El trefilado es un proceso de fabricación que utiliza fuerzas de tracción para alargar metal , vidrio o plástico . A medida que se estira (tira) el material, se estira y se vuelve más delgado, logrando la forma y el grosor deseados. El trefilado se clasifica en dos tipos: trefilado de chapa y trefilado de alambre , barras y tubos . El embutición de chapa se define como una deformación plástica sobre un eje curvo. Para el trefilado de alambre, barras y tubos, el material inicial se trefila a través de una matriz para reducir su diámetro y aumentar su longitud. El trefilado suele realizarse 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 estirado se diferencia del laminado en que la presión no se aplica mediante la acción giratoria 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 finos. [3]
El punto de partida del estirado en frío es un material laminado en caliente de un tamaño adecuado.
El éxito del dibujo depende del flujo y la extensión del material. Los aceros, las aleaciones de cobre y las aleaciones de aluminio son comúnmente metales trefilados. [4]
En el embutición de chapa metálica, cuando una matriz toma una forma a partir de una hoja plana de metal (el "espacio en blanco"), 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 en bruto y la lubricación aplicada a la matriz o a la pieza en bruto. 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 en bruto 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. Trefilar metal requiere encontrar el equilibrio correcto entre arrugas y roturas para lograr una pieza exitosa.
El embutición de chapa se convierte en embutición profunda cuando la pieza de trabajo es más larga que su diámetro. Es común que la pieza de trabajo también se procese mediante otros procesos de conformado, como perforación , planchado , estrechamiento , laminado y rebordeado . En el dibujo superficial, la profundidad del dibujo es menor que la dimensión más pequeña del agujero.
El trefilado de barras, tubos y alambres funciona según el mismo principio: el material inicial se extrae a través de una matriz para reducir su diámetro y aumentar su longitud. Por lo general, el troquel se monta sobre un banco de dibujo . El extremo inicial de la pieza de trabajo se estrecha o apunta para pasar el extremo a través del troquel. Luego, el extremo se coloca en agarres que tiran del resto de la pieza de trabajo a través del troquel. [1]
El dibujo también se puede utilizar para formar en frío una sección transversal conformada. 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 trabajo . [5] Las barras o varillas trefiladas no pueden enrollarse; por lo tanto, se utilizan bancos de extracción directa. Las transmisiones por cadena se utilizan para arrastrar 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 suele limitarse a entre un 20% y un 50%, porque mayores reducciones superarían la resistencia a la tracción del material, dependiendo de su ductilidad . Para lograr un cierto tamaño o forma, es posible que se requieran 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 dependiendo del 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 metálico flexible estirando el material a través de una serie de troqueles de tamaño decreciente. Estos troqueles se fabrican con diversos materiales, siendo los más comunes el carburo de tungsteno y el diamante .
El proceso de trefilado en frío de barras y alambres de acero es el siguiente:
Se aplican procesos de trefilado similares en el soplado de vidrio y en la fabricación de fibra óptica de vidrio . [7]
El estirado de plástico, a veces denominado estirado en frío , es el mismo proceso que se utiliza en las barras de metal, aplicado a los plásticos. [8] El trefilado 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 uno de los primeros poliésteres . [9]
Se realiza después de que el material ha sido "hilado" en filamentos; extruyendo el polímero fundido a través de los poros de una hilera . Durante este proceso, las cadenas de polímeros individuales tienden a alinearse un poco debido al flujo viscoso . Estos filamentos todavía tienen una estructura amorfa , por lo que se tiran para alinear aún más las fibras, aumentando así la cristalinidad , la resistencia a la tracción y la rigidez . Esto se hace en una máquina tornadora . [9] [10] En el caso del nailon , la fibra se estira hasta cuatro veces su longitud de hilado. Los cristales formados durante el estirado se mantienen unidos mediante enlaces de hidrógeno entre los hidrógenos de amida de una cadena y los oxígenos de carbonilo de otra cadena. [10] La lámina de tereftalato de polietileno (PET) se dibuja en dos dimensiones para fabricar BoPET (tereftalato de polietileno biaxialmente orientado) con propiedades mecánicas mejoradas.