El trefilado es un proceso de trabajo de metales que se utiliza para reducir la sección transversal de un alambre tirando del alambre a través de una o más matrices . El trefilado tiene muchas aplicaciones, entre ellas, cableado eléctrico, cables, componentes estructurales sometidos a tensión, resortes, sujetapapeles, radios para ruedas e instrumentos musicales de cuerda. Aunque el proceso es similar, el trefilado es diferente de la extrusión , porque en el trefilado se tira del alambre, en lugar de empujarlo, a través de la matriz. El trefilado se realiza normalmente a temperatura ambiente, por lo que se clasifica como un proceso de trabajo en frío , pero puede realizarse a temperaturas elevadas para alambres grandes para reducir las fuerzas. [1]
De los metales elementales, el cobre , la plata , el oro y el platino son los más dúctiles e inmunes a muchos de los problemas asociados con el trabajo en frío .
El proceso de trefilado es bastante simple en concepto. El alambre se prepara encogiendo el comienzo del mismo, martilleándolo, limándolo, laminándolo o estampándolo , de modo que encaje a través de la matriz; luego, el alambre se tira a través de la matriz. A medida que el alambre se tira a través de la matriz, su volumen permanece igual, por lo que a medida que el diámetro disminuye, la longitud aumenta. Por lo general, el alambre requerirá más de un estiramiento, a través de matrices sucesivamente más pequeñas, para alcanzar el tamaño deseado. La escala de calibre de alambre estadounidense se basa en esto. Esto se puede hacer a pequeña escala con una placa de estiramiento o a gran escala comercial utilizando maquinaria automatizada. [1] [2] El proceso de trefilado cambia las propiedades del material debido al trabajo en frío.
La reducción de área en cables pequeños es generalmente del 15 al 25 % y en cables más grandes es del 20 al 45 %. [1] La secuencia de troqueles exacta para un trabajo en particular es una función de la reducción de área, el tamaño del cable de entrada y el tamaño del cable de salida. A medida que cambia la reducción de área, también lo hace la secuencia de troqueles. [3]
Los alambres muy finos se suelen trefilar en haces. En un haz, los alambres se separan por un metal con propiedades similares, pero con menor resistencia química, de modo que se pueda retirar después del trefilado. [ cita requerida ] Si la reducción de área es mayor del 50%, el proceso puede requerir un paso intermedio de recocido antes de poder volver a trefilarlo.
El trefilado comercial suele comenzar con una bobina de alambre laminado en caliente de 9 mm (0,35 pulgadas) de diámetro. Primero se trata la superficie para eliminar las escamas. Luego se introduce en una máquina trefiladora que puede tener uno o más bloques en serie.
Las trefiladoras de alambre de un solo bloque incluyen medios para mantener las matrices en posición precisa y para pasar el alambre de manera constante a través de los orificios. El diseño habitual consiste en un banco o mesa de hierro fundido con un soporte en posición vertical para sostener la matriz y un tambor vertical que gira y, al enrollar el alambre alrededor de su superficie, lo tira a través de la matriz; la bobina de alambre se almacena en otro tambor o "devanador" que se encuentra detrás de la matriz y desenrolla el alambre tan rápido como se requiere. El tambor o "bloque" de alambre está provisto de medios para acoplarlo o desacoplarlo rápidamente a su eje vertical, de modo que el movimiento del alambre se pueda detener o iniciar instantáneamente. El bloque también es cónico, de modo que la bobina de alambre se pueda deslizar fácilmente hacia arriba cuando se haya terminado. Antes de poder unir el alambre al bloque, se debe tirar de una longitud suficiente del mismo a través de la matriz; Esto se lleva a cabo mediante un par de pinzas de sujeción en el extremo de una cadena que se enrolla alrededor de un tambor giratorio, de modo que se tira del alambre hasta que se pueda enrollar lo suficiente dos o tres veces en el bloque, donde se asegura el extremo con una pequeña abrazadera de tornillo o tornillo de banco. Cuando el alambre está en el bloque, se pone en movimiento y el alambre se estira de manera constante a través de la matriz; es muy importante que el bloque gire de manera uniforme y que se desplace de manera correcta y tire del alambre a una velocidad constante, de lo contrario se produce un "arranque" que debilitará o incluso romperá el alambre. Las velocidades a las que se estira el alambre varían mucho, según el material y la cantidad de reducción.
Las máquinas con bloques continuos se diferencian de las máquinas de un solo bloque en que tienen una serie de matrices a través de las cuales se estira el alambre de manera continua. Debido al alargamiento y los deslizamientos, la velocidad del alambre cambia después de cada nuevo estirado sucesivo. Esta mayor velocidad se compensa con una velocidad de rotación diferente para cada bloque. Una de estas máquinas puede contener de 3 a 12 matrices. [2] La operación de enhebrar el alambre a través de todas las matrices y alrededor de los bloques se denomina "encordado". Los dispositivos de lubricación incluyen una bomba que inunda las matrices y, en muchos casos, también las partes inferiores de los bloques se llenan de lubricante. [4]
A menudo se requieren recocidos intermedios para contrarrestar los efectos del trabajo en frío y permitir un mayor estirado. También se puede utilizar un recocido final en el producto terminado para maximizar la ductilidad y la conductividad eléctrica . [5]
Un ejemplo de producto elaborado en una trefiladora de alambre continuo es el cable telefónico, que se trefila entre 20 y 30 veces a partir de varillas laminadas en caliente. [2]
Si bien las secciones transversales redondas dominan la mayoría de los procesos de trefilado, también se trefilan secciones transversales no circulares. Por lo general, se trefilan cuando la sección transversal es pequeña y las cantidades son demasiado bajas para justificar el laminado . En estos procesos, se utilizan máquinas de bloques o de cabeza de turco. [6]
La lubricación en el proceso de embutición es esencial para mantener un buen acabado superficial y una larga vida útil de la matriz. A continuación se indican diferentes métodos de lubricación: [1]
Se emplean diversos lubricantes, como el aceite . Otro método de lubricación es sumergir el alambre en una solución de sulfato de cobre (II) , de modo que se deposite una película de cobre que forma una especie de lubricante. En algunas clases de alambre, el cobre se deja después del trefilado final para que sirva como preventivo de la oxidación o para permitir una soldadura fácil . [ cita requerida ] El mejor ejemplo de alambre recubierto de cobre es el alambre MIG utilizado en soldadura. [10]
El efecto de mejora de la resistencia del trefilado puede ser sustancial. Las mayores resistencias disponibles en cualquier acero se han registrado en alambre inoxidable austenítico trefilado en frío de diámetro pequeño. [ cita requerida ]
Las matrices de trefilado suelen estar hechas de acero para herramientas , carburo de tungsteno o diamante , siendo el carburo de tungsteno y el diamante manufacturado los más comunes. [2] Para trefilar alambre muy fino se utiliza una matriz de diamante monocristalino. [2] Para trefilado en caliente, se utilizan matrices de acero fundido. Para trefilado de alambre de acero, se utiliza una matriz de carburo de tungsteno. Las matrices se colocan en una carcasa de acero, que respalda la matriz y permite cambios de matriz fáciles. [2] Los ángulos de matriz suelen oscilar entre 6 y 15°, y cada matriz tiene al menos 2 ángulos diferentes: el ángulo de entrada y el ángulo de aproximación. [2]