Estirado

Práctica del estirado

El proceso de estirado, como norma general, se realiza como una operación de deformación plástica en frío y para secciones redondas. Las principales ventajas del proceso de estirado son:

• Un mayor control de las tolerancias: podemos obtener un IT muy bajo.
• Acabado superficial: podemos obtener un muy buen acabado superficial.
• Propiedades mecánicas: mejora en la resistencia mecánica y la dureza del material resultante. Mayor capacidad de mecanización.

Las operaciones que se realizan en el proceso de estirado son:

1. Decapado. Se limpia, generalmente con ataques químicos y agua a presión, el material para eliminar el óxido que puede formarse en la superficie. Esto es necesario para prevenir daños en la matriz y en la superficie de trabajo.
2. Estirado. Se procede a colocar el material en la máquina para empezar el proceso de estirado. En este proceso es decisivo el uso de lubrificantes para no dañar la superficie del material al pasarlo por la matriz y aplicarle la reducción de sección. En el estirado podemos distinguir, principalmente, dos procesos: estirado de alambres y de tubos. En el estirado de alambres podemos conseguir una reducción del 50 % del espesor en barras menores de 150 mm, utilizando el proceso descrito anteriormente. El estirado de tubos se utiliza para reducir el espesor de la pared de los tubos sin costura, los cuales se han producido por medio de otros procesos, como por ejemplo extrusión. Este proceso podemos realizarlo con ayuda de un mandril.
3. Acabado. Una vez el material estirado pasa por un proceso de enderezamiento y un ligero recocido de eliminación de tensiones, y si el caso lo requiere, algún tratamiento isotérmico para mejorar sus características mecánicas.

Equipo necesario

En general el estirado de barras/tubos se realiza en un banco de estirado, consistente en una mesa de entrada, un bloque de acero que contiene la matriz, la corredera que coge la barra o el tubo para aplicarle la fuerza de estirado y una mesa de salida.

Análisis numérico del proceso de estirado

Deformación longitudinal	Esfuerzo de estirado	Esfuerzo de fluencia promedio	Factor de deformación no homogénea	Fuerza de estirado	Potencia de estirado	Reducción de sección
${\displaystyle \varepsilon }$	${\displaystyle \sigma }$	${\displaystyle {\overline {Y}}_{f}}$	${\displaystyle \phi }$	${\displaystyle F_{est}}$	${\displaystyle P_{est}}$	${\displaystyle r}$

A continuación se expone la formulación matemática necesaria para el cálculo en un proceso de estirado de barras (véase figura) de la fuerza y potencia requerida:

Cálculo de la deformación longitudinal: ${\displaystyle \varepsilon =ln\cdot {\frac {A_{i}}{A_{f}}}}$

donde ${\displaystyle A_{i}}$ es el área inicial del material y ${\displaystyle A_{f}}$ es el área final del material estirado.

Cálculo de la reducción de la sección: ${\displaystyle r={\frac {A_{i}-A_{f}}{A_{i}}}}$

Cálculo del esfuerzo de fluencia promedio: ${\displaystyle {\overline {Y}}_{f}={\frac {K\cdot \varepsilon ^{n}}{1+n}}}$

donde ${\displaystyle K}$ es el coeficiente de resistencia del material en kp/cm² y ${\displaystyle n}$ es el exponente de endurecimiento por acritud.

Por medio de la expresión de Schey podemos cálcular:

Factor de deformación no homogénea:

${\displaystyle \phi =0.88+0.12\cdot {\frac {D}{L_{c}}}}$

donde ${\displaystyle D}$ es la media entre el diámetro inicial y el final del material y ${\displaystyle L_{c}}$ es la longitud de contacto entre el material de entrada y la matriz.

Esfuerzo de estirado: ${\displaystyle \sigma _{est}={\overline {Y}}_{f}\cdot \varepsilon \cdot \left(1+{\frac {\mu }{tg\alpha }}\right)\cdot \phi }$

donde ${\displaystyle \mu }$ es el coeficiente de rozamiento en la interfase material-matriz, y ${\displaystyle \alpha }$ es el ángulo forma la matriz en la entrada del material.

Fuerza de estirado: ${\displaystyle F_{est}=\sigma _{est}\cdot A_{f}}$

Potencia de estirado: ${\displaystyle P_{est}=F_{est}\cdot V_{est}}$

donde ${\displaystyle V_{est}}$ es la velocidad de estirado del material.

Ejemplo

Calcular la fuerza de estirado requerida para reducir el diámetro de una barra de acero de diámetro 8.5 mm a 6.5 mm. Considere el empleo de una hilera de estirado con un ángulo de entrada de 15º y un coeficiente de fricción en la interfase material-hilera de 0.08. Se asume para el acero empleado un coeficiente de resistencia de 5500 kp/cm² y un exponente de endurecimiento por acritud de 0.25.

La fuerza de estirado se calcula como:

${\displaystyle F_{est}=\sigma _{est}\cdot A_{f}}$

donde ${\displaystyle \sigma _{est}={\overline {Y}}_{f}\cdot \varepsilon \cdot \left(1+{\frac {\mu }{tg\alpha }}\right)\cdot \phi }$ y ${\displaystyle A_{f}=\pi \cdot D^{2}/4=\pi \cdot 6.5^{2}/4=33.183mm^{2}}$

Para el cálculo de ${\displaystyle \sigma _{est}}$ se tiene:

${\displaystyle \varepsilon =ln\cdot {\frac {A_{i}}{A_{f}}}=ln\cdot {\frac {(8.5)^{2}/4}{(6.5)^{2}/4}}=0.536}$

${\displaystyle {\overline {Y}}_{f}={\frac {K\cdot \varepsilon ^{n}}{1+n}}={\frac {5500\cdot 0.536^{0.25}}{1.25}}=3765.74kp/cm^{2}=369.42N/mm^{2}}$

${\displaystyle \phi =0.88+0.12\cdot {\frac {D}{L_{c}}}=0.88+0.12\cdot {\frac {7.5}{3.864}}=1.113}$

ya que los valores de ${\displaystyle D}$ y ${\displaystyle L_{c}}$ son:

${\displaystyle D=(8.5+6.5)/2=7.5mm}$

${\displaystyle L_{c}=(8.5-6.5)/(2\cdot sen(15))=3.864mm}$

Por tanto,

${\displaystyle \sigma _{est}={\overline {Y}}_{f}\cdot \varepsilon \cdot \left(1+{\frac {\mu }{tg\alpha }}\right)\cdot \phi =369.42\cdot 0.536\cdot \left(1+{\frac {0.08}{tg15}}\right)\cdot 1.113=286.183N/mm^{2}}$

Finalmente, la fuerza de estirado necesaria para la reducción de la sección de la barra es de: ${\displaystyle F_{est}=\sigma _{est}\cdot A_{f}=286.183\cdot 33.183=9470.8N}$