UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
TREFILADO CURSO:
PROCESOS DE MANUFACTURA II
DOCENTE:
DR. VICTOR MANUEL ALCANTARA ALZA
INTEGRANTES:
AZAÑEDO ATOCHE DEYNER CHUQUILLANQUI SEVILLANO SAUL ORBEGOSO JARA JULIO POLO GARCÍA EDGAR RODRÍGUEZ PÉREZ LUIS SIGUENZA DA DAVAL VALOS OS GERSON G ERSON
Durante el siglo pasado, paralelamente al desarrollo de nuevos productos, el aumento de las velocidades de procesos y a los mayores reque querim rimien ientos de calid alidad ad,, el tre trefila filad do ha ido ido pasan asand do prog progrresiv sivamen amentte de ser ser un arte, marcado por el secreto indus dustrial, a emp empezar a convertirse en una una aut auténti énticca cien cienci cia. a. Los est estudi udios realizados dos han perm ermitido la mej mejora y el control de difere erentes par parámet ámetrros del del pro proceso ceso.. En part partiicul cular, ar, han han sido sido los los nume numerrosos osos esfu esfuer erzzos destinados al conocimiento del flujo del material en su paso por la matriz, así como los dedicados a evitar la rotura de los alambres durante la fabricación y optimizar la geome ometría de las hilera eras. Parámetros como la fuerza de trefilado, la lubricación y la temperatura han centrado la aten atenci ción ón de los los inve invest stig igad ador ores es.. En la década de los setenta y ochenta, Elices y su grupo fueron los primero eros en pon poner de mani anifiest esto la influenc encia de las tensiones resi esidual uales sobre las pro propieda edades de los alambres de acer cero trefilados utilizados para ara el horm hormig igón ón pret preten ensa sado. do.
El trefilado es uno de los procesos de conformación de metales más comunes. Éste consiste en reducir de forma simétrica la sección de una barra, traccionándola a través de un dado cónico o también denominado matriz. El trefilado puede ser usado en diversos materiales para generar variadas formas finales no necesariamente circulares. Este proceso se realiza en frío y es posible trefilar tanto barras huecas como barras rellenas. En tubos se puede realizar de cuatro maneras: sin herramientas, con pepa fija, con pepa flotante o bien con mandril. 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.
Tipos de trefilados en alambres y tubos: a) trefilado sin herramienta, b) trefilado con pepa fija, c) trefilado con pepa flotante y finalmente d) trefilado con mandril.
Una de las ventajas de este proceso es el excelente acabado superficial del producto obtenido, 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.
Mejora la resistencia a tracción y l limite elástico del material como resultado del trabajo en frio. Esto permite al acero perlítico trefilado, llegar a tener resistencias del orden 2 MPa, conservando una buena ductilidad En cuanto a las aplicaciones de los alambres trefilados tenemos para fabricación de ruedas, muelles, en la industria aeronáutica, puentes atirantados. En la actualidad, en Japón se fabrican fibras de acero de 15 micras de diámetro que pueden llegar a resistencias de 4 MPa.
El trefilado se realiza a temperatura ambiente y se trata de un proceso multipaso a través de varias hileras colocadas en serie. Es además una técnica de conformado que se ejecuta a unas velocidades de paso del alambre por la hilera bastante altas. En la industria del alambre de pretensar (diámetro de 5mm), las velocidades vinales están alrededor de 5 m/s y en la industria del alambre fino (diámetros inferiores a 1mm) las velocidades finales pueden llegar a 50-100m/s.
El trefilado es una de las más antiguas técnicas de conformado de metales. Aunque lo que se conoce como ciencia del trefilado solo tiene unos 100 años de vida, los alambres de una u otra forma ya estaban presentes ya en el 2000ac
Hoy en día, algunos museos exhiben herramientas y dibujos del siglo XV que nos permiten imaginar cómo se realizó en otras épocas. La fuerza de trefilado fue ejercida por hombre, caballos y molidos de agua hasta legar a los motores eléctricos. El gran salto se produjo en 1865, cuando Bessemer y otros desarrollaron un proceso de fabricar el acero de una forma mucho más económica. Tras ellos, llegó un siglo de crecimiento vertiginoso de la industria del acero, que se convirtió en un material más barato y accesible. Las máquinas de trefilado continuo multipaso aparecieron en los últimos años del siglo XIX y las matrices widia (carburo de wolframio) fueron introducidas alrededor del año 1920. Estos inventos trajeron un aumento decisivo de la productividad. El siguiente gran avance vendría referido a la producción de alambrón, un alambre grueso antes de ser sometido al proceso de reducción propiamente dicho. El tratamiento patentado, que consiste en el paso por un baño de plomo fundido después del austenizado para conseguir una fina estructura de perlita, era demasiado caro y lento. Por eso la aparición del proceso Stelmor (1964) constituyo un auténtico paso adelante, sustituyendo al te tado friami to ntin
Es el proceso de conformación de metales que consiste en reducir de forma simétrica la sección de una barra, traccionándola a través de un dado cónico o también denominado matriz.
OPERACIONES PREVIAS Y PREPARACIÓN AL TREFILADO 1. Patentado: se trata del tratamiento térmico utilizado para eliminar las tensiones residuales inducidas en la laminación y para obtener una estructura uniforme de perlita con colonias lo más finas posible. El patentado es un tratamiento específico de la industria de los alambres. Consiste en austenizar el material, a una temperatura cerca de 900 oC, evitando la descarburación y la oxidación excesiva., enfriando luego a la velocidad suficiente como para obtener una fina estructura perlítica. Normalmente se enfría en un baño de plomo fundido (400 - 500 oC). Se termina con un enfriado en agua para facilitar su manipulación posterior.
2.
Preparación superficial (decapado): para prevenir el daño en la superficie de la pieza o en la matriz durante el trefilado, se realiza una preparación superficial. En primer lugar se debe limpiar la pieza de contaminantes y a continuación se le recubre con fosfatos. Además de esta prelubricación, existe una lubricación posterior, durante el proceso.
3. Punteado: consiste en preparar una pequeña longitud de un extremo del alambrón hasta dejarlo con unas dimensiones menores que la matriz. Este extremo preparado, llamado punta está listo para pasar por la hilera.
4. Proceso de trefilado: En el proceso se hace pasar la punta ya preparada a través de la hilera y se une a un tambor cilíndrico que al girar lo ira enrollando. En las máquinas secas, la matriz es colocada en un adaptador dentro de una caja. Esta caja contiene grasa y otros lubricantes a través de los cuales debe pasar el alambre antes de llegar a la matriz. En este proceso, se obliga al material a pasar a través de varias matrices colocadas en serie. Finalmente, se suele hacer pasar al material a través de una enderezadora por flexión rotativa, lo que produce una homogenización de las tensiones residuales internas y superficiales del material.
DIAGRAMA DE UNA MAQUINA CONTINUA DE TREFILADO
TREFILADORA, VISTAS LATERAL Y SUPERIOR
TREFILADORA
TRATAMIENTOS POSTERIORES AL TREFILADO Su finalidad es relajar y redistribuir las tensiones residuales internas y superficiales del acero.
Recocido: contra tensiones a temperaturas menores que la de recristalización del material, con objeto de no perder las propiedades ganadas en el proceso de deformación plástica sufrido. Estabilizado: consiste en calentar el alambre a temperatura cercana a 400 oC manteniendo aplicada una carga de tracción aproximadamente igual a un medio de la de rotura. El mantenimiento a esta temperatura es corto, y el enfriado lento. Este tratamiento termomecánico tiene como objetivo disminuir las perdidas por relajación en el material, pero además, origina una pequeña deformación plástica produciendo una redistribución y homogenización de las tensiones residuales. Envejecido: se diferencia del estabilizado, porque en este caso no se aplica tensión al alambre durante el tratamiento. La temperatura puede ser poco superior a la del caso anterior. Este tratamiento produce una relajación de las tensiones residuales.
LA CARGA DE TREFILADO Es la fuerza con la que se tira del alambre para hacerlo pasar a través de la hilera. Es un parámetro básico del trefilado que tiene una estrecha relación con el porcentaje de reducción de sección del material. En la práctica, la reducción de área por paso de trefilado rara vez supera el 30-35%. El porcentaje habitual en la industria americana es de 20%. Sin importar la forma en que se esté analizando un problema de trefilado, ni las características geométricas de éste, siempre la carga necesaria para llevar a cabo la operación estará asociada a tres grandes componentes energéticos: la energía interna de deformación, la energía redundante de deformación y la energía necesaria para superar el roce que existe entre el material trefilado y el dado.
PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DEL TREFILADO
: diámetro de entrada del material : diámetro de salida del material
trefilado : fuerza de trefilado : velocidad del material : tensión de trefilado
: semi-ángulo de trabajo
β: semi-ángulo de entrada : semi ángulo ángulo de salida salida : paso recto o largo del cilindro de calibración : diámetro diámetro del cilindro cilindro de calibración calibración
MATERIA MATERIALL DE LA MA MATRIZ La selección del material depende del tamaño, composición, forma, tole oleranci ancia, a, entr entree ot otrros fact actores ores.. Las Las matr matric ices es ut utililiizadas adas par para el tre trefil filado ado est están suje sujettas a sev severos eros esfu esfueerzos rzos de abr abrasi asión. ón. Los mat materia eriale less más más frec frecue uen nteme emente usad usados os son son carb carbur uros os de wolfr olfram amio io y diam diaman anttes. es.
FRICCIÓN EN EL PROCESO DE TREFILADO La fricción normalmente se la caracteriza por medio de la variable μ que representa al coeficiente de roce entre el material y el dado. Existen varias definiciones para este parámetro, las cuales dependerán de dist distin inttos facto actore ress tales ales como omo la rugo rugosi sida dad d supe superf rfic icia iall Ley de fricción de Coulomb : Supone que el esfuerzo tangencial de contacto t es proporcional a la presión normal de contacto p entre la pieza y el dado. =
Donde, μ representará al coeficiente de fricción de Coulomb, el cual se supo upone const nstante para un dad dado, una pieza de trabajo y un lubri bricante.
Ley de fricción constante de Tresca: Supone que el esfuerzo de corte es proporcional a la carga realizada sobre el material. Este coeficiente, conocido también como el coeficiente de Tresca, queda definido entonces por: =
3
Donde, m será el coeficiente de roce constante para las condiciones de la experiencia, tal que representa el esfuerzo de fluencia del material. Este coeficiente está definido por un valor mínimo de 0, para el cual no existe roce alguno y un valor máximo de 1.
LUBRICACIÓN Una lubricación adecuada es esencial en el proceso, para dar menor coeficiente de rozamiento y mínimo de recubrimiento. Es importante también que el calor generado sea extraído, especialmente cuando el trefilado se realiza a gran velocidad. En caso contrario el lubricante puede fallar y el alambre pierde propiedades. Lubricación hidrodinámica: cuando el lubricante entra en la hilera, la presión y temperatura transforman al lubricante en una película plástica que facilita el deslizamiento del alambre. Este tipo de lubricación es altamente deseado en máquinas multipasos de alta velocidad, donde se utilizan aplicadores de lubricante y/o dados de presión. Es importante la correcta adhesión del lubricante sobre el alambre para que fluya simultáneamente con el alambre y mantenga lubricada toda la nueva superficie.
LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA
Lubricación en la interfase: el lubricante reacciona con la superficie del alambre ocasionando que la interfase del material sea menos dura que la hilera o el alambre, así la superficie reaccionada se deforma más fácilmente y protege ambas superficies.
LUBRICACIÓN EN LA INTERFASE
CALOR GENERADO Las operaciones a las que se somete el material durante el proceso pueden traer consigo un incremento de varios cientos de grados, especialmente en la zona de contacto del alambre y la matriz. La deformación plástica y el rozamiento generan una importante cantidad de calor y solo una parte del mismo es eliminado por la refrigeración. En el caso del rozamiento, el aumento de la temperatura puede conducir a disminuir la lubricación. Además de provocar una pobre calidad superficial del alambre y cambios metalúrgicos cerca de la superficie.
VELOCIDAD DE TREFILADO Este proceso trabaja a gran velocidad, del orden de varios metros por segundo. Dentro de la máquina, la velocidad de paso del alambre por la hilera irá aumentando al ir reduciéndose la sección del material.
ÁNGULO ÓPTIMO Entonces es posible considerar un conjunto de características bajo las cuales la carga necesaria para el trefilado debería minimizarse. Dada la influencia de cada una de las distintas energías que, como anteriormente se describió conforman este proceso, el ángulo óptimo del dado quedará dada por:
≈
0 3 ∗ ln 2 0 1− 0
Donde, m es el coeficiente de fricción según el criterio de Tresca.
CAMBIOS PRODUCIDO POR EL TREFILADO CAMBIOS MICRO ESTRUCTURALES Luego del proceso de trefilado, se producen una serie de cambio en la microestructura del material: Las láminas de ferrita y cementita se encuentran fuertemente orientadas en la dirección longitudinal del alambre. El espacio interlaminar, parámetro muy importante, se ha reducido, es decir, las láminas se han estrechado. Se desarrolla en la ferrita una textura cíclica muy acusada. En la cementita la textura es menos marcada. •
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•
CAMBIOS EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Los alambres trefilados sufren endurecimiento por deformación y tienen alta resistencia, manteniendo ductilidad y tenacidad suficientes, lo que les permite tener múltiples aplicaciones ingenieriles. En este comportamiento juega un papel decisivo el espaciado interlaminar, este espaciado controla el límite elástico en microestructuras perlíticas. Disminuyendo el espaciado, aumenta el límite elástico, ya que favorece el bloqueo de las dislocaciones en la interfase ferrita-cementita, a la vez que se incrementa la anisotropía plástica inducida por la alineación micro estructural del material. Los tratamientos termomecánicos posteriores no introducen cambios importantes en la microestructura del acero, aunque si pueden variar la forma definitiva de la curva tensión-deformación, aumentando las propiedades mecánicas.
LEYES TENSIÓN-DEFORMACIÓN PARA LOS DISTINTOS TIPOS DE TRAT TRATAMIENTOS DE LOS ALAMBRES TREFILADOS
ECUACIONES PARA EL PROCESO DE TREFILADO
FÓRMULA DE TRABAJO TRABAJO PARA EL TREFILADO El trabajo realizado por la fuerza de estirado hasta la longitud total
Suponiendo una deformación homogénea, el trabajo necesario para deformar el alambre en la hilera
Cuando no existe rozamiento
ESTIRADO DE BARRA CILINDRICA CON UNA MATRIZ CÓNICA
caso consideraremos el equilibrio de un pequeño elemento de la zona de trabajo, tal como se muestra en la imagen inferior
En la dirección axial tenemos:
Por equilibrio:
Despreciando el producto de diferenciales y reduciendo:
Además: Reemplazando:
En la dirección radial tenemos:
Por equilibrio:
*valores prácticos:
Estado tensional cilíndrico:
Aplicando criterios de deformación:
Para barras cilíndricas:
De la ecuación de equilibrio axial:
Con:
Resolviendo:
Evaluando para obtener la constante: *suponiendo que no existe ninguna tensión longitudinal a la entrada
Reemplazando:
Expresión general para el esfuerzo longitudinal para B e Y constantes
La fuerza de estirado en la salida
la reducción de sección queda expresada como
la expresión de esfuerzo en función de la reducción de área
ESTIRADO SIN ROZAMIENTO DE BARRA CILINDRICA (Y constante)
la condición de deformación plástica:
Tomando Y constante e integrando :
Para la constante c
CONSIDERACIÓN DEL ENDURECIMIENTO POR ACRITUD EN EL ESTIRADO DE REDONDO
REDUCCIÓN MÁXIMA DE SECCIÓN POR PASADA El estirado en frío está limitado por la rotura traccional de la sección estirada Si no existe endurecimiento por deformación plástica la rotura tendrá lugar a una tensión igual a la tensión de fluencia de la barra estirada. En la práctica, una barra estirada a su reducción máxima en una pasada se endurecerá tanto que su tensión de tracción máxima será casi igual a su tensión de fluencia. El límite práctico es aproximadamente de 60%, pero las pasadas normalmente están restringidas a reducciones mucho más pequeñas, con frecuencia del 35 a 45%, debido al empeoramiento de la lubricación en pasadas con grandes deformaciones, y al consiguiente peligro de adherencia de metal estirado sobre la matriz. •
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•
Con rozamiento:
•
Sin rozamiento:
ESTIRADO EN TÁNDEM Para
evitar una tracción excesiva en el alambre que se estira, es normal que el hilo vaya enrollado una o dos vueltas alrededor de un cabrestante entre cada par de hileras Los
cabrestantes se mueven con velocidades cuidadosamente reguladas, de manera que existe una resistencia de rozamiento en la superficie del cabrestante, que tira del alambre a través de la hilera
El
cabrestante también produce una pequeña tracción de retroceso sobre el alambre que entra en la hilera siguiente
Incluyendo la tracción de retroceso
Para
Al hallar c y volver a reemplazar:
La tensión de estirado es:
DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN DE ESTIRADO PARA REDONDO, TENIENDO EN CUENTA EL TRABAJO ADICIONAL Y EL ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN
Debido
a que industrialmente se utilizan matrices con ángulos pequeños, y se trabaja con grandes reducciones, el factor del trabajo adicional frecuentemente es pequeño. Si el material no se endurece por deformación o si se puede utilizar una tensión de fluencia media, el efecto del rozamiento sobre la tensión de estirado se puede calcular a partir de la ecuación:
Una
manera más sencilla para calcular el rozamiento es descomponer la fuerza de la matriz paralela al eje, e igualar este componente a la fuerza de estirado y obtenemos:
Se supone que la presión media de la matriz no está influenciada de forma
apreciable por el rozamiento, de manera que :
La tensión de estirado en la deformación homogénea viene dada por:
Experimentalmente se ha hallado que la variación de la presión de la matriz con el rozamiento se puede despreciar para valores pequeños de B:
Para calcular la deformación creciente, que resulta de la deformación adicional, se puede definir una deformación media efectiva por analogía con la condición de deformación plana.
** El factor del trabajo adicional se puede calcular exactamente en función de la relación geométrica c/d en la deformación plana, pero esto no es posible para la simetría axial. Sin embargo, se ha demostrado experimentalmente que phi es función de la relación geométrica correspondiente, entre el área de la sección transversal media y el área de contacto con la superficie de la matriz .
Entonces se puede calcular la influencia del trabajo adicional multiplicando la tensión de estirado por el factor . El símbolo t’ se usa para corregir la tensión de estirado
Para la ecuación de tensiones:
Los
valores numéricos de para el metal no endurecido, determinados por R.W. Johnson utilizando la última ecuación concuerdan con los de Wistreich se ha hallado que para un gran número de metales y de lubricantes existe una relación aproximada:
ÁNGULOS ÓPTIMOS DE MATRICES
Existe un ángulo óptimo de matriz para una reducción de sección y un coeficiente
de rozamiento dados, el cual proporciona la menor tensión de estirado Las
contribuciones del trabajo adicional y del rozamiento incrementan y disminuyen respectivamente a medida que se incrementa el ángulo de la matriz El factor del trabajo adicional es mayor para el estirado en redondo, de manera que
los ángulos óptimos de la matriz son más pequeños que para el estirado en pletina.
TREFILADO DE TUBOS Procedimientos principales de estirado en frio para la producción de tubos.
Alargamiento de un tubo estirado
Estirado con tapón y pasada cerrada para una matriz cónica Suponemos que no hay tensiones circunferenciales y que la presión de la matriz es igual a la presión del tapón
Las componentes axiales de las fuerzas que actúan sobre el elemento de tubo son:
La contribución del rozamiento a la presión de la matriz es pequeña y que las tensiones principales se pueden tomar como:
La tensión de fluencia en un ensayo de compresión para deformación plana está dada por:
Sustituyendo la presión en la ecuación anterior:
La ecuación de la tensión y su solución son exactamente las misma que para el estirado con tapón, excepto que el parámetro se cambia a
Así si , como ocurre con frecuencia, toma el valor de cero. En estos casos la integración anterior no se puede utilizar. La ecuación diferencial con el valor se transforma simplemente en:
Esto se puede integrar directamente con la condición de entorno
TECNOLOGÍAS DEL PROCESO DE TREFILADO
DADOS DISEÑO DE DADOS PROBLEMAS CON LOS DADOS CALCULO DE SERIE DE DADOS
DADOS (HILERAS) DE TREFILADO Los dados (hileras) son matrices que posibilitan la trefilación, se montan una serie de hileras sobre las maquinas trefiladoras cada una de un diámetro cada vez menor por las cuales pasa el alambrón disminuyendo en cada pasada un porcentaje su diámetro. Estas hileras se componen de materiales muy duros principalmente son de carburo tungsteno y de diamante. Ambos materiales muy resistentes al desgaste aunque se trabaja muy poco con hileras de diamante por su elevado costo.
Partes del Dado •
•
Núcleo Encajadura (Blindaje)
Núcleo Normalmente se utilizan dos tipos de materiales para fabricar los núcleos: Carburo de Tungsteno y Diamante. •
CARBURO DE TUNGSTENO Material más usado para fabricar núcleos. Duro y resistente al desgaste Resistente al calor Por su longitud produce una mejor lubricación que el diamante
•
DIAMANTE Normalmente usado para fabricar alambres finos, debido a que a altas velocidades el Carburo de Tungsteno se desgasta rápidamente y no es viable económicamente.
Poseen gran resistencia al desgaste Excelente
acabado superficial
Permiten altas reducciones de área con menor lubricación También se utiliza para la trefilación de aluminio y extrapulidos (Grapas, Clips,
mallas, etc.)
COMPARACIÓN ENTRE EL CARBURO DE TUNGSTENO Y EL DIAMANTE Vida útil: Diez toneladas de alambre de diámetro de 1mm de SAE 1065 para el Carburo de Tungsteno y 180 toneladas del mismo alambre para el diamante. •
Costo: El diamante 100 veces más que el Carburo de Tungsteno. En reparación el diamante 30 veces más que el Carburo de Tungsteno •
Núcleo de Tungsteno
Núcleo de Diamante
Encajadura El material de la encajadura es un acero normal (ST37) que puede ser comparado con un material 1040 hasta 1060 (normalmente con una aleación para evitar la oxidación). Su función básica es la de transferencia de calor y la protección del núcleo.
Geometría del Dado
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Angulo de campana: Sirve para guiar el alambre a la entrada del dado Angulo de reducción (Trabajo): Es donde se 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 Chumacera: Su finalidad es de controlar el diámetro del alambre, su longitud debe variar entre el 25 y 50% de su diámetro, para evitar el desgaste prematuro del dado. Angulo de alivio (salida): Diseñado para dar fortaleza a la salida del dado y evitar fracturas en el núcleo de carburo de tungsteno.
DISEÑO DE DADOS El desempeño de la operación de trefilado depende en extremo de la geometría correcta del dado. Sin embargo con frecuencia suele olvidarse de la geometría del núcleo, y cuando suceden fallas en la operación, suelen atribuirse las causas al alambrón, al lubricante y otros insumos, sin estar seguros que el dado se encuentre en condiciones apropiadas. El diseño de dados dad os puede ser un tema complejo y controversial, controversial, considerando los diversos aspectos de detalles geométricos y diferencias en condiciones de operación. La mayoría de los problemas relacionados al diseño de dados son trazables a un solo parámetro de diseño, el parámetro que optimiza la geometría del dado se denomina DELTA (Δ). (Δ ). Parámetro Parámetro Δ: Se entiende como la FORMA de la zona de deformación plástica en el dado.
Es determinado por dos características: •
Ángulo de reducción: 2α
•
Reducción de área área por paso: %RA
La FORMA se considera mejor como la relación entre la altura de la zona de deformación a la longitud de la misma. Es importante hacer énfasis que los efectos efectos del ángulo de reducción del dado y la reducción deben considerarse considerarse juntos, debido a que estos afectan a la ¨FORMA ¨FORMA¨¨ de la zona de deformación (Δ). Por tanto se puede elaborar un análisis más má s eficiente evaluando directamente directamente Δ que evaluando el ángulo y la reducción separadamente. separadamente.
De acuerdo al esfuerzo de Trefilado.
Valores bajos de Δ producen excesivo trabajo de fricción. Valores altos de Δ producen excesivo trabajo redundante. El efecto neto es que se requiere un valor intermedio de Δ para alcanzar un mínimo esfuerzo de trefilado. Según el análisis de Siebels: •
•
Donde: : Coeficiente de fricción. RA: Porcentaje de reducción. Criterios Europeos indican que entre más cercano a 3 este DELTA es mejor, no obstante criterios Norteamericanos prefieren que esté más cercano a 2.
DEFECTOS CON DADOS DE TREFILADO Los defectos típicos en una barra o un alambre trefilado son similares a los observados en la extrusión, en particular el agrietamiento central y la deformación no céntrica.
AGRIETAMIENTO CENTRAL Central Bursting es un fenómeno que se presenta frecuentemente y es causado por: una deformación desigual, un 2α demasiado grande, incremento de cantidad de impurezas o reducciones pequeñas (sobre trefilado).
DEFORMACIÓN NO CENTRICA Durante la trefilación el alambre tiene que entrar perfectamente centrado en el dado. De no ser así, la deformación del alambre no será céntrica. Las consecuencias de este problema es: la deformación desigual que a su vez produce tensiones desiguales en el alambre (causas de roturas) y la fricción a un lado, que resulta en calentamiento, produciendo: alambre brillante a un lado (no siempre), formación de Martensita (para aceros de alto contenido de carbono), ovalidad en el alambre, grietas en el alambre (producen roturas), pérdida de ductilidad (más a un lado del alambre).
CÁLCULO DE UNA SERIE DE DADOS En la trefiación la masa del alambre se mantiene, ya que la masa que se reduce en la sección se compensa en el alargamiento del mismo.
PORCENTAJE DE ALARGAMIENTO (V%)
PORCENTAJE DE REDUCCIÓN (RA%)
Relación entre el porcentaje de Reducción de Área (RA%) y el porcentaje de alargamiento:
CÁLCULO DE LA SERIE DE DADOS UTILIZANDO LAS VELOCIDADES REALES DE LA MAQUINA
Alargamiento:
Reducciones:
Diámetro de alambre antes y después del dado:
EJEMPLO DE CÁLCULO DE UNA SERIE DE DADOS
Utilizando la siguiente formula:
Se comienza a calcular con el siguiente criterio:
Los datos obtenidos son los siguientes:
AVANCE TECNOLOGICOS Y MAQUINARIAS DEL TREFILADO
el monje Teófilo Presbítero escribió sobre ello en torno a 1125, las prácticas comerciales estaban surgiendo.
Maquina trefiladora automática de múltiples pasos:
Ilustración del trefilado de un alambre en etapas múltiples, comúnmente utilizado para alambres de cobre para cableado eléctrico
La trefiladora se puede dividir en 4 ensamblajes principales: •
•
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•
•
Estructura de la máquina Dado de traficación Bobina de alambre trefilado Sistema de transmisión de potencia Panel de control eléctrico
Vista frontal de la maquina
Vista posterior de la máquina
Otros componentes: Tanque y bomba de aceite que conforman el sistema de lubricación
Sistema de enfriamiento con aire
Cuando
se requieren fuerzas de tracción grandes, velocidades bajas y potencias de motor grandes, se hace uso de las cajas de engranajes.
Cuando
la velocidad es más elevada, la fuerza de tracción más ligera y la potencia de los motores más reducida, se pueden utilizar de una manera fiable las transmisiones directas por correa.
Tipos de transmisión: Transmisión paralela
Transmisión recta
1
2
3
4
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.
Equipos secundarios en el Proceso de Trefilado Devanador El devanador es un equipo necesario dentro del proceso, ya que tiene como función sostener el alambrón. El trabajador debe colocar sobre el devanador el rollo de alambrón para poder alimentar la máquina trefiladora. •
Decapador mecánico Equipo auxiliar de una máquina trefiladora que contiene una serie de rodillos decapadores ubicados adecuadamente fabricados de tungsteno, normalmente ubicados antes de la primera caja de dados. •
Polea tensora El alambre pasa por ésta pieza que se encuentra ubicada en la parte superior de cada bobina y tiene como función tensar la vuelta de alambre, permitiendo una mejor dirección al momento de que el mismo ingrese a la siguiente cada de dados para continuar con el proceso. Prácticamente existe una polea tensora por cada paso trefilador. •
•
Sacapuntas (Punteador)
Este equipo es utilizado para sacar punta al alambre que ha sufrido una rotura o bien al momento de introducir un nuevo rollo de alambrón para su posterior proceso de trefilación. Cuenta con dos rodillos que poseen ranuras de distintos diámetros debidamente espaciadas que permiten desgastar el alambre hasta obtener el diámetro necesario. Estos sacapuntas poseen un pedal de activación, el cual debe presionarse siempre que se desee hacer uso del equipo.
•
Soldadora a tope
Conocida como soldadora a tope o de resistencia y es utilizada dentro del proceso de trefilación para unir dos puntas de alambre y lograr con ello mantener un proceso continuo. Consiste en hacer pasar una corriente eléctrica de gran intensidad a través de los metales que se van a unir, como en la unión de los mismos la resistencia es mayor que en sus cuerpos se generará el aumento de temperatura, aprovechando esta energía y con un poco de presión se logra la unión.
PRUEBAS Y ENSAYOS PARA ALAMBRES TREFILADOS Pruebas de Diámetro y Ovalidad El alambre debe ser medido usando un micrómetro con una exactitud mínima de 0.0001 in. (0.00 2 mm) para todos los diámetros (ASTM A 1007)
Diametro
Ovalidad
PRUEBAS Y ENSAYOS PARA ALAMBRES TREFILADOS
Prueba de esfuerzo a la tensión La muestra a ensayar debe tener una longitud mínima de 450 mm (18 pulgadas). La distancia entre mordazas debe tener una longitud mínima de 305 mm (12 pulgadas). La velocidad del cabezal móvil bajo ninguna carga no debe exceder 1 in/min (0.4mm/s). Cualquier muestra que fracture a ¼de pulgada (6 mm) de las mordazas debe ser omitida y se debe efectuar otra vez el ensayo solo en caso de que el resultado no sea satisfactorio.
Ensayo de torsión. El ensayo de torsión consiste en sujetar un extremo del alambre y mantenerlo fijo y sujetar el otro extremo y llevarlo a rotar sobre su mismo eje hasta la fractura
Ensayo de Dobles Doblar la muestra de un lado a otro 90°alternadamente en direcciones opuestas. Un doblez inicia en posición vertical y termina cuando se regresa a su posición original después de haber doblado la muestra de un lado a otro 90°.
Enrollar la probeta larga 10 vueltas en forma de empalme, verificando que el enrollado este quedando uniforme y que no se formen grietas en la probeta
