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Modelado de Procesos de Manufactura

Estirado de Alambre y TuboLos procesos de estirado estn comprendidos dentro de los de compresin indirecta, ya que aunque la carga aplicada para la deformacin es de traccin, sta provoca esfuerzos de compresin, que son en s los responsables de la deformacin.

En alguna poca entre los siglos VI y X, los venecianos produjeron alambre de materiales suaves al obligar a la materia prima a pasar por orificios de dimetro menor al de ella; dicha operacin se efectuaba a mano, por lo que su aplicacin fue limitada. Se continu la produccin de "alambre" por el mtodo tradicional en la poca, que era mediante el corte de cintas angostas a partir de hojas previamente martilladas.

ESTIRADO DE ALAMBRE. La secuencia de fabricacin es:

Laminado en caliente

Decapado

Estirado del alambre (Alambrn) o tubo (se aplican recocidos intermedios de ser necesario).

En este mtodo la seccin del material se reduce, jalndola a travs de un dado (fig. 8.1), producido generalmente de carburo de tungsteno. El material es ahusado en un extremo de tal manera que pueda pasar a travs del orificio del dado, para as sujetarlo (fig. 8.2) con una mordaza y proceder a la operacin.

Dr. Armando Ortiz Prado

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Figura 8.1. Dado de Estirado

Al equipo utilizado se le conoce como banco de estirado. La operacin puede ser intermitente, esto es, que cuando se termina la reduccin de todo el rollo de material, se pasa ste a la siguiente etapa; lo ms usual es trabajar en serie o cascada, que es cuando el material pasa a travs de varios dados de manera secuencial (figura 8.2).

Fig. 8.2 a) Banco de Estirado Accionado por Varios Motores b) Banco de Estirado en el cual Varios de los Pasos de Reduccin son Accionados por un Solo Motor

Para lograr lo anterior, la velocidad de los tambores se deber incrementar de acuerdo con la reduccin sufrida por el material, lo cual se logra de las siguientes maneras:

Dr. Armando Ortiz Prado

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Cada tambor de enrollado est accionado por un motor de CD, con un control de velocidad que permitir ajustarla de acuerdo con la sincrona que se requiera. Dicho procedimiento es costoso, tanto en el caso de que se empleen motores de CD o de CA con variador de frecuencia, por tal motivo y con la finalidad de superar esta desventaja se emplean mquinas accionadas por un solo motor. Se tiene una serie de escalonamientos, cuyos dimetros estn determinados por la velocidad perifrica necesaria, la que a su vez se determina por la reduccin efectuada.

En la prctica es casi imposible lograr la relacin precisa del dimetro del escalonamiento con la reduccin. Esto provocar entonces deslizamiento del material sobre el tambor y por lo tanto friccin, dando como resultado el calentamiento del material. Es conveniente entonces que los conos se encuentren inmersos en un bao de aceite. Independiente de dicho fenmeno, se genera una gran cantidad de calor al fluir el material a travs del dado, y al ser la carga de estirado, funcin del coeficiente de friccin; es conveniente entonces emplear recubrimientos para disminuir el rozamiento, y mejorar a la vez el acabado superficial del producto, en este caso se denomina al proceso como trefilado en seco. En otros casos el dado se encontrar inmerso en el lubricante, y el proceso se conoce como estirado en hmedo.

Para producir barras (dimetro mayor de 6 mm), se utilizan mesas o camas de estirar que pueden tener hasta ms de 30 m de carrera; en este caso son posibles velocidades comprendidas entre los 10 y 30 m/min. Dichos equipos llegan a tener una capacidad an mayor a las 130 toneladas de carga.

Las mquinas de dados mltiples trabajan a velocidades mayores que las indicadas en el caso de estirado de barras, pueden ser de hasta 600 m/min en el caso de estirado de alambre de acero y de 2000 m/min para no ferrosos.

DADO DE ESTIRADO. En el proceso de estirado el elemento fundamental es el dado. Consta de dos partes: el dado o boquilla de estirado, que se produce de carburo deDr. Armando Ortiz Prado

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tungsteno para dados grandes o de diamante para pequeos dimetros; y la cubierta o soporte, que se produce de acero y en el caso de dados pequeos tambin se puede fabricar de bronce. La seccin transversal del dado se mostr en la figura 8.1.

Las partes en que se puede dividir la seccin del dado son:

Campana o entrada del dado. Se disea de tal forma que el material arrastre lubricante con l. Su forma propicia que la presin hidrosttica se incremente, permitiendo as el flujo del lubricante.

Cono o zona de aproximacin. Su ngulo es determinante en la carga requerida para el proceso y ser definido de acuerdo con las caractersticas del material. En esta zona el metal choca contra su superficie y al ser arrastrado hacia la salida reduce su seccin transversal.

Zona de deslizamiento o de ajuste de las dimensiones. En sta zona el dimetro permanece constante y en realidad no hay reduccin, pero s produce una carga apreciable debida a la friccin. Su principal funcin es la de permitir reajustes del dado, ya que ste sufre un apreciable desgaste; si la longitud de la zona fuera cero no se podra recalibrar el dado, ya que al hacerlo se perderan las dimensiones. Por tanto la vida til del dado est en funcin de la extensin de esta zona, por otra parte si fuese demasiado extensa podra provocar la fractura del material por exceso de carga. En la prctica su longitud es de aproximadamente 2/3 del dimetro del dado.

Salida. Su conicidad permite la recuperacin elstica del material, asimismo reduce la posibilidad de desgaste cuando el dado est mal alineado.

El ngulo del dado, de acuerdo con lo que se indica en el inciso (c), es determinante en la carga requerida. El ptimo ser aquel que minimice la energa necesaria para la deformacin, la cual est determinada por tres componentes:Dr. Armando Ortiz Prado

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a) Trabajo de deformacin. Est definido por la deformacin inherente al proceso.

b) Carga de friccin. Depende del rea de contacto y por tanto de la conicidad del dado. Un ngulo de entrada ms pequeo significa un rea de contacto mayor, considerando una reduccin de referencia.

c) Trabajo redundante. Es la energa extra necesaria para doblar primero en una direccin determinada las fibras del material y despus regresarlas a la direccin de flujo. Es evidente que este trmino ser mayor cuando el ngulo del dado se incremente.

Figura 8.3 Efecto del ngulo del Dado sobre la Carga de Estirado

El ngulo ptimo puede ser determinado a travs de un anlisis del lmite superior. En general se considera que a mayor resistencia del material, ms pequeo es el ngulo ptimo.

Dr. Armando Ortiz Prado

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Metal Aluminio Cobre Acero

ngulo Optimo 24 12 6

DEFECTOS DEL MATERIAL. Las fallas del producto pueden atribuirse bsicamente a lo siguiente: a) Defectos del material de partida, como podran ser grietas o fracturas. b) Limpieza inadecuada. El material est todava recubierto con escamas de xido que producen desgaste excesivo del dado y ralladuras sobre la pieza. c) Mal acabado del dado. Produce rayas longitudinales en el producto.

La fractura del material es un caso extremo, en el que la carga de estirado supera la resistencia a la traccin del material. Para una reduccin y conicidad fijas, esta posibilidad se incrementa con la friccin.

ANLISIS DEL PROCESO DE ESTIRADO. El estirado de alambre, desde el punto de vista de su anlisis, es uno de los procesos de conformado mecnico ms simples. El mtodo de anlisis se puede ir variando de acuerdo con la complejidad y exactitud que se pretenda.

Presin de estirado considerando nicamente el trabajo de deformacin:

e = y l n

Ao Af

(8.1)1

Este trmino no toma en cuenta ni la friccin ni tampoco el trabajo redundante.Dr. Armando Ortiz Prado

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Mediante el mtodo del planchn, esto es con base en el principio de conservacin de la cantidad de movimiento se puede determinar la carga requerida para el estirado de una barra de seccin circular (figura 8.4):

Figura 8.4 Esfuerzos Generadores Durante el Estirado

De dicho anlisis se llega a:B 1+ B A f 1 - e=o B Ao

(8.2)

Considerando un material de seccin circular (alambre o barra)2B 1+ B D f e = o 1 - B Do

(8.3)

A partir de un anlisis similar, J.G. Wistreich propuso:

e = ol n

Ao (1+ B) Af

(8.4)

En las ecuaciones anteriores no se tom en cuenta para su deduccin el trabajo redundante, ste puede ser considerado a travs de un factor f, de acuerdo con:

= f( ,r) =Donde:Dr. Armando Ortiz Prado

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- factor de trabajo redundante - deformacin redundante o excedente que corresponde al esfuerzo de cedencia del metal que ha sido homogneamente deformado. Este factor se obtiene de la grfica esfuerzo-deformacin. Para esto se sobrepone

la grfica del material que ha sido estirado a la del material recocido (figura 8.6). Sobre sta se determina la deformacin homognea producida por el esfuerzo de cedencia que presenta el material estirado.

Un mtodo alternativo para lo anterior consiste en un anlisis a travs del mtodo del lmite superior:

o 2f( )l n e =

2 R L Ro + cot + 2 cot 1 - l n o 3 sen2 R f R f Rf L 1+ 2 Rf

(8.5)

Donde: f( ) - funcin del ngulo de entrada L - Longitud de contacto del dado Ro - Radio del material de part