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 matriz de trefilado única o una serie de matrices . Existen muchas aplicaciones para el trefilado, incluidos cableado eléctrico, cables, componentes estructurales cargados de tensión, resortes, clips, radios de ruedas e instrumentos musicales de cuerda. Aunque el proceso es similar, el trefilado se diferencia de la extrusión porque al trefilar el alambre se tira, en lugar de empujarse, a través de la matriz. El trefilado generalmente se realiza a temperatura ambiente, por lo que se clasifica como un proceso de trabajo en frío , pero se puede realizar 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, martillando, limando, enrollando o estampando , para que pase por la matriz; Luego se pasa el cable a través del troquel. A medida que el alambre pasa a través del troquel, su volumen permanece igual, de modo que a medida que disminuye el diámetro, aumenta la longitud. Generalmente el alambre requerirá más de un trefilado, a través de troqueles sucesivamente más pequeños, para alcanzar el tamaño deseado. En esto se basa la escala americana de calibres de cables . Esto se puede hacer a pequeña escala con una placa de extracción 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 del área en alambres pequeños es generalmente de 15 a 25% y en alambres más grandes es de 20 a 45%. [1] La secuencia exacta del troquel para un trabajo en particular es una función de la reducción del área, el tamaño del cable de entrada y el tamaño del cable de salida. A medida que cambia la reducción del área, también cambia la secuencia del dado. [3]
Los alambres muy finos generalmente se trefilan en haces. En un haz, los cables están separados por un metal con propiedades similares, pero con menor resistencia química para que pueda retirarse después del trefilado. [ cita necesaria ] Si la reducción del área es superior al 50%, el proceso puede requerir un paso intermedio de recocido antes de poder volver a dibujarlo.
El trefilado comercial generalmente comienza 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 máquinas trefiladoras de alambre de un solo bloque incluyen medios para mantener las matrices con precisión en su posición 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 que tiene un soporte de pie para sostener la matriz y un tambor vertical que gira y, al enrollar el alambre alrededor de su superficie, lo arrastra a través de la matriz, almacenándose la bobina de alambre sobre otra. tambor o "veloz" que se encuentra detrás de la matriz y desenrolla el alambre tan rápido como sea necesario. El tambor de alambre o "bloque" está provisto de medios para acoplarlo o desacoplarlo rápidamente a su eje vertical, de modo que el movimiento del alambre pueda detenerse o iniciarse instantáneamente. El bloque también es ahusado, de modo que la bobina de alambre se puede deslizar fácilmente hacia arriba cuando esté terminada. Antes de poder unir el cable al bloque, se debe pasar una longitud suficiente a través del troquel; Esto se logra mediante un par de pinzas de agarre en el extremo de una cadena que se enrolla alrededor de un tambor giratorio, tirando así del cable hasta que se pueda enrollar una cantidad suficiente dos o tres veces en el bloque, donde el extremo se asegura con una pequeña abrazadera de tornillo. o vicio. Cuando el alambre está sobre el bloque, se pone en movimiento y el alambre se pasa de manera constante a través de la matriz; Es muy importante que el bloque gire uniformemente y que gire correctamente y tire del cable a una velocidad constante; de lo contrario, se producirá un "arrebato" que debilitará o incluso romperá el cable. Las velocidades a las que se trefila 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 por tener una serie de troqueles a través de los cuales se trefila el alambre de forma continua. Debido al alargamiento y los deslizamientos, la velocidad del alambre cambia después de cada nuevo trefilado sucesivo. Este aumento de velocidad se logra teniendo una velocidad de rotación diferente para cada bloque. Una de estas máquinas puede contener de 3 a 12 troqueles. [2] La operación de pasar el alambre a través de todas las matrices y alrededor de los bloques se denomina "tendido". Los dispositivos de lubricación incluyen una bomba que inunda las matrices y, en muchos casos, también las partes inferiores de los bloques funcionan con 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 producido en una máquina trefiladora continua es el cable telefónico. Se extrae de 20 a 30 veces de varillas laminadas en caliente. [2]
Mientras que las secciones transversales redondas dominan la mayoría de los procesos de dibujo, se dibujan secciones transversales no circulares. Generalmente se trefilan cuando la sección transversal es pequeña y las cantidades son demasiado pequeñas para justificar el laminado . En estos procesos se utiliza una máquina 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 del troquel. Los siguientes son diferentes métodos de lubricación: [1]
Se emplean varios lubricantes, como aceite . Otro método de lubricación consiste en sumergir el alambre en una solución de sulfato de cobre (II) , de modo que se deposita 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 oxidación o para permitir una fácil soldadura . [ cita necesaria ] El mejor ejemplo de alambre recubierto de cobre es el alambre MIG que se utiliza en soldadura. [10]
El efecto de mejora de la resistencia del trefilado puede ser sustancial. Las resistencias más altas disponibles en cualquier acero se han registrado en alambre inoxidable austenítico estirado en frío de pequeño diámetro. [ cita necesaria ]
Las matrices de trefilado suelen estar hechas de acero para herramientas , carburo de tungsteno o diamante , siendo el carburo de tungsteno y el diamante fabricado los más comunes. [2] Para trefilar alambres muy finos se utiliza una matriz de diamante monocristalino. [2] Para el embutición en caliente se utilizan matrices de acero fundido. Para el trefilado de alambre de acero, se utiliza una matriz de carburo de tungsteno. Los troqueles se colocan en una carcasa de acero, que respalda el troquel y permite cambiarlos fácilmente. [2] Los ángulos de los troqueles suelen oscilar entre 6 y 15°, y cada troquel tiene al menos 2 ángulos diferentes: el ángulo de entrada y el ángulo de aproximación. [2]