El TREFILADO

El TREFILADO

En el trefilado o estirado, las secciones transversales de una barra o alambre redondas se reducen o cambian jalándolos a través de un dado o matriz. Las variables principales en el trefilado se parecen a las de la extrusión: reducción de área transversal, ángulo del dado, fricción a lo largo de la interfase dado-pieza y velocidad de estirado. El ángulo del dado influye sobre fuerza del estirado y la calidad del producto.

Se puede demostrar que, para cierta reducción de diámetro y cierta condición de fricción, hay un ángulo óptimo de dado con el cual es mínima la fuerza de estirado. Sin embargo, estos cálculos no quieren decir que se deba hacer el proceso con este ángulo óptimo, porque, como se verá más adelante, hay otras consideraciones que tienen que ver con la calidad del producto.

Fuerza de estirado. La ecuación para calcular la fuerza de estiramiento bajo condiciones sin fricción se parece a la de la extrusión; es la siguiente.

F = A0 K Ln.(A0/Af) F = Yprom AF Ln.(A0/Af)

Formula: Fuerza de Extrusion Formula: Fuerza de Estirado.

Donde Yprom es el esfuerzo real promedio del material en el hueco del dado, como hay que efectuar más trabajo para contrarrestar la fricción, la fuerza aumenta al incrementar la fricción.

Al aumentar la reducción aumenta la fuerza de estirado. Sin embargo, debe haber un límite de la magnitud de esa fuera, porque cuando el esfuerzo de tensión debido a la fuerza de estirado llega al esfuerzo de fluencia del material que se estira, simplemente la pieza cedería y, al final, se rompería. Se puede demostrar que en el caso ideal, la reducción máxima en área transversal por paso es de 63 %. Así, por ejemplo, una varilla de 10mm se puede reducir, cuando mucho, aun diámetro de 6.1 mm en un paso sin que falle.

TREFILADO DE OTRAS FORMAS

Se pueden producir diversos perfiles solidos estirando a través de dados con distintos perfiles. La sección transversal inicial suele ser redonda o cuadrada. El diseño adecuado del dado y la sección adecuada de la secuencia de reducción por paso requieren mucha experiencia, para asegurar un flujo correcto del material en el dado, reducir los defectos internos o externos y mejorar la calidad de la superficie.

El espesor de pared, el diámetro o la forma de los tubos que se producen por extrusión o con otros métodos se pueden reducir más mediante los procesos de estirado de tubos, con estas técnicas se pueden estirar tubos hasta de 0.3m (12pulgadas) de diámetro. Para estas operaciones hay disponibles mandriles de distintos perfiles.

Para estirar bandas planas o cintas se usan matrices en forma de cuñas. Este proceso mucha importancia industrial, aunque es el proceso fundamental en el planchado, que se usa ampliamente para fabricar latas de aluminio para bebidas.

PRACTICA DEL ESTIRADO

Como en todos los procesos de trabajo de metales, las buenas operaciones de trefilado o (estirado) requieren una selección cuidadosa de los parámetros del proceso y tener en cuenta muchos factores. Las velocidades de estirado dependen del material y de la reducción del área transversal; pueden ir desde (1 a 2.5 m/s o 200 a 500 pies/min) para secciones pesadas, y hasta 50 m/s (10.000 pies/min) para alambre muy delgado, como el que se usa en los electroimanes. Como el producto no tiene tiempo suficiente para disipar el calor que se genera, las temperaturas pueden subir bastante y las altas velocidades de estirado pueden tener efectos perjudiciales sobre la calidad del producto.

Las reducciones en el área transversal por paso van desde cerca de 0 hasta 45%; por lo general, mientras menor sea la sección transversal inicial, reducción por paso será menor. Los alambres finos se suelen estirar con 15 a 25 % por paso, y los calibres mayores, con 20 a 45 %. Si las reducciones son mayores de 45 %, pueden causar rotura del lubricante y el deterioro consecuente del acabado superficial. El estirado de secciones solidas o huecas grandes se puede hacer a temperaturas elevadas.

Una reducción pequeña, llamada pase de dimensionamiento se puede hacer en barras para mejorar el acabado superficial y la precisión dimensional. Sin embargo, como deforman solo las capas superficiales, las reducciones pequeñas producen deformaciones con poca uniformidad en el material y su microestructura. En consecuencia, las propiedades del material en toda la sección transversal.

Debido al endurecimiento por el trabajo, podría necesitarse recocido intermedio, entre los pases, para mantener la ductilidad durante el estirado en frio. Los alambres de cobre y latón se especifican por su temple, como por ejemplo ¼ duro, ½ duro entre otros.

Los alambres de acero al alto carbono para resortes de instrumentos musicales se fabrican por tratamiento térmico (patentado) del alambre estirado; la microestructura que así se obtiene es perlita fina. Esos alambres tienen resistencia última a la tensión hasta 5GPa (700Ksi). Y la reducción de su área por tensión es de un 20 %.

TREFILADO MULTIPLE

Aunque se puede producir alambre muy delgado con el trefilado, el costo puede ser grande. Un método para aumentar la productividad es estirar muchos alambres (hasta varios cientos) al mismo tiempo, como un manojo. Los alambres se separan entre sí mediante un material metálico adecuado con propiedades parecidas, pero menor resistencia química, para poder disolverlo y eliminarlo de las superficies del alambre ya estirado.

El proceso múltiple produce alambres de sección transversal poligonal en vez de redondas. Además de los tramos continuos, se han desarrollado técnicas para producir alambres finos que se separa en distintos tamaños y formas. Los alambres producidos pueden tener tan pequeñas 4mm (0,00016 pulgadas) de diámetro; pueden fabricarse con materiales como aceros inoxidables, titanio y aleaciones para altas temperaturas. Entre sus aplicaciones están los plásticos electroconductores, textiles resistentes al calor y electroconductores, medios filtrantes, camuflaje contra radar e implantes médicos.

DISEÑO DE DADOS

Las propiedades características de un diseño característico de un dado para estirar se ven en la figura # 1. Los ángulos en ella van de 6 a 15°. Nótese, sin embargo que hay dos ángulos, el de entrada y el de aproximación en un dado normal. El diseño básico de este tipo de dados se desarrolló después de años de tanteo. El objeto de la superficie de carga (cara interna, o cara) es ajustar el diámetro definitivo del producto (lo que se llama dimensionamiento).

Figura # 1: Terminología de una matriz típica para estirar varilla o alambres redondos.

También cuando se rectifica un dado gastado, la cara mantiene la dimensión

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