El proceso de estirado (treflado) En el estirado se reduce o cambia la sección transversal de una barra o alambre largo, en general jalándola (de ahí el término estirado) a través de un dado conocido como dado de estirado (fg. (fg. 1.1!) 1.1!).. "o "orr lo tanto, tanto, la di#ere di#erenci ncia a entre entre el estira estirado do (trefl (treflado ado)) $ la e%trusión es &ue en ésta el material se empuja a través de un dado, mientras mientras &ue en el estirado se jala a través de él. 'os productos productos de barra $ alamb ala mbre re abar abarca can n una una mu$ mu$ am ampl plia ia gama gama de apli aplica caci cion ones es,, incl inclu$e u$end ndo o redo edondos ndos para para ec echa hass de tran transsmis misión ión de pot potenc encia $ movi movimi mien entto, componentes de má&uinas $ estructurales, pieas brutas para pernos $ remaches, alambre eléctrico, cables, miembros estructurales con carga de tensión, electrodos de soldadura, resortes, sujetadores para papel, ra$os para ruedas de bicicleta e instrumentos musicales de cuerda. 'as variables prin princi cipa pale less de proc proces esam amien iento to en el esti estira rado do son son simi similar lares es a las de la e%trusión* es decir, la reducción del área transversal, el ángulo del dado, la #ricción #ricción a lo largo de las inter#aces inter#aces del dado $ la piea de trabajo, así como la velocidad de estirado. El ángulo del dado inu$e en la #uera de estirado $ la calidad del producto estirado.
+uera de estirado. 'a e%presión para la #uera de estirado (+) bajo condiciones ideales $ sin #ricción es similar a la de la e%trusión. e determina mediante la e%presión A o F =Y prom Af ln ( ) A f
en la &ue Y prom
es el es#uero real promedio promedio del material en el hueco del del
dado. "uesto &ue debe realiarse más trabajo para vencer la #ricción, la #uer #uera a aume aument nta a co con n el incr increm emen ento to de #ric #ricci ción ón.. -dem -demás ás,, debi debido do a la de#ormación no uni#orme &ue ocurre dentro de la ona del dado, también se re&ui e&uier ere e ener energí gía a adic adicio iona nall (con (conoc ocid ida a co como mo trab trabaj ajo o redun edunda dant nte e de de#ormación de#ormación). ). o obstante obstante &ue se han desarrolla desarrollado do varias ecuaciones ecuaciones para estimar la #uera (como se describe de manera más detallada en te%tos avanados), avanados), una #órmula /til &ue inclu$e inclu$e la #ricción #ricción $ el trabajo redundante redundante es0
( )( )
F =Y prom A f [ 1+
μ α
ln
A o
A f
2
+ α ] 3
en donde α es el ángulo del dado en radianes.
FIGURA ariables de proceso en el estirado de alambre. 2odo, el ángulo de la matri, la reducción en el área transversal por pase, la velocidad del estirado, la temperatura $ la lubricación, a#ecta la #uera de estirado (+).
FIGURA Ejemplos de operaciones de estirado de un tubo, con mandril interno $ sin él. 3bsérvese &ue se puede producir una variedad de diámetros $ espesores de pared del mismo tubo inicial (&ue se ha #abricado mediante otros procesos) 4omo se puede ver en estas ecuaciones, la #uera de estirado aumenta al incrementarse la reducción. in embargo, tiene &ue limitarse la magnitud de la #uera, por&ue cuando el es#uero de tensión alcana el es#uero de uencia del metal &ue se está estirando, la piea de trabajo cede $ fnalmente se rompe. e puede demostrar &ue, en teoría $ sin #ricción, la reducción má%ima en el área transversal por pase es de 567. -sí &ue, por ejemplo, una barra de 18 mm de diámetro puede reducirse (como má%imo) a un diámetro de 5.1 mm en un solo pase sin &ue se rompa. e puede demostrar &ue, para cierta reducción de diámetro $ cierta condición de #ricción, e%iste un ángulo óptimo del dado en el &ue la #uera de estirado es mínima. Es9to no signifca &ue el proceso deba e#ectuarse en este ángulo óptimo, por&ue e%isten otras consideraciones de calidad en los productos.
Estirado de otras #ormas. e pueden producir varias secciones transversales sólidas mediante el estirado a través de dados con di#erentes perfles. El dise:o apropiado del dado $ la selección adecuada de la secuencia de reducción por pase re&uieren bastante e%periencia para garantiar el ujo apropiado del
material en el dado, reducir los de#ectos internos o e%ternos $ mejorar la calidad de la superfcie. El espesor de pared, el diámetro o la #orma de los tubos &ue se han producido por e%trusión u otros procesos descritos en este libro se pueden reducir más mediante procesos de estirado de tubos (fg. 1.1;). 'os tubos de diámetros grandes, hasta de 8.6 m (1
"ráctica de estirado 4omo en todos los procesos de trabajado de los metales, el é%ito del estirado re&uiere la selección cuidadosa de los parámetros del proceso. En el estirado, la reducción de área transversal por pase llega hasta casi =7. "or lo general, cuanta más pe&ue:a es la sección transversal inicial, más pe&ue:a será la reducción por pase. Es com/n estirar alambres fnos a una reducción de 17 a <7 por pase, $ los tama:os ma$ores, de <87 a =7. 'as reducciones de más de =7 pueden provocar la separación del lubricante, deteriorando el acabado superfcial. - pesar de &ue la ma$or parte del estirado se realia a temperatura ambiente, el estirado de secciones grandes sólidas o huecas puede e#ectuar9se a temperaturas elevadas para reducir las #ueras. 2ambién se puede hacer una leve reducción (pase de dimensionado) en barras para mejorar el acabado superfcial $ la precisión dimensional. in embargo, debido a &ue sólo de#orman las capas de la superfcie, por lo general estas reducciones leves producen de#ormación mu$ poco uni#orme del material $ su microestructura. "or lo tanto, las propiedades del material varían seg/n su localiación en la sección transversal. 3bsérvese en la fgura 1.1! &ue la punta de una barra o alambre debe tener una sección transversal reducida para &ue se alimente a través de la abertura del dado $ se ja9le. "or lo general, esto se realia estampando la punta de la barra o alambre de manera similar a la mostrada en las fguras 1=.1a $ b* a esta operación se le conoce como punteado. 'as velocidades de estirado dependen del material $ de la reducción del área transversal. >stas pueden variar de 1 a <. m?s (<88 a 88 pies?min) para secciones gruesas, hasta 8 m?s (15 pies?s) para alambre mu$ fno, como el usado en electromagnetos. @ebido a &ue el producto no tiene tiempo sufciente para disipar el calor generado, las temperaturas pueden aumentar sustancialmente a altas velocidades de estirado $ perjudicar la calidad del producto. 'os alambres de cobre $ latón estirados se designan con#orme a su temple (como1?= de durea, 1?< de durea, etc.), debido al endurecimiento por trabajo. "uede ser necesario un recocido intermedio entre pases para mantener una ductilidad sufciente del material durante el estirado en #río. 'os alambres de acero al alto carbono para resortes e instrumentos musicales se #abrican mediante tratamiento térmico (patentado o temple isotérmico) del alambre estirado* la microestructura obtenida es perlita fna (ver fg.=.11). Estos alambres tienen resistencias má%imas a la tensión hasta de A"a (B88 Csi) $ una reducción tensil del área de casi <87.
Estirado múltiple. - pesar de &ue mediante el estirado se puede producir alambre mu$ fno, el costo resultaría mu$ alto. Dn método empleado para aumentar la productividad consiste en estirar muchos alambres (188 o más) de modo simultáneo, esto es, en #orma m/ltiple. 'os alambres se separan uno del otro mediante un material metálico adecuado con propiedades similares, pero con menor resistencia &uímica (de manera &ue pueda e%traerse por li%iviación de las superfcies del alambre estirado).El estirado m/ltiple produce alambres cu$a sección transversal es poligonal más &ue redonda. -demás de las longitudes continuas, se han desarrollado técnicas para #abricar alambre fno &ue se rompe o recorta a diversos tama:os $ #ormas. Estos alambres se utilian como plásticos eléctricamente conductivos, te%tiles resistentes al calor $ eléctricamente conductivos, medios de fltrado, camuaje contra radares e implantes médicos. "ueden ser tan pe&ue:os como = mm (8.88815 pulgada) de diámetro $ producirse a partir de materiales como el acero ino%idable, titanio $ aleaciones de temperaturas elevadas.
@ise:o de los dados. En la fgura 1.<8 se muestran los rasgos característicos de un dado com/n para estirado. 'os ángulos del dado van de 5a 1. in embargo, obsérvese &ue en un dado típico e%isten dos ángulos (de entrada $ de apro%imación). El dise:o básico para este tipo de dados se ha desarrollado durante muchos a:os de ensa$o $ error. El propósito de la superfcie de soporte (descanso o cara interior) es establecer el diámetro fnal del producto (dimensionado). -demás, cuando se rectifca de nuevo un dado des9gastado, la cara interior mantiene la dimensión de salida de la abertura del dado. "ara el estirado de perfles se re&uiere una serie de dados &ue comprende diversas etapas de de#ormación, a fn de producir el perfl fnal. 'os dados se pueden hacer de una sola piea o (seg/n la complejidad del perfl transversal) con varios segmentos, &ue se mantienen unidos dentro de un anillo de sujeción. e están implantando técnicas de dise:o asistidas por computadora a fn de dise:ar dados para un ujo suave de material a través de ellos, así como para minimiar los de#ectos. 2ambién se puede utiliar una serie de rodillos
FIGURA 2erminología de un dado com/n utiliada para estirar una barra o un alambre redondo. libres (locos), o de #orma, para estirar barras redondas o de diversas #ormas. @icho arreglo(
cabea de turco ) es más versátil &ue los dados ordinarios de estirado, debido a &ue los ro9 dillos se pueden ajustar a di#erentes posiciones $ ángulos para perfles específcos.
Materiales para dados. "or lo general, los materiales de los dados para estirado (ta9bla .B) son aceros grado herramientas $ carburos. "ara el estirado en caliente se utiliandados de acero #undido, por su alta resistencia al desgaste a temperaturas elevadas. 'osdados de diamante se emplean para el estirado de alambre fno con diámetros &ue van de< m
m a 1. mm (8.8881 a 8.85 pulgada)* pueden ser de diamante monocristalino, o en#orma policristalina con partículas de diamante en una matri metálica ( compactos ). @e9bido a su #alta de resistencia a la tensión $ tenacidad, los dados de carburo $ de diaman9te se utilian com/nmente como insertos u pastillas , &ue se apo$an en un portainserto deacero (fg. 1.<1).
Lubricación. 'a lubricación adecuada es #undamental en el estirado para mejorar lavida de los dados $ el acabado superfcial del producto, además de reducir las #ueras $la temperatura del estirado. 'a lubricación es crítica, sobre todo en el estirado de tubos,debido a la difcultad para mantener una película de lubricante lo sufcientemente grue9sa en la inter#a mandril9tubo. En el estirado de barras, un método típico de lubricaciónutilia recubrimientos de #os#ato (ver sección 1.=).- continuación se describen los métodos básicos de lubricación utiliados en el es9tirado de alambre (ver también el capítulo 66)0 FEstirado en h/medo, en el &ue los dados $ la barra se sumergen por completo en ellubricante. FEstirado en seco, en el &ue la superfcie de la barra a estirar se recubre con un lu9bricante al pasarla a través de una caja llena con lubricante (caja de aditivos).
FIGURA 15.21 Gnserto de matri de carbu9ro de tungsteno en un portainserto de acero.'os dados de diamante utiliados en el estira9do de alambre delgado se soportan de manerasimilar.
•
Hevestimientometálico,
en el &ue la barra o el alambre se recubre con un metalblando, como cobre o esta:o, &ue act/a como lubricante sólido. Fibración ultrasónica de los dados $ los mandriles, en el &ue las vibraciones redu9cen las #ueras, mejoran el acabado superfcial $ la vida del dado, $ permiten re9ducciones más grandes por pase sin rompimientos.
15. !e"ectos del estirado # es"uer$os residuales 'os de#ectos típicos en una barra o un alambre estirado son similares a los observados enla e%trusión, en particular el agrietamiento central (ver fg. 1.1). 3tro tipo principal dede#ecto en el estirado son los traslapes , raspaduras o dobleces longitudinales en el mate9rial &ue se pueden abrir durante operaciones posteriores de #ormado (como recalcado,cabeceado, laminación de roscas o doblado de barra o alambre) $ pueden provocar se9 rios problemas en el control de calidad. Iuchos otros de#ectos de la superfcie (comoraspaduras $ marcas de dado) también pueden originarse de la selección inadecuada delos parámetros del proceso, lubricación defciente o una condición defciente del dado.@ado &ue se someten a de#ormación irregular durante el estirado, por lo general losproductos estirados en #río tienen es#ueros residuales . "ara reducciones leves, de sólo unpe&ue:o porcentaje, los es#ueros residuales de la superfcie longitudinal son de compre9sión (en tanto &ue el centro se encuentra a tensión) $ por lo tanto se mejora la resistenciaa la #atiga. "or el contrario, las reducciones ma$ores inducen es#ueros de tensión de lasuperfcie (en tanto &ue el centro se encuentra a compresión). 'os es#ueros residualespueden ser signifcativos $ causar agrietamiento por es#uero9corrosión de la parte duran9te cierto periodo. -demás, hacen &ue el componente se combe si posteriormente se retirauna capa de material (ver fg. <.68), $a sea por rasurado, ma&uinado o rectifcado.'as barras $ los tubos &ue no son sufcientemente rectos (o se suministran en rollo)pueden enderearse
pasándolos a través de un arreglo de rodillos colocados en di#erentesejes, proceso similar al nivelado por rodillos (ver fg. 16.B).
15.1% E&uipo para estirado - pesar de &ue e%isten diversos dise:os, el e&uipo para estirado es básicamente de dos ti9pos0 banco de estirado $ de tambor.El banco de estirado contiene un dado simple $ su dise:o es similar al de una largamá&uina horiontal de ensa$os de tensión (fg. 1.<<). 'a #uera de estirado la propor9
FIGURA 15.22 Estirado en #río de un canal e%truido en un banco de estirado parareducir su sección transversal. "or este método se estiran tramos individuales de barrasrectas o de secciones transversales.
FIGURA 15.2' Glustración de estirado de alambre de etapas m/ltiples, utiliadascom/nmente para producir alambre de cobre para cableado eléctrico.+uente0 J.-uersKald.
RE(UME)
F'a e%trusión es el proceso en el &ue se #uera una palan&uilla a través de un dado pa9ra reducir su sección transversal o producir diversas secciones transversales sólidas ohuecas. "or lo general, este proceso se e#ect/a a temperaturas elevadas para reducirlas #ueras $ mejorar la ductilidad del material.F+actores importantes en la e%trusión son el dise:o del dado, la relación de e%trusión,la temperatura de la palan&uilla, la lubricación $ la velocidad de e%trusión. -un&ue eltérmino Le%trusión en #ríoM se aplica a la e%trusión a temperatura ambiente, tambiénes el nombre dado a una combinación de operaciones de e%trusión $ #orjado. 'a e%9trusión en #río es capa de producir económicamente partes discretas de diversas #or9mas, con buenas propiedades mecánicas $ tolerancias dimensionales.FEl estirado de barras, alambres $ tubos comprende básicamente el proceso de jalar elmaterial a través de un dado, o una serie de dados o matrices compuestas. 'as seccio9nes transversales de la ma$oría de los productos estirados son redondas, aun&ue tam9bién se pueden estirar otras #ormas. El estirado de productos tubulares para reducir sudiámetro o su espesor re&uiere por lo general mandriles internos.FEl dise:o de los dados, la reducción del área transversal por pase $ la selección de mate9riales para matrices $ lubricantes son parámetros importantes para #abricar productosestirados de alta calidad, con un buen acabado superfcial. 2anto en la e%trusión comoen el estirado pueden desarrollarse de#ectos e%ternos e internos (agrietamiento en #ormade 4hevron o LM invertida). u minimiación o prevención depende sobre todo del án9gulo del dado, la reducción por pase $ la calidad del material de la piea de trabajo.
*+RMI),( -LAE -grietamiento central-grietamiento de alta velocidad-grietamiento de tipo abeto-grietamiento de tipo 4hevron en#orma de LM invertida-lambreNanco de estiradoNarra4abea de turco4abrestante4onstante de e%trusión4ostura@ado corte@ado de ara:a@ado tipo ojo de bue$@ado tipo puente@e#ecto de tubo@e#ecto tipo bamb/@e#ectos de e%trusiónEncamisadoEnlatadoEstiradoEstirado m/ltipleE%trusiónE%trusión en #ríoE%trusión hidrostáticaE%trusión por impacto"ase de dimensionado"atentado (temple isotérmico)"lanchado"olea grande"roceso éjournetHelación de e%trusiónOona de metal muerto
/I/LI,GRAF0A -ltan, 2., gaile, A. $ hen, A. (eds.), 4old and Jot +orging0+undamentals and -pplications , -I Gnternational,<88=. -I JandbooC , ol. 1=0 +orming and +orging , -I Gnter9national, 1;!!.Nla$nsCi, 2. O., "lasticit$ and Iodern Ietal9#orming 2ech9nolog$
, Elsevier, 1;!;.Jos#ord, P. +. $ 4addell, H. I., Ietal +orming0 Iechanicsand Ietallurg$ ,
R,/LEMA( -UA)*I*A*I,( 1.6 Estime la #uera re&uerida para la e%trusión de la9tón B8968 a B88 4, si el diámetro de la palan&uilla es de1< mm $ la relación de e%trusión es <8. 1.65 uponiendo un proceso ideal de estirado, Tcuál esel diámetro fnal más pe&ue:o al &ue se puede estirar unabarra de 188 mm de diámetroU 1.6B i inclu$e la #ricción en el problema 1.65, Tseríadi#erente el diámetro fnalU E%pli&ue su respuesta. 1.6! 4alcule la #uera de e%trusión para una palan&uillaredonda de <88 mm de diámetro, hecha de acero ino%ida9ble $ e%truida a 1888 4 para un diámetro de 8 mm. 1.6; @emuestre &ue para un material plástico per#ectocon un es#uero de uencia (
V ) $ en condiciones sin #ric9ción, la presión ( p ) en e%trusión directa es p W V ln a o # b 1.=8 @emuestre &ue para las mismas condiciones indi9cadas en el problema 1.6;, el es#uero de estirado ( s
d ) en el estirado de alambre es 1.=1 Araf&ue las ecuaciones dadas en los problemas1.6; $ 1.=8 en #unción del porcentaje de reducción delárea de la piea de trabajo. @escriba sus observaciones. 1.=< Dna operación de e%trusión planeada comprendeacero a 1888 4 con un diámetro inicial de 1<8 mm $ undiámetro fnal de <8 mm. E%isten dos prensas para la ope9ración, una con capacidad de <8 I $ la otra con capaci9dad de 18 I. TEs sufciente la prensa más pe&ue:a paraesta operaciónU i no es así, T&ué recomendaciones haríapara permitir el uso de la prensa más pe&ue:aU
