Republica Bolivariana de Venezuela Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre Vice-Rectorado Lus Caballero Meja Caracas Ctedra: Produccin III

Trefilado

Profesor: Yuster Surez

Alumnos: Aponte Mayerlins. Exp:2007200040 Guerrero Elizabeth. Exp: 2007200019 Sosa Carlos. Exp: 2007203056

Marzo de 2011

ndice

Introduccin

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Definicin del Proceso de Trefilado Equipo de Trefilado Dados de Trefilado Fases del Proceso de Trefilado Desbobinado Decapado Qumico Lubricacin Mecanizado en Frio Recocido Calibracin Encarretado

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Clculos en el Proceso de Trefilado Anlisis de Estirado Conclusiones Bibliografa

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Introduccin Los metales, los plsticos y los materiales de cermicas se transforman en artculos tiles y productos de consumo por muchos diferentes medios. Las diferentes maneras de producir la inmensa cantidad de utensilios es llamado Proceso de Manufactura, que es el conjunto de operaciones necesarias para modificar las caractersticas de las materias primas. Dichas caractersticas pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamao o la esttica. Se realizan en el mbito de la industria. Para la obtencin de un determinado producto sern necesarias multitud de operaciones individuales de modo que, dependiendo de la escala de observacin, puede denominarse proceso tanto al conjunto de operaciones desde la extraccin de los recursos naturales necesarios hasta la venta del producto como a las realizadas en un puesto de trabajo con una determinada mquina-herramienta. Gran parte de la manufactura se especializa en el proceso del metal en operaciones de trabajo en fro como troquelado, estampado y conformacin. La fabricacin de utensilios para el hogar, de automviles y de muchos otros productos depende del proceso de materia prima metlica, donde se utilizan muchas tcnicas, tanto en frio como en caliente. Una de estas tcnicas es el formado de metales que incluye varios procesos de manufactura en los cuales se usa la deformacin plstica para cambiar la forma de las piezas metlicas. La deformacin resulta del uso de una herramienta que usualmente es un dado para formar metales, el cual aplica esfuerzos que exceden la resistencia a la fluencia del metal. Por tanto, el metal se deforma para tornar la forma que determina la geometra del dado. La maquinaria de toda clase que requiere partes de precisin depende del maquinado y de la industria de las maquinas herramientas, la cual se podra considerar como la base de la manufactura moderna. La industria de la herramienta y dados, aunque poco conocida y entendida, es la columna vertebral de la industria moderna. Todo proceso de manufactura depende prcticamente de los talleres de herramientas y dados en alguna medida. El troquelado, el moldeo por inyeccin y el trefilado son solo algunos de los procesos para los cuales son absolutamente necesarios los servicios de las herramientas y de los dados, siendo este ltimo proceso en el que se ahondar en el presente trabajo investigativo, repasando los principios tericos en los que se desenvuelve, explicando paso a paso el proceso y analizando los clculos necesarios para llevarlo a cabo.

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Definicin del Proceso de Trefilado En el contexto de los procesos de deformacin volumtrica, el estirado o trefilado es una operacin donde la seccin transversal de una barra, varilla o alambre se reduce al tirar del material a travs de la abertura de un dado como se muestra en la figura 1. Las caractersticas generales del proceso son similares a la extrusin, la diferencia es que en el estirado el material de trabajo se jala a travs del dado, mientras que en la extrusin se empuja a travs del dado. Aunque la presencia de esfuerzos de tensin es obvia en el estirado, la compresin tambin juega un papel importante ya que el metal se comprime al pasar a travs de la abertura del dado. Por esta razn, la deformacin que ocurre en estirado se llama algunas veces compresin indirecta.

Fig.1: Estirado de barras, varillas o alambres Es un proceso de deformacin en fro sin generacin de virutas, de la mayora de los materiales metlicos de forma alargada y seccin simtrica cuya fabricacin se haya originado en procesos de laminacin. En efecto, aplicando importantes fuerzas mecnicas de traccin a un material metlico de seccin circular (o cuadrada, hexagonal, etc.) ste es obligado a atravesar una matriz llamada Hilera, perforada interiormente y con entrada de forma cnica. Al interior de dicha Hilera, se produce una reduccin de rea entre la seccin de material que entra y el que sale de aqulla, resultando un ordenamiento cristalino longitudinal, que mejora la resistencia a la traccin entre 20 y 40% en los aceros de bajo contenido de carbono, porcentaje que depende de la magnitud de dicha reduccin de rea. La diferencia bsica entre el trefilado de barras y el trefilado de alambre es el dimetro del material que se procesa. El trefilado de barras se refiere al material de dimetro grande, mientras que el trefilado de alambre se aplica al material de dimetro pequeo. En el proceso de trefilado de alambres se pueden alcanzar dimetros hasta de 0.03 mm. Aunque la mecnica del proceso es la misma para los dos casos, el equipo y la terminologa son de alguna manera diferentes. El trefilado de barras se realiza generalmente como una operacin de estirado simple, en la cual el material se jala a travs de la abertura del dado. Debido a que el material inicial tiene un dimetro grande, su forma es ms bien una pieza recta que enrollada. Esto limita la longitud del trabajo que puede procesarse y es necesaria una operacin tipo lote.4

Por el contrario, el alambre se estira a partir de rollos de alambre que miden varios cientos (o miles) de metros de longitud y pasa a travs de una serie de dados de estirado. El nmero de dados vara entre cuatro y doce. El trmino trefilado (estirado) continuo (en ingls, continuous drawing) se usa para describir este tipo de operacin, debido a las grandes corridas de produccin que pueden realizarse con los rollos de alambre, ya que pueden soldarse a tope con el siguiente rollo para hacer la operacin verdaderamente continua. Equipo de trefilado El equipo necesario puede encontrarse desde un simple banco de estirado para trabajo intermitente, hasta bloques mltiples para operacin continua. El estirado de barras se realiza en una maquina llamada banco de estirado que consiste en una mesa de entrada, un bastidor del dado (que contiene el dado de estirado), la corredera y el armazn de salida. La corredera se usa para jalar el material a travs del dado de estirado. Esta accionado por cilindros hidrulicos o cadenas movidas por un motor. El bastidor del dado se disea frecuentemente para contener ms de un dado, de manera que se puedan estirar varias barras simultneamente a travs de los respectivos dados.

Fig. 2: Banco de estirado El estirado de alambres se hace con mquinas estiradoras continuas que contienen mltiples dados de estirado separados por tambores de acumulacin entre los dados como se indica en la figura 3. Cada tambor llamado cabestrante o molinete, es movido por un motor que provee la fuerza para estirar el alambre a travs del dado correspondiente. Tambin mantiene una tensin regular en el alambre que pasa al siguiente dado de estirado en la serie, y as se alcanza la reduccin total deseada en la serie.

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Fig. 3: Bloque de Estirado El bloque de estirado consiste de tres partes un sujetador o cabestrante para sujetar el arrollamiento de varilla lista para estirarse, el dado que es el que ejecuta realmente la reduccin y el bloque de estirado que suministra la carga y energa para la reduccin; ste tambin acumula, enrollado, el alambre ya estirado. Las tres partes se muestran en la Figura 4.

Fig. 4: Elementos que componen el trefilado Una fotografa de una mquina tpica, la cual se denomina bloque de estirar, se muestra en la Figura 5 y en este caso el bloque de estirado es horizontal.

Fig. 5: Bloque de estirado de 26", varilla estirada por paso simple6

El equipo mostrado tiene solamente un dado el cual debe cambiarse y reemplazarse por otro de menor dimetro despus de cada pasada completa. Tambin es posible estirar el alambre de manera continua, de tal manera que se pasa a travs de varios dados simultneamente. Debe haber, sin embargo, un bloque de estirado para cada dado. Una mquina continua que tenga cinco dados, tambin tendr cinco bloques de estirado, etc. Una fotografa de este tipo de mquina se muestra en la Fig. 6.

Fig. 6: Maquina para trabajo pesado de dados mltiples usada para la produccin de alambre en rollos o carretes. Puesto que el dimetro del alambre disminuye desde el dado 1 al dado 5, la velocidad y longitud aumentarn proporcionalmente. Por estas razones la velocidad perifrica de los bloques debe aumentarse a lo largo de la lnea. Esto puede lograrse por una de dos maneras. En la primera, cada bloque de estirado est equipado con su propio motor elctrico con control de velocidad totalmente variable, el cual puede ajustarse automticamente para sincronizar la velocidad del bloque con la del alambre. La Fig. 6 muestra este tipo de mquina. Tienen la desventaja de que son grandes y costosas debido a la inversin en la instalacin de los costosos equipos elctricos. El segundo tipo de mquina supera estas desventajas haciendo uso de un solo motor elctrico para mover una serie de conos escalonados. Los dimetros de los conos son tales, que generan una secuencia de velocidades perifricas equivalentes a una serie definida de reducciones de tamao. Tales mquinas estn, por tanto, diseadas para dar una reduccin especfica por pasada, como se ilustra en la Fig. 7.

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Fig. 7: Trefilado unimotor de Inmersin. No es posible lograr una relacin precisa entre los dimetros del dado y del bloque, que es esencial en este patrn, pero el estirado puede llevarse a cabo satisfactoriamente si la discrepancia no es muy grande. La discrepancia da como resultado que el material estirado se deslice hacia adelante o hacia atrs en los bloques mientras giran. Esto resulta en friccin y generacin de calor el cual se disipa sumergiendo el arreglo completo de conos escalonados en un bao de aceite. Por esta razn se denominan Mquinas de Inmersin o de Deslizamiento, mientras que el primer tipo es descrito como Mquina sin Deslizamiento. Dados de estirado La parte ms importante de la mquina de estirado de alambre es el dado. Este consiste de dos partes, la cubierta y la boquilla. La cubierta est hecha de acero para dados de gran dimetro y de bronce para los pequeos, su funcin principal es proteger la boquilla. La boquilla, que est contenida dentro de la cubierta est hecha de carburo de tungsteno en los dados grandes y de diamante industrial en los pequeos. Debe ser hecha de un material extremadamente duro puesto que es la parte en donde se lleva a cabo la reduccin. La boquilla tiene un agujero en su centro el cual tiene un perfil definido. La figura 8 indica las caractersticas tpicas de un dado de estirado. Las cuatro regiones del dado que se pueden distinguir son las siguientes:

fig. 8: Dado de estirado para barras redondas o alambres8

1) Entrada. La regin de entrada es generalmente una abertura en forma de campana que no entra en contacto con el trabajo. Su propsito es hacer un embudo lubricante en el dado y prevenir el rayado en la superficie del trabajo. 2) Angulo de aproximacin. Es donde ocurre el proceso de estirado. Es una abertura en forma que cono con un ngulo (medio ngulo) que flucta normalmente de 6 a 20. El ngulo correcto vara de acuerdo al material de trabajo. 3) Superficie del cojinete (campo). Determina el tamao final del material estirado. 4) Relevo de salida. Se provee con un relevo hacia atrs con un angulo de 30. Los dados de estirado se hacen de acero de herramienta o carburo cementado. Los dados para alta velocidad en las operaciones de estirado de alambre usan frecuentemente insertos hechos de diamante (sinttico o natural) para las superficies de desgaste. Fases del Proceso de Trefilado La traficacin, como todo proceso, conlleva de varias etapas bien definidas para lograr e producto requerido, las cuales son: Desbobinado: El sistema de desbobinado a tensin constante para mquinas trefiladoras esta caracterizado generalmente por la instalacin de un motor elctrico C en cada porta-carretes A, un sensor B de tensin del hilo, un circuito impreso con un micro-controlador y los componentes necesarios para controlar el motor siguiendo una consigna de tensin deseada en el hilo. Tambin caracterizado por el sistema de transmisin de energa elctrica hasta cada porta-carretes A, garantizando constantemente la alimentacin de todos ellos a lo largo de su trayectoria, a pesar de ir pasando stos por distintos platos giratorios conductores G. Dicha alimentacin se realiza mediante los contactos giratorios L, el tubo giratorio K, los platos giratorios conductores G, las placas conductoras H e I de stos, y los contactos E de los acoplamientos D de los porta-carretes, con los muelles F para asegurar su contacto adecuado con las placas conductoras de los platos giratorios conductores G.

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Fig. 9: Sistema de Desbobinado Decapado Qumico: Este procedimiento qumico previo a la trefilacin que se utiliza para eliminar cascarilla de laminacin, xidos y otros materiales extraos al metal por medio de la accin de cidos inorgnicos que los disuelven o transforman en otros productos eliminables por lavado posterior con agua. Es un mtodo ms bien de taller por exigir la utilizacin de tanques donde se realiza la inmersin de las piezas. Previamente al decapado se llevar a cabo el desengrase y limpieza de materias extraas al material. El ataque qumico se realiza con soluciones de cido clorhdrico, sulfrico o fosfrico a los que se ha aadido un inhibidor para impedir el ataque al metal. El tiempo de ataque depender del espesor y penetracin de la calamina u xido. Finalmente, se procede al lavado con agua caliente. En ocasiones sigue una inmersin en solucin de cido fosfrico o dicromato sdico para realizar un pasivado. El decapado qumico permite adems una perfecta adherencia del lubricante de trefilacin y evita el desgaste prematuro de las Hileras de Trefilacin que tienen un alto costo.

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Fig. 10: Mquina de decapado Lubricacin: Para evitar el contacto directo de la Hilera (matriz cnica) con el acero en proceso de trefilacin, se utiliza un lubricante en polvo de alta presin que durante su accin, se convierte en una pasta que sale adherida en forma de pelcula, a la superficie del material procesado. El lubricante seco ms utilizado en el proceso de trefilacin es el granito en polvo. El grafito es negro y opaco y tiene un lustre metlico y una densidad de entre 2,09 y 2,2 g/cm3. Al ser muy blando (dureza entre 1 y 2) mancha cualquier cosa que toque y tiene tacto graso o escurridizo. Es el nico material no metlico que conduce bien la electricidad; sin embargo, a diferencia de los otros conductores elctricos, transmite mal el calor. Mecanizado en Fro: Mtodo mecanizado por el cual el alambre se va reduciendo y moldeando hasta la forma deseada mediante rodillos y dados. 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. Alcanzado cierto lmite, variable en funcin del tipo de acero, no es aconsejable continuar con el proceso de trefilado pues, a pesar que la resistencia a traccin sigue aumentando, se pierden otras caractersticas como la flexin.

Fig. 11: Proceso de Reduccin de Dimetro.

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Recocido: El recocido es el tratamiento trmico que, en general, tiene como finalidad una temperatura que permita obtener plenamente la fase estable a falta de un enfriamiento lo suficientemente lento como para que se desarrollen todas las reacciones completas. Se emplea para ablandar metales y ganar tenacidad, generalmente aceros. Se obtienen aceros ms mecanizables y evita la acritud del material. La temperatura de calentamiento est entre 600 y 700 C. El enfriamiento es lento.

Fig. 12: Etapa de Recocido Calibracin:

Fig. 13: Foto del Proceso de Recocido

Estrechas tolerancias (h9 en Normas DIN) tanto en la redondez de la seccin como en el dimetro de la barra, son caractersticas del material trefilado. Las cualidades anteriores junto a muchas otras nombradas, permiten fabricar a partir de ste, piezas y partes de maquinarias. Con poca modificacin, una barra trefilada pueden pasar a constituir un eje, montrsele un rodamiento, ser materia prima para fabricacin de piezas en serie torneadas en un torno automtico o constituir materia prima para tornos C.N.C., etc. Encarretado: Instalacin colocada al final de la mquina que encarreta el alambre trefilado perfectamente conformado.

Fig. 14: Mquina automtica de Encarretado12

Clculos en el Proceso de Trefilado En una operacin de estirado, la modificacin en el dimetro del material de trabajo se da generalmente por la reduccin de rea definida como sigue:

(1) Donde: r = reduccin de rea en el estirado Ao = rea original del trabajo, (mm2) Af = rea final, (mm2). La reduccin de rea se expresa frecuentemente como un porcentaje. En el estirado de barras, estirado de varillas y en el estirado de alambre de dimetro grande para operaciones de recalcado y forjado de cabezas se usa el trmino draft para denotar la diferencia de tamaos antes y despus de procesar el material de trabajo, El draft es simplemente la diferencia entre el dimetro original y final del material: (2) Donde: d = draft, (mm) Do = dimetro original del trabajo. (mm) Df = dimetro final del trabajo, (mm). Anlisis del Estirado En esta seccin se revisar la mecnica del estirado de alambres y barras, y el clculo de esfuerzos y fuerzas en el proceso. Consideraremos tambin la posibilidad de grandes reducciones en las operaciones de estirado. Si no ocurre friccin o trabajo redundante en el estirado la deformacin real puede determinarse como sigue: (3) Donde: Ao y Af son las reas originales y final de la seccin transversal del material de trabajo, como se definieron previamente; y r = reduccin del estirado, definida en la ecuacin 1. El esfuerzo que resulta de esta deformacin ideal est dado por:

(4) Donde:13

Yf = esfuerzo de fluencia promedio, basado en el valor de la deformacin de la ecuacin 3. Debido a que la friccin est presente en el estirado y aunque el metal de trabajo experimenta deformacin no homognea el verdadero esfuerzo es ms grande que el proporcionado por la ecuacin 4. Adems de la relacin Ao/Af, otras variables que tienen influencia en el esfuerzo del estirado son el ngulo del dado y el coeficiente de friccin en la interfase trabajo-dado. Se han propuesto numerosos mtodos para predecir el esfuerzo de estirado con base en los valores de estos parmetros [1, 2, 3 y 6]. Presentarnos a continuacin la ecuacin sugerida por Schey [3]:

(5) Donde: d = esfuerzo de estirado (MPa) = coeficiente de friccin dado-trabajo; = ngulo del dado (medio ngulo) como se define en la figura 3.46, = es un factor que se usa para deformacin no homognea el cual se determina para una seccin transversal redonda como: (6) Donde: D = dimetro promedio del material de trabajo durante el estirado, (mm) L = longitud de contacto del material de trabajo con el dado de estirado en la figura 3.46 (mm). Los valores de D y L, se pueden determinar de las siguientes ecuaciones: (7)

(8) La fuerza correspondiente al estirado es entonces, el rea de la seccin transversal del material estirado multiplicada por el esfuerzo de estirado:

(9) Donde: F = fuerza de estirado, (N); los otros trminos se definieron previamente. La potencia requerida en una operacin de estirado es la fuerza multiplicada por la velocidad de salida del trabajo.14

Conclusiones Se puede concluir que la trefilacin, como todo proceso, consta de varias fases de trabajo, las cuales tienen como fin nico hacer reducir eficientemente el dimetro de de un alambre o barra de metal, alargando por consiguiente su longitud. A dems de esto, se deben tomar en cuenta las propiedades del alambre y de la maquinaria misma, para as obtener resultados ptimos en el producto. Un alambre mal trefilado podra ser muy dbil y frgil para su utilizacin en el campo real, por lo que los clculos son de extrema importancia al momento del mecanizado. Se debe tener claro la funcin de cada una de las partes que componen la mquina de trefilado para hacer un buen uso de ella, por ejemplo, existen diversos tipos de dados en el mercado, cada uno con caractersticas ingenieriles diferentes, por lo que se debe saber el producto que se quiere para elegir un dado acorde con ello. En la industria es bastante frecuente encontrarse con maquinarias como estas, por lo que, como ingenieros, debemos tener en cuenta su funcin, sus caractersticas y utilizacin para ser capaces de trabajar con ellas eficientemente.

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Bibliografa - Carrasco Vctor, Tecnologa Mecnica II, Cochabamba Bolivia, 2004, http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/PDF/cap-324.pdf, [15/03/2011] - Morales Antonio, Ingeniera en planta para el control de procesos industriales en la fabricacin de pernos, tuercas y afines, Lima Peru, 2002,http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/tesis/ingenie/morales_ga/enpdf/T_completo.PDF,

[15/03/2011] - Proceso de fabricacin,

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3n, [15/03/2011]

- Procesos [15/03/2011]

de

Fabricacin,

http://www.trefilac.cl/proc_fabri.html,

- Procesos de Formado, http://sifunpro.tripod.com/formado.htm, [15/03/2011] Alfonso http://www.grupoag.es/ferromallas/proceso/proceso.php, [15/03/2011] - Trefilado, http://es.wikipedia.org/wiki/Trefilado, [15/03/2011] alambre, http://personales.com/mexico/mexico/Documentaciones_Cs/trefilado.html, [15/03/2011] - Trefilado de - Proceso productivo, Grupo Gallardo,

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