• Author / Uploaded
• Lucia Valeria Calderon Noguera

Citation preview

UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA

Elaborado por:   

Violeta Flores Muñoz Lucía Calderón Katia López

Docente: 

Facultad de Ciencia, Tecnología y Ambiente

Procesos de Manufactura

David Cárdenas Grupo: 0841 TREFILADO

17 de Febrero de 2014

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, 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 es 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. La trefilación es uno de los procesos de conformación de metales más comunes. Éste consiste en cambiar y/o reducir la sección de una barra, traccionándola a través de un dado cónico (Vial & Negroni, 1999). La trefilación puede ser usada en diversos materiales para generar variadas formas finales no necesariamente circulares (Bayoumi, 2001). Este proceso se realiza en frío y es posible trefilar tanto barras huecas como barras rellenas. La trefilación de barras huecas o tubos se puede realizar de cuatro maneras: sin herramientas, con pepa fija, con pepa flotante o bien con mandril (Bruni, Forcellese, Gabrielli, Simoncini, & Montelatici, 2007). En este último caso, no es posible asegurar un espesor preciso en el tubo trefilado, aunque éste tiende a mantener un espesor similar al original. 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:

Equipo: Las máquinas utilizadas para realizar este proceso se denominan trefiladoras. En ellas se hace pasar el alambre a través de las hileras, como se ha descrito anteriormente. 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. 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. Principales parámetros del proceso de trefilado Son variados los parámetros que influyen en la definición de un proceso de trefilado, la carga necesaria para realizarlo y las condiciones bajo las cuales se desarrollará. Sin embargo, éstos se pueden reunir en dos grandes grupos. Por un lado están todos los factores geométricos propios del elemento a trefilar y del dado con el cual se está realizando el trefilado, y, por otro lado, se encuentra el roce entre ellos el cual estará definido por factores como la calidad superficial de los materiales involucrados y la posible presencia de lubricación durante el proceso. Parámetros geométricos del trefilado En la Figura 2.2, es posible observar los principales parámetros geométricos de un proceso de trefilado normal (Palacios, 2006), donde:

Do : diámetro de entrada del material. Df : diámetro de salida del material trefilado. Ft : fuerza de trefilado. V : velocidad del material. st : tensión de trefilado. a : semi-ángulo de trabajo. b : semi-ángulo de entrada. g : semi-ángulo de salida. Hc : paso recto o largo del cilindro de calibración. Dc : diámetro del cilindro de calibración.

Propiedades contra porcentaje de trabajo en frío: Se usan muchas técnicas para conformar y endurecer simultáneamente un metal por trabajo en frío, (en la figura se muestra el trefilado). Controlando la cantidad de deformación aplicada mediante un proceso de formado, se regula la cantidad de endurecimiento por deformación. Normalmente, medimos la cantidad de deformación definiendo el porcentaje de trabajo en frío. Porcentaje de trabajo en frío: Donde AO es el área transversal de sección transversal y Af es el área final de la sección transversal después de la deformación. Reducción de área mediante trefilado

El efecto del trabajo en frío en las propiedades mecánicas del cobre puro comercial se presenta en la figura. Cuando incrementa el trabajo en frío, tanto el esfuerzo de fluencia como la resistencia a la tensión se incrementarán; sin embargo, la ductilidad disminuye y tiende a cero. El metal se romperá si se intenta proporcionar mayor trabajo en frío. Por esto, existe una cantidad máxima de trabajo en frío o deformación que se puede aplicar a un metal.

Efecto del trabajo en frío sobre las propiedades mecánicas del cobre

Diseño del proceso de deformación: Se establecen las dimensiones originales del material, lo cual permite efectuar las combinaciones deseables de propiedades y dimensiones finales. Se calcula el porcentaje de trabajo en frío necesario y, usando las dimensiones finales deseadas, se calculan las dimensiones originales del metal mediante la ecuación de trabajo en frío Maquinabilidad: La maquinabilidad se relaciona con la facilidad con la que puede maquinarse un material hasta obtener un buen acabado superficial con una vida útil razonable del dado de trefilado. Las tasas de producción se ven afectadas de manera directa por la maquinabilidd. Es difícil definir propiedades susceptibles de ser cuantificadas en relación a la maquinabilidad, por tanto esta se reporta, por lo general, en términos comparativos, al desempeño o rendimiento de un material particular tomado como estándar. 

Materiales a los que se aplica: Alambre

El trefilado del alambre requiere que una barra sea tirada a través de un dado para producir una menor sección transversal (Figura 2). Para una fuerza dada de trefilado Fd, se produce una fuerza diferente en los alambres original y final. El esfuerzo del alambre inicial debe sobrepasar el esfuerzo de fluencia del metal para causar deformación, el esfuerzo del alambre final debe ser mayor que su esfuerzo de fluencia para prevenir una falla. Esto se lleva a cabo sólo si la deformación del alambre se endurece durante el trefilado.

Figura 2. Dado La figura muestra el proceso de trefilado del metal. La fuerza Fd actúa tanto en el diámetro original como en el final, por lo que esfuerzo producido en el alambre final es mayor que el del metal original. Si el metal no se endureciera durante el trefilado, el alambre final se rompería antes de que el metal original fuera forzado a través del dado. 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. 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 Descripción del proceso de trefilado El proceso de trefilado consiste báscicamente en reducir el diámetro de un alambre o alambrón, al jalar el alambre a través de una serie de dados estacionarios que gradualmente van decreciendo en diámetro. Al pasar el alambre por un dado lo que ocurre es que estiramos o elongamos el material, y de acuerdo al diseño de cada máquina en el % de elongación que se tiene. Para las estiradoras SYNCRO el % de elongación es de 25%, es decir, si pasamos por un dado 1 metro de alambrón a la salida obtendremos 1.25 metros, esto nos da un % de reducción de área de 20.5%. La serie de dados se coloca en posiciones predeterminadas de acuerdo al número de dados que se vayan a utilizar. Cuando se hace pasar un alambre a través del dado, se genera fricción, para disminuir este fenómeno se utiliza una solución base en el caso de estirado de cobre, y aceite en el caso de estirado de aluminio. El aceite debe bañar la entrada del alambre al dado, además de las poleas y los carrier, que son los lugares donde se genera la fricción. 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.

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)

Pasos a segur 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.

Anexos ¿En que se parecen el trefilado y la extrusión?

La extrusión Es un procedimiento para conformar metales y aleaciones, haciendo que salgan esos metales a través de una matriz mediante una presión aplicada al metal. Es un sistema muy utilizado para tuberías, perfiles, envasespudiéndose decir de él que le da a las piezas un acabado excelente. El Trefilado Es un proceso de deformación en frío que permite reducir el diámetro, sin generación de virutas, en la mayoría de los materiales metálicos de forma alargada y sección simétrica cuya fabricación se haya originado en procesos de laminado. El resultando de dicho proceso, es 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. 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. Las ecuaciones utilizadas en el proceso de trefilado: α: Semiángulo de la matriz μ: Coeficiente de Rozamiento entre la superficie de la matriz y el alambre Y: Esfuerzo de fluencia del alambre a trefilar (MPa ó PSI) σx: Esfuerzo de tensión de estirado (esfuerzo aplicado) (MPa ó PSI) %r: Porcentaje de reducción de área Df: Diámetro final (mm ó in) Do: Diámetro inicial (mm ó in)