• Author / Uploaded
• Felipe Vásquez Arribasplata

Citation preview

TREFILADO Es la operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección 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. Es un proceso de deformación en frío que permite reducir el diámetro, 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 cónica. Al interior de dicha Hilera, se produce una reducción de área ente la sección de material que entra y el sale de aquélla, resultando un ordenamiento cristalino longitudinal, que mejora la resistencia a tracción entre 20 y 40% en los aceros de bajo de carbono, porcentaje que depende de la magnitud de la magnitud de dicha reducción de área. 1. OBJETIVO DEL PROCESO DE TREFILADO El objetivo principal del proceso de trefilado es obtener un producto final que tenga las características que estén ligadas entre sí las cuales son: a) Propiedades Mecánicas (Resistencia a la tensión, torsiones, dobleces, etc.) b) Dimensiones geométricas (diámetro y sus tolerancias.) c) Acabado superficial (Galvanizado, tropicalizado, fosfatizado, etc.) 2. PROCESO DEL TREFILADO Las diferentes operaciones que se realizan durante el proceso son: 2.1 Decapado El objetivo del proceso de decapado es la de eliminar de la superficie del alambrón ó alambre, los polvos y óxidos que fueron generados por los procesos de fabricación o tratamientos térmicos. En la actualidad se practican dos tipos de decapado que son el mecánico y químico. 2.1.1Decapado Químico: Es un proceso químico previo a la trefilación, que permite desprender de la superficie del material, la dura cáscara de óxido gris-negro que éste trae de su proceso de laminación en caliente (al ser fabricado en la acería), permitiendo además una perfecta adherencia del lubricante de trefilación. El proceso anterior evita el desgaste prematuro de las Hileras de Trefilación que tienen un alto costo. Variables de control del proceso de decapado químico.  Concentración del ácido.  Temperatura.  Tiempo de inmersión. PROCESO DE CONFORMADO:1TREFILADO

 Enjuagues.  Aplicación de borax o cal. 2.1.2 Decapado mecánico

Fig. 1 Proceso de decapado 2.2 Lubricación: Para evitar el contacto de la Hilera (matriz cónica) con el acero en proceso de trefilación, se utiliza un lubricante en polvo de lata presión que durante su acción, se convierte en una pasta que sale adherida en forma de película, a la superficie del material procesado. Solubles en agua (Sodico) Lubricantes en polvo Insolubles en agua (Calcico) Emulsionables en agua Lubricantes líquidos Emulsionables en aceite Su principal función es de disminuir la fricción entre el alambre y el carburo 2.3 Mecanizado en frio Por el cual el alambre se va reduciendo y moldeando hasta la forma deseada mediante rodillos y dados. 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. Alcanzando 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 2.4 Recocido El recocido es el tratamiento térmico que en general, tiene como finalidad una temperatura que permita obtener plenamente las fase estable a falta de un enfriamiento lo suficientemente lento como para que se desarrollen todas las PROCESO DE CONFORMADO:2TREFILADO

reacciones completas. Se emplean para ablandar metales y ganar tenacidad, generalmente aceros. Se obtienen aceros más mecanizables y evita la acritud del material. La temperatura de calentamiento esta entre 600 y 700 °C

2.5 Encarretado Instalación colocada al final de la máquina que en carreta el alambre trefilado perfectamente conformado

3. TIPOS DE TREFILADO Existen dos tipos de trefilado, los cuales difieren principalmente del diámetro del material, estos son: 3.1 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.

Fig. 2 Trefilado en barras

PROCESO DE CONFORMADO:3TREFILADO

Fig.3 Equipos de trefilado de barras. 3.2 Trefilado de Alambres: El alambre se estira a partir de rollos de alambre que miden varios cientos(o miles) de metros de longitud y pasa a través de una serie de dados de estirado. El número de dados varía entre cuatro y doce. El término trefilado (estirado) continuo (en inglés, continuous drawing) se usa para describir este tipo de operación, debido a las grandes corridas de producción que pueden realizarse con los rollos de alambre, ya que pueden soldarse a tope con el siguiente rollo para hacer la operación verdaderamente continua.

Fig.4 Maquina para trabajo pesado de dados múltiples usada para la producción de alambre en rollos o carretes

PROCESO DE CONFORMADO:4TREFILADO

Fig. 5 Tipos de trefilado en alambres y tubos 4. EQUIPOS DE TREFILADO 4.1 Máquinas simples. Son aquellas compuestas por una sola hilera, con una devanadera y una bovina de arrastre. 4.2 Máquinas Múltiples. Están compuestas de varias hileras de boquilla decreciente, por las que pasa el hilo sucesivamente, arrastrando por un número igual de bobinas de arrastre, colocadas entre hilera e hilera. 4.3 Múltiples Continuas: Son máquinas en las que la velocidad periférica de las bobinas de arrastre intermedias está calculadas para absorber el aumento de la longitud del hilo al adelgazarse. El número de vueltas del alambre que se enrolla en cada bobina de arrastre se mantiene constante durante toda la operación. 4.4 Múltiples de Acumulación: En estas máquinas las bobinas de arrastre son también del mismo diámetro, pero sus velocidades periféricas no están calculadas para compensar el aumento de longitud del hilo de alambre, sino que son algo inferiores, por lo que se produce una acumulación de alambre en cada bobina, para que pueda enfriarse antes de pasar a la hilera siguiente. Además, esta reserva de alambre permite continuar el trefilado en las demás hileras de la máquina en caso de que sea necesario interrumpir la operación en una de ellas por rotura del alambre, para afilarlo o para soldarlo. 4.5 Múltiples Compensadas:

PROCESO DE CONFORMADO:5TREFILADO

En estos equipos las bobinas de arrastre son conos con igual número de gargantas e hileras. De esta manera el aumento de longitud del alambre es absorbido por el aumento progresivo del desarrollo de las poleas. 5. PRINCIPALES VARIABLES DE TREFILADO La fuerza que se requiere para estirar un alambre a través de una hilera es la suma de la necesaria para producir una disminución uniforme del diámetro (como en el ensayo de tracción), la requerida para producir la deformación de cizallamiento no uniforme de las capas superficiales a la entrada y a la salida de la hilera (trabajo superfluo), y la destinada a superar la fuerza de fricción entre el alambre y la hilera. Las fuerzas primera y última no suponen ninguna dificultad en el análisis teórico del trefilado, pero la deformación no homogénea plantea un problema que no se ha podido resolver adecuadamente. La fuerza total requerida para el trefilado depende de los siguientes factores: a. El ángulo de la hilera b. El tanto por ciento de reducción c. El limite elástico del material d. Fricción en la hilera, que, a su vez, depende del material de dicha hilera, la lubricación y la velocidad de estirado. Los estudios de la deformación con retículas grabadas longitudinalmente en las barras estiradas han puesto de manifiesto la deformación no homogénea producida por la operación, para una determinada reducción de diámetro, la magnitud de la deformación de cizallamiento, en el sentido opuesto al estirad aumenta con el semiángulo de la hilera. Solos los elementos del centro de la barra sufren alargamiento puro. Cuando los ángulos de la hilera son grandes, se produce gran deformación por cizallamiento y es necesario aumentar la fuerza de tracción en el centro del alambre, lo que puede ser causa de que, al sobrepasarse la resistencia a la tracción, se produzcan grieta en forma de copa. Ara un ángulo de hilera determinado, disminuye la importancia de la deformación por cizallamiento al aumentar el tanto por ciento de reducción. Por esta razón para reducciones grandes son preferibles los tratamientos teórico que desprecian la deformación por cizallamiento. Debido a la deformación de cizallamiento de las capas superficiales, los valores de la resistencia a la tracción y el límite elástico de los alambres estirados con hileras de ángulo grande son muy grandes. Este efecto es mayor cuantas más pequeñas son las reducciones. Aunque la deformación de cizallamiento no uniforme es más pequeña cuando los ángulos son grandes, aumenta, en cambio, la fricción contra las paredes de la hilera. Como la fuerza es estirado es una función complicada del ángulo de la hilera, la reducción, el límite elástico y la fricción, existirá un ángulo óptimo para el que sea mínima la fuerza de estirado necesaria para una reducción determinada. El ángulo óptimo dependerá de la reducción, la lubricación y los materiales implicados. Si los demás factores se mantienen constantes, el ángulo óptimo aumenta con el tanto por ciento de reducción. La velocidad de estirado afecta poco a la fuerza, pero para

PROCESO DE CONFORMADO:6TREFILADO

velocidades elevadas es mayor el aumento de temperatura y resulta más difícil la lubricación. Otro factor que hay que tener en cuenta es la existencia de una retrotracción en sentido opuesto al estirado. Se puede producir una retrotracción muy elevada originada por las fuerzas de fricción de las bobinas de estirar de las maquinas múltiples o bien se la puede aplicar a propósito por razones que se expondrán más adelante. La retrotracción aumenta la fuerza necesaria para el estirado, pero reduce la fricción con las paredes de la hilera, disminuyendo apreciablemente el desgaste. [1] 6. DEFECTOS EN EL TREFILADO Es un proceso de conformado mecánico, de compresión indirecta, que consiste en hacer pasar un alambre grueso por una placa de acero llamada hilera o matriz provista de un agujero ligeramente cónico. Dicho agujero va disminuyendo progresivamente el diámetro hasta llegar a la medida que se desea obtener.

Fig. 6 Defectos ocurridos en el trefilado Los defectos en los alambres que han sido trefilados son parecidos a los que se observan en la extrusión, en especial el agrietamiento central. Otra clase de defectos es el de traslapes (seams) que son rayaduras o pliegues longitudinales del material.

Fig.7 Defecto, pliegues longitudinales

Tabla Nº1: Defectos de trefilado - rayado y ovalado PROCESO DE CONFORMADO:7TREFILADO

CAUSA SOLUCIÓN Dado defectuoso Cambiar dado. Agua en la caja porta Secar caja y reemplazar lubricante mojado o húmedo. lubricante y/o dado Restos de cascarilla en la Corregir cepillos, lija y reducción primera cabeza. mínima en decapador mecánico Alambrón con Costilla  Descartar espiras defectuosas.  Desechar rollo si tiene la costilla a todo lo largo del rollo. Acarreo pobre de  Dados de presión colocados incorrectamente o lubricante mal calculados.  Lubricante inadecuado.  Alta reducción de área por serie mal calculada o no hay suficientes cabezas para las reducciones adecuadas.  No tiene acarreador (cal, bórax o fosfato). Caja portadados caliente.  Revisar el libre flujo de agua evitando bloqueo Quema el lubricante y de mangueras. deja residuos color negro  Agua de enfriamiento muy caliente.  Bloque anterior muy caliente. Guías ranuradas, poleas Rectificar guías y poleas, reemplazar baleros y revisar que no giran o golpes o cualquier roce del alambre con partes fijas de la ambas. máquina que le desprenda la película del lubricante. Dados usados sin rectificar Administración adecuada de dados e insertos. Diseño inadecuado de  Revisar valores del parámetro delta. hileras Demasiada fricción en el dado.  Cambiar ángulo de ataque.  Cambiar longitud de la chumacera.  Cambiar reducción de área. Grasa en alambrón.

Limpiar si está en áreas limitadas. Si se presenta en áreas más amplias, rechazar el rollo completo. Lubricante no resiste la Cambiar el tipo de lubricante y/o proveedor de presión lubricante.

Tabla Nº2: Defectos de trefilado – alambre sucio CAUSA Uso inapropiado del lubricante.

SOLUCIÓN Probar con estearato de calcio rico en primeros pasos y estearato de sodio rico en últimos pasos Proveedor con mala calidad de estearato. Utilizar proveedor confiable de lubricantes No se usa estearato sodio. Utilizar estearato de sodio en últimos pasos, combinar con estearatos de aluminio y grasas hidrosolubles. Mala selección del ángulo de ataque y/o Revisar serie de dados: reducción de área y ángulo PROCESO DE CONFORMADO:8TREFILADO

reducción de área

de ataque.

Tabla Nº3: Defectos de trefilado – reventones de alambre CAUSA Defectos de alambrón

Demasiada reducción de área por paso o total

Traslape de vueltas en el bloque.

Sensores (Túnel roll) descalibrados. Paros y arranques frecuentes de cabezas.

SOLUCIÓN  Grietas y traslapes.  Segregación excesiva  Rechupes.  Costilla.  Ovalamiento fuera de estándares  Inclusiones no metálicas 4 y mayores  Hojeaduras.  Golpes mecánicos en general.  Grano dúplex (alto carbono)

• • • •  

 

Valor delta inadecuado. Demasiado trabajo redundante. Alta presión central hidrostática Cambiar secuencia de dados. Cabeza acanalada. Bloques muy fríos. El suministro de agua no se detiene en paros temporales de la máquina. Calibrar Calibrar curvas de arranque y de paros. Calcular adecuadamente la serie de dados

Tabla Nº4: Defectos de trefilado – alambre ondulado CAUSA Excesiva vibración

SOLUCIÓN • Determinar el o los pasos en donde se está presentando la vibración y eliminar con el dispositivo apropiado La reducción entre el recogedor y el último tambor debe ser de 0.006” mínimo. Excesiva vibración en el paso final o • El cast del tambor antes del recogedor debe ser pasos anteriores, inclusive desde el perfecto. También se puede utilizar alineación a primer paso. 90. • Poner 2 vueltas al primer labio. En caso de escuchar que el alambre se resbala, aumentar una vuelta y revisar diámetro del alambre. • A los últimos blocks colocar madera sobre el PROCESO DE CONFORMADO:9TREFILADO

alambre con la idea de evitar que el alambre se vibre o salga jaspeado. • En caso de usar el rodillo salida caja portadados, tratar de que sólo toque el alambre. Más cerca de la caja vibra menos.

Tabla Nº5: Defectos de trefilado – alambre brillante [2] CAUSA Agua en la caja portadados o lubricante húmedo o mojado. Dado muy caliente y por lo tanto, se quema el lubricante El lubricante no resiste la presión Caja portadados excesivamente fría

SOLUCIÓN Eliminar fuente de la Humedad. Secar lubricante. Revisar sistema de enfriamiento de la caja portadados y reparar Cambiar el tipo de lubricante Permitir que el dado se caliente un poco más para que el lubricante alcance la viscosidad apropiada

7. PRINCIPALES RELACIONES PARA EL PROCESO DE TREFILADO: Relación microestructura-propiedades mecánicas: El grado de trefilado se puede caracterizar mediante la deformación plástica ε en función de las variaciones geométricas producidas durante el proceso de trefilado, tal como se ve en la figura 8.

Fig. 8 Cambio geométricos producidos por el trefilado Cambio Longitudinal: Los cambios producidos en las láminas de perlita con el proceso de trefilado se han modelizado a través de dos hipótesis. La primera, que permite calcular el ángulo medio de las láminas de perlita, supone que inicialmente existen colonias con todos los ángulo posibles, desde 0 a 90º, las cuales con el proceso de trefilado se deforman proporcionalmente a la probeta de ensayo (figura 9). [3]

PROCESO DE CONFORMADO: 10TREFILADO

Fig. 9 Cambio de ángulo producido en el trefilado

8. DESGATES DE LOS DADOS DE TREFILADO Se debe a la falta de lubricante en la superficie del alambre, éste se abrillanta. Provoca ralladuras, rebaba, ovalamiento. El diseño del dado inapropiado. Aparece un anillo de desgaste al observar interiormente el dado. Se incrustan partículas de metal. El no tener buen enfriamiento y lubricación llega a destruir la pastilla de carburo. [4] 9. EQUIPO DE TREFILADO

PROCESO DE CONFORMADO: 11TREFILADO

ANGULO DE CAMPANA Sirve para guiar el alambre a la entrada del dado. ANGULO DE ENTRADA Su función es la de dirigir el flujo de lubricante dentro del dado compactándose con la superficie del alambre durante el trefilado. CHUMACERA La finalidad es de controlar el diámetro del alambre. La longitud de la chumacera debe ser entre el 25% al 50% de su diámetro, para evitar el desgaste prematuro del dado. ANGULO DE TRABAJO Es donde inicia la reducción de área y se compacta el lubricante en la superficie del alambre. La superficie de este ángulo debe estar pulida para obtener un buen acabado superficial en el alambre. ANGULO DE ALIVIO Esta diseñado para dar fortaleza a la salida del dado y evitar fracturas en la pastilla de carburo de tungsteno 10. ANGULO DE TRABAJO Cuando es muy grande

PROCESO DE CONFORMADO: 12TREFILADO

Cuando es pequeño

10. REFERENCIAS BIBILOGRAFICAS [1] Proceso de trefilado [en línea] [fecha de consulta: 28/06/15] Disponible en: http://www.pasionporestudiar.com/pdfs/proceso-de-trefilado.pdf [2] Proceso de conformado: Trefilado [en línea] [fecha de consulta: 28/06/15] Disponible en: http://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/1578_conformado.pdf [3] Tensiones residuales en alambres de acero trefilado [en línea] [fecha de consulta: 28/06/15] Disponible en: http://oa.upm.es/139/1/04200111.pdf [4] Producción y conformado de aceros [en línea] [fecha de consulta: 28/06/15] Disponible en:http://usuarios.fceia.unr.edu.ar/~fermar/09%20Produccion %20y%20conformado%20de%20aceros.pdf [5] Proceso de conformado en frio: Materiales metálicos [en línea] [fecha de consulta: 28/06/15] Disponible en: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema3.ProcesosConformadoFrio.Material esMetalicos.pdf

PROCESO DE CONFORMADO: 13TREFILADO