Cuando en el proceso de estampado en frío se detectan grietas en la cabeza, en los bordes de la brida o en los radios de las esquinas, la primera reacción de muchas personas suele ser revisar el material o el troquel de estampado.
Pero la ubicación del defecto que se observa en el producto terminado a menudo es solo el lugar donde finalmente aparece, y no necesariamente coincide con el sitio en el que se originó inicialmente.
Algunos defectos se generan durante la colada continua y la laminación; otros surgen durante el transporte y la transferencia; y otros más se introducen durante el decapado, el trefilado, el pasaje por hilera, la alimentación y el corte.
Los defectos superficiales pueden heredarse desde etapas anteriores o reaparecer en procesos intermedios. El estampado en frío modifica la morfología del defecto, pero no puede restablecer la continuidad del material ya dañado.
Ruta del defecto: lingote colado → alambrón laminado → transporte y transferencia → decapado y reformado → trefilado y pasaje por hilera → conformado por estampado en frío
I. Etapa de colada continua: las defectos pueden comenzar por debajo de la superficie de la palanquilla
La palanquilla es el punto de partida del alambrón. Las marcas de vibración anormales, los poros subcutáneos, las inclusiones de escoria, las cicatrices y los hoyuelos pueden convertirse en fuentes de defectos superficiales posteriores.
Figura 1: Marcas de vibración anormales en la palanquilla de colada continua. Las marcas de vibración poco profundas normales no equivalen a defectos; solo cuando estas marcas se vuelven inusualmente profundas o cuando sus bases presentan grietas o inclusiones de escoria, el riesgo posterior aumenta significativamente.
Figura 2: Poros subcutáneos expuestos tras el rectificado. Tras el laminado, estos poros pueden ser aplastados o alargarse en la dirección de laminación; el estado de oxidación de sus paredes interiores determinará si pueden soldarse de manera confiable posteriormente.
Figura 3: Inclusiones de escoria en la superficie o cerca de ella de la palanquilla. Las inclusiones no pueden deformarse de forma coherente con la matriz del acero; durante el laminado, pueden fragmentarse, elongarse y transformarse en cicatrices, plegamientos o defectos lineales.
Figura 4: Cicatrices superficiales en la palanquilla. Los fragmentos laminares adheridos pueden ser adelgazados e incorporados a la matriz durante el laminado posterior; aunque la superficie parezca alisada, la unión interna puede no ser realmente sólida.
Figura 5: Hoyuelos superficiales en la palanquilla. El término “hoyuelo” describe únicamente la morfología externa; para identificar su origen preciso, es necesario analizar los óxidos en el fondo del hueco, el levantamiento de los bordes y las grietas circundantes.
Los defectos superficiales de la palanquilla pueden ser aplastados, elongados o reorientados durante el proceso de laminación. La apariencia superficial alisada no implica que la discontinuidad original del material haya desaparecido.
II. Etapa de laminación: los defectos pueden elongarse o incluso ser generados nuevamente
Las grietas en la palanquilla pueden transformarse en grietas longitudinales en el alambrón; las escorias adheridas y las inclusiones pueden ser aplanadas y elongadas, mientras que los poros subcutáneos también pueden dar lugar a anomalías lineales discontinuas.
El propio proceso de laminación también puede originar defectos. Una conformación inadecuada del paso de laminación, problemas en los dispositivos de guía o irregularidades en el juego de cilindros pueden provocar la formación de orejetas; estas orejetas, al ser presionadas nuevamente hacia la superficie durante pasos posteriores, pueden generar plegamientos. Asimismo, si la escoria de oxidación o algún objeto extraño son embebidos en la matriz, dejarán zonas localizadas de discontinuidad.
Figura 6: Sección transversal de un defecto por plegamiento. La capa superficial del metal aparece enrollada en forma de lengüeta, sin que se haya establecido una unión confiable en la interfaz. El cierre aparente de la superficie no implica que el defecto interno haya sido eliminado.
Figura 7: Escoria adherida en la superficie del alambrón. En comparación con los rasguños comunes, esta escoria suele presentar fragmentos laminares adheridos, bordes levantados localmente o signos de desprendimiento.
Figura 8: Sección transversal de una grieta superficial en el alambrón. La grieta ilustrada se extiende desde la superficie hacia el interior de la matriz; es necesario realizar análisis adicionales para determinar si va acompañada de oxidación, descarburación u otras microestructuras anómalas.
Los plegamientos y las grietas pueden parecer similares en su aspecto externo, pero sus mecanismos de formación son diferentes. Un plegamiento ocurre cuando parte del metal queda enrollado sin lograr una unión sólida, mientras que una grieta representa una ruptura ya ocurrida en la continuidad de la matriz. Por ello, no se deben mezclar arbitrariamente las estrategias de rastreo correspondientes a ambos tipos de defectos.
III. Transporte y trasbordo: los daños por rozaduras y golpes también pueden convertirse en puntos de inicio de fisuración
Durante las operaciones de izaje, deposición de rollos, apilado y transporte, los bobinados pueden sufrir colisiones, arrastres o fricciones mutuas, lo que puede originar abrasiones, marcas de presión y rebordes metálicos. Estos daños suelen ser locales y aleatorios, concentrándose con frecuencia en la periferia exterior del bobinado o en las zonas de contacto durante el izaje.
Figura 9: Daños por roce o impacto causados durante el transporte o el trasbordo. Su dirección y ubicación generalmente no son completamente estables, diferenciándose así de las marcas longitudinales continuas producidas por los troqueles de trefilado.
En productos sometidos a deformaciones moderadas, los daños leves no necesariamente provocan anomalías inmediatas; sin embargo, al emplearse en procesos de alta deformación, con cabezas complejas o en productos de bridas finas, las áreas lesionadas pueden convertirse en focos de concentración de tensiones, amplificándose durante el proceso de remachado en frío.
IV. Etapa de decapado: puede exponer defectos y también dejar posibles riesgos ocultos
Tras el decapado, que elimina la capa de óxido, las grietas, plegamientos, escorias y hoyos previamente cubiertos comienzan a hacerse visibles gradualmente. Por lo tanto, el hecho de detectar defectos después del decapado no implica necesariamente que dichos defectos se hayan generado durante esta etapa.
Si la capa de óxido no ha sido completamente eliminada, los residuos pueden afectar la formación uniforme del recubrimiento de fosfato y, además, durante el proceso de trefilado podrían fragmentarse, desprenderse o ser presionados sobre la superficie del alambre.
Figura 10: Residuos de óxido tras el decapado. Las bandas longitudinales oscuras deben diferenciarse de los óxidos residuales presentes en el interior de plegamientos o grietas; no se debe basar la conclusión únicamente en el color.
Un control inadecuado durante el decapado también puede provocar picaduras y rugosidad superficial. Para determinar si estos problemas son defectos originales que han quedado expuestos o bien nuevos daños generados durante el propio decapado, es necesario conservar muestras antes y después del proceso para realizar comparaciones.
V. Trefilado de transformación: las rasgaduras longitudinales son defectos adicionales fácilmente subestimados
El proceso de transformación no solo modifica las dimensiones del material, sino que también puede dañar directamente la superficie del alambre.
El desgaste de los dados de trefilado, la entrada de óxido o virutas metálicas en los orificios de los dados, la pérdida temporal de eficacia de la película lubricante, así como las rebabas o contactos anómalos en las poleas guía y en los dispositivos de orientación, pueden causar rasgaduras longitudinales continuas o intermitentes.
Figura 11: Rasgaduras locales generadas durante el trefilado de transformación. Los defectos se distribuyen a lo largo de la longitud del alambre y se acompañan de surcos, levantamiento de metal o desprendimientos localizados.
En caso de rasgaduras cortas y ocasionales, conviene prestar atención a la posible presencia de partículas duras extrañas, adherencias momentáneas o contactos puntuales; mientras que si aparecen de forma continua a lo largo de una distancia considerable y en posiciones circunferenciales relativamente fijas, es fundamental inspeccionar especialmente los dados de trefilado, las poleas guía y los puntos de paso del alambre.
Sin embargo, las marcas longitudinales no provienen necesariamente del trefilado. Las grietas de laminación, los plegamientos y los residuos de óxido, tras ser sometidos al trefilado, también pueden presentar un aspecto similar. Lo realmente importante es confirmar si el defecto ya existía antes de iniciar el trefilado, o bien comenzó a manifestarse a partir de algún dado específico o de un punto concreto de paso del alambre.
En este capítulo solo se abordan los daños superficiales causados por el trefilado. La influencia de la reducción de área, el número de pasadas y el encogimiento por deformación en el rendimiento del estampado en frío será analizada por separado en el sexto capítulo.
VI. Parte frontal del estampado en frío: el último defecto añadido suele pasar desapercibido
Una vez que el material ingresa en la máquina de estampado en frío y antes de su conformado definitivo, aún pueden surgir nuevos daños superficiales. Las poleas guía, los dispositivos de enderezado y los mecanismos de alimentación pueden rayar el alambre; asimismo, el desgaste, los astillamientos y las rebabas de las cizallas o de los troqueles de corte también pueden dañar las caras extremas o laterales de las piezas brutas.
Si los defectos siempre aparecen en una dirección y posición determinadas, o bien cambian notablemente tras sustituir las poleas guía o las cizallas, no basta con revisar únicamente la certificación del material ni el rollo original de alambre.
VII. ¿Por qué los defectos se “heredan” hasta el producto terminado?
El trefilado provoca que el material se alargue en dirección longitudinal, mientras que la estampación en frío induce una compresión axial y un flujo radial del material. Los defectos preexistentes pueden elongarse, estrecharse o cerrarse temporalmente; también pueden trasladarse hacia la cabeza, la brida o el radio de curvatura debido al flujo del material, para luego reabrirse en zonas de alta deformación.
Figura 12: Fisura en el borde de la brida de una pieza acabada por estampación en frío. La fotografía muestra la ubicación final donde el defecto se manifiesta; no se puede inferir exclusivamente por su apariencia que el defecto provenga necesariamente del material.
Los defectos longitudinales presentes en el alambre, al llegar al producto terminado, no siempre conservan su forma lineal original. Pueden manifestarse como fisuras en el borde de la cabeza, plegamientos en la brida, grietas en el radio de curvatura o hundimientos locales, cuya ubicación específica depende de la geometría del producto, la dirección de corte y las trayectorias de flujo del material.
Los defectos no se reproducen sencillamente en el producto terminado; más bien, van modificando su morfología en cada etapa del proceso y continúan persistiendo.
VIII. Para determinar el origen del defecto, lo esencial es identificar el momento de su primera aparición
Inspeccionar únicamente las piezas finalmente agrietadas suele ser insuficiente para establecer en qué etapa del proceso surgió el defecto. Una estrategia de investigación más eficaz consiste en construir una cadena de muestras que recorra desde el lingote, pasando por la barra redonda, el material después del decapado, los semielaborados de trefilado, los tochos para estampación en frío, hasta el producto terminado, buscando así la fase en la que el defecto aparece por primera vez.
¿La anomalía se concentra en un tramo específico del rollo, o se presenta de manera continua a lo largo de todo el mismo? ¿La dirección y la posición circunferencial del defecto permanecen constantes? ¿Cambian tras sustituir matrices, poleas guía o cuchillas de corte? ¿Presenta el interior de la fisura oxidación, descarburación u orientaciones anormales de las líneas de flujo metálico? Estas observaciones pueden orientar la investigación, pero nunca deben considerarse aisladamente, sin correlacionarlas con los registros de producción.
Opinión del ingeniero
Los defectos superficiales pueden originarse durante la colada continua, la laminación, el transporte, el decapado y el trefilado posterior; asimismo, pueden generarse en los procesos de guiado, alimentación y corte propios de la máquina de estampación en frío.
El lugar donde el producto terminado se fractura no indica necesariamente el punto exacto en el que el defecto se formó.
El defecto en el producto terminado es el resultado; solo al localizar la etapa en la que el defecto aparece por primera vez podremos acercarnos a su verdadero origen.
El propósito de la rastreabilidad de los defectos no es asignar responsabilidades de manera anticipada, sino establecer una cadena completa de evidencias que documente todas las fases del proceso.
Si usted también enfrenta problemas como cicatrices en las barras redondas, raspaduras longitudinales, plegamientos o fisuras ocasionales en piezas estampadas en frío, puede enviarme información sobre el grado del material, sus especificaciones, fotografías del defecto, la etapa productiva en la que aparece y la distribución de las anomalías. Podré ayudarle inicialmente a determinar si conviene iniciar la investigación desde la materia prima suministrada por la acería, la protección durante el transporte, el tratamiento de decapado y trefilado, o bien desde el equipo de estampación en frío.
Próximo episodio
Capítulo VI: «Con el mismo material, ¿por qué la estampación en frío presenta comportamientos distintos después del trefilado?»
En el próximo capítulo nos centraremos en cómo la tasa de reducción de área, el número de pasadas de trefilado y el encogimiento por trabajo afectan el estado real del material cuando este ingresa finalmente a la máquina de estampación en frío.