, la precisión de transmisión disminuye y aparecen rayas de tinta en el pliego. En ese punto, el rodamiento deslizante era el cuello de botella, y la atención se trasladó a los elementos rodantes. Un mejor diseño de máquinas y una mejor fabricación habían eliminado para entonces los obstáculos. Un rodamiento tiene una relación longitud-diámetro pequeña y convierte el contacto de par bajo en contacto de par alto, lo que restaura la rigidez que el cuerpo del cilindro pierde bajo la carga de impresión.
Por qué los fabricantes dudaban, y qué cambió
La vieja objeción era la deflexión. Bajo una fuerte presión de impresión, un cilindro se flexiona, su curva de deflexión se hunde, la parte central del cilindro mantiene menos presión que los extremos, los puntos y el texto se imprimen débiles en el centro y el pliego no cumple el estándar. El análisis por elementos finitos cambió el cálculo. Los diseñadores ahora optimizan la estructura del cilindro y su cavidad interna, distribuyendo nervios y placas de refuerzo según número, forma y tamaño de sección para que la rigidez general aumente y la deflexión bajo carga se mantenga dentro del rango permitido.
La fabricación de cilindros mejoró en la misma línea temporal. El material y la dureza ahora se controlan mediante fusión, colada y tratamiento térmico. Un cilindro de prensa también debe mantener la precisión dinámica, y la precisión después de fatiga y fluencia, no solo la precisión estática y la rigidez. La precisión dinámica depende de cómo se distribuye la masa y de la estructura metalúrgica y la composición química del metal. La excentricidad se mide con el cilindro casi en reposo, pero a velocidad de funcionamiento el error difiere porque la distribución de masa y la estructura de grano nunca son perfectamente uniformes.
El suministro de rodamientos también maduró. La selección, el ajuste, el montaje y la inspección son ahora rutinarios, y los rodamientos de alta precisión están disponibles tanto de origen nacional como importado sin barrera técnica. Las piezas contiguas mejoraron en consonancia. La precisión de los engranajes de cilindro alcanza el grado cuatro o mejor tanto en el grupo cinemático como en el grupo de suavidad, la misma clase que se usa en engranajes de aviación. Los alojamientos y las caras frontales del bastidor se mecanizan en un solo amarre en una fresadora mandrinadora CNC, de modo que las dimensiones, la tolerancia de forma y la rugosidad superficial satisfacen la estructura de bastidor hiperestática. Con esas piezas mejoradas, las prensas funcionan con más estabilidad, disminuyen las fuentes de vibración y el sistema de cilindros necesita menos absorción de choques. Heidelberg, Mitsubishi, Komori y KBA montan de serie soportes de rodamientos rodantes, y la experiencia acumulada en el extranjero ofrece a los fabricantes nacionales una referencia clara.
Tipos de rodamientos en uso actual
La primera decisión es qué estructura de rodamiento montar, y los fabricantes la resuelven de distinta manera.
- Heidelberg prefiere rodamientos de agujas, con la holgura de funcionamiento ajustada en el montaje midiendo las agujas y montándolas en grupos emparejados.
- Roland se basa en rodamientos de rodillos cilíndricos macizos cortos de varias hileras combinados con rodamientos axiales, con las cargas radial y axial ajustadas por separado. El fabricante del rodamiento garantiza la holgura de funcionamiento, y el requisito de precisión es alto.
- Mitsubishi emplea rodamientos de rodillos cónicos, que soportan la carga radial y axial conjuntamente en un montaje más sencillo, con la holgura ajustada durante el montaje y una mayor exigencia en la destreza del ajuste.
- Algunos fabricantes nacionales montan rodamientos de rodillos cilíndricos huecos fabricados según una patente estadounidense, que funcionan con alta precarga y ligera interferencia.
Todos estos montajes sirven a una prensa offset. Cada uno tiene su propio carácter y, en teoría, cualquiera de ellos puede soportar un cilindro. La elección depende de la capacidad de diseño y el nivel de proceso del fabricante, del grado en que el equipo técnico comprende cada tipo de rodamiento y del estado de la planta, de modo que los límites objetivos y el criterio de ingeniería coincidan en el mismo punto. En todas las opciones, el control de la holgura es la preocupación común.
Precarga y holgura de funcionamiento
El segundo problema técnico es la precarga. La holgura entre el par de rodamientos debe ajustarse para elevar la rigidez del sistema, y la holgura que queda tras la precarga en la instalación decide tanto la calidad final de impresión como la vida de la máquina. Para elevar la rigidez y reducir el ruido, un rodamiento rodante debe funcionar con holgura de funcionamiento negativa.
La teoría y la experiencia de taller coinciden en el objetivo. La vida a fatiga es más larga cuando la holgura de funcionamiento se sitúa en torno a -10 μm. Si se lleva más lejos el valor negativo, la vida a fatiga cae bruscamente. Cuando la temperatura del rodamiento sube con fuerza, la dilatación térmica hace que la holgura efectiva sea más negativa que el valor ajustado en el banco, por lo que el montaje debe dejar un margen para ese cambio.