Drawing (manufacturing)

Drawing is a manufacturing process that uses tensile forces to elongate metal, glass, or plastic. As the material is drawn (pulled), it stretches and becomes thinner, achieving a desired shape and thickness. Drawing is classified into two types: sheet metal drawing and wire, bar, and tube drawing. Sheet metal drawing is defined as a plastic deformation over a curved axis. For wire, bar, and tube drawing, the starting stock is drawn through a die to reduce its diameter and increase its length. Drawing is usually performed at room temperature, thus classified as a cold working process; however, drawing may also be performed at higher temperatures to hot work large wires, rods, or hollow tubes in order to reduce forces.^[1][2]

Drawing differs from rolling in that pressure is not applied by the turning action of a mill but instead depends on force applied locally near the area of compression. This means the maximal drawing force is limited by the tensile strength of the material, a fact particularly evident when drawing thin wires.^[3]

The starting point of cold drawing is hot-rolled stock of a suitable size.

Successful drawing depends on the flow and stretch of the material. Steels, copper alloys, and aluminium alloys are commonly drawn metals.^[4]

In sheet metal drawing, as a die forms a shape from a flat sheet of metal (the "blank"), the material is forced to move and conform to the die. The flow of material is controlled through pressure applied to the blank and lubrication applied to the die or the blank. If the form moves too easily, wrinkles will occur in the part. To correct this, more pressure or less lubrication is applied to the blank to limit the flow of material and cause the material to stretch or become thin. If too much pressure is applied, the part will become too thin and break. Drawing metal requires finding the correct balance between wrinkles and breaking to achieve a successful part.

El embutido de chapa metálica se convierte en embutido profundo cuando la pieza es más larga que su diámetro. Es común que la pieza también se procese mediante otros procesos de conformado, como perforación , planchado , estrechamiento , laminado y rebordeado . En el embutido superficial, la profundidad de embutido es menor que la dimensión más pequeña del orificio.

El trefilado de barras, tubos y alambres se basa en el mismo principio: la pieza inicial se estira a través de una matriz para reducir su diámetro y aumentar su longitud. Generalmente, la matriz se monta en un banco de trefilado . El extremo inicial de la pieza se estrecha o se afila para que pase a través de la matriz. A continuación, el extremo se sujeta mediante mordazas que tiran del resto de la pieza a través de la matriz. ^{[ 1 ]}

El estirado también se puede utilizar para dar forma en frío a una sección transversal. Las secciones transversales estiradas en frío son más precisas y tienen un mejor acabado superficial que las piezas extruidas en caliente. Se pueden utilizar materiales económicos en lugar de aleaciones costosas para los requisitos de resistencia, debido al endurecimiento por trabajo . ^{[ 5 ]} Las barras o varillas que se estiran no se pueden enrollar; por lo tanto, se utilizan bancos de estirado de tracción recta. Se utilizan transmisiones por cadena para estirar piezas de trabajo de hasta 30 m (98 pies) . Se utilizan cilindros hidráulicos para piezas de trabajo de menor longitud. ^{[ 1 ]} La reducción de área generalmente se limita a entre el 20 % y el 50 %, porque reducciones mayores excederían la resistencia a la tracción del material, dependiendo de su ductilidad . Para lograr un tamaño o forma determinados, pueden ser necesarios múltiples pasadas a través de matrices progresivamente más pequeñas y recocidos intermedios . ^{[ 6 ]} El estirado de tubos es muy similar al estirado de barras, excepto que el material inicial es un tubo. Se utiliza para disminuir el diámetro, mejorar el acabado superficial y mejorar la precisión dimensional. Dependiendo del proceso específico, se puede utilizar o no un mandril . También se puede insertar un tapón flotante en el diámetro interior del tubo para controlar el espesor de la pared. El trefilado se ha utilizado tradicionalmente para producir alambre metálico flexible , estirando el material a través de una serie de matrices de tamaño decreciente. Estas matrices se fabrican con diversos materiales, siendo los más comunes el carburo de tungsteno y el diamante .  

El proceso de trefilado en frío para barras y alambres de acero es el siguiente:

1. Lubricación del tubo: La superficie de la barra o tubo se recubre con un lubricante de trefilado, como fosfato o aceite, para facilitar el trefilado en frío.
2. Redondeo por presión: Se reducen varios centímetros de los extremos de la barra o tubo mediante forjado o extrusión para que puedan pasar libremente a través de la matriz de trefilado. Esto se hace porque la abertura de la matriz siempre es menor que la sección original de la barra o bobina.
3. Estirado en frío: En este proceso, el material se estira a temperatura ambiente. El extremo reducido de la barra o bobina, que es más pequeño que la abertura de la matriz, se introduce en ella y entra en un dispositivo de sujeción de la máquina de estirado. La máquina estira la sección restante sin reducir de la barra o bobina a través de la matriz. La matriz reduce la sección transversal de la barra o bobina, le da forma y aumenta su longitud.
4. Producto terminado: El producto estirado, que se denomina "estirado en frío" o "acabado en frío", presenta un acabado brillante o pulido, mayores propiedades mecánicas, mejores características de mecanizado y tolerancias dimensionales precisas y uniformes.
5. Estirado en múltiples pasadas: El estirado en frío de formas o perfiles complejos puede implicar que la pieza se estire varias veces a través de aberturas de matriz cada vez más pequeñas para obtener la forma y las tolerancias deseadas. Generalmente, el material se recoce entre cada pasada de estirado para aumentar su ductilidad y eliminar las tensiones internas producidas durante el trabajo en frío.
6. Recocido : Este es un tratamiento térmico que se utiliza generalmente para ablandar el material durante el proceso de trefilado; para modificar la microestructura, las propiedades mecánicas y las características de mecanizado del acero; y para eliminar las tensiones internas del producto. Según el material y las características finales deseadas, el recocido puede aplicarse antes, durante (entre pasadas) o después del proceso de trefilado en frío.

Se aplican procesos de estirado similares en el soplado de vidrio y en la fabricación de fibra óptica de vidrio . ^{[ 7 ]}

El estirado de plásticos, a veces denominado estirado en frío , es el mismo proceso que se utiliza en barras de metal, aplicado a los plásticos. ^{[ 8 ]} El estirado de plásticos se utiliza principalmente en la fabricación de fibras plásticas . El proceso fue descubierto por Julian W. Hill en 1930 mientras intentaba fabricar fibras a partir de un poliéster primitivo . ^{[ 9 ]}

Se realiza después de que el material se ha "hilado" en filamentos; extruyendo el polímero fundido a través de los poros de una hilera . Durante este proceso, las cadenas individuales del polímero tienden a alinearse un poco debido al flujo viscoso . Estos filamentos todavía tienen una estructura amorfa , por lo que se estiran para alinear aún más las fibras, aumentando así la cristalinidad , la resistencia a la tracción y la rigidez . Esto se hace en una máquina de estirado y torsión . ^{[ 9 ] [ 10 ]} Para el nailon , la fibra se estira hasta cuatro veces su longitud de hilado. Los cristales formados durante el estirado se mantienen unidos por enlaces de hidrógeno entre los hidrógenos amida de una cadena y los oxígenos carbonilo de otra cadena. ^{[ 10 ]} La lámina de tereftalato de polietileno (PET) se estira en dos dimensiones para hacer BoPET (tereftalato de polietileno orientado biaxialmente) con propiedades mecánicas mejoradas.

• Extrusión

• Degarmo, E. Paul; Black, J. T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (9.ª  ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven R. (2006), Ingeniería y tecnología de fabricación (5.ª  ed.), Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall, ISBN 0-13-148965-8