Guía de fabricación de tornillos para conformado en frío

Introducción al proceso de conformado en frío

El conformado en frío, también conocido como forjado en frío, es un proceso de fabricación de alta eficiencia que se utiliza para producir tornillos y otros elementos de fijación a temperatura ambiente. Este método consiste en deformar un alambre metálico mediante una serie de matrices para darle la forma deseada, ofreciendo ventajas como el ahorro de material, una mayor resistencia gracias al endurecimiento por deformación y tolerancias precisas. Al cumplir con estándares como GB/T 3098.1 para las propiedades mecánicas de los elementos de fijación, el conformado en frío es ideal para la producción en masa en las industrias automotriz, de la construcción y electrónica.

El proceso comienza con varillas de alambre en bruto y continúa con recocido, preparación de la superficie, trefilado, conformado, roscado, tratamiento térmico y acabado. Cada paso es fundamental para garantizar que el producto final cumpla con las especificaciones de resistencia a la tracción, dureza y resistencia a la corrosión. Una correcta ejecución minimiza defectos como grietas o imprecisiones dimensionales, lo que promueve la fiabilidad en aplicaciones donde un fallo es inaceptable.

Recomendaciones: Seleccione los materiales según los requisitos de uso final, como acero con bajo contenido de carbono para mayor ductilidad o aceros aleados para alta resistencia. Los controles de calidad periódicos, incluidas las pruebas de dureza según la norma GB/T 230.1, son esenciales durante todo el proceso de producción.

Recocido

El recocido ablanda la varilla calentándola a una temperatura específica, manteniéndola y enfriándola lentamente para ajustar la estructura cristalina, reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad a temperatura ambiente. Este paso es fundamental para materiales como los aceros 1018, 1022, 10B21, 1039 y CH38F.

Procedimiento: Introduzca hasta 7 bobinas (de aproximadamente 1,2 toneladas cada una) en el horno y ciérrelo herméticamente. Caliente gradualmente durante 3-4 horas hasta alcanzar una temperatura de 680-715 °C para los modelos 1018/1022 o de 740-760 °C para los demás. Mantenga la temperatura durante 4-7,5 horas y, a continuación, enfríe lentamente durante 3-4 horas hasta que la temperatura sea inferior a 550 °C. Finalmente, deje que el horno se enfríe hasta alcanzar la temperatura ambiente.

• Control de calidad: La dureza posterior al recocido debe ser de HV120-170 para aceros con bajo contenido de carbono y de HV120-180 para aceros con contenido medio de carbono. Las superficies deben estar libres de películas de óxido o descarburación.
• Recomendaciones: Controlar la uniformidad de la temperatura para evitar un ablandamiento desigual, que podría provocar defectos de conformado. Cumplir con la norma GB/T 699 para aceros estructurales de carbono de alta calidad.

Este proceso mejora la plasticidad, reduciendo el riesgo de agrietamiento durante las etapas posteriores de deformación en frío.

Encurtido

El decapado elimina las películas de óxido de la superficie del alambre y forma un recubrimiento de fosfato para minimizar el desgaste de la herramienta durante el trefilado y el conformado. Este tratamiento químico es fundamental para la calidad de la superficie y la lubricación.

Procedimiento: Sumergir en tanques de ácido clorhídrico 20-25% durante varios minutos para eliminar los óxidos, enjuagar con agua, tratar con ácido oxálico para la activación del metal, aplicar una solución de fosfato para formar una película de Zn2Fe(PO4)2·4H2O, enjuagar de nuevo y aplicar un lubricante como estearato de sodio para mejorar la lubricidad.

• Recomendaciones: Controle los tiempos de inmersión para evitar el sobregrabado, que puede debilitar el cable. Asegure el cumplimiento de la normativa medioambiental tratando las aguas residuales según las regulaciones del sector.
• Beneficios: La capa de fosfato reduce la fricción, prolongando la vida útil del troquel y mejorando el acabado de la superficie.

Un decapado adecuado garantiza un recubrimiento uniforme, algo vital para un rendimiento constante en la producción a gran escala.

Dibujo de alambre

El trefilado reduce el diámetro de la bobina al tamaño requerido mediante estiramiento en frío, generalmente en etapas de desbaste y acabado para ciertos productos. Este paso prepara el alambre para el conformado al lograr dimensiones precisas.

Procedimiento: Tras el decapado, estire la bobina a través de matrices hasta alcanzar el diámetro deseado. Para tornillos, tuercas o varillas de gran tamaño, utilice máquinas de trefilado específicas.

• Recomendaciones: Mantenga una relación de reducción de 10-15% por pasada para evitar un endurecimiento excesivo por deformación o la aparición de grietas. La lubricación es fundamental para prevenir defectos superficiales.
• Normas: Cumplir con la norma GB/T 6478 para acero de conformado en frío, garantizando que las propiedades de elongación y tracción satisfagan las necesidades de conformado.

Un trefilado eficaz mejora la resistencia del material mediante la deformación, al tiempo que preserva la ductilidad para el conformado en frío.

Formación

El proceso de conformado transforma el alambre en tornillos semiacabados mediante forjado en frío o en caliente, logrando la geometría y las dimensiones deseadas. Esta etapa fundamental utiliza máquinas multiestación para mayor eficiencia.

Para pernos hexagonales (procesos de cuatro o tres matrices): Corte de la pieza en bruto, recalcado inicial, conformado secundario, recorte del hexágono. Para tornillos: Corte, conformado preliminar de la cabeza, conformado final. El conformado en caliente se calienta durante 7-15 segundos para tamaños mayores, seguido de la reducción del vástago.

Formación de la tuerca: Corte, modelado inicial con múltiples punzones, perforación final.

• Recomendaciones: Para mayor precisión, utilice matrices con una rugosidad superficial Ra ≤0,2 μm. Instale dispositivos de expulsión para evitar atascos. Controle los ángulos de giro para formas complejas.
• Normas: Según la norma ISO 898, garantizar la continuidad del flujo de fibra para una mayor resistencia.

Este proceso maximiza la utilización del material, produciendo piezas con propiedades mecánicas superiores en comparación con las alternativas mecanizadas.

Enhebrado

El roscado crea roscas en piezas semielaboradas mediante laminado o roscado, dando como resultado el perfil funcional del tornillo. Esto aumenta la resistencia mediante deformación plástica.

Procedimiento: Laminar roscas con placas fijas y móviles para pernos; roscar tuercas; laminar varillas. Optimizar las revoluciones para evitar defectos como grietas o deformaciones.

• Recomendaciones: Ajuste el diámetro de la pieza en bruto para mayor precisión, teniendo en cuenta los efectos del recubrimiento. Inspeccione si hay grietas superficiales según la norma GB/T 3098.1.
• Defectos comunes: Grietas, roscas irregulares, falta de redondez; control mediante parámetros del proceso.

El laminado de roscas preserva la estructura granular, mejorando la resistencia a la fatiga en aplicaciones de carga.

Tratamiento térmico

El tratamiento térmico optimiza las propiedades mecánicas mediante el temple y el revenido, adaptados al material y a su finalidad: revenido a alta temperatura para aceros templados (500-650 °C), a temperatura media para muelles (420-520 °C) y a baja temperatura para aceros carburizados (150-250 °C).

Procedimiento para aceros estructurales: Normalizar, templar a 850 °C, revenido a 400-500 °C o 200 °C para alta resistencia. Para resortes: Templar en aceite a 830-870 °C, revenido a 420-520 °C. Para aceros carburizados: Carburizar, templar, revenido a baja temperatura.

• Recomendaciones: Utilice hornos continuos con control de atmósfera para evitar la descarburación según la norma GB/T 3098.1. Controle la dureza uniforme y evite el agrietamiento.
• Defectos: Dureza insuficiente, irregularidades, deformación, agrietamiento; se mitigan mediante controles precisos.

Los equipos de última generación garantizan una calidad constante, algo fundamental para los elementos de fijación de alta resistencia.

Tratamiento de superficies

Los tratamientos superficiales proporcionan resistencia a la corrosión y un aspecto estético: galvanoplastia (zinc, níquel, etc.), galvanizado en caliente, recubrimiento mecánico.

Control de calidad: Aspecto sin defectos; espesor de 4-12 μm para galvanoplastia, 43-54 μm para inmersión en caliente; distribución uniforme; mitigación de la fragilización por hidrógeno mediante horneado a 176-190 °C durante 3-24 horas; prueba de adhesión.

• Recomendaciones: Hornee las piezas de alta dureza inmediatamente para evitar su fragilización. Cumpla con la norma ISO 4042 para recubrimientos electrolíticos.

Estos tratamientos prolongan la vida útil en entornos corrosivos.

Especificaciones de los pernos de alta resistencia

Los pernos de alta resistencia se procesan de la siguiente manera: Alambre laminado en caliente – trefilado – recocido de esferoidización – desincrustación mecánica – decapado – trefilado – forjado en frío – roscado – tratamiento térmico – inspección.

Diseño de materiales: C 0,25-0,55%, Mn 0,45-0,80%, Si ≤0,30%, P/S ≤0,030/0,035%, B ≤0,005% según GB/T 6478 y JIS G3507.

Esferoidización: Calentar a Ac1 +20-30 °C, enfriar isotérmicamente a ~700 °C y luego a 500 °C. Para aceros 35/45: 715-735 °C; SCM435: 740-770 °C, isotérmico 680-700 °C.

Desincrustación: Mecánica (doblado/pulverización) + decapado para grados superiores a 8,8.

Dibujo: 10-15% reducción por pasada para minimizar el endurecimiento.

Conformado: Troqueles de precisión de múltiples estaciones.

Enhebrado: Laminado para mayor resistencia.

Tratamiento térmico: Líneas automatizadas para garantizar la calidad.

• Orientación: Ajustar para grados 8.8/9.8 para equilibrar la resistencia y la ductilidad según la norma ISO 898-1.

Diagramas y representaciones visuales de fabricación

Las ayudas visuales ilustran las etapas clave de la formación:

Estas etapas, a menudo representadas en animaciones, demuestran la deformación progresiva. Los vídeos muestran el proceso de formación y enhebrado en tiempo real, destacando la precisión y la velocidad.