Elección de un lubricante para embutición profunda

Uno de los métodos de trabajo de metales más comunes es el estirado, que consiste en formar láminas de metal planas en piezas "en forma de copa". Si la profundidad de la copa formada es igual o mayor que el radio de la copa, el proceso se denomina embutición profunda.

El embutido profundo consiste en colocar una hoja de metal en bruto sobre un dado con forma y presionar el metal en el dado con un punzón (verFigura 1 ). La pieza producida puede ser cilíndrica o en forma de caja con lados rectos o cónicos o con una combinación de lados rectos, cónicos o curvos.

El punzón debe proporcionar suficiente fuerza para que el metal pase por encima del borde de la abertura del troquel y permita que fluya hacia el troquel. La hoja de metal en blanco debe ser lo suficientemente fuerte y dúctil para evitar que se rompa en áreas donde el metal fluye desde la cara del punzón hacia los lados del punzón.

La característica del embutido profundo es la alta presión, del orden de 100 000 libras por pulgada cuadrada (PSI), involucrada en la operación. Para hacer frente a tal fuerza, la elección del lubricante es fundamental para el éxito de la operación. Bajo tal presión, el lubricante de dibujo debe:

Los compuestos de embutición utilizados en la embutición profunda se conocen como lubricantes límite. Las superficies de las herramientas y de la lámina de metal se presionan con tanta fuerza que el líquido se exprime y solo queda una película adsorbida muy delgada. Esta película forma un "límite", evitando el contacto directo de metal con metal en condiciones de alta presión y temperatura producidas durante la operación de embutición profunda. La lubricación adecuada evita la fricción, que provoca el calentamiento y, en última instancia, puede provocar la descomposición de un lubricante.

Se utilizan diferentes tipos de lubricantes de estirado, según la profundidad de un estirado particular. En general, la eficacia de un lubricante de embutición profunda depende de su capacidad para formar una película adsorbida de suficiente resistencia y aceitoso sobre la superficie del metal que se está embutindo.

Se utilizan tres tipos de lubricantes de dibujo:

Un lubricante típico que se usa para estirar es un material tipo pasta de jabón/grasa que tiene una formulación de 5 por ciento de jabón, 25 por ciento de aceite, 25 por ciento de agua y 45 por ciento de sólidos.

El jabón y el aceite son los responsables de formar la película adsorbida entre la superficie metálica y la matriz, y los sólidos incluyen materiales como el grafito, la tiza, el óxido de zinc, los carbonatos y los boratos. que ayudan aún más en la formación de la película límite entre la superficie metálica y la matriz. La combinación de aceite, agua y jabón ayuda a formar la emulsión, evitando la separación del producto. Además de estos componentes principales, la formulación del lubricante puede incluir aditivos como antiespumantes y biocidas.

Un compuesto lubricante se puede usar como pasta o como líquido después de diluirlo con agua, según la concentración requerida y la severidad de la operación de estirado. Los métodos para aplicar lubricante a láminas de metal incluyen inmersión, hisopos, cepillos, limpiadores, rodillos o recirculación. De estos, los tres más comunes son:

Las grasas animales y los aceites de petróleo se han utilizado tradicionalmente como productos de tipo pasta en la embutición profunda. Aunque las grasas animales son componentes económicos de dichos compuestos, pueden ser difíciles de eliminar, incluso cuando las piezas estiradas y formadas pasan inmediatamente a un sistema de limpieza. También pueden cargar y "matar" rápidamente un tanque de limpiador, y la espuma de jabón difícil de disipar puede formarse rápidamente cuando se usan limpiadores altamente alcalinos con los compuestos.

Es importante eliminar el lubricante de una pieza formada después de la operación de embutición profunda porque cualquier lubricante que quede puede interferir con los pasos posteriores en la fabricación de la pieza. Los aceites minerales, las grasas animales y los aceites vegetales se pueden eliminar con un disolvente orgánico mediante emulsificación o saponificación, o con un limpiador alcalino acuoso. Las grasas también se pueden quitar de las láminas de metal con un solvente orgánico o un limpiador alcalino. Sin embargo, un limpiador alcalino puede ser más lento para eliminar el lubricante de estirado.

Los sólidos son más difíciles de eliminar porque no son fácilmente solubles. La presencia de sólidos a menudo requiere que se utilicen métodos de limpieza adicionales.

Los aceites de petróleo pueden plantear problemas especiales desde la eliminación hasta la eliminación. Estos aceites requieren el uso de limpiadores alcalinos para su eliminación, que luego pueden contaminar los tanques del limpiador con aceite, lo que genera posibles desafíos de eliminación.

Los aceites vegetales se pueden eliminar con agua caliente si las piezas se limpian inmediatamente y con un limpiador leve a moderadamente alcalino si las piezas se limpian después de haberlas dejado reposar durante unos días.

Un fabricante debe considerar la severidad de la operación de trefilado, las opciones de lubricantes disponibles y la facilidad con la que se puede limpiar la sustancia del metal después del trefilado para decidir qué lubricante se adapta mejor a una aplicación en particular.

Un fabricante, por ejemplo, produce fregaderos y bañeras y tiene extensas líneas de transferencia y prensas alimentadas por bobina que funcionan en un promedio de 18 horas por día. Gran parte del trabajo es un dibujo profundo que generalmente se realiza de una sola vez. A esto le sigue una operación en la que se forman los desagües y los desbordamientos y se completa el cultivo periférico en un golpe de perforación y cultivo.

Las tinas se forman a partir de espacios en blanco de acero al carbono pulido con chorro de arena de 54 por 74 pulgadas en una prensa de 700 toneladas. Las dimensiones del sorteo final son 13 pulgadas de profundidad, 22 pulgadas de ancho y 51 pulgadas de largo.

En el pasado, surgieron problemas durante las operaciones posteriores, sin embargo, porque el lubricante que usaba la empresa era difícil de eliminar. La empresa experimentó una tasa de rechazo del 45 por ciento durante las fases de porcelanado y pintura del proceso de fabricación debido a los "saltos" que ocurrieron durante el curado, lo que resultó en una costosa repetición del trabajo.

El fabricante decidió sustituirlo por un lubricante sintético que es una mezcla de aceites vegetales, álcalis, lubricantes poliméricos secundarios y aditivos que incluyen un antiespumante, un biocida, un agente amortiguador inorgánico y un pasivador de metales no ferrosos.

Los aceites vegetales utilizados son mezclas de una variedad de hidrocarburos C18 a C24 con diversos grados de saturación. El lubricante secundario incluido es un material de tipo polimérico. Mejora las características de lubricidad del producto.

El nuevo lubricante se aplicó inicialmente con recubridores de rodillos a una concentración del 100 por ciento, pero la ondulación posterior durante la operación de embutición profunda indicó que había demasiada lubricidad presente. A continuación, el lubricante se diluyó continuamente hasta que alcanzó una concentración del 30 por ciento en volumen, momento en el que cesó la ondulación y se produjeron cubetas aceptables.

Las tinas se pasan por un sistema de lavado de tres etapas en el que se elimina completamente el lubricante. Durante el porcelánico posterior, la tasa de rechazo ha caído a cero.

Un segundo fabricante de bañeras y lavabos también estaba experimentando una alta tasa de rechazo causada principalmente por la dificultad para eliminar el lubricante de embutición profunda que estaba usando, lo que hacía que los productos fueran difíciles de pulir o soldar correctamente.

Sus tinas se forman en un solo golpe, lo que produce simultáneamente el cuenco de la tina y una curva frontal, una tarea difícil porque tres lados son rectos y el cuarto tiene un ángulo de 10 grados. Los lados curvos de las tinas aumentan aún más la dificultad de la operación.

Las tinas están hechas de espacios en blanco de acero al carbono de 65 por 52 pulgadas que tienen un grosor de 0.056 pulgadas. Los fregaderos se producen a partir de espacios en blanco de 32 por 38 pulgadas del mismo grosor y requieren un sorteo de 9,5 pulgadas.

El fabricante experimentó con el lubricante sintético, aplicándolo mediante rodillos en concentraciones decrecientes hasta alcanzar el 60 por ciento. A ese nivel, el lubricante proporcionaba el nivel adecuado de lubricidad y tenía la viscosidad suficiente para adherirse a los rodillos de revestimiento. Después del cambio de lubricantes, la empresa vio una disminución en el pandeo del material durante el conformado y una menor tasa de rechazo.

Mary Linda Schumann y Doris Simoes son químicas sénior de Oakite Products Inc., 50 Valley Road, Berkeley Heights, NJ 07922, 800-526-4474 ext. 2107. Oakite Products es un fabricante y distribuidor de productos químicos especializados y equipos de apoyo.