ESTIRADO DE ALAMBRES Y BARRAS: En el contexto de los procesos de deformación volumétrica, el estirado es una operación donde la sección transversal de una barra, varilla o alambre se reduce al tirar del material a través de la abertura de un dado como se muestra en la gura 21.43.Las caractersticas generales del proceso son similar a la extrusión, la diferencia es !ue en el estirado el material de traba"o se "ala a través del dado, mientras !ue en la extrusión se empu"a a través del dado. #un!ue la presencia de esfuer$os de tensión es obvia en el estirado, la compresión también "uega un papel importante %a !ue el metal se comprime al pasar a través de la abertura del dado. &or esta ra$ón, la deformación !ue ocurre en estirado se llama algunas veces compresión indirecta. El estirado es un término !ue se usa también en el traba"o de l'minas met'licas. El término estirado de alambre % barras se usa para distinguir los procesos de estirado, de los procesos de traba"o de l'minas del mismo nombre.(
(En espa)ol al proceso de estirado de l'minas se le conoce como embutido o embutido profundo, por lo !ue su nombre es diferente. *+. del .La diferencia b'sica entre estirado de barras % el estirado de alambre es el tama)o del material !ue se procesa. El estirado de barras se reere al material de di'metro grande, mientras !ue el estirado de alambre se aplica al material de di'metro pe!ue)o. En el proceso de estirado de alambres se pueden alcan$ar di'metros asta de /.//1 pulg 0/./3mm. #un!ue la mec'nica del proceso es la misma para los dos casos, el e!uipo % la terminologa son de alguna manera diferentes. El estirado de barras se reali$a generalmente como una operación de estirado simple, en la cual el material se "ala a través de la abertura del dado. ebido a !ue el material inicial tiene un di'metro grande, su forma es m's bien una pie$a recta !ue enrollada. Esto limita la longitud del traba"o !ue puede procesarse % es necesaria una operación tipo lote. &or el contrario, el alambre se estira a partir de rollos de alambre !ue miden varios cientos 0o miles de pies de longitud % pasa a través de una serie de dados de estirado. El nmero
de dados vara entre cuatro % doce. El término estirado continuo 0en inglés, continuous draing se usa para describir este tipo de operación, debido a las grandes corridas de producción !ue puedan alcan$arse con los rollos de alambre, %a !ue pueden soldarse a tope con el siguiente rollo para acer la operación verdaderamente continua. En una operación de estirado, la modicación en el tama)o del traba"o se da generalmente por la reducción de 'rea denida como sigue5 r=
donde
A 0 − A f
A0
021.26
r 7reducción de 'rea en el estirado8
2 2 pulg ( mm ) 8 % A f 7'rea nal,
2
A 0
7'rea original del traba"o,
2
pulg ( mm ) . La reducción de 'rea se
expresa frecuentemente como un porcenta"e. En el estirado de barras, estirado de varillas % en el estirado de alambre de di'metro grande para operaciones de recalcado % for"ado de cabe$as se usa el término draft( para denotar la diferencia de tama)os antes % después de procesar el traba"o. El draft es simplemente la diferencia entre los di'metros original % nal del material5 d = D0 − Df
donde
d 7draft,
021.29
pulg ( mm) 8 D0 7di'metro original del traba"o,
pulg( mm) 8 Df 7di'metro nal del traba"o,
pulg( mm) .
(El término de draft en inglés se utili$a para manifestar un cambio dimensional en secciones antes % después de algn proceso de formado. *+. del :. .-
ANÁLISIS DEL ESTIRADO: En esta sección revisaremos la mec'nica del estirado de alambres % barras, % el c'lculo de esfuer$os % fuer$as en el proceso. ;onsideraremos también la posibilidad de grandes reducciones en las operaciones de estirado.
Mecánica del estirado: si no ocurre fricción o traba"o redundante en el estirado la deformación real puede determinarse como sigue5
= ln
ϵ
A0 A f
= ln
1 1−r
021.3/
donde
A 0
%
A f
son las 'reas original % nal de la sección transversal del
material de traba"o, como se denieron previamente8 %
r 7reducción del
estirado, denida en la ecuación 21.26. El esfuer$o !ue resulta de esta deformación ideal est' dado por5
´ f ϵ = ´Y f ln σ =Y
donde
A 0 A f
021.31
´ f Y 7esfuer$o de
deformación de la ecuación 21.3/. ebido a !ue la fricción est' presente en el estirado % aun!ue el metal de traba"o experimenta deformación no omogénea, el verdadero esfuer$o es m's grande !ue el proporcionado por la ecuación 21.31. #dem's de la relación A 0 / A f
, otras variables !ue tienen in
el 'ngulo del dado % el coeciente de fricción en la interfase traba"o=dado. >e an propuesto numerosos métodos para predecir el esfuer$o del estirado con base en los valores de estos par'metros *1, 2, 12 % 16-. &resentamos a continuación la ecuación sugerida por >ce% *16-5 σ d = ´ Y f
donde
σ d
(
1+
μ tan α
)
∅ ln
A 0 Af
7esfuer$o de estirado
∅
2 lb / pulg ( MPa) 8 μ 7coeciente de
α 7'ngulo del dado 0medo 'ngulo como se dene en
fricción dado=traba"o8 la gura 21.43, %
021.32
es un factor !ue se usa para deformación no
omogénea, el cual se determina para una sección transversal redonda como5
=0.88 + 0.12
∅
D Lc
donde D 7di'metro promedio del traba"o durante el estirado, Lc
021.33 pulg( mm) 8 %
7longitud de contacto del traba"o con el dado de estirado en la gura
21.43,
pulg( mm) . Los valores de D % Lc se pueden determinar de las
siguientes ecuaciones5
D=
D 0 + Df
021.34a
D 0− Df Lc = 2 sin α
021.34b
2
La fuer$a correspondiente de estirado es entonces, el 'rea de la sección transversal del material estirado multiplicad por el esfuer$o de estirado5
´ f F = A f σ d= A f Y
(
1+
μ tan α
donde F 7fuer$a de estirado,
)
∅ ln
A 0 A f
021.3?
lb ( N ) 8 los otros términos se denieron
previamente. La potencia re!uerida en una operación de estirado es la fuer$a multiplicada por la velocidad de salida del traba"o. :educción m'xima por pase5 @na pregunta !ue se le puede ocurrir al lector es Apor !ué se necesita m's de un paso para alcan$ar la reducción deseada en el estirado de alambreB, Apor !ué no se ace la reducción entera en un solo paso a través de un solo dado como se ace en la extrusiónB La respuesta es !ue resulta claro, de las ecuaciones precedentes, !ue si la reducción se incrementa también los esfuer$os de estirado aumentan. >i la reducción es lo sucientemente grande, los esfuer$os de estirado excederan la resistencia a la upongamos un metal perfectamente pl'stico
( n= 0 ) , sin fricción % sin traba"o redundante.
En este caso ideal, el esfuer$o de estirado m'ximo posible es igual a la resistencia a ala i expresamos esto usando la ecuación para el esfuer$o de estirado ba"o condiciones de deformación ideal, ecuación 21.31, e igualamos σ d = ´ Y f ln
A0 A f
=Y ln
A 0 A f
=Y ln
1 1 −r
´ f =Y Y 0por!ue
=Y
n =0 5
Esto signica !ue
ln
( A / A f ) =ln ( 1 / ( 1−r ) ) =1 0
. Entonces A 0 / A f =( 1 /( 1− r ) )
deben ser igual a los logaritmos naturales base
e . Es decir, la deformación
m'xima posible es 1./5 e máx=1.0
021.3Ca
La relación m'xima posible de 'rea est' dada por5 A 0 A f
=e =2.7183
021.3Cb
% la reducción m'xima posible es5 r máx =
e −1 =0.632 e
021.3Cc
El valor dado para la ecuación 21.3C0; se usa frecuentemente como la reducción teórica m'xima posible en un solo paso, aun cuando ésta ignora5 1 los efectos de fricción % del traba"o redundante !ue podran reducir el valor m'ximo posible. 2 el endurecimiento por deformación, !ue podra incrementar la reducción m'xima posible debido a !ue el alambre a la salida podra ser m's resistente !ue el metal inicial. En la pr'ctica, las reducciones por paso est'n mu% por deba"o de los lmites teóricos. Los lmites superiores en la pr'ctica industrial parecen ser reducciones de /.?/ para estirado simple de barras % /.3/ para estirado mltiple de alambre.
PRÁCTICA DEL ESTIRADO: El estirado se reali$a generalmente como una operación de traba"o en fro. >e usa m's frecuentemente para producir secciones redondas, pero también se pueden estirar secciones cuadradas % de otras formas. El estirado de alambre es un proceso industrial importante !ue provee productos comerciales como cables % alambres eléctricos8 alambre para cercas, gancos de ropa % carros para supermercados8 varillas para producir clavos, tornillos, remaces, resortes % otros artculos de ferretera. El estirado de barras se usa para producir barras de metal para ma!uinado % para otros procesos.
Las venta"as del estirado en estas aplicaciones inclu%en5 1 estreco control dimensional, 2 buen acabado de la supercie, 3 propiedades mec'nicas me"oradas, como resistencias % dure$a, 4 adaptabilidad para producción económica en masa o en lotes. Las velocidades de estirado son tan altas como 10000 pies
/ min ( 50 m/ s ) para alambre mu% no. En el caso del estirado de
barras se produce material para ma!uinado, la operación me"ora la ma!uinabilidad de las barras.
Eqi!o de estirado: El estirado de barras se reali$a en una m'!uina llamada banco de estirado !ue consiste en una mesa de entrada, un bastidor del dado 0!ue contiene el dado de estirado, la corredera % el arma$ón de salida. El arreglo se muestra en la gura 21.44. La corredera se usa para "alar el material a través del dado de estirado. Est' accionado por cilindros idr'ulicos o cadenas movidas por un motor. El bastidor del dado se dise)a frecuentemente para contener m's de un dado, de manera !ue se puedan estirar varias barras simult'neamente a través de los respectivos dados. El estirado del alambre se ace con m'!uinas estiradoras continuas !ue contienen mltiples dados de estirado separados por tambores de acumulación entre los dados, como se ilustra en la gura 21.4?. ;ada tambor, llamado cabrestante o molinete, es movido por un motor !ue provee la fuer$a apropiada para estirar el alambre a través del dado correspondiente. ambién una tensión regular en el alambre !ue pasa al siguiente dado de estirado en la serie. ;ada dado reali$a una cierta reducción en el alambre, % as se alcan$a la reducción total deseada en la serie. #lgunas veces se re!uiere recocido del alambre entre los grupos de dados en la serie, dependiendo del metal !ue se procesa % de la reducción total !ue se reali$a.
Dados de estirado: La gura 21.4C identica las caractersticas de un dado tpico de estirado. Las cuatro regiones del dado !ue se pueden distinguir son las siguientes5 1 entrada, 2 'ngulo de aproximación, 3 supercie del co"inete 0campo, 4 relevo de salida. La región de entrada es generalmente una abertura en forma de campana !ue no entra en contacto con el traba"o. >u propósito es acer un embudo lubricante en el dado % prevenir el ra%ado en la supercie del traba"o. La aproximación es donde ocurre el proceso de estirado. Es una abertura en forma de cono con 'ngulo 0medio 'ngulo !ue e provee con un relevo acia atr's con un 'ngulo de 3/D. Los dados de estirado se acen de acero de erramienta o carburo cementado. Los dados para alta velocidad en las operaciones de estirado del alambre usan frecuentemente insertos ecos de diamante 0sintético o natural para las supercies de desgaste.
Pre!araci"n del tra#a$o: antes del estirado, el material inicial debe prepararse adecuadamente. Esto involucra tres pasos5 1 recocido, 2 limpie$a
% 3 alado. El propósito del recocido es incrementar la ductilidad del material para aceptar la deformación durante el estirado. #lgunas veces se necesitan pasos de recocido en el estirado continuo. La limpie$a del material se re!uiere para prevenir da)os en la supercie de traba"o % en el dado de estirado. Esto involucra la remoción de los contaminantes de la supercie 0por e"emplo, capas de óxido % corrosión por medio de ba)os !umicos o limpie$a con corro de municiones. En algunos casos se prelubrica la supercie de traba"o después de la limpie$a. El alado implica la reducción del di'metro del extremo inicial del material de manera !ue pueda insertarse a través del dado de estirado para iniciar el proceso, esto se logra generalmente mediante estampado, laminado o torneado. El extremo alado del material se su"eta a las morda$as de la corredera o a otros dispositivos para iniciar el proceso de estirado.
ESTIRADO DE T%BOS: El proceso de estirado se puede usar para reducir el di'metro o el espesor de la pared de tubos sin costura % ca)os, después !ue se a producido el tubo inicial por medio de alguna otra operación como extrusión. El estirado del tubo se puede llevar a cabo con o sin un mandril. El método m's simple no usa mandril % se aplica para la reducción del di'metro, como se muestra en la gura 21.4F. #lgunas veces se usa el término entallado de tubo para esta operación.
El problema !ue surge cuando el tubo se estira sin utili$ar un mandril, como se muestra en la gura 21.4F, es !ue carece de control sobre el di'metro interno % sobre el espesor de la pared del tubo. &or esto se usan mandriles de varios tipos, dos de los cuales se ilustran en la gura 21.46. En la parte 0a de la gura se usan un mandril "o a"ustado a una barra de soporte largo para "ar el di'metro interior % el espesor de la pared del tubo durante la operación. Las limitaciones pr'cticas sobre la longitud de la barra de soporte en este método restringen la longitud de los tubos !ue pueden estirarse. El segundo tipo !ue se muestra en la parte 0b usa un tapón
Este método evita las limitaciones sobre la longitud de traba"o !ue presenta el método del mandril "o.
