Estirado De Tubos

5.2 ESTIRADO DE TUBOS

Los cilindros huecos, es decir, los tubos, que se fabrican por métodos de trabajo en caliente, como la extrusión o el punzado y la laminación, suelen acabarse por estirado en frío. Se acude a esta última operación porque se consiguen tolerancias dimensionales más estrechas y un mejor acabado superficial y, también, para conseguir mejores propiedades mecánicas por endurecimiento por deformación, para obtener tubos de paredes más delgadas que por otro método, o para fabricar tubos de perfil irregular.

Estirar tubos es esencialmente una operación análoga al estirado de alambre.

Los tubos se fabrican en un banco de estirar y con hileras parecidas a las de trefilar. Sin embargo, para disminuir el espesor de la pared y controlar con exactitud el diámetro interno, es necesario soportar el tubo mediante un Madrid, mientras pasa por la hilera.

El mandril se suele fijar en el extremo de una barra inmóvil sujeta a un extremo del banco de estirar, manteniendo la posición debida para que el mandril quede precisamente en la boca de la hilera. El mandril puede ser cilíndrico o troncónico, como se indica en la figura (5.11.a) y (5.11.b).

Figura 5.11

También se puede estirar los tubos con mandril móvil, bien empleando una barra que se desplaza solidariamente con el tubo a través de la hilera o, empujando una copa embutida a través de la hilera mediante un punzón, de la forma como se indica en las figuras (5.12.a) y (5.12.b).

Figura 5.12

Por la dificultad de utilizar barras largas como mandriles, el estirado con barra móvil sólo se emplea para tubos de pequeño tamaño, en los que una barra móvil portadora de un mandril fijo habría de ser demasiado delgada y no tendría suficiente resistencia mecánica.

Otra forma de fabricar los tubos es el estirado sin mandril, en el que tubo atraviesa la hilera sin soporte en su pared interna. En estas condiciones puede producirse un aumento o disminución del espesor de la pared, de acuerdo con la forma de realizar el proceso. Industrialmente el estirado sin mandril se usa sólo para la fabricación de tubos pequeños. A pesar de ello, significa un problema importante en la teoría de conformación plática de los tubos, ya que es una primera etapa necesaria del estirado con mandril. Esto se debe a que, para que el mandil controle bien las dimensiones internas, es necesario que el diámetro interior del tubo a reducir sea un poco más pequeño que el del mandril, y ello se consigue por estirado sin mandril, durante las primeras fases del paso del tubo por la hilera.

5.2.1 ESTIRADO DE TUBOS SIN MANDRIL

Las tensiones implicadas en el proceso de estirado sin mandril han sido desarrolladas por Sachs y Baldwin en la hipótesis que el espesor de pared se mantiene constante. La ecuación para la tensión de estirado en la salida de la hilera es análoga a la obtenida en el trefilado. La sección transversal del tubo se relaciona con el radio r y el espesor de pared h por A= 2πrh. La ecuación de estirado es:

La experiencia ha confirmado que la predicción de la ecuación (5.25), para iguales reducción de estirado de tubos sin mandril es aproximadamente un 10% más alta que la de trefilado.

Un análisis más completa es el realizado por Swift, en el cual se tiene en cuenta las variaciones de espesor de la pared del tubo, pero la complejidad de las ecuaciones aconseja remitirse a las representaciones gráficas del trabajo original.

Balwin y Howals han determinado experimentalmente las variaciones de espesor de pared. Dependen del grado de endurecimiento por deformación del metal, la reducción por pasada y la relación de espesor de paredes al diámetro externo del tubo.

Para reducciones de diámetro de hasta un 40%, se obtiene una dependencia lineal entre la relación del espesor de pared y la reducción del diámetro externo.

5.2.2 ESTIRDO DE TUBOS CON MANDRIL FIJO

La figura (6.13) muestra el estado de tensiones en un elemento de tubo que está siendo estirado con mandril fijo. La tensión axial de estirado σx es una de las tensiones principales. Se admite que la presión P que se ejerce en las intercaras hilera-tubo e

hilera-mandril es la misma en cualquier punto a lo largo del eje de la hilera.

Figura 5.13

En el análisis de tensiones se ha tenido en cuenta que los coeficientes de fricción pueden ser distintos en las intercaras hilera-tubo e hilera-mandril y que los ángulos de la hilera α y del mandril β , no son necesariamente iguales.

Se puede admitir que existe un estado de deformación plana, porque la deformación tangencial es despreciable con respecto a las que se producen en las direcciones longitudinales y radiales.

En estas condiciones puede escribirse el criterio de fluencia en la forma:

El equilibrio de las fuerzas en la dirección longitudinal se establece entre la tensión longitudinal σx , las componentes de la presión sobre la hilera y el mandril y las componentes, también longitudinales de la fricción entre la hilera-tubo y tubo-mandril.

Las fuerzas debidas a las tensiones longitudinales:

Desarrollando y despreciando los términos de segundo orden y tercer orden se obtendrá:

Las fuerzas debido a las presiones:

Las fuerzas debido a las fuerzas de roce.

Del equilibrio de fuerzas dadas por (6.27), (6.28) y (6.29):

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