El trefilado es un proceso de fabricación que utiliza fuerzas de tracción para alargar el metal , el vidrio o el plástico . A medida que se estira (tira) el material, se estira y se vuelve más fino, logrando la forma y el grosor deseados. El trefilado se clasifica en dos tipos: trefilado de chapa y trefilado de alambres , barras y tubos . El trefilado de chapa se define como una deformación plástica sobre un eje curvo. Para el trefilado de alambres, barras y tubos, el material de partida se estira a través de una matriz para reducir su diámetro y aumentar su longitud. El trefilado se realiza normalmente a temperatura ambiente, por lo que se clasifica como un proceso de trabajo en frío ; sin embargo, el trefilado también se puede realizar a temperaturas más altas para trabajar en caliente alambres, varillas o tubos huecos grandes con el fin de reducir las fuerzas. [1] [2]
El trefilado se diferencia del laminado en que la presión no se aplica mediante la acción de giro de un molino, sino que depende de la fuerza aplicada localmente cerca del área de compresión . Esto significa que la fuerza máxima de trefilado está limitada por la resistencia a la tracción del material, un hecho particularmente evidente al trefilar alambres delgados. [3]
El punto de partida del trefilado en frío es un material laminado en caliente de tamaño adecuado.
El éxito del trefilado depende de la fluidez y el estiramiento del material. Los aceros, las aleaciones de cobre y las aleaciones de aluminio son metales que se trefilan habitualmente. [4]
En el embutido de chapa metálica, cuando una matriz forma una forma a partir de una lámina plana de metal (la "pieza bruta"), el material se ve obligado a moverse y adaptarse a la matriz. El flujo de material se controla mediante la presión aplicada a la pieza bruta y la lubricación aplicada a la matriz o a la pieza bruta. Si la forma se mueve con demasiada facilidad, se producirán arrugas en la pieza. Para corregir esto, se aplica más presión o menos lubricación a la pieza bruta para limitar el flujo de material y hacer que el material se estire o se adelgace. Si se aplica demasiada presión, la pieza se adelgazará demasiado y se romperá. Para embutir metal es necesario encontrar el equilibrio correcto entre arrugas y roturas para lograr una pieza exitosa.
El embutido de chapa se convierte en embutido profundo cuando la pieza de trabajo es más larga que su diámetro. Es común que la pieza de trabajo también se procese utilizando otros procesos de conformado, como perforación , planchado , estrangulación , laminado y rebordeado . En el embutido superficial, la profundidad del embutido es menor que la dimensión más pequeña del orificio.
El trefilado de barras, tubos y alambres funciona según el mismo principio: el material de partida se estira a través de una matriz para reducir su diámetro y aumentar su longitud. Por lo general, la matriz se monta en un banco de trefilado . El extremo inicial de la pieza de trabajo se estrecha o se afila para pasar el extremo a través de la matriz. Luego, el extremo se coloca en mordazas que tiran del resto de la pieza de trabajo a través de la matriz. [1]
El trefilado también se puede utilizar para conformar en frío una sección transversal con forma. Las secciones transversales estiradas en frío son más precisas y tienen un mejor acabado superficial que las piezas extruidas en caliente. Se pueden utilizar materiales económicos en lugar de aleaciones costosas para los requisitos de resistencia, debido al endurecimiento por deformación . [5] Las barras o varillas que se estiran no se pueden enrollar; por lo tanto, se utilizan bancos de estirado de tracción recta. Se utilizan transmisiones por cadena para estirar piezas de trabajo de hasta 30 m (98 pies). Los cilindros hidráulicos se utilizan para piezas de trabajo de menor longitud. [1] La reducción de área generalmente se limita a entre el 20% y el 50%, porque reducciones mayores superarían la resistencia a la tracción del material, dependiendo de su ductilidad . Para lograr un cierto tamaño o forma, pueden requerirse múltiples pasadas a través de matrices progresivamente más pequeñas y recocidos intermedios. [6] El trefilado de tubos es muy similar al trefilado de barras, excepto que el material inicial es un tubo. Se utiliza para disminuir el diámetro, mejorar el acabado de la superficie y mejorar la precisión dimensional. Se puede utilizar o no un mandril según el proceso específico utilizado. También se puede insertar un tapón flotante en el diámetro interior del tubo para controlar el espesor de la pared. El trefilado se ha utilizado durante mucho tiempo para producir alambre de metal flexible al pasar el material a través de una serie de matrices de tamaño decreciente. Estas matrices se fabrican a partir de varios materiales, siendo los más comunes el carburo de tungsteno y el diamante .
El proceso de trefilado en frío para barras y alambres de acero es el siguiente:
Se aplican procesos de estirado similares en el soplado de vidrio y en la fabricación de fibra óptica de vidrio . [7]
El trefilado de plástico, a veces denominado trefilado en frío , es el mismo proceso que se utiliza en las barras de metal, aplicado a los plásticos. [8] El trefilado de plástico se utiliza principalmente en la fabricación de fibras plásticas . El proceso fue descubierto por Julian W. Hill en 1930 mientras intentaba fabricar fibras a partir de un poliéster primitivo . [9]
Se lleva a cabo después de que el material se ha "hilado" en filamentos; extruyendo el polímero fundido a través de los poros de una hilera . Durante este proceso, las cadenas de polímero individuales tienden a alinearse un poco debido al flujo viscoso . Estos filamentos todavía tienen una estructura amorfa , por lo que se estiran para alinear aún más las fibras, lo que aumenta la cristalinidad , la resistencia a la tracción y la rigidez . Esto se hace en una máquina de estirado y torsión . [9] [10] Para el nailon , la fibra se estira a cuatro veces su longitud hilada. Los cristales formados durante el estirado se mantienen unidos por enlaces de hidrógeno entre los hidrógenos de amida de una cadena y los oxígenos carbonílicos de otra cadena. [10] La lámina de tereftalato de polietileno (PET) se estira en dos dimensiones para hacer BoPET (tereftalato de polietileno orientado biaxialmente) con propiedades mecánicas mejoradas.