16 de Diciembre del 2012
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
PROCESOS DE MANUFACTURA II
EXTRUSION Y TREFILADO
GABRIEL GUZMAN
INGENIERIA MECANICA
1. EXTRUSION
La extrusión es un proceso por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal. Ejemplos de este proceso son secciones huecas, como tubos, y una variedad de fo rmas en la sección transversal. Los tipos de extrusión dependen básicamente de la geometría y del material a procesar. Existe el proceso de extrusión directa, extrusión indirecta, y para ambos casos la extrusión en caliente para metales (a alta temperatura). En la extrusión directa, se deposita en un recipiente un lingote en bruto llamado tocho, que será comprimido por un pistón. Al ser comprimido, el material se forzará a fluir por el otro extremo adoptando la forma que tenga la geometría del dado.
La extrusión indirecta o inversa consiste en un dado impresor que está montado directamente sobre el émbolo. La presión ejercida por el émbolo se aplica en sentido contrario al flujo del material. El tocho se coloca en el fondo del dado contenedor
En la extrusión indirecta, el lingote no se mueve a través del recipiente, por lo tanto, no hay fricción en las paredes de éste y la fuerza del pistón es menor que en la extrusión directa
La presión del émbolo en la extrusión depende de la resistencia a la fluencia promedio durante la deformación Yf ; de la deformación real de extrusión ε x y de la presión debida a fricción en la interfase contenedor-tocho. L es la porción de la longitud del tocho remanente durante el proceso y D o es el diámetro original del tocho.
Extrusión en caliente
La extrusión en caliente se hace a temperaturas elevadas para evitar el trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. La mayoría de la extrusión en caliente se realiza en prensas hidráulicas horizontales con rango de 250 a 12.000 t. Rangos de presión de 30 a 700 Mpa (4400 a 102.000 psi), por lo que la lubricación es necesaria, puede ser aceite o grafito para bajas temperaturas de extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión. La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su mantenimiento.
Extrusión en frío
La extrusión en frío es uno de los procesos que caracterizan la extrusión. Consiste en obligar a una porción de material colocado en el fondo de una matriz a deformarse plásticamente y extenderse entre las paredes de la matriz y las del punzón que la comprime. Logró gran difusión a partir de 1940. Se suele utilizar para producir piezas metálicas, frecuentemente en forma terminada o casi terminada, sobre todo en forma de herramientas, piezas de vehículos, máquinas textiles, electrodomésticos y perfiles extruidos para la construcción arquitectónica e ingenieril. Estas son las principales ventajas que posee las piezas de extrusión en frío frente a las conformadas en caliente:
Tolerancias estrechas (±0,05 mm a ± 0,2 mm) y altas velocidades de produción.
Bajo aporte o ningún aporte de calor, ya que se realiza a temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente.
La principal ventaja es la falta de oxidación lo que se traduce en una mayor fortaleza.
Las propiedades mecánicas son mejores que su extrusión en caliente, ya que se consigue una mayor resistencia debida al endurecimiento por acritud. En las aleaciones no endurecibles de aluminio, se alcanzan valores de la más alta resistencia normalizada, y en las aleaciones endurecibles de consigue hasta el 60% de la resistencia mecánica alcanzable con el endurecimiento.
Buen aprovechamiento del material, ya que se generan muy pocos desperdicios.
Se elimina la necesidad de operaciones posteriores de mecanizado, debido a que sus acabados dimensionales son muy buenos.
El acabado superficial es superior al de extrusión en caliente, debido a que carece de capa de óxido.
Eliminación de la necesidad de calentar el tocho inicial.
Los costos de producción son muy competitivos comparado con otros procesos de extrusión. Además tiene altas velocidades de producción y no requiere m ucha mano de obra.
Se genera una estructura compacta, sin defectos o inclusiones, con un curso de fibra no distorsionado.
Elevado grado de conformación en una sola operación.
Menor coste de las máquinas y mantenimiento en comparación con laminado en caliente.
Aunque la extrusión de piezas en frío tiene un gran peso en la industria, a veces se opta por su conformación en caliente debido a estos principales defectos:
Menor equilibrio entre fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades finales que en láminación tibia.
Quebraduras de superficie si el material se pe ga temporalmente al troquel.
Requerimiento de un posterior tratamiento térmico, mientras en e xtrusión tibia no es necesario.
Mayor presión que en extrusión tibia o en caliente y por lo tanto menor ductilidad de la pieza.
Debe tenerse especial control en el material de la pieza, la condición superficial, precisión dimensional del tocho y su calidad.
Los esfuerzos requeridos en las herramientas son muy grandes, y debe tenerse especial cuidado con la dureza en los aceros.
Debe tenerse especial cuidado con e l diseño de las herramientas y sus materiales.
La lubricación es muy importante, sobre todo en aceros, ya que sin ella pueden aparecer grietas superficiales en la pieza (debido a la fricción en la pared). El método más aplicado es la aplicación de una capa fosfatada modificada, seguida de una capa de jabón o de cera.
La dureza de los punzones y los dados deben ser altas, entre 60 y 65 HRC la de los punzones y entre 58 y 62 HRC la de los dados.
2. TREFILADO
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. Las características generales del proceso son similares a la extrusión, la diferencia es que en el estirado el material de trabajo se jala a través del dado, mientras que en la extrusión se empuja a través del dado. Aunque la presencia de esfuerzos de tensión es obvia en el estirado, la compresión también juega un papel importante ya que el metal se comprime al pasar a través de la abertura del dado. Por esta razón, la deformación que ocurre en el proceso de estirado se llama algunas veces compresión indirecta.
Es un proceso de deformación en frío sin generación de virutas, de la mayoría de los materiales metálicos de forma alargada y sección simétrica cuya fabricación se haya originado en procesos de laminación. En efecto, aplicando importantes fuerzas mecánicas de tracción a un material metálico de sección circular (o cuadrada, hexagonal, etc.) éste es obligado a atravesar una matriz llamada Hilera, perforada interiormente y con entrada deforma cónica. Al interior de dicha Hilera, se produce una reducción de área entre la sección de material que entra y el que sale de aquélla, resultando un ordenamiento cristalino longitudinal, que mejora la resistencia a la tracción entre 20 y 40% en los aceros de bajo contenido de carbono, porcentaje que depende de la magnitud de dicha reducción de área. La diferencia básica entre el trefilado de barras y el trefilado de alambre es el diámetro del material que se procesa. El trefilado de barras se refiere al material de diámetro grande, mientras que el trefilado de alambre se aplica al material de diámetro pequeño. En el proceso de trefilado de alambres se pueden alcanzar diámetros hasta de 0.03mm. Aunque la mecánica del proceso es la misma para los dos casos, el equipo y la terminología son de alguna manera diferentes. El trefilado de barras se realiza generalmente como una operación de estirado simple, en la cual el material se jala a través de la abertura del dado. Debido a que el material inicial tiene un diámetro grande, su forma es más bien una pieza recta que enrollada. Esto limita la longitud del trabajo que puede procesarse y es necesaria una operación tipo lote El equipo necesario puede encontrarse desde un simple banco de estirado para trabajo intermitente, hasta bloques múltiples para operación continua. El estirado de barras se realiza en una maquina llamada banco de estirado que consiste en una mesa de entrada, un bastidor del dado (que contiene el dado de estirado), la corredera y el armazón de salida. La corredera se usa para jalar el material a través del dado de estirado. Esta accionado por cilindros hidráulicos o cadenas movidas por un motor. El bastidor del dado se diseña frecuentemente para contener más de un dado, de manera que se puedan estirar varias barras simultáneamente a través de los respectivos dados.
El estirado de alambres se hace con máquinas estiradoras continuas que contienen múltiples dados de estirado separados por tambores de acumulación entre los dados. Cada tambor llamado cabestrante o molinete, es movido por un motor que provee la fuerza para estirar el alambre a través del dado correspondiente. También mantiene una tensión regular en el alambre que pasa al siguiente dado de estirado en la serie, y así se alcanza la reducción total deseada en la serie. En una operación de estirado, la modificación en el diámetro del material de trabajo se da generalmente por la reducción de área definida como sigue:
Donde: r = reducción de área en el estirado 2
Ao = área original del trabajo, (mm ) 2
Af = área final, (mm ) .La reducción de área se expresa frecuentemente como un porcentaje. En el estirado de barras, estirado de varillas y en el estirado de alambre de diámetro grande para operaciones de recalcado y forjado de cabezas se usa el término draft para denotar la diferencia de tamaños antes y después de procesar el material de trabajo, El draft es simplemente la diferencia entre el diámetro original y final del material Si no ocurre fricción o trabajo redundante en el estirado la deformación real puede determinarse como sigue:
Donde: Ao y Af son las áreas originales y final de la sección transversal del material de trabajo, como se definieron previamente; y r = reducción del estirado El esfuerzo que resulta de esta deformación ideal está dado por:
Debido a que la fricción está presente en el estirado y aunque el metal de trabajo experimenta deformación no homogénea el verdadero esfuerzo es más grande que el proporcionado por las
ecuaciones anteriores; por lo que se han propuesto numerosos métodos para predecir el esfuerzo de estirado con base en los valores de estos parámetros
La fuerza correspondiente al estirado es entonces, el área de la sección transversal del material estirado multiplicada por el esfuerzo de estirado
BIBLIOGRAFIA
Manufactura Ingeniería y Tecnología. Kalpakjian y Schmid Procesos de Manufactura. Schey http://www.slideshare.net/vsanchezsoto/05-procesos-de-conformado http://procesosmanufacturau.blogspot.com/ http://www.slideshare.net/sandraHenao13/proceso-laminado-extrusion-y-trefilado
