UNIVERSIDAD CENTROAMERCANA
Introduccin
Los procesos de conformado de metales comprenden un amplio grupo
de procesos de manufactura, en los cuales se usa la deformacin
plstica para cambiar las formas de las piezas metlicas.
En los procesos de conformado, las herramientas, usualmentedados
de conformacin, ejercen esfuerzos sobre la pieza de trabajo que las
obligan a tomar la forma de la geometra del dado.
Al abordar los procesos de conformado es necesario estudiar una
serie de propiedades metlicas 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
deformacin.Caractersticas Mejor precisin Menores tolerancias
Mejores acabados superficiales Mayor dureza de las partes Requiere
mayor esfuerzoTrabajo en caliente
Se define como la deformacin plstica del material metlico a una
temperatura mayor que la de recristalizacin. La ventaja principal
del trabajo en caliente consiste en la obtencin de una deformacin
plstica casi ilimitada, que adems es adecuada para moldear partes
grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y
una alta ductilidad.
Caractersticas
Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo Menores
esfuerzos Opcin de trabajar con metales que se fracturan cuando son
trabajados en froClasificacin de los procesos de conformado
TREFILADO
Se entiende por trefilar a la operacin de conformacin en fro
consistente en la reduccin de seccin o para cambiar el dimetro de
un alambre o varilla hacindolo pasar a travs de un orificio cnico
practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales
ms empleados para su conformacin mediante trefilado son el acero,
el cobre, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a
cualquier metal o aleacin dctil.
Hay muchos usos para el trefilado, incluyendo el cableado
elctrico, cables, componentes estructurales tensin-cargados,
resortes, clips de papel, rayos para las ruedas, y stringed los
instrumentos musicales.
La accin del alambre o de la barra se dibuja con uno o ms dado
afilado del trefilado en la sucesin. Mientras que el alambre se
tira a travs de los dados, su volumen sigue siendo igual, as que el
cambio en dimetro es inverso proporcional al cambio en longitud, es
decir. mientras que el dimetro disminuye, la longitud aumenta, y
viceversa. Las reducciones del dimetro del alambre pueden
extenderse hasta 45 por ciento por alambres pasar-ms pequeos que
son reducidos 15-25 por ciento, y tamaos ms grandes en 20-45 por
ciento.El alambre se hace trefilando en fro con uno o ms dados
similares a la figura 1, para disminuir su tamao e incrementar sus
propiedades mecnicas.Figura 1. Dado de trefilado de alambre
redondoPueden 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 travs de tal longitud que puede
enrollarse alrededor de un bloque de estirado. Inmediatamente
despus, la rotacin del bloque de estirado arrastra el alambre a
travs del dado y lo convierte en una bobina, esta operacin se
repite con dados y bloques ms pequeos hasta que el alambre se
estira a su tamao final.
En el estirado continuo el alambre se alimenta a travs de varios
dados y bloques de estirado arreglados en serie.
Esto permite estirar la mxima cantidad en una operacin. El nmero
de dados en la serie puede variar segn el dimetro final requerido,
el tipo de mquina y el material a trefilar. Los dados generalmente,
son de carburo de tungsteno, aunque pueden usarse tambin dados de
diamante.
El objetivo principal del proceso de trefilado es obtener un
producto final que tengas las caractersticas que estn ligadas entre
si: a) Propiedades mecnicas (Resistencias a la tensin, torsiones,
dobleces)b) Tratamiento trmico (Patentado en plomo, normalizado y
recocido) c) Composicin qumica.d) Dimensiones geomtricas (dimetros
y sus tolerancias)e) Acabado superficial (Galvanizado,
tropicalizado y fosfatizado)
Dados de estirado: El corazn de la operacin de estirado es el
material de deformacin 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 daos en
el alambre. La carga de estirado se incrementa en relacin al
incremento en el rea de reduccin, y el rea de reduccin mxima
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 geometra como se muestra en la siguiente figura:
El ngulo de campana crea una presin hidrosttica sobre la
superficie del alambre haciendo que el lubricante fluya hacia
adentro del dado.El ngulo de aproximacin es la seccin en la cual
ocurre la reduccin de dimetro, este ngulo llamado es una importante
variable de proceso.La funcin de la chumacera es permitir que la
superficie daada por el ngulo de aproximacin sea refinada sin
cambiar de dimetro el alambre.El ngulo de salida permite que el
metal se expanda ligeramente conforme el material deje el dado,
este tambin minimiza la posibilidad de abrasin si el alambre se
detiene o si el dado esta fuera de alineacin.
Caractersticas del trefiladoEltrefiladopropiamente dicho
consiste en el estirado del alambre en fro, por pasos sucesivos a
travs de hileras, dados o trefilas decarburo de tungstenocuyo
dimetro es paulatinamente menor. Esta disminucin de seccin da al
material una ciertaacrituden beneficio de suscaractersticas
mecnicas.Dependiendo de la longitud y el dimetro de las barras a
trabajar, varan las reducciones que se pueden llegar a obtener
mediante este proceso. A las barras de hasta 15 mm de dimetro o
mayores, se les suele dar una ligera pasada para mejorar el acabado
superficial y las tolerancias dimensionales reduciendo su dimetro
hasta 1,5 mm. En otros tamaos ms pequeos, 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 nmero de hileras por los que pasa el alambre y
con varios recocidos de por medio.La disminucin de seccin 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 lmite,
variable en funcin del tipo de acero, no es aconsejable continuar
con el proceso de trefilado pues, a pesar que laresistencia a
traccinsigue aumentando, se pierden otras caractersticas como la
flexin.Las ventajas que aporta el trefilado propias del conformado
en fro son las siguientes: buena calidad superficial, precisin
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 trelacin ms comunes.stos
son: a) trelado sin herramienta, b) trelado con pepa ja, c) trelado
con pepa otante y nalmente d) trelado con mandril.
Mandriles para el trefiladoMuchas de las varillas, alambres,
tubos de pared estrecha y perfiles especiales, se producen mediante
un trefilado en fro. Dependiendo del producto que queramos obtener,
realizaremos un trefilado simple, con mandril fijo o con mandril
flotante:
Ventajas y Desventajas del trabajo en fro:
Una de las ventajas de este proceso es el excelente acabado
superficial del producto obtenido (Kwan, 2002), adems de que
generalmente implica un bajo costo en comparacin con los dems
procesos de conformacin de tubos. Tambin es importante el hecho de
que, como es un proceso realizado en fro, las propiedades mecnicas
del metal se ven afectadas, lo cual puede ser beneficioso segn el
uso que se le vaya a dar al producto final.
Sin embargo, el trabajo en fro tiene algunas desventajas ya que
requiere mayores fuerzas porque los metales aumentan su resistencia
debido al endurecimiento por deformacin, produciendo que el
esfuerzo requerido para continuar la deformacin se incremente y
contrarreste el incremento de la resistencia (Figura No. 1); la
reduccin de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la
tensin 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, opcin de trabajar
con metales que se fracturan cuando son trabajados en fro,
propiedades de fuerza generalmente isotrpicas y, finalmente, no
ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de
trabajo.
Descripcin general de una mquina trefiladoraPara lograr el
proceso de estirado se cuentan con dos tipos de mquinas: En Tandem
y En Cono.
Despus del ltimo dado se cuenta con una polea de traccin
principal (capstan), posteriormente el alambre pasa por unas poleas
de recocido las cuales le dan la suavidad requerida, despus es
mandado hacia el Take-up (spooler) pasando por un amortiguador
(dancer) quien controla la tensin de ste.El equipo incluye un pedal
para impulsos que se encuentran a lo largo de la mquina para
facilitar el enhebrado, cuenta con un interruptor de paro automtico
el cual detendr la mquina en caso de ruptura de alambres. El
sistema de solucin (emulsin o aceite) est conectado al sistema
central por medio de tuberas para suministro y retorno.La funcin de
una estiradora es producir un alambre de un cierto dimetro a partir
de un alambre mayor que el de salida (que es el insumo), mediante
un nmero de dados, los cuales van decreciendo en dimetro hasta
llegar al dimetro final del producto y un lubricante el cual actuar
para disminuir la friccin entre el alambre y el dado y para enfriar
los dados de estirado.
Partes principales de una trefiladora de alambre
Mquina trefiladora para alambres gruesos1. Pay Off
(Entregador)2. Motor principal3. Tubo alimentador de solucin4.
Polea gua de entrada5. Portadados6. Carriers (en la caja de
trefilado)7. Micro para rotura de alambre8. Capstan9. Poleas de
recocido (A,B,C,D)10. Depsito de enfriamiento11. Tablero de
control12. Tubo de solucin de enfriamiento13. Amortiguador
(Dancer)14. Take-Up (Spooler Doble)
ProcesoLas diferentes operaciones que se realizan durante este
proceso son:
Patentado: Tratamiento trmico que consiste en calentar el
alambre hasta 950C, y una vez alcanzada dicha temperatura;
enfriarlo bruscamente en un bao de plomo a 500C. Este tratamiento
tiene por objeto dar al alambre una estructura dctil que permite el
trefilado. Decapado: consiste en preparar y limpiar el material,
eliminando el xido que puede haberse formado en las superficies del
material, en laminaciones anteriores. Normalmente se hace mediante
ataques qumicos y posteriormente se realiza una limpieza con agua a
presin. Trefilado: Los lubricantes y diferentes mquinas son los
factores principales. Se suele utilizar de lubricantes la parafina
y el grafito en solucin coloidal o finamente dividido. Acabado: una
vez que ya ha salido el material de la hilera, se le somete a
operaciones de enderezamiento, eliminacin de tensiones y, a veces,
algunos tratamientos isotrmicos para conseguir mejoras en las
caractersticas mecnicas del producto.
Es decir, Cuando se termina de hacer lafundicindel acero, se
somete a lalaminacinen caliente, obteniendo rollos de alambrn con
cascarilla. Este sufre un tratamiento trmico de austempering en el
cual la austenita seconvierteen bainita, despusde esto el material
se puede deformarfcilmenteenfri durante el trefiladodebido a la
ductilidad alcanzada.El trefilado se lleva a termino en
maquinasllamadas trefiladoras. Para estirar el alambre en fro pasa
a travs de las hileras y dados de carburo de tungsteno que
disminuyen de tamao al material y ocasiona acritud en este lo que
da nuevas propiedades mecnicas a este.. Para lograrlo el alambre se
enrolla en unos tambores o bobinas de traccin que fuerzan el paso
del alambre por las hileras. Estas hileras se refrigeran mediante
agua y las bobinas o tambores de traccin se refrigeran normalmente
con agua y aire. Las trefiladoras pueden ser de acumulacin en las
que no hay un control de velocidad estricto entre pasos o con
palpadores en las que s se controla la velocidad al mantener el
palpador una tensin constante.Ladisminucinde tamao por cada paso es
deun 20% a 25%ocasionandoel aaumento 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
ms empleados para su conformacin 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.
Y seProcedimiento delTrefiladoSeleccin de materiales y
herramientasEl montaje de la hileraHace el recocido del
alambreInicia con la Se realizaLuego seLima un extremo del alambre
Introducir en el orificio de la hileraEstiradoCalibracin del
hiloLimpieza y desengraseSe haceSe efecta laY se efecta elPara
Ejemplos:Proceso de obtencin del alambreTras el proceso de
fundicin del acero, se obtiene la palanquilla, de seccin cuadrada,
despus por laminacin en caliente se obtienen los rollos de alambrn
con cascarilla. Este sufre un tratamiento trmico de austempering o
patentado durante el cual, la austenita se transforma en bainita.
La estructura baintica da al material una ductilidad suficiente
para facilitar su deformacin en fro 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 as tratado pasa a
continuacin por un proceso de desoxidacin en medio cido, en el cual
se eliminan los xidos 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, (bonderizacin) o
bien cobre, cal u otro depsito que servir de soporte del lubricante
de trefilera.
Proceso de fabricacin de alambres de aluminio para conductores
elctricos
El alambrn de aluminio debe entrar a la mquina con ciertas
caractersticas (% de elongacin y esfuerzo de ruptura) para que al
pasar por un nmero 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 qu mquina se estirar. El operador ensarta y enhebra la
serie de dados, evitando de no golpearse. El operador revisa el
dimetro entre el dado de salida y el capstan, con esto determina qu
dimetro tendr el producto final. Realiza un arranque y corrobora
que el dimetro est dentro de especificacin; si no es as, manda al
desperdicio el carrete o si se puede mandar a estirar a un dimetro
menor se manda. El operador ajusta el contador de metros segn el
tramo necesitado. El operador revisa el material conforme al plan
de control. El operador coloca una etiqueta a cada carrete con al
informacin que pida la etiqueta. En caso de que un producto no
cumpla con las especificaciones, se le asigna una etiqueta color
rojo.
Conclusin
Mediante el desarrollo de este informe se puede percibir la
importancia que tiene el Proceso de Trefilacion para la fabricacin
del alambre, quedando adems de manifiesto que es un proceso en
extremo riguroso en su ejecucin, 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.Adems cabe sealar los
subprocesos realizados previos al proceso principal los cuales son
de vital importancia para lograr cada vez una mayor calidad del
producto final
