Defectos de laminación (rebabas, deformaciones, arañazos): Normas de aceptación

A pila de laminación Desde fuera parece sencillo. Una pila de finas láminas de acero, perforadas con la misma forma, unidas o sujetas a un núcleo para un motor, un transformador o un generador. Pero la diferencia entre una pila que funciona sin sobrecalentarse durante quince años y otra que se sobrecalienta en dieciocho meses suele reducirse a defectos que apenas se pueden ver sin una lupa.

Esta es una guía sobre los tres defectos que aparecen con mayor frecuencia en los informes de inspección —rebabas, deformaciones y arañazos— y las cifras que realmente se discuten cuando se rechaza un envío. Se centra en lo que un ingeniero de calidad debe aprobar, no en las definiciones de los libros de texto.

Por qué los defectos de laminación son más importantes que el número de hojas

El objetivo principal de laminar un núcleo es interrumpir los circuitos de corrientes parásitas. Cada lámina está aislada de la contigua, normalmente mediante un recubrimiento fino y, en ocasiones, simplemente por el óxido superficial. La corriente que habría circulado libremente a través de un bloque sólido queda fragmentada en pequeños bucles, con lo que se reducen las pérdidas.

Cada defecto de esta lista atenta contra ese principio de alguna manera. Una rebaba puede unir dos láminas y provocar un cortocircuito entre ellas. La deformación abre huecos de aire que arruinan el factor de apilamiento. Un arañazo desgasta el aislamiento y provoca lo mismo que una rebaba, solo que desde una perspectiva diferente. Por lo tanto, las normas de aceptación no son meramente estéticas. Son un indicador de la capacidad del núcleo para mantener el valor de pérdida previsto una vez que se le aplique tensión.

Tenlo en cuenta, porque eso explica por qué las tolerancias son más estrictas de lo que sugeriría la geometría por sí sola.

El proceso de corte lo cambia todo

Antes de indicar una sola tolerancia, hay una pregunta que determina el rumbo que tomará el resto de la conversación: ¿cómo se ha cortado la chapa? Un límite que resulta razonable para un proceso puede ser imposible o carecer de sentido para otro.

• Punzonado con troqueles progresivos Es la pieza clave en cuanto a volumen de producción. Produce la clásica rebaba que aumenta a medida que la herramienta se desgasta, por lo que sus criterios de aceptación se basan en la altura de la rebaba y su variación a lo largo de una tirada.
• Corte por láser Apenas deja rebabas mecánicas, pero calienta el borde de corte. La preocupación se centra entonces en la zona afectada por el calor, que puede degradar localmente las propiedades magnéticas y, en el borde, aumentar las pérdidas. Lo que hay que medir es el estado del borde y el quemado, más que la altura de las rebabas.
• Electroerosión por hilo Proporciona un borde excepcionalmente limpio con rebabas insignificantes; se utiliza para prototipos y núcleos de muy alta precisión. En este caso, la cuestión se centra en la capa de refundición y el coste, no en las rebabas.

El método de unión y apilamiento es igual de importante:

• Núcleos autoligantes (backlack), curados mediante calor y presión, no admiten ningún tipo de contaminación superficial ni arañazos en el recubrimiento, ya que la unión y el aislamiento comparten la misma superficie.
• Pilas entrelazadas (con fijación mediante grapas) y soldadas toleran mejor ciertas marcas superficiales, pero plantean su propio riesgo de cortocircuito local en la unión.

Las tablas que figuran a continuación se basan en el punzonado convencional con troqueles progresivos y una pila sujeta o entrelazada, ya que ese es el caso más habitual. Si se modifica el proceso, también se modifican los criterios de aceptación.

Rebabas: el defecto que todo el mundo mide en primer lugar

Una rebaba es el borde metálico elevado que sobresale en el borde punzonado. Se forma durante el corte de la pieza en bruto, y su tamaño aumenta a medida que el punzón y la matriz se desgastan. Unas herramientas nuevas proporcionan una zona de fractura limpia, prácticamente sin rebabas. Una herramienta al final de su vida útil deja un reborde de acero que sobresale de la superficie.

¿Por qué tanta obsesión con las rebabas? Por dos razones. En primer lugar, añaden altura. Si se apilan mil laminados, incluso una rebaba de 15 micras por lámina se convierte en 15 milímetros de longitud adicional en la pila que no aporta ninguna función magnética. En segundo lugar —y esta es la causa de los fallos del producto en el campo de aplicación—, las rebabas perforan el aislamiento interlaminar y provocan cortocircuitos entre láminas adyacentes. A continuación se produce un calentamiento localizado. Después, un punto caliente. Y, finalmente, un fallo que parece un problema de rodamiento, pero que en realidad se originó en el punzón.

Aceptación de la altura de la rebaba

La mayoría de las especificaciones vinculan la altura admisible de la rebaba al espesor de la chapa, en lugar de indicar un valor fijo para todos los casos; por lo general, este valor oscila entre 5 y 101 TP6T de espesor del material y se reduce en el caso de los aceros de alta calidad más finos. La tabla siguiente recoge los rangos de aceptación habituales en el sector para el acero eléctrico perforado.

Estos umbrales se verifican, por lo general, con arreglo al marco de ensayo de aceros eléctricos y materiales magnéticos de la Serie IEC 60404 (métodos de medición de materiales magnéticos) y los correspondientes ASTM A34/A343 métodos, evaluándose el estado del recubrimiento aislante en las siguientes condiciones: ASTM A976 clasificación. Los compradores que trabajen con planos europeos suelen encontrar los mismos requisitos expresados mediante EN 10106 / EN 10126 especificaciones de calidad. La cifra exacta que se aplica es la que figura en el plano de la pieza y en la norma de aceptación acordada; las referencias anteriores definen cómo para medir y clasificar, no un número universal.

La propia medición ya supone un escollo. No se puede evaluar una rebaba a ojo. Un medidor de altura calibrado, un perfilómetro láser o un perfilómetro de aguja que se pase perpendicularmente al borde de corte te dan un valor repetible. El muestreo suele seguir un plan basado en la extracción de tiras a intervalos fijos, ya que la altura de la rebaba varía a medida que se desgastan las herramientas; por lo tanto, una sola medición correcta al inicio de una tirada no dice prácticamente nada sobre cómo será al final.

Una observación práctica desde la planta de producción: la orientación de la rebaba es importante. Una rebaba que se dobla hacia la zona de fractura tiene menos probabilidades de atravesar el aislamiento que una que se eleva en vertical. Algunos criterios de aceptación tienen esto en cuenta, pero la mayoría no, y esa discrepancia es la causa de las discusiones sobre el terreno.

Deformación y planitud: el enemigo silencioso del factor de apilamiento

La deformación abarca cualquier deformación fuera del plano: abombamiento, ondulación, curvatura de los bordes o una torsión similar a la de una patata frita a lo largo de la lámina. Se debe a tensiones residuales en la bobina, fuerzas de punzonado desiguales, efectos térmicos durante el curado del recubrimiento y una manipulación brusca.

Esto es lo que hace que la deformación sea tan traicionera. Una sola hoja deformada podría superar por sí sola una comprobación de planitud. Pero si se apilan unos cientos de ellas, los errores no se compensan entre sí. Se acumulan o, lo que es peor, se agravan en los puntos donde los salientes se alinean. El resultado es una pila que mide más de lo que las matemáticas indican que debería, con huecos de aire atrapados entre las hojas.

Esto afecta directamente al factor de apilamiento, es decir, la relación entre el volumen real del acero y el volumen aparente de la pila. Un buen factor de apilamiento se sitúa por encima de 0,96 para la mayoría de los grados; las mejores pilas de calibre fino superan el 0,97. Si se queda por debajo, se habrá construido, en la práctica, un núcleo magnético más pequeño de lo que exigía el plano, lo que aumenta la densidad de flujo y, con ello, las pérdidas. El factor de apilamiento en sí mismo se define y se mide según la IEC 60404-13 / ASTM A719 métodos.

Aceptación de la planitud

La planitud suele especificarse como la altura de una onda o como un porcentaje sobre una longitud definida.

En el caso de las pilas terminadas, el paralelismo y la altura total de la pila se miden en varios puntos a lo largo de la circunferencia, no solo en uno. Una pila que esté perfectamente alineada a las doce en punto y tenga una altura de 0,3 mm a las seis en punto causará problemas durante el montaje, aunque el valor medio parezca correcto.

La manipulación es la mitad de la batalla contra la deformación. Una pila de láminas recocidas es blanda y se deforma con facilidad. Una vez que se dobla más allá de su límite elástico, permanece doblada, y ningún proceso posterior consigue recuperarla por completo. Gran parte de la “deformación” que se detecta en la inspección de entrada se produjo en realidad durante el transporte, no durante la fabricación.

Arañazos y daños superficiales: pequeñas marcas, graves consecuencias

Los arañazos se suelen considerar un defecto estético más que cualquier otro defecto de esta lista. A veces es justo. Una marca leve en la superficie de una lámina, sin que se haya roto el recubrimiento ni haya rebabas… vale, se puede enviar. Pero un arañazo que atraviesa el recubrimiento aislante es, desde el punto de vista funcional, idéntico a una rebaba: abre un camino para que la corriente salte entre las laminaciones.

Por lo tanto, a la hora de evaluar los arañazos, la cuestión casi nunca tiene que ver con el aspecto visual, sino con si el recubrimiento está intacto. Una marca de arrastre superficial que no dañe la capa aislante suele ser aceptable. En cambio, una hendidura que deje al descubierto el metal, sobre todo si discurre en sentido transversal a la dirección del flujo, no lo es.

La forma de evaluarlo es mediante una prueba de resistencia interlaminar, en lugar de una clasificación visual, realizada bajo las condiciones de ASTM A717 (resistencia de aislamiento superficial) y IEC 60404-11 Métodos de recubrimiento. Se aplica una presión y una tensión definidas a la superficie recubierta y se mide la resistencia. Si se supera el umbral, el recubrimiento está cumpliendo su función, haya o no arañazos. Ahí es donde reside el estándar práctico: no en una tabla comparativa de fotos, sino en un valor de resistencia.

Una guía básica sobre cómo se clasifican los daños superficiales:

Hay otra causa que la gente suele pasar por alto: los arañazos suelen deberse a los propios dispositivos de apilado y manipulación, y no a la bobina en bruto. Si observas arañazos paralelos que se repiten en el mismo lugar de todas las chapas, deja de culpar al proveedor de acero y revisa tus propias herramientas y cintas transportadoras.

Elaboración de una norma de aceptación de defectos que sea sólida

No basta con una especificación que se limite a enumerar las tolerancias. Las partes que realmente evitan las disputas son precisamente las que la gente suele pasar por alto.

Define el método de medición, no solo el límite. “Rebaba ≤ 20 µm” no significa nada si no se especifica el instrumento, la ubicación en el borde y el número de muestras. Dos laboratorios que midan el mismo borde con herramientas diferentes obtendrán resultados que difieren en más de lo que permite la banda de tolerancia. Especificar el método de referencia —la serie IEC 60404, la norma ASTM A976 o la norma ASTM A717— permite salvar esa diferencia.

Establece un plan de muestreo en función del desgaste de las herramientas. Los defectos de punzonado se acentúan a lo largo de un ciclo de producción. La inspección de la primera y la última pieza de una bobina permite detectar desviaciones que una muestra aleatoria única no detectaría. Adapta la frecuencia de muestreo a la velocidad a la que se degrada tu utillaje.

Distingue los defectos funcionales de los estéticos. Una rebaba que provoca un cortocircuito en las laminaciones y un arañazo que no perfora el recubrimiento no tienen la misma gravedad, aunque ambos tengan mal aspecto. Clasificar los defectos según su efecto sobre la resistencia interlaminar y el factor de apilamiento evita que se descarte producto en buen estado y se apruebe producto defectuoso.

Comprueba la pila, no solo la hoja. Cada una de las láminas por separado puede superar la inspección, mientras que la pila montada puede fallar en cuanto al paralelismo, el factor de pila o la resistencia interlaminar. La inspección de las láminas a la entrada y la inspección de la pila terminada son dos controles distintos, y ambos son necesarios.

Las pilas que causan menos problemas con la garantía suelen proceder de líneas en las que los operarios entienden por qué Lo que importa es una rebaba de 20 micras, no solo que el indicador se haya puesto en rojo. Entender esto es lo que convierte una ficha técnica en una calidad constante.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cuál es el defecto de laminación más perjudicial? Las rebabas, en la mayoría de los casos. Estas combinan dos modos de fallo —añaden altura no magnética al paquete y provocan cortocircuitos entre las laminaciones adyacentes—, por lo que un problema de rebabas se detecta tanto en los controles dimensionales como en el rendimiento eléctrico. La deformación ocupa un cercano segundo lugar, ya que degrada el factor de apilamiento en todo el núcleo, en lugar de hacerlo en un solo punto.

¿Cómo se mide de forma fiable la altura de la rebaba? Utilice un perfilómetro de aguja, un perfilómetro láser o un medidor de altura calibrado, colocándolo perpendicularmente al borde troquelado, siguiendo los procedimientos de medición pertinentes de la norma IEC 60404 o ASTM A34. Realice varias lecturas a lo largo del borde y tome muestras de toda la tirada de producción, ya que la altura de las rebabas aumenta a medida que se desgastan el punzón y la matriz. Una sola medición no es representativa.

¿El proceso de corte modifica la norma de aceptación? Sí, de forma significativa. El punzonado con troqueles progresivos se evalúa principalmente en función de la altura de la rebaba y su desviación. El corte por láser produce pocas rebabas mecánicas, pero genera un borde afectado por el calor, por lo que los criterios pasan a centrarse en la quemadura del borde y el aumento de la pérdida local. El electroerosión por hilo proporciona un borde prácticamente sin rebabas y, en su lugar, se evalúa en función de la capa de refundición. Si se aplica una base errónea, la norma deja de tener sentido.

¿Un arañazo siempre supone un rechazo? No. Si el arañazo no atraviesa la capa aislante, suele ser solo un defecto estético y, por lo tanto, aceptable. El criterio decisivo es la resistencia interlaminar según las normas ASTM A717 o IEC 60404-11, no el aspecto visual. Solo deben rechazarse los arañazos que dejen al descubierto el metal y reduzcan la resistencia por debajo del umbral establecido.

¿Qué factor de apilamiento debería esperar de una buena pila? Aproximadamente 0,96 o más para los calibres más gruesos, y por encima de 0,97 para los aceros finos de alta calidad, medido según la norma IEC 60404-13 / ASTM A719. Un valor inferior a ese suele indicar deformaciones, rebabas que aumentan la altura o un espesor excesivo del recubrimiento que merma el espesor del acero.

¿Por qué varía el límite de altura de la rebaba en función del espesor de la chapa? Las láminas más finas se utilizan en aplicaciones de mayor frecuencia y menores pérdidas, en las que la integridad del aislamiento es fundamental y en las que la rebaba representa una proporción mayor del espesor de la lámina. Vincular el límite a un porcentaje del espesor garantiza que la norma sea proporcional al riesgo.

¿Debería inspeccionar las hojas o las pilas ya preparadas? Ambas cosas. La inspección a nivel de hoja detecta problemas de rebabas, recubrimiento y planitud de cada hoja individual directamente en el origen. La inspección a nivel de pila detecta errores acumulados —paralelismo, altura total, factor de pila y resistencia interlaminar— que ninguna hoja por sí sola revela.