Capítulo 6: Al estirar el alambre, también cambia el estado del material
En el campo de la estampación en frío se observa con frecuencia una situación común:
La misma marca de acero, el mismo acerío y las mismas especificaciones finales del alambre; sin embargo, cuando se introduce en la máquina de estampado en frío, una partida se procesa sin problemas, mientras que otra presenta inestabilidad en la conformación, cabeza mal llena e incluso grietas ocasionales.
¿Dónde radica el problema?
Muchas personas piensan que el trefilado solo consiste en reducir el grosor del alambre grueso y que basta con cumplir las dimensiones requeridas.
En realidad, no es tan sencillo.
El trefilado no solo modifica el diámetro, sino que también influye en la posterior aptitud del material para la estampación en frío.
I. El mismo punto de llegada no implica haber recorrido el mismo camino
Aunque ambos sean estirados hasta 10 milímetros, una partida puede partir de 11 milímetros, mientras que la otra parte puede comenzar desde 13 milímetros.
Aunque el diámetro final sea el mismo, la segunda partida habrá experimentado una deformación claramente mayor.
Cuanto más se estira el alambre, suele volverse más duro y adquirir mayor resistencia; por consiguiente, al realizar posteriormente la conformación por estampado en frío, la fuerza necesaria para la conformación también variará.
Por lo tanto, para evaluar si un material es adecuado para la estampación en frío, no basta con analizar únicamente su especificación final, sino que también hay que considerar:
Qué grosor tenía inicialmente y cuánto se ha reducido en total.
Es como si dos personas llegaran juntas a la cima de una montaña: una subió en teleférico y la otra ascendió caminando. Aunque estén en el mismo lugar, su estado físico será completamente distinto.
II. Trefilar demasiado de una sola vez o hacerlo en varias etapas también produce resultados diferentes
Un alambre puede ser estirado desde una sección gruesa hasta una fina, ya sea reduciéndolo considerablemente en una sola pasada, o bien progresivamente en varias etapas.
Si se realiza todo el estiramiento de una sola vez, aumentan la presión, la fricción y la temperatura entre el alambre y el troquel, pudiendo provocar desajustes entre los cambios ocurridos en la superficie y en el interior del material.
Sin embargo, tampoco conviene excederse en el número de pasadas.
Un número excesivo de pasadas también acumula continuamente efectos de fricción y deformación.
Lo realmente importante es cómo se distribuyen cada una de las etapas, especialmente si la última pasada de trefilado es adecuada.
No solo importa cuánto se trefila en total, sino también cómo se realiza la última pasada.
Esta es la razón por la cual distintas empresas transformadoras, aun utilizando bobinas idénticas, pueden obtener materiales cuyas prestaciones en la estampación en frío siguen siendo diferentes.
III. El alambre también «recuerda» la dirección de la fuerza aplicada
Durante el trefilado, el alambre se estira principalmente en sentido longitudinal.
En el proceso de estampado en frío, el material vuelve a comprimirse y fluye hacia la cabeza y hacia los lados.
Eso significa que el material acaba de experimentar una deformación por tracción y, acto seguido, debe soportar una compresión.
Cuando un metal se deforma en una dirección y luego recibe una carga en la dirección opuesta, su comportamiento inicial durante la nueva deformación puede cambiar. En ingeniería, este fenómeno se denomina efecto Bauschinger.
En términos sencillos:
El alambre recuerda cómo fue sometido previamente a tracción.
Tras el trefilado, aunque la resistencia a la tracción del material aumenta, ello no implica que su resistencia a la deformación en la dirección de compresión durante el estampado en frío mejore proporcionalmente.
Por lo tanto, para evaluar un material después del trefilado no basta con analizar únicamente su resistencia a la tracción y su dureza; es necesario considerar también la dirección de la deformación que deberá soportar a continuación.
IV. El endurecimiento por deformación y la memoria direccional coexisten tras el trefilado
Tras el trefilado, el material suele endurecerse; esto se conoce como encogimiento por deformación.
Sin embargo, cuando el material pasa de la tracción a la compresión, queda afectado por el efecto Bauschinger.
Estos dos fenómenos actúan simultáneamente:
- Cuanto mayor sea la deformación por trefilado, mayor suele ser la resistencia adicional a nuevas deformaciones;
- Al invertirse la dirección de la carga, el material puede comenzar antes su deformación por compresión.
En la fase inicial, uno u otro efecto puede ser más marcado; con el avance de la deformación, predominará el que resulte más relevante, dependiendo del tipo de material, su estado original y el grado de trefilado.
Por consiguiente, no basta afirmar simplistamente que «cuanto menos trefilado, mejor», ni sostener que «aprovechando el efecto Bauschinger, cuanto más trefilado, mejor». Lo realmente necesario es definir un rango adecuado.
Sin embargo, ese rango no es el mismo para todas las calidades, todos los diámetros ni todos los productos.
V. ¿Por qué merece especial atención el acero no templado bainítico?
En algunos aceros no templados bainíticos y de alta resistencia, al pasar de la tracción al estampado en frío por compresión, el efecto Bauschinger suele manifestarse con mayor intensidad.
Estos materiales ya presentan una resistencia relativamente elevada. Tras el trefilado, su resistencia a la tracción sigue aumentando, pero su capacidad para resistir la deformación por compresión durante el estampado en frío no necesariamente crece en la misma proporción.
Esta característica hace que los aceros no templados bainíticos sean especialmente relevantes en procesos de endurecimiento por deformación y en la conformación mediante estampado en frío.
Por ello, para valorar estos materiales no basta con examinar exclusivamente su resistencia a la tracción y su dureza tras el trefilado; es preciso analizar conjuntamente el grado de trefilado, el tiempo de producción y su comportamiento real durante el estampado en frío.
VI. ¿Por qué las propiedades de los materiales cambian después de un tiempo de almacenamiento?
Algunos materiales, utilizados inmediatamente después del trefilado, no presentan problemas durante la producción; sin embargo, tras un período de almacenamiento, sus características pueden variar.
La razón es que, una vez finalizado el trefilado, el estado interno del alambre no siempre se estabiliza de inmediato.
Con el paso del tiempo y las variaciones de temperatura, la resistencia del material y su comportamiento ante deformaciones posteriores aún pueden ajustarse.
Por lo tanto, al comparar dos lotes de material, además de revisar el grado y el informe de ensayo, también es necesario verificar:
- la fecha en que se realizó el trefilado de ambos lotes;
- el tiempo transcurrido desde el trefilado hasta su uso;
- si existen diferencias significativas en las condiciones de almacenamiento.
Estas informaciones, aunque parezcan sencillas, a veces constituyen pistas importantes para identificar la causa del problema.
VII. Ante un problema, ¿qué aspectos debemos comparar?
Si materiales del mismo grado y de la misma sección presentan distintos comportamientos durante el estampado en frío, se recomienda primero comparar la siguiente información:
- las dimensiones antes del trefilado;
- las dimensiones después del trefilado;
- el número de pasadas efectuadas durante el trefilado;
- si el porcentaje de reducción en la última pasada fue igual;
- los equipos de producción y las fechas de transformación de ambos lotes;
- el tiempo de almacenamiento posterior al trefilado en cada caso;
- si la anomalía observada en el estampado en frío varía según el lote de transformación.
Si, al cambiar el lote de transformación, la anomalía también cambia, mientras que el equipo de estampado, las matrices y el producto permanecen iguales, será necesario analizar detalladamente el proceso de trefilado de ambos lotes.
Pero constatar únicamente diferencias en algunos parámetros no basta para sacar conclusiones apresuradas.
La verdadera evaluación requiere determinar si las variaciones en el proceso de trefilado pueden correlacionarse con las propiedades del material y con las anomalías observadas durante el estampado en frío.
Perspectiva del ingeniero
El trefilado no consiste simplemente en reducir el diámetro del alambre desde una sección gruesa hasta otra más fina.
También modifica la resistencia del material, su capacidad de deformación posterior y su respuesta cuando pasa del estado de tracción al de compresión.
La materia prima establece la base, mientras que el proceso de trefilado determina el estado final en el que el material ingresará a la máquina de estampado en frío.
Así, incluso materiales del mismo grado y de la misma sección pueden comportarse bien o mal durante el estampado en frío; el problema no siempre radica en la certificación del material, sino que puede encontrarse en el propio proceso de trefilado.
Si usted también enfrenta situaciones donde materiales del mismo grado y de la misma sección muestran desempeños diferentes en el estampado en frío, puede enviarme el grado del material, las medidas antes y después del trefilado, el número de pasadas, la fecha de producción y fotografías de los productos defectuosos.
Podré ayudarle inicialmente a determinar si conviene iniciar la investigación desde la materia prima, desde el proceso de trefilado y transformación, o desde la propia operación de estampado en frío.
Próximo capítulo
Capítulo VII: «Aunque la superficie parece fosfatizada y saponificada, ¿por qué aún surgen problemas durante el estampado en frío?»
En el próximo capítulo nos centraremos en explicar por qué, aunque la superficie del material «parezca recubierta», ello no garantiza una lubricación suficiente durante todo el proceso de deformación en el estampado en frío.