Introducción
Los procesos de conformado de metales comprenden un amplio grupo de procesos de manufactura, en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar las formas de las piezas metálicas. En los procesos de conformado, conf ormado, las herramientas, usualmente dados de conformación, ejercen esfuerzos sobre la pieza de trabajo que las obligan a tomar la forma de la geometría del dado. Al abordar los procesos de conformado conformado es necesario necesario estudiar una serie de propiedades metálicas influenciadas por la temperatura, dado que estos procesos pueden realizarse mediante un trabajo en frio, como mediante un trabajo en caliente. Trabajo en Frio
Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la vez una deformación. Características
Mejor precisión Menores tolerancias Mejores acabados superficiales Mayor dureza de las partes Requiere mayor esfuerzo
Trabajo en caliente
Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de recristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad.
Características
Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo Menores esfuerzos Opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío
Clasificación de los procesos de conformado
TREFILADO Se entiende por trefilar a la operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección o para cambiar el diámetro de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil. Hay muchos usos para el trefilado, incluyendo el cableado eléctrico, cables, componentes estructurales tensión-cargados, resortes, clips de papel, rayos para las ruedas, y stringed los instrumentos musicales.
La acción del alambre o de la barra se dibuja con uno o más dado afilado del trefilado en la sucesión. Mientras que el alambre se tira a través de los dados, su volumen sigue siendo igual, así que el cambio en diámetro es inverso proporcional al cambio en longitud, es decir. mientras que el diámetro disminuye, la longitud aumenta, y viceversa. Las reducciones del diámetro del alambre pueden extenderse hasta 45 por ciento por alambres pasar-más pequeños que son reducidos 15-25 por ciento, y tamaños más grandes en 20-45 por ciento. El alambre se hace trefilando en frío con uno o más dados similares a la figura 1, para disminuir su tamaño e incrementar sus propiedades mecánicas.
Figura 1. Dado de trefilado de alambre redondo Pueden usarse los procesos de estirado simple o el proceso de estirado continuo. En el proceso de estirado simple se coloca una espira sobre un carrete y se aguza el extremo del alambre para que entre en el dado. El extremo es agarrado con tenazas sobre un banco de estirado y arrastrado a través de tal longitud que puede enrollarse alrededor de un bloque de estirado. Inmediatamente después, la rotación del bloque de estirado arrastra el alambre a través del dado y lo convierte en una bobina, esta operación se repite con dados y bloques más pequeños hasta que el alambre se estira a su tamaño final. En el estirado continuo el alambre se alimenta a través de varios dados y bloques de estirado arreglados en serie. Esto permite estirar la máxima cantidad en una operación. El número de dados en la serie puede variar según el diámetro final requerido, el tipo de máquina y el material a trefilar. Los dados generalmente, son de carburo de tungsteno, aunque pueden usarse también dados de diamante. El objetivo principal del proceso de trefilado es obtener un producto final que tengas las características que están ligadas entre si: a) b) c) d) e)
Propiedades mecánicas (Resistencias a la tensión, torsiones, dobleces) Tratamiento térmico (Patentado en plomo, normalizado y recocido) Composición química. Dimensiones geométricas (diámetros y sus tolerancias) Acabado superficial (Galvanizado, tropicalizado y fosfatizado)
Dados de estirado: El corazón de la operación de estirado es el material de deformación que toma lugar dentro del dado estirado, por lo tanto, minimizar el trabajo hecho en el dado es extremadamente importante a fin de reducir la fuerza de estirado y proveer daños en el alambre. La carga de estirado se incrementa en relación al incremento en el área de reducción, y el área de reducción máxima permitida depende del material que se vaya a estirar.
Los dados de estirado normalmente para el proceso de estirado de alambre son de carburo de tungsteno o de diamante policristalino, estos dados tienen una geometría como se muestra en la siguiente figura:
El ángulo de campana crea una presión hidrostática sobre la superficie del alambre haciendo que el lubricante fluya hacia adentro del dado. El ángulo de aproximación es la sección en la cual ocurre la reducción de diámetro, este ángulo llamado es una importante variable de proceso. La función de la chumacera es permitir que la superficie dañada por el ángulo de aproximación sea refinada sin cambiar de diámetro el alambre. El ángulo de salida permite que el metal se expanda ligeramente conforme el material deje el dado, este también minimiza la posibilidad de abrasión si el alambre se detiene o si el dado esta fuera de alineación.
Características del trefilado
El trefilado propiamente dicho consiste en el estirado del alambre en frío, por pasos sucesivos a través de hileras, dados o trefilas de carburo de tungsteno cuyo diámetro es paulatinamente menor. Esta disminución de sección da al material una cierta acritud en beneficio de sus características mecánicas. Dependiendo de la longitud y el diámetro de las barras a trabajar, varían las reducciones que se pueden llegar a obtener mediante este proceso. A las barras de hasta 15 mm de diámetro o mayores, se les suele dar una ligera pasada para mejorar el acabado superficial y las tolerancias dimensionales reduciendo su diámetro hasta 1,5 mm. En otros tamaños más pequeños, se puede llegar a conseguir reducciones del 50%, y en otros alambres de hasta el 90% en pasadas sucesivas, partiendo en un estado del material de recocido y antes de que necesite un nuevo recocido con el fin de eliminar su acritud. Se fabrican alambres de hasta 0,025 mm y menores, variando el número de hileras por los que pasa el alambre y con varios recocidos de por medio. La disminución de sección en cada paso es del orden de un 20% a un 25% lo que da un aumento de resistencia entre 10 y 15 kg/mm2. Pero alcanzado cierto límite, variable en función del tipo de acero, no es aconsejable continuar con el proceso de trefilado pues, a pesar que la resistencia a tracción sigue aumentando, se pierden otras características como la flexión. Las ventajas que aporta el trefilado propias del conformado en frío son las siguientes: buena calidad superficial, precisión dimensional, aumento de resistencia y dureza, y por supuesto la posibilidad de producir secciones muy finas.
En la Figura 1.1 es posible observar los diferentes tipos de trefilación más comunes.
Éstos son: a) trefilado sin herramienta, b) trefilado con pepa fija, c) trefilado con pepa flotante y finalmente d) trefilado con mandril.
Mandriles para el trefilado
Muchas de las varillas, alambres, tubos de pared estrecha y perfiles especiales, se producen mediante un trefilado en frío. Dependiendo del producto que queramos obtener, realizaremos un trefilado simple, con mandril fijo o con mandril flotante:
Ventajas y Desventajas del trabajo en frío: Una de las ventajas de este proceso es el excelente acabado superficial del producto obtenido (Kwan, 2002), además de que generalmente implica un bajo costo en comparación con los demás procesos de conformación de tubos. También es importante el hecho de que, como es un proceso realizado en frío, las propiedades mecánicas del metal se ven afectadas, lo cual puede ser beneficioso según el uso que se le vaya a dar al producto final. Sin embargo, el trabajo en frío tiene algunas desventajas ya que requiere mayores fuerzas porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación, produciendo que el esfuerzo requerido
para continuar la deformación se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia (Figura No. 1); la reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de operaciones de formado que se puedan realizar a las partes. Ventajas y Desventajas del trabajo en caliente: Los beneficios obtenidos con el trabajo en caliente son: mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo, menores fuerzas y esfuerzos requeridos para deformar el material, opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío, propiedades de fuerza generalmente isotrópicas y, finalmente, no ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajo. Descripción general de una máquina trefiladora Para lograr el proceso de estirado se cuentan con dos tipos de máquinas: En Tandem y En Cono.
Después del último dado se cuenta con una polea de tracción principal (capstan), posteriormente el alambre pasa por unas poleas de recocido las cuales le dan la suavidad requerida, después es mandado hacia el Take-up (spooler) pasando por un amortiguador (dancer) quien controla la tensión de éste. El equipo incluye un pedal para impulsos que se encuentran a lo largo de la máquina para facilitar el enhebrado, cuenta con un interruptor de paro automático el cual detendrá la máquina en caso de ruptura de alambres. El sistema de solución (emulsión o aceite) está conectado al sistema central por medio de tuberías para suministro y retorno. La función de una estiradora es producir un alambre de un cierto diámetro a partir de un alambre mayor que el de salida (que es el insumo), mediante un número de dados, los cuales van decreciendo en diámetro hasta llegar al diámetro final del producto y un lubricante el cual actuará para disminuir la fricción entre el alambre y el dado y para enfriar los dados de estirado.
Partes principales de una trefiladora de alambre
Máquina trefiladora para alambres gruesos
1. Pay Off (Entregador) 2. Motor principal 3. Tubo alimentador de solución 4. Polea guía de entrada 5. Portadados 6. Carriers (en la caja de trefilado) 7. Micro para rotura de alambre 8. Capstan 9. Poleas de recocido (A,B,C,D) 10. Depósito de enfriamiento 11. Tablero de control 12. Tubo de solución de enfriamiento 13. Amortiguador (Dancer) 14. Take-Up (Spooler Doble) Proceso Las diferentes operaciones que se realizan durante este proceso son: Patentado: Tratamiento térmico que consiste en calentar el alambre hasta 950C, y una vez alcanzada dicha temperatura; enfriarlo bruscamente en un baño de plomo a 500 C. Este tratamiento tiene por objeto dar al alambre una estructura dúctil que permite el trefilado. Decapado: consiste en preparar y limpiar el material, eliminando el óxido que puede haberse formado en las superficies del material, en laminaciones anteriores. Normalmente se hace mediante ataques químicos y posteriormente se realiza una limpieza con agua a presión. Trefilado: Los lubricantes y diferentes máquinas son los factores principales. Se suele utilizar de lubricantes la parafina y el grafito en solución coloidal o finamente dividido.
Acabado: una vez que ya ha salido el material de la hilera, se le somete a operaciones de enderezamiento, eliminación de tensiones y, a veces, algunos tratamientos isotérmicos para conseguir mejoras en las características mecánicas del producto. Es decir, Cuando se termina de hacer la fundición del acero, se somete a la laminación en caliente, obteniendo rollos de alambrón con cascarilla. Este sufre un tratamiento térmico de austempering en el cual la austenita se convierte en bainita, después de esto el material se puede deformar fácilmente en frió durante el trefilado debido a la ductilidad alcanzada.
El trefilado se lleva a termino en maquinas llamadas trefiladoras. Para estirar el alambre en frío pasa a través de las hileras y dados de carburo de tungsteno que disminuyen de tamaño al material y ocasiona acritud en este lo que da nuevas propiedades mecánicas a este.. Para lograrlo el alambre se enrolla en unos tambores o bobinas de tracción que fuerzan el paso del alambre por las hileras. Estas hileras se refrigeran mediante agua y las bobinas o tambores de tracción se refrigeran normalmente con agua y aire. Las trefiladoras pueden ser de acumulación en las que no hay un control de velocidad estricto entre pasos o con palpadores en las que sí se controla la velocidad al mantener el palpador una tensión constante. La disminución de tamaño por cada paso es de un 20% a 25% ocasionando el a aumento
en
la
resistencia
aproximadamente en 10 y 15 kg/mm^2, eso si con cierto limite el cual esta determinado dependiendo el tipo de acero. Los materiales más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal. Muchas de las varillas, alambres,
tubos de pared estrecha y perfiles especiales, se producen mediante un trefilado en frio. Dependiendo del producto que queremos obtener, realizaremos un trefilado simple con madril dijo o madril flotante.
Procedimiento del Trefilado Limpieza y
Inicia con la
desengrase Selección de
Se hace
materiales y herramientas Calibración del hilo Se realiza Se efectúa la El montaje de la hilera
Estirado
Luego se Y se efectúa el Hace el
Introducir en
recocido del
el orificio de
alambre Y se
la hilera
Lima un extremo del alambre
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Ejemplos: Proceso de obtención del alambre
Tras el proceso de fundición del acero, se obtiene la palanquilla, de sección cuadrada, después por laminación en caliente se obtienen los rollos de alambrón con cascarilla. Este sufre un tratamiento térmico de austempering o patentado durante el cual, la austenita se transforma en bainita. La estructura bainítica da al material una ductilidad suficiente para facilitar su deformación en frío durante el proceso de trefilado. Si se trata de alambres de acero con un bajo contenido en carbono, es suficiente un recocido, que recristaliza la ferrita dejando el material apto para trefilar. El alambre así tratado pasa a continuación por un proceso de desoxidación en medio ácido, en el cual se eliminan los óxidos y la cascarilla que lo recubren al salir del horno de patentado. Antes del trefilado conviene proteger la superficie del alambre con una capa de fosfatos, (bonderización) o bien cobre, cal u otro depósito que servirá de soporte del lubricante de trefilería.
Proceso de fabricación de alambres de aluminio para conductores eléctricos El alambrón de aluminio debe entrar a la máquina con ciertas características (% de elongación y esfuerzo de ruptura) para que al pasar por un número determinado de dados, al obtener el producto final, este salga con el esfuerzo de ruptura especificado.
Pasos a seguir para producir alambres de aluminio El operador consulta la hoja de proceso de este producto y coloca las transmisiones, tap, presiones y todo lo que se especifique en la hoja de proceso. El operador va al taller de dados a solicitar los dados necesarios para estirar ese producto e informa al taller de dados en qué máquina se estirará. El operador ensarta y enhebra la serie de dados, evitando de no golpearse. El operador revisa el diámetro entre el dado de salida y el capstan, con esto determina qué diámetro tendrá el producto final. Realiza un arranque y corrobora que el diámetro esté dentro de especificación; si no es así, manda al desperdicio el carrete o si se puede mandar a estirar a un diámetro menor se manda. El operador ajusta el contador de metros según el tramo necesitado. El operador revisa el material conforme al plan de control. El operador coloca una etiqueta a cada carrete con al información que pida la etiqueta. En caso de que un producto no cumpla con las especificaciones, se le asigna una etiqueta color rojo.
Conclusión Mediante el desarrollo de este informe se puede percibir la importancia que tiene el Proceso de Trefilacion para la fabricación del alambre, quedando además de manifiesto que es un proceso en extremo riguroso en su ejecución, todo se realiza paso a paso sin saltarse ninguno, ya que cada uno es secuela de otro anterior, logrando con esto un proceso de buena calidad. Además cabe señalar los subprocesos realizados previos al proceso principal los cuales son de vital importancia para lograr cada vez una mayor calidad del producto final
