¿Qué es el trefilado, trefilado y fabricación de tubos?

El trefilado, trefilado y fabricación de tubos es un proceso fundamental en la industria del acero. En este artículo descubriremos en qué consiste exactamente esta técnica y cómo se lleva a cabo. Además, exploraremos los diferentes tipos de tubos que se pueden fabricar mediante este proceso, así como sus aplicaciones en diversos sectores. Si alguna vez te has preguntado cómo se producen los tubos de acero que utilizamos a diario, ¡este artículo te lo revelará todo!

En el trabajo con metales, el trefilado de alambre y tubo es el estiramiento de un material de metal, plástico o incluso vidrio hasta darle la forma deseada en productos continuos como alambres y tubos. Analicemos más detalles sobre este proceso de trabajo de metales en detalle.

Proceso de trefilado

El trefilado es un proceso sencillo. En este proceso, las barras hechas de acero o metales y aleaciones no ferrosos se estiran a través de troqueles cónicos que tienen un agujero en el centro. El ángulo de apertura del cono está entre 8 y 24°. A medida que el material pasa a través del cono, sufre deformación plástica y una reducción gradual de su diámetro. Al mismo tiempo la longitud aumenta proporcionalmente. El proceso se muestra en la siguiente figura.

• Los troqueles tienden a desgastarse rápidamente debido a la fricción continua del metal que pasa a través de ellos.
• Por tanto, están fabricados con materiales muy duros como acero aleado, carburo de tungsteno o incluso diamante.
• En una sola pasada, la reducción de la sección transversal lograda es de alrededor del 25-30%.
• Por lo tanto, en un sistema de trefilado, el alambre debe pasar a través de varias matrices con diámetros cada vez más pequeños para lograr la reducción de diámetro requerida.
• Sin embargo, a medida que el alambre pasa a través de las matrices y sufre deformación plástica, se deforma y se endurece.
• Su resistencia aumenta y su capacidad para sufrir más deformaciones plásticas disminuye.
• Por lo tanto, el alambre debe calentarse (y enfriarse) de vez en cuando durante todo el recorrido para eliminar el efecto del endurecimiento por trabajo.
• Este proceso se llama «recocido en proceso».
• El objetivo es hacer que el material vuelva a ser suave y elástico para que el proceso de dibujo pueda desarrollarse sin problemas.
• Las varillas de metal que se van a formar los cables deben estar limpias.
• Si es necesario, se decapan en un baño ácido para disolver la capa de óxido presente en la superficie.
• Luego, su extremo frontal se estrecha hacia abajo para poder pasar a través del orificio de la matriz, que se sujeta firmemente en la máquina trefiladora.
• El cable se pasa por varios carretes o tambores giratorios accionados mecánicamente.
• Al trefilar alambre, se genera mucho calor debido a la fricción entre el alambrón y la matriz.
• Para reducir la fricción se utiliza jabón seco o un lubricante sintético.
• Sin embargo, a pesar de la fricción reducida, las matrices y los tambores pueden requerir refrigeración por agua.
• El material preferido para las matrices es el carburo de tungsteno, pero para trefilar alambre fino se prefiere el uso de matrices de rubí o diamante.
• Las máquinas trefiladoras pueden disponerse en tándem de modo que el alambre trefilado de la matriz anterior pueda recogerse en cantidad suficiente (en forma de bobina) antes de alimentarse a la siguiente matriz para una mayor reducción del diámetro.
• A medida que el diámetro se hace más pequeño, aumenta la velocidad lineal del trefilado.

La principal variable en el proceso de trefilado es

1. relación de reducción
2. Ángulo de matriz
3. fricción

Un control inadecuado de estos parámetros provoca defectos en el material trefilado. Los defectos incluyen grietas en el centro (como en la extrusión y por las mismas razones) y la formación de rayones longitudinales o arrugas en el material.

Proceso de dibujo de tuberías

El proceso de «tirar» descrito anteriormente también se puede utilizar para estirar tuberías. El trefilado de tuberías no significa la producción de una tubería a partir de materia prima sólida. Se trata de alargar una tubería reduciendo su diámetro. La siguiente figura muestra varias disposiciones de trefilado de tuberías.

• El método que se muestra en la figura (a) anterior es el método más comúnmente utilizado para dibujar tuberías. Se utiliza un banco de trefilado de tubos convencional.
• El método que se muestra en la figura (b) anterior utiliza un mandril flotante.
• El método que se muestra en la figura (c) anterior utiliza una varilla circular larga para controlar el tamaño del orificio de la tubería.
• El método que se muestra en la figura (d) anterior no utiliza un mandril ni una varilla y es difícil controlar el tamaño del orificio.

Proceso de fabricación de tuberías.

Las industrias de todo el mundo necesitan grandes cantidades de tuberías y tubos. Los tubos consisten básicamente en
dos tipos.

• Tuberías sin costura (sin conexión)
• Tuberías con juntas en toda su longitud.

Tuberías sin costura Se fabrican mediante métodos como fundición, extrusión o laminación.

Tuberías con juntas
se fabrican mediante soldadura. Normalmente la unión soldada se realiza mediante un proceso de soldadura por resistencia eléctrica. Estos tubos se denominan tubos ERW.

• El tamaño de una tubería o tubo se indica por el tamaño de su orificio en mm.
• Debido a que la necesidad de tubos es tan grande, se desarrolló un proceso de laminación especial llamado proceso de punzonado rotativo Mannesmann.
• En este proceso, un tocho redondo calentado, cuyo extremo frontal tiene un orificio piloto corto perforado o perforado en el centro, se empuja longitudinalmente entre dos rodillos cónicos grandes, como se muestra en la siguiente figura.

• Los rodillos giran en la misma dirección y sus ejes están inclinados en un ángulo opuesto de aproximadamente 6° con respecto al eje del palo.
• Cuando los rodillos atrapan el palo y lo giran, su inclinación empuja el material hacia adelante.
• La pequeña distancia entre los rodillos obliga al material a deformarse hasta adoptar una forma elíptica.
• Debido a las fuerzas de compresión, las tensiones de tracción secundarias comienzan a actuar en una dirección perpendicular a la dirección de las tensiones de compresión.
• El orificio guía perforado/perforado en el centro del palo se está abriendo.
• Este proceso se apoya en un mandril colocado apropiadamente.
• A medida que el palo avanza y continúa girando, la acción de desgarro se extiende a lo largo de toda la barra.
• El resultado es un tubo sin costura de forma tosca con una sección transversal elíptica.
• Este tubo sin costura de forma tosca se lamina posteriormente en un “laminador de tapones”.
• Se continúan realizando las operaciones finales de “laminado” y “calibración” en los tubos de enfriamiento para mejorar el tamaño y terminar los tubos.

Diploma

Hemos analizado el proceso de trefilado y el trefilado y fabricación de tubos utilizando el diagrama esquemático. También hemos hablado de otros trabajos metálicos como extrusión, laminación, fundición y soldadura. Háganos saber lo que piensa sobre este artículo en la sección de comentarios a continuación.

Proceso de estirado de alambre

El proceso de estirado de alambre es relativamente simple. En este proceso, se toman varillas hechas de acero o metales y aleaciones no ferrosas y se pasan a través de matrices cónicas que tienen un agujero en el centro. El ángulo incluido del cono se mantiene entre 8 y 24°. A medida que el material se pasa a través del cono, experimenta una deformación plástica y gradualmente sufre una reducción en su diámetro. Al mismo tiempo, la longitud se incrementa proporcionalmente. El proceso se ilustra en la siguiente figura.

Las matrices tienden a desgastarse rápidamente debido a la fricción continua del metal al ser estirado a través de ellas. Por lo tanto, están hechas de materiales muy duros como acero aleado, carburo de tungsteno e incluso diamante. En una sola pasada, la reducción en el área de la sección transversal lograda es de aproximadamente 25-30%. Por lo tanto, en una planta de estirado de alambre, el alambre debe pasar a través de varias matrices de diámetro progresivamente reducido para lograr la reducción requerida en el diámetro.

Sin embargo, a medida que el alambre pasa por las matrices y sufre deformación plástica, se endurece. Su resistencia aumenta y su capacidad para sufrir una deformación plástica adicional disminuye. Por lo tanto, durante todo el proceso de estirado del alambre, de vez en cuando, debe ser calentado (y enfriado) para eliminar el efecto del endurecimiento por trabajo. Este proceso se llama «recocido en proceso». El objetivo es hacer que el material vuelva a ser suave y dúctil para que el proceso de estirado se pueda realizar sin problemas.

Las varillas de metal que se van a estirar deben estar limpias. Si es necesario, se limpian en un baño de ácido para eliminar la capa de óxido presente en la superficie. Su extremo delantero se reduce para que pueda pasar a través del orificio en la matriz que se mantiene firmemente en la máquina de estirado de alambre. El alambre se estira usando varios carretes accionados por energía o tambores giratorios. Durante el estirado de alambre, se genera una gran cantidad de calor debido a la fricción entre la varilla de alambre y la matriz. Para reducir la fricción, se utiliza jabón seco o un lubricante sintético. Pero a pesar de reducir la fricción, es posible que las matrices y los tambores deban enfriarse con agua. El material preferido para las matrices es el carburo de tungsteno, pero para el estirado de alambre fino, se prefiere el uso de matrices de rubí o diamante. Las máquinas de estirado se pueden disponer en tándem para que el alambre estirado por la matriz anterior se pueda recolectar (en forma de bobina) en cantidad suficiente antes de ser alimentado a la siguiente matriz para una mayor reducción en el diámetro. A medida que el diámetro se vuelve más pequeño, la velocidad lineal del estirado de alambre se incrementa.

Las principales variables en el proceso de estirado de alambre son:

1. Razón de reducción
2. Ángulo de la matriz
3. Fricción

Un control inadecuado de estos parámetros causará defectos en el material estirado. Los defectos incluyen agrietamiento central (como en la extrusión y por las mismas razones) y la formación de arañazos o pliegues longitudinales en el material.

Proceso de estirado de tubo

El proceso de estirado de tubo se puede utilizar para estirar tubos. El estirado de tubo no significa fabricar un tubo a partir de material en bruto sólido. Significa alargar un tubo reduciendo su diámetro. Se muestran diferentes disposiciones utilizadas para el estirado de tubo en la siguiente figura.

Se emplea comúnmente el método (a). El método (b) utiliza un mandril flotante que se ajusta a la posición correcta debido a su contorno escalonado.

El método mostrado en la figura anterior (a) es el método más comúnmente utilizado para el estirado de tubo. Se utiliza un banco de estirado de tubo convencional. El método mostrado en la figura anterior (b) emplea un mandril flotante. El método mostrado en la figura anterior (c) utiliza una barra circular larga para controlar el tamaño del diámetro interno del tubo. El método mostrado en la figura anterior (d) no utiliza ni mandril ni barra y es difícil controlar el tamaño del diámetro interno.

Proceso de fabricación de tubos

Se requieren tubos en grandes cantidades por industrias de todo el mundo. Básicamente, los tubos son de dos tipos:

1. Tubos sin costuras (sin uniones)
2. Tubos con uniones a lo largo de toda su longitud

Los tubos sin costuras se fabrican mediante procesos como la fundición, extrusión o laminación.

Los tubos con uniones se fabrican mediante soldadura. Por lo general, la unión soldada se realiza mediante un proceso de soldadura por resistencia eléctrica. A dichos tubos se les llama tubos ERW.

El tamaño de un tubo se indica por el diámetro de su agujero en mm. Dado que la demanda de tubos es tan grande, se ha desarrollado un proceso especial de laminado llamado proceso de perforación rotatoria Mannesmann. En este proceso, un lingote redondo calentado con su extremo delantero, en el centro del cual se ha perforado o taladrado un orificio guía corto, se empuja longitudinalmente entre dos rodillos cónicos grandes, como se muestra en la siguiente figura.

Los rodillos giran en la misma dirección y sus ejes están inclinados en ángulos opuestos de aproximadamente 6° con respecto al eje del lingote. A medida que el lingote es atrapado por los rodillos y gira, su inclinación hace que el material se mueva hacia adelante. El pequeño espacio entre los rodillos fuerza al material a deformarse en forma elíptica. Debido a las fuerzas compresivas, comienzan a actuar tensiones de tracción secundarias en una dirección perpendicular a la dirección de las tensiones compresivas. El orificio guía perforado/taladrado en el centro del lingote se abre. Esta acción es asistida por un mandril colocado adecuadamente. A medida que el lingote avanza y sigue girando, la acción de ruptura se propaga a lo largo de toda la longitud del lingote. El resultado es un tubo sin costuras de forma elíptica. Este tubo sin costuras aproximado se lamina aún más en un «molino de laminado de enchufe». Las operaciones finales de «carreteado» y «dimensionamiento» se realizan en los tubos enfriados para mejorar el tamaño y acabado de los tubos.

Conclusión

Hemos discutido el proceso de estirado de alambre y el proceso de estirado y fabricación de tubos con el diagrama esquemático. También hemos discutido otros trabajos de metal como la extrusión, laminación, fundición y soldadura. Dinos lo que piensas sobre este artículo en la sección de comentarios a continuación.