por Mike McNulty, Editor
Wire & Cable Technology International (WCTI)
A pesar de que el proceso de usar una máquina para tirar de un cable a través de un troquel para reducir su diámetro y aumentar su longitud es muy antiguo, y los fundamentos no han cambiado mucho desde el 19Siglo XX , las máquinas, procesos y herramientas utilizadas para dibujar alambre han cambiado y continuarán cambiando. Tenga en cuenta que estas no son innovaciones de ritmo rápido, sino que evolucionan y mejoran.
En el área de las máquinas de trefilado, tenemos tendencias a largo plazo hacia la tecnología de trefilado multihilo, velocidades más altas, flexibilidad, automatización, sistemas de cambio rápido de troqueles, mayores niveles y rangos de salida, dibujo variable, costos reducidos y lubricación mejorada. En el lado de la matriz de trefilado, una buena parte de las noticias se centran en un mejor servicio, y hemos visto la introducción de servicios de ingeniería complementarios, pruebas gratuitas, programas de gestión de inventario, arrendamiento de troqueles y emparejamiento de troqueles. En el lado tecnológico de las matrices de trefilado, los desarrollos vienen en el área de materiales y fuentes de herramientas, técnicas de fabricación para hacer las herramientas y acabados superficiales. Un ejemplo son las matrices de carburo de tungsteno recubiertas con una capa delgada de partículas de diamante nanocristalinas para mejorar el rendimiento y la vida útil de la matriz.
Un resumen de los desarrollos que hemos observado en los últimos años incluye lo siguiente:
- Modernas líneas de trefilado multihilo para la fabricación de alambres de cobre, aluminio y otros metales no ferrosos.
- Máquina flexible
- Máquina de dibujo compacta para diversas aplicaciones, incluida la investigación y el desarrollo de materiales.
- Trefilado de alambre de acero ultrafino y de alta resistencia
- Capstanes de trefilado accionados individualmente y controlados electrónicamente con deslizamiento minimizado.
- Superficie de alambre final mejorada
- Ajuste de retroceso programado por el usuario con medición y ajuste automáticos.
- Dibujo de alambre de diamante nanocristalino
- Troqueles en blanco hechos de nuevo alto rendimiento
- Entrega mejorada de lubricación al alambre
- Ahorro de material gracias al mantenimiento de tolerancias más estrechas en cuanto a diámetro o conductividad.
- Construcciones de máquinas modulares en todas las gamas de tamaños de máquinas: finas, intermedias, averías.
- Dibujo de materiales especiales incluyendo aluminio, aleaciones, superconductores y bimetales.
- Energía reducida
- Miniaturización: trefilado superfino de muchos tipos de materiales a altos niveles de producción.
Los avances en el proceso de trefilado de alambre, así como el desarrollo de nuevos materiales de alambre, han dado como resultado el deseo de geometrías de troqueles más consistentes y precisas, materiales de mayor duración y conjuntos de troqueles especiales, como troqueles emparejados por alargamiento para su uso en trefilado de múltiples hilos.
En el área de equipos de trabajo de matrices, algunas innovaciones incluyen:
- Pulido y dimensionamiento de ángulo automatizados
- Multiestación, troquel ultrasónico
- Inspección de alta potencia
Además de mantenerse al día sobre los desarrollos, es necesario un sólido conocimiento de los fundamentos del trefilado para la selección, el uso y el mantenimiento exitosos de las máquinas de trefilado y matrices.
Fundamentos del trefilado
El trefilado es un proceso de conformado en frío en estado estacionario en el que una varilla o alambre se tira o se dibuja a través de un solo troquel o una serie de troqueles consecutivos. Cada troquel y los troqueles subsiguientes tienen diámetros que son más pequeños que el del material de entrada, y el área de sección transversal del cable se reduce a medida que pasa a través de cada troquel. Teóricamente, el trefilado es un “proceso sin chip” en el que no se pretende eliminar ningún material. Debido a esto, el volumen del alambre esencialmente sigue siendo el mismo a medida que se dibuja, pero la longitud del cable aumenta, o se alarga, de acuerdo con su nuevo diámetro. En la práctica, se produce cierta generación fina de metal, dependiendo del material que se dibuja y las condiciones de lubricación.
Se dice que el proceso de trefilado de alambre es frío porque no se aplica calor para ayudar en la formación del metal. Durante el dibujo, las propiedades del material de entrada cambian debido al trabajo en frío, y la temperatura aumenta, a menudo dramáticamente, a medida que el cable se estira a diámetros más pequeños.
Para dibujar alambre, necesita una máquina de trefilado, alambre, lubricante y matrices. El proceso puede ser húmedo o seco, que se define por el tipo de lubricación utilizada: productos a base de agua o aceite para el dibujo húmedo y lubricantes secos para el dibujo en seco.
En el proceso de trefilado de alambre, las máquinas utilizadas son dispositivos de troqueles simples, pero más a menudo, múltiples troqueles (tiro múltiple o tándem) que están diseñados para dibujar uno o más cables a la vez. A medida que la varilla o el alambre se tira a través de cada matriz, el diámetro se reduce (reducción de área) y la longitud aumenta (alargamiento).
En las máquinas de trefilado, la extracción del material a estirar se realiza mediante capstanes accionados. En una sola máquina de tiro, solo existe un capstán, y varias máquinas de tiro generalmente tendrán el número de capstanes igual al número de borradores. Los capstanes se pueden organizar en línea (tándem) donde cada capstan es impulsado por un solo eje o en una disposición de tipo cono donde más de un capstan está en el mismo eje. Los parámetros clave en el trefilado son la reducción de área, el alargamiento del alambre y el deslizamiento:
Reducción de superficie, AR, % AR = (A1 – A2)/A1 x 100 AR = (1 – A2/A1) x 100 AR = (1 – (D2/D1)2) x 100
donde, A1 = área de sección transversal de entrada; A2 = área de sección transversal de salida;
D1 = diámetro de entrada; D2 = diámetro de salida
Alargamiento del alambre, E, % E = (L2 – L1)/L1 x 100 E = (L2/L1 – 1) x 100
E = ((D1/D2)2 – 1) x 100
donde, L1 = longitud de entrada; L2 = longitud de salida; D1 = diámetro de entrada; D2 = diámetro de salida La relación entre elongación y reducción de área es: E = 100/(100 – AR) – 100
El % Slip es la diferencia de velocidad entre el cable
y el dibujo capstan, según se indica a continuación:
% deslizamiento, S
S = (Vc – V)/Vc x 100
donde, V = velocidad del cable; Vc = velocidad de capstan
En una máquina de dibujo de tipo deslizamiento de tiro múltiple, el deslizamiento se acumulará en toda la máquina hasta que llegue al captán de dibujo final donde el % de deslizamiento es teóricamente cero. En una máquina de deslizamiento cero, la varilla o el alambre se dibujan a la misma velocidad de cada capstán de estirado. Se pueden hacer otros cálculos útiles e interesantes con respecto a la velocidad y la producción de las máquinas de trefilado. Estos son útiles al hacer planes de capacidad. Al seleccionar los parámetros de su máquina de trefilado, se deben considerar muchos factores, incluido el material del cable de entrada, el número de cables, el diámetro final del cable, la velocidad del cable final, el estilo de operación, las condiciones de lubricación y los requisitos de calidad de la superficie.
En el corazón del proceso de trefilado se encuentra el troquel de trefilado, que es la herramienta que está en contacto directo con el alambre a medida que se procesa. Hay docenas de proveedores de troqueles de trefilado. En mi opinión, las siguientes áreas son importantes para seleccionar un proveedor y obtener troqueles de trefilado: consistencia y calidad de la pieza, servicio, experiencia y know-how, asistencia de diseño, precio y tiempo de entrega.
Las matrices de trefilado deben tener la geometría correcta para la aplicación adecuada si se esperan buenos resultados. El troquel se puede dividir en varias zonas: zona de entrada donde el alambre y el lubricante entran en el troquel, zona de reducción donde el alambre impacta el troquel y comienza a deformarse, la zona de dimensionamiento donde se establece el diámetro del cable y la zona de salida donde el alambre sale del troquel. Se utilizan varios términos para describir las partes de un dado, pero los atributos más importantes son el ángulo del dado, la longitud del rodamiento y el diámetro. Además, las matrices de buen rendimiento deben proporcionar algún tipo de mezcla de una zona a otra para que la superficie del cable no se dañe o se estrese.
El ángulo óptimo de la matriz y la longitud del rodamiento son funciones del material que se dibuja y el área de reducción tomada. Hay muchos buenos documentos técnicos disponibles sobre el tema de la geometría de matrices. Este conocimiento, junto con la experiencia práctica, las pruebas y, posiblemente, el software de simulación lo llevarán en la dirección correcta para obtener una geometría óptima de la matriz.
Los materiales utilizados para las matrices de trefilado incluyen carburo de tungsteno (TC o WC), diamante natural monocristalino (SCND), diamante sintético monocristalino (SCSD) y diamante sintético policristalino (PCD). Para cada material, hay diferentes “grados” disponibles de acuerdo con factores como el tamaño del grano, el nivel de pulido, la densidad, el porcentaje de contenido de diamantes, etc. Cada material y grado tiene sus ventajas y limitaciones, y hay opiniones publicadas sobre el tema.
Muchos factores influyen en la decisión, incluido el material de procesamiento, los requisitos de calidad de la superficie, el diámetro y la forma del producto, las temperaturas, la velocidad, el % de deslizamiento en el dibujo, el costo, etc. Los datos más importantes sobre estos factores probablemente provendrán de la experiencia práctica y la recopilación y el análisis de datos de rendimiento en fábricas individuales. Los desarrollos en materiales han sido en la línea de mayores resistencias de PCD, capacidades de diámetro más amplias en materiales PCD y SCSD, tratamientos superficiales para coeficientes de fricción más bajos, aceros patentados para herramientas de proceso y uso de insertos desechables.
Referencias:
WCTI Spotlight Articles on Wire Drawing from 2020, 2018, 2016, 2014, 2012 y 2010.
Este artículo se puede encontrar en la edición de marzo/abril de 2022 de WCTI.