Principios de dibujo en frío

Figura 1: El dibujo de varillas utiliza un troquel para determinar el diámetro exterior del tubo y una varilla para determinar la identificación del tubo.

Dibujar un tubo de un tamaño a otro suena simple. El proceso tiene dos pasos principales: aplastar un extremo (también conocido como apuntar el tubo) y luego dibujarlo a través de un troquel que tenga la identificación correcta. Cuando el proceso termina, el diámetro exterior del tubo coincide con la identificación del dado.

En realidad, es mucho más complicado que eso. Un sorteo exitoso es el producto de cinco pasos distintos:

1. Adquirir la materia prima
2. Prepararla para dibujar
3. Dibujar
4. Enderezar
5. Acabado e inspección final

La tubería para volver a dibujar puede soldarse o sin costura. El proceso de nuevo trazado para cada uno es esencialmente el mismo; por lo tanto, los procesos descritos en este artículo se aplican a ambos.

La tubería soldada se produce a partir de una tira enrollada, cortada y enrollada. Después de que la bobina se entrega a la planta de producción de tubos, se desenrolla y se introduce en un molino que la forma en forma tubular y la costura resultante se suelda. Los aceros de carbono y baja aleación generalmente son soldados por resistencia eléctrica (ERW), mientras que los aceros inoxidables son soldados por arco de tungsteno de gas (GTAW).

Los tubos sin soldadura pueden provenir de tubos perforados (acero al carbono o de baja aleación) o extrusiones (acero inoxidable, aceros de alta aleación y aleaciones a base de níquel). Pueden ser procesados por pilgering o reducción. Otra materia prima es una barra perforada, que generalmente se utiliza para aleaciones o tolerancias especiales.

Si bien el equipo y los procedimientos que se discuten aquí pueden ser aplicables a la mayoría de las aleaciones, están dirigidos principalmente a acero al carbono y de baja aleación, acero inoxidable y aleaciones a base de níquel. El cobre y el aluminio generalmente se producen mediante procesos de alto volumen, mientras que las aleaciones de titanio y circonio se adaptan mejor a procesos especializados de bajo volumen, como el pilgering y el laminado de tubos.

Adquisición

El dibujo comienza con la adquisición de la materia prima. La orden de compra debe especificar la química y las dimensiones del material, incluidas las tolerancias: tamaño, grosor de pared, concentricidad y rectitud. En la mayoría de los casos, las propiedades recocidas se especifican para obtener la máxima suavidad. Estos requisitos pueden incluirse en una especificación patentada o en un código o especificación ASTM, AMS o MIL.

Apuntando

El siguiente paso es apuntar, que es el proceso de disminuir el diámetro de varias pulgadas de material en el extremo del tubo para que pueda ingresar al troquel de dibujo. Los tres métodos más comunes para apuntar son empujar, estampar rotativo y presionar. En algunos casos, se aplica una capa de fosfato o una película de jabón antes del dibujo.

Dibujo

Los bancos de dibujo suelen ser mecánicos y tienen tres componentes: un banco trasero, un cabezal de matriz y una sección frontal. Las mordazas de un carro sujetan el tubo y un gancho en la parte posterior del carro engancha una cadena móvil, tirando del tubo a través de un troquel. Los troqueles son más comúnmente insertos de carburo de tungsteno sinterizado con un aglutinante de cobalto que se han encogido y encajan en una carcasa de acero.

Los tubos se dibujan a un tamaño terminado utilizando una o más de las siguientes operaciones:

Figura 5: Los enderezadores utilizan fuerzas de flexión y un movimiento de rodadura para enderezar el tubo. Las configuraciones comunes utilizan seis o 10 rollos.

• Dibujo de varilla o mandril
• Dibujo de clavija, incluido el dibujo de varilla fijo, flotante y semiflotante (atado)
• Hundido

. Durante el dibujo de la varilla, se inserta un mandril de acero endurecido en el orificio del tubo que se ha apuntado. Después de introducir el tubo en el troquel (ver Figura 1), se bombea aceite lubricante sobre la superficie del tubo, las mordazas del carro sujetan el tubo o la punta de la varilla, el gancho del carro engancha la cadena y el tubo se dibuja a través del troquel. El diámetro de la matriz determina el diámetro exterior; el diámetro de la varilla determina el tamaño de identificación. La selección adecuada del troquel minimiza los cambios de espesor de pared antes de que el tubo entre en contacto con el mandril.

En general, los tubos de paredes pesadas tienden a adelgazar antes de entrar en contacto con la varilla; las paredes ligeras se espesan. Los troqueles de ángulo alto tienden a adelgazar la pared y los troqueles de ángulo bajo tienden a espesar la pared. Es fundamental recordar que el ángulo óptimo de la matriz varía con la relación diámetro/grosor (D / t).

Después de estirar el tubo, debe expandirse para retirar la varilla. Un método común es aplicar presión girando el tubo mientras lo pasa a través de rodillos cruzados. Este proceso genera tensiones radiales y expande el tubo. El proceso se repite hasta que el tubo esté en el tamaño terminado.

Las ventajas del dibujo de varillas son que las velocidades de dibujo son relativamente altas y que es posible reducir el área de forma elevada (aproximadamente el 45 por ciento para el acero inoxidable). Las desventajas son que es una operación de dos personas y requiere una operación de dibujo adicional, como un drenaje de enchufe o hundimiento, para eliminar el patrón en espiral.

Dibujo de enchufe. Dos variedades de dibujo de enchufe son fijas y flotantes. El dibujo del tapón fijo utiliza una varilla hueca anclada en la parte posterior del banco. Se bombea un lubricante a través de la varilla hasta un pequeño orificio cerca de la parte delantera, lo que permite que el lubricante entre en el ID del tubo. Un tapón de carburo de tungsteno ligeramente cónico está roscado o soldado en el extremo de la varilla; el tubo se carga sobre la varilla,se bombea lubricante sobre la superficie del diámetro exterior y se extrae el tubo.

Una de las ventajas del dibujo de enchufe fijo (consulte la Figura 2) es que produce un ID suave. Otra ventaja es que la forma cónica permite ajustar el ID para cumplir con una tolerancia ajustada. Si bien solo requiere un operador, la velocidad de dibujo es bastante lenta y las reducciones máximas de área son bajas, aproximadamente un 25 por ciento para el acero inoxidable.

El dibujo de tapón flotante (ver Figura 3) es adecuado para producir bobinas largas de forma económica. Este método se utilizó para dibujar cobre y aluminio durante muchos años. Después de bombear el lubricante en el ID del tubo, se inserta un tapón cónico, el tubo se engarza para mantener el tapón en su lugar y el tubo está apuntado. Durante el dibujo, el tapón se mantiene en posición mediante una combinación de fuerzas entre el ID del tubo y el tapón. El diseño de herramientas es fundamental para el éxito de este proceso. Los ángulos de la matriz están generalmente entre 28 y 32 grados, con ángulos de enchufe entre 20 y 24 grados. La longitud del rodamiento debe ser de aproximadamente 10 a 15 por ciento del diámetro de la matriz. Tenga en cuenta que un enchufe que es demasiado largo puede causar arañazos en la identificación; un enchufe que es demasiado corto no se sentará.

El dibujo semiflotante y el dibujo de enchufe atado son procesos de enchufe flotante adaptados para dibujar longitudes rectas. El tapón se fija libremente a una varilla trasera y el tubo se carga sobre la varilla y el tapón para el dibujo (ver Figura 4).

Hundimiento. Hundimiento es el término para dibujar un tubo sin soporte interno. Por lo general, se realiza como un pase de tamaño después de un tiro de varilla. El ángulo de troquel adecuado depende de la relación theD/t; un ángulo de matriz elegido correctamente minimiza el cambio en el grosor de la pared. Si la pared se espesa demasiado, el acabado de la superficie ID se deteriorará.

La longitud del rodamiento es más larga que con otras operaciones, hasta el 50 por ciento del diámetro de la matriz, para garantizar la redondez del tubo terminado.

El dibujo y el hundimiento del enchufe se pueden usar para dibujar un tubo a un tamaño terminado.

Al diseñar un horario de dibujo, la relación entre la reducción de la pared y la reducción del diámetro es una consideración importante de calidad. Las reducciones de pared tienden a planchar o suavizar la superficie de identificación; diámetro reducciones tienden a endurecer la superficie. Una expresión conveniente para la relación es el valor Q, que es igual a la reducción de pared perce nt dividida por la reducción de ID porcentual. Un valor Q de 2 o alto tiende a suavizar la superficie de identificación. Cuando el horario no se presta a una serie de sorteos de alto valor Q, es mejor usar un sorteo de varilla de alto valor Q seguido de un fregadero duro en lugar de una serie de operaciones de dibujo de bajo valor Q. Los altos valores de Q también dan como resultado bajos niveles de tensión residual para tubos trabajados en frío. En un proyecto reciente, un valor Q de 0.91 produjo una tensión residual de más de 52,000 libras por pulgada cuadrada (PSI) medida por el procedimiento Sachs y Espy descrito en ASTM E1928. Un sorteo con un valor Q de 2,2 tenía un nivel de estrés residual de solo 5.200 PSI. Los valores Q altos resultarían en valores negativos o compresivos.Lubricación

. La lubricación es otra consideración importante, junto con las herramientas y el horario de dibujo. La mayoría de los molinos de tubos utilizan aceites clorados para lubricar aceros inoxidables y aleaciones de níquel. La viscosidad correcta puede ser tan baja como 8,000 SUS (Segundos universales Saybolt) o más de 100,000 SUS dependiendo de la aleación, el tamaño del tubo y el tipo de reducción.

Enderezamiento

El enderezamiento se realiza generalmente utilizando una enderezadora rotativa de seis o 10 rodillos (ver Figura 5) con una combinación de flexión y presión. Mientras que la flexión tiene poco efecto en las propiedades, la presión tiende a aumentar el límite elástico y elevar el nivel de tensión residual. Ejercer la presión mínima es la mejor práctica.

Acabado

Las operaciones de acabado pueden incluir pulido, decapado o chorro de arena para mejorar la apariencia de la superficie y eliminar imperfecciones menores. Las técnicas de inspección final están determinadas por los requisitos de pedido de los clientes.

Los editores de TPJ-The Tube & Pipe Journal ® agradecen a la Tube & Pipe Association, International ® Extrusion, Drawing & Tube Reducing Technology Council por sus esfuerzos para organizar la publicación de este artículo.