Universidad Nacional Experimental PolitcnicaAntonio Jos de SucreVicerrectorado Puerto OrdazDepartamento de Ingeniera Mecnica

Trefilado

Profesor: Integrantes:Frank DazGerman AguilarDaniel Montao Ronegdy Suarez Doris Gmez Jess Lobo

Puerto Ordaz, Febrero/2016

Introduccin al trefiladoDesde siempre el hombre ha querido mejorar su calidad de vida, para esto se encuentra en una permanente bsqueda de nuevas ideas para mejorar los distintos procesos ya existentes o para crear otros nuevos.En este trabajo se pretende presentar uno de los procesos que en cierta forma a colaborado a la mejora en calidad de vida del hombre EL TREFILADOGracias a este proceso, que es la forma de la metalurgia en que se estira en frio el alambrn para reducir su dimetro se logra fabricar el alambre y todos sus derivados. El proceso de trefilado en su forma ms esencial se define como la reduccin del rea transversal a travs de un dado aplicando una fuerza de tensin en el extremo del alambre. Este proceso de manufactura tiene como objetivo obtener un producto con las siguientes caractersticas:1. Propiedades mecnicas (resistencia a la tensin, torsiones, dobleces, etc.)2. Tratamiento trmico (patentado en plomo normalizado y recocido) 3. Composicin qumica 4. Dimensiones geomtricas (dimetro y sus tolerancias)5. Acabado superficial (galvanizado, tropicalizado, fosfatizado, etc.)MATERIA PRIMA PARA EL PROCESO DE TREFILADO:Alambrn: es una barra de acero producida por laminacin en caliente de forma circular y con dimetros que varan entre 5.50 y 14.00 mm. Llega a la planta para ser procesada en rollos de 1000 a 2000 kg, y presenta diferente calidades de resistencia y composicin. Los rollos de alambrn son almacenados, para posteriormente ser sometidos a un proceso de limpieza el cual permite eliminar los xidos e impurezas de la superficie, favoreciendo con esto la adherencia de algunos revestimientos posteriores.

Antecedentes Durante el siglo pasado, paralelamente al desarrollo de nuevos productos, el aumento de las velocidades de los procesos y a los mayores requerimientos de calidad, el trefilado ha ido pasando progresivamente de ser un arte, marcado por el secreto industrial, para empezar a convertirse en una autntica ciencia. Los estudios realizados han permitido la mejora y el control de diferentes parmetros del proceso. En particular, han sido los numerosos esfuerzos destinados al conocimiento del flujo del material en su paso por la matriz, as como los dedicados a evitar la rotura de los alambres durante la fabricacin y optimizar la geometra de las hileras. Variables como la fuerza de trefilado, la lubricacin y la temperatura han cerrado la atencin de los investigadores. El trefilado es una de las ms antiguas tcnicas de conformado de metales. Aunque lo que se conoce como ciencia del trefilado solo tiene 100 aos de vida, los alambres de una u otra forma ya existan hace 200 aos aproximadamente.

Proceso bsico de trefilacion de alambresEl trefilado es uno de los procesos de deformacin de metales ms comunes. Este consiste en reducir de forma simtrica la seccin de una barra, traccionandola a travs de un dado cnico o tambin denominado matriz. Este procedimiento puede ser utilizado en varios materiales para generar variadas formas finales no necesariamente circulares. Este proceso se realiza en frio y es posible trefilar tanto barras huecas como barras rellenas.En tubos se puede realizar el trefilado de 4 maneras: sin herramientas, con pepa fija, con pepa flotante o bien con mandril. Para el ltimo mtodo no es posible asegurar un espesor preciso en el tubo de trefilado.

CAMBIOS EN LAS PROPIEDADES DEL MATERIALCAMBIOS MICROESTRUCTURALES: luego del proceso de trefilado, se producen los siguientes cambios: Las lminas de ferrita y cementita se encuentran fuertemente orientadas en la direccin longitudinal del alambre El espacio interlaminar se ha reducido Se desarrolla en la ferrita una textura cclica muy acusada. En la cementita la textura es menos marcada.CAMBIOS EN LAS PROPIEDADES MECANICAS: los alambres sufren endurecimiento por deformacin y tienen alta resistencia, manteniendo ductilidad y tenacidad suficientes, lo que les permite tener mltiples aplicaciones en ingeniera.Este comportamiento juega un papel decisivo en el espaciado interlaminar, este espaciado controla el lmite elstico, ya que favorece el bloqueo de las dislocaciones en la interface ferrita-cementita, a la vez que se incrementa la anisotropa plstica inducida por la alineacin micro estructural del material.

Operaciones previas y preparacin del trefilado PATENTADO: se trata del tratamiento trmico utilizado para eliminar las tensiones residuales inducidas en la laminacin y para obtener una estructura uniforme de perlita con colonias lo ms finas posibles. Consiste en austenizar el material, a una temperatura cerca de los 9000c, evitando la descarburacin y la oxidacin excesiva, enfriando luego a la velocidad suficiente como para obtener una fina estructura perlitica. PATENTADO (decapado): para prevenir el dao en la superficie de la pieza o en la matriz durante el trefilado, se realiza una preparacin superficial. en primer lugar se debe limpiar la pieza de contaminantes y a continuacin se le recubre de fosfatos.

PUNTEADO: consiste en preparar una pequea longitud de un extremo del alambrn hasta dejarlo con unas dimensiones menores que la matriz, este extremo preparado, llamado punta est listo para pasar por la hilera. PROCESO DE TREFILADO: en el proceso se hace pasar la punta ya preparada a travs de la hilera y se une a un tambor cilndrico que al girar lo ira enrollando. En las maquinas secas, la matriz es colada en un adaptador dentro de una caja. Esta caja contiene grasa y otros lubricantes a travs de los cuales debe pasar el alambre antes de llegar a la matriz. En este proceso, se obliga al material a pasar a travs de varias matrices colocadas en serie. Finalmente, se suele pasar el material a travs de una enderezadora por flexion rotativa, lo que produce una homogenizacin de las tensiones residuales internas y superficiales del material.

TRATAMIENTOS POSTERIORES AL TREFILADO1. Recocido: tratamiento trmico aplicado para no perder las propiedades ganadas en el proceso de deformacin plstica sufrido.2. Estabilizado: consiste en calentar el alambre a cerca de los 400oc manteniendo aplicada una carga de traccin aproximadamente igual a la mitad de la de rotura. El mantenimiento a esta temperatura es corto, y el enfriado lento. Este tratamiento termo mecnico tiene como objeto disminuir las perdidas por relajacin en el material, pero adems, origina una pequea deformacin plstica produciendo una redistribucin y homogenizacin de las tensiones residuales.3. Envejecido: casi similar al estabilizado, difiriendo en que no se aplica tensin al alambre durante el tratamiento. Este tratamiento produce una relajacin de las tensiones residuales.

CLASIFICACION DE TREFILADOTREFILADO EN SECO: en este proceso se utiliza con lubricante jabn seco en polvo con alta presin, logrando con esto una rpida deformacin logrando tambin una mayor reduccin por paso. En este trefilado el alambre nunca entra en contacto con el agua ya que lo podra deformar y adems no se podra conseguir dimetros pequeos. Debido a la mayor disminucin de seccin por paso se logra un rpido aumento a la resistencia a la traccin, pero tambin la ductilidad final no ser mejor. TREFILADO EN HUMEDO: se realiza con lubricantes lquidos en reemplazo del jabn seco. As se disminuye la presin del lubricante, de modo que obtenga una reduccin por paso gradual permitiendo con esto una buena ductilidad y calidad superficial final del alambre. En este proceso el alambre se encuentre siempre en contacto con el lubricante que puede ser aceite en reemplazo del jabn seco, el aceite presta ductilidad por un periodo de un ao mientras que el jabn seco debe cambiado cada 8 horas.

LUBRICACION Y ENFRIAMIENTO EN EL TREFILADOEl enfriamiento durante la trefilacion a una temperatura elevada durante el proceso genera descomposicin de la capacidad lubricante y una disminucin de la ductilidad. Este se realiza con agua fluyendo. La lubricacin tiene su influencia sobre todo en la energa de friccin. Una pelcula de lubricante evita el contacto seco entre el metal e hilera logrando con esto menos friccin y por tanto mejor calidad del alambre.RECUBRIMIENTOS: despus del decapado se recubre el alambre para neutralizar cidos residuales del proceso de decapado, y para proteger de la corrosin. La pelcula de lubricante sirve de arrastrado de jabn durante la trefilacion.TIPOS DE RECUBRIMIENTOS CAL: recubrimiento luminoso con una adhesin inferior, sus residuos no son problemticos despus del tratamiento trmico. BORAX: recubrimiento muy fino, con una fuerte adhesin, ayuda a la trefilacion, se disuelve en agua caliente. BONDERITA: recubrimiento muy fino solo utilizado para productos difciles y permite velocidades elevadas de trefilacion.

JABON DE TREFILADOEst compuesto por cidos grasos, estos ligados a un metal (Ca, Na, Zn), estos componentes producen el jabn de trefilado, pero adems algunos aditivos y rellenos determinan sus propiedades.

LUBRICANTE PARA TREFILACION EN HUMEDO Emulsin de jabn: es una emulsin simple en agua con alto contenido de Ca para alambres que no se dejan trefilar con facilidad. Aceite lleno: utilizada para alambres brillantes, difcilmente trefilables, cuenta con una resistencia de presin elevada, presenta problemas al tratar trmicamente y descomposicin de residuos. Emulsin de aceites: cuenta con una descomposicin lenta por un paso de entrada seco, se obtiene una buena lubricacin inicial

EQUIPO NECESARIO PARA TREFILACION

DADOS DE TREFILACION (HERRAMIENTA PRINCIPAL) El desempeo de la operacin de trefilado depende en extremo de la geometra del dado. El diseo puede ser un tema complejo considerando los diversos aspectos de detalles geomtricos y diferencias en condiciones de operacin. GEOMATRIA DEL DADO ANGULO DE CAMPANA: sirve para guiar el alambre a la entrada del dado ANGULO DE ENTRDA: sirve para dirigir el flujo de lubricante dentro del dado compactndose con la superficie del alambre durante el trefilado. CHUMACERA: tiene la finalidad de controlar el dimetro del alambre. la longitud de la chumacera debe ser entre el 25% al 50% de su dimetro, para evitar el desgaste prematuro del dado. ANGULO DE TRABAJO: es donde se inicia la reduccin de rea y se compacta el lubricante en la superficie del alambre. Esta superficie debe ser pulida para obtener un buen acabado superficial en el alambre. ANGULO DE ALIVIO: est diseado para dar fortaleza a la salida del dado y evitar fracturas en la pastilla de carburo de tungsteno.

PARTES DEL DADO1. NUCLEO: normalmente se utilizan dos tipos de materiales para fabricar los ncleos: tungsteno y diamante Carburo de tungsteno: material ms usado, duro y resistente al desgaste, resistente al calor, por su longitud produce una mejor lubricacin que el diamante Diamante: mejor para alambres finos, debido a que a altas velocidades el material anterior se desgasta rpidamente en comparacin al diamante. Permite un excelente acabado superficialncleo de tungstenoNcleo de diamante2. Encajadura: tiene la funcin de transferir calor y la proteccin del nucleo

PARAMETROS QUE CONTROLAN EL TREFILADO La carga del trefilado: Es la fuerza con la que se tira del alambre para hacerlo pasar a travs de la hilera. Es un parmetro bsico del trefilado que tiene una estrecha relacin con el porcentaje de reduccin de seccin del material. En la prctica, la reduccin de rea 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 est analizando un problema de trefilado, ni las caractersticas geomtricas de ste, siempre la carga necesaria para llevar a cabo la operacin estar asociada a tres grandes componentes energticos: la energa interna de deformacin, la energa redundante de deformacin y la energa necesaria para superar el roce que existe entre el material trefilado y el dado. Angulo ptimo: se define como el valor del Angulo que hay entre el dado y el material de entrada tal que la fuerza de trefilado sea mnima.

Parmetros geomtricos

: dimetro de entrada del material : dimetro de salida del material del trefilado

: fuerza de trefilado

: velocidad del material

t: tensin de trefilado

: semi-ngulo de trabajo : semi-ngulo de entrada : semi ngulo de salida : paso recto o largo del cilindro de calibracin : dimetro del cilindro de calibracin

Material de la matriz:La seleccin del material depende del tamao, composicin, forma, tolerancia, entre otros factores. Las matrices utilizadas para el trefilado estn sujetas a severos esfuerzos de abrasin. Los materiales ms frecuentemente usados son carburos de wolframio y diamantes. Friccin en el proceso de trefilado: est representada con una constante que depende del material en contacto con el dado Lubricacin:Es esencial en el proceso para dar menor coeficiente de rozamiento y mnimo de recubrimiento. Es importante que el calor generado sea extrado, especialmente cuando el trefilado sea a gran velocidad, debido a que el lubricante puede fallar y el alambre pierde propiedades necesarias.Tipos de lubricacin1. Lubricacin hidrodinmica: cuando el lubricante entra en la hilera, la presin y temperatura transforman al lubricante en una pelcula plstica que facilita el deslizamiento del alambre.

2. Lubricacin en la interface: este reacciona con la superficie del alambre ocasionando que la interface del material sea menos dura que la hilera o el alambre, as la superficie reaccionada se deforma ms fcilmente y protege ambas superficies.

Calor generado: la deformacin plstica y el rozamiento generan una importante cantidad de calor y solo una parte es eliminado por la refrigeracin. El aumento de temperatura puede conducir a disminuir la lubricacin, adems de provocar una pobre calidad superficial del alambre y cambios metalrgicos en la superficie. Velocidad de trefilacion: este parmetro considerado se debe a que la velocidad de paso del alambre dentro de la maquina ira aumentando al ir reducindose la seccin transversal del material.

DEFECTOS EN EL PROCESO DE TREFILADO1. DEFECTOS EN EL ALAMBRON Grietas: son discontinuidades en el material que penetran el alambrn verticalmente o angularmente respecto a la superficie.

Incrustaciones: se producen cuando materiales externos de diferente tipo y tamao se incrustan en el alambrn al ser laminados Ralladuras: pequeas depresiones en la superficie del alambrn que siempre corren longitudinalmente. La forma y tamao de la ralladura vara considerablemente acorde a la fuente del defecto, desde depresiones diminutas y agudas casi como grietas hasta grandes surcos con bordes traslapados o proyectados.

Traslapes: son discontinuidades en el material que generalmente corre a cierto ngulo de la superficie del alambrn, son largas y de forma uniforme, casi siempre corren longitudinalmente al alambrn y pueden presentarse ms de uno repartidos en la superficie del alambrn.

Marcas de rodillos: son elevaciones o depresiones que se presentan de forma peridica sobre el alambrn y varan grandemente en forma y tamao, son originados en los rodillos de laminacin.

Escamas: se observan a simple vista como laminas adheridas a la superficie o exfoliaciones, que pueden ser aisladas o alineadas siguiendo una directriz, suceden durante la laminacin.

Pliegues: se aprecian a simple vista como un solape en la superficie del alambrn o barra, en la direccin del laminado, que puede ser continuo o no. Se forma durante la laminacion del material.

Segregaciones: se refiere a la distribucin irregular de los elementos de los elementos de aleacin.

2. DEFECTOS CON DADOS DE TREFILADO AGRIETAMIENTO CENTRAL: es un fenmeno frecuente y es causado por: una deformacin desigual, un ngulo ptimo demasiado grande, incremento de cantidad de impurezas o reducciones pequeas.

Deformacin no cntrica: ocurre si el alambre no entra al dado de forma perfectamente cntrica respecto al eje axial del alambre. Produce deformaciones desiguales, calentamiento, produciendo: alambre brillante de un lado, formacin de margencita (aceros de alto carbono), ovalidad en el alambre, grietas en el alambre, desigualdad de ductilidad.

ANALISIS DEL TREFILADOBajo consideraciones de trabajo ideales (sin friccin ni trabajo redundante en el estirado)Deformacin real: = ln(A0/Af) siendo el A0 y Af las reas de seccin transversal del material de trabajo. El esfuerzo que resulta de esta deformacin ideal esta dado como: = (Yprom )f* = (Yprom )f* ln(A0/Af) , Siendo (Yprom )f el esfuerzo de fluencia promedio del material.Debido a que la friccin est presente en el estirado y aunque el material de trabajo experimenta deformacin no homognea, el verdadero esfuerzo es ms grande que el proporcionado por las ecuaciones antes nombradas, debido a que tambin se omiten varios parmetros como el ngulo del dado y la friccin en la interface trabajo-dado. Una relacin ms exacta sugerida por Schey es:()d= (Yprom )f*(1+/tan)** ln(A0/Af) Siendo ()d: esfuerzo de estirado; =coeficiente de friccin dado-trabajo; =ngulo del dado respecto del material de trabajo a la entrada, y un factor que se usa para deformacin no homognea, el cual para una seccin transversal circular es:=0.88+0.12*D/Lc Donde D es el dimetro promedio durante el estirado y Lc es la longitud de contacto del trabajo con el dado de estirado.D=(D0+Df)/2 Lc=(D0-Df)/(2sen)La fuerza requerida para realizar la trefilacion es entonces:F=Af*()d= Af*(Yprom )f*(1+/tan)** ln(A0/Af)Y la potencia requerida ser: P=F*V, siendo V la velocidad de salida del trabajo.

BIBLIOGRAFIA Fundamentos de manufactura moderna, MIKELL P. GROOVER