El proceso de trefilado de alambre ha cambiado muy poco a lo largo de los años. Utiliza una combinación de una matriz y/o una serie de matrices para estirar el alambre a un calibre seleccionado. El alambre trefilado tiene muchas aplicaciones más allá de lo que normalmente pensamos, como el alambre eléctrico y los cables de televisión. Por ejemplo, los muelles de cualquier tipo se fabrican con alambre trefilado, así como las barras de refuerzo utilizadas en la construcción en todo el mundo. Los clips y las grapas se fabrican con alambre trefilado. Los radios de las ruedas, los cepillos de alambre y los mangos metálicos también se fabrican con alambre trefilado. Hay literalmente miles de productos acabados que dependen del alambre trefilado. Para satisfacer esta necesidad cada vez mayor, las empresas metalúrgicas trefilan anualmente muchos millones de kilómetros de alambre. Por esta razón, el trefilado, aunque no ha cambiado en el proceso durante muchos años, es un mercado extremadamente sensible a los costes y competitivo. A su vez, las empresas que fabrican equipos de trefilado y los equipos de proceso en torno al trefilado están muy en sintonía con cualquier ventaja de productividad o eficiencia que puedan obtener. Una de esas ventajas principales es utilizar un inversor de corriente alterna. Los inversores son mucho más eficientes, utilizan menos piezas y permiten una mayor productividad que los diseños tradicionales.

Un diagrama común que se muestra a continuación ilustra el proceso de trefilado. Si se utilizan varias matrices, se enlazan en serie hasta alcanzar la sección transversal requerida. Es de vital importancia mantener una tensión y velocidad continuas y conocidas en el alambre a medida que se desplaza por la máquina. Esto asegura una sección transversal consistente.

Ciencia detrás del trefilado

La metalurgia es el estudio del metal y de los procesos del metal. Hay una tasa definida de cambio de las características del metal basada en la tensión y la resistencia en un rango de temperaturas cuando el metal está siendo manipulado. El trefilado es un proceso de trabajo del metal que se utiliza para reducir la sección transversal del alambre tirando de él a través de una serie de matrices. Este proceso es un tipo de forja. La forja es el cambio plástico, o permanente, de la forma de un metal. La forja puede realizarse a temperaturas calientes, templadas o frías. Dado que los metales tienen características diferentes a distintas temperaturas, es posible cambiar las características del propio metal a medida que aumenta la temperatura. Cuando se estira el alambre, se hace a temperatura ambiente. En ese momento, se está forjando «en frío». Trabajar en frío un metal es un término utilizado para deformar plásticamente a temperatura ambiente sin cambiar las características del metal. Cuando el alambre es estirado, el metal no cambia de características, sólo cambia de forma.

El proceso de trefilado

El proceso en sí es bastante sencillo. Para comenzar el proceso de trefilado, se coloca una bobina de alambre al principio de la máquina en un carrete. Para alimentarlo a través de la máquina, el extremo del alambre debe ser cortado o aplanado. Se alimenta a través de la máquina y a través de una serie de matrices para lograr su área transversal final. El extremo de la máquina suele tener una bobina o enrollador para que el producto final sea una bobina de alambre con el área transversal deseada. El proceso final también puede ser una empaquetadora de barriles en la que se coloca un barril y el alambre enrollado se enrolla directamente en el barril utilizando una plataforma giratoria.

Es de vital importancia que la temperatura de la maquinaria no se caliente demasiado (causado principalmente por la energía liberada durante la deformación del metal) y que el alambre tenga una tensión y velocidad constantes mientras se mueve a través de la serie de matrices. Históricamente, esto se conseguía únicamente por medios mecánicos. Sin embargo, se empezaron a utilizar accionamientos de corriente continua para hacer funcionar los motores a determinados niveles en función del metal y la sección requerida. A medida que la tecnología mejoraba, se añadía un software para las aplicaciones de bobinado que mantenía el material en movimiento a la velocidad y tensión adecuadas para garantizar un buen producto. Esto eliminó parte de la mecánica y la transfirió a la tecnología electrónica. Con la introducción de accionamientos de corriente alterna de alto rendimiento/alta eficiencia con potentes procesadores para el software, la dependencia mecánica de la maquinaria ha disminuido considerablemente.

Los accionamientos y el proceso de trefilado

Como se ha comentado anteriormente, los convertidores de CA pueden utilizarse para una amplia gama de funciones en las máquinas de trefilado, ya que son muy similares a una bobinadora. En muchas de estas máquinas modernas se utilizan ejes de línea electrónicos, controles vectoriales y comunicaciones en serie.

Definición de Software de Eje de Línea Electrónico

El Software de Eje de Línea Electrónico permite sincronizar uno o más motores accionados a una señal de codificador maestro. El codificador maestro proporciona una referencia de pulso al seguidor que da como resultado que el seguidor ordene a su motor mantener una posición específica del eje. El accionamiento del seguidor supervisa la retroalimentación de impulsos del codificador maestro y de su propio codificador. El seguidor compensará entonces cualquier error de posición ajustando la velocidad de salida de su motor, lo que resulta en una alineación casi perfecta entre el sistema maestro y el motor del seguidor. No hay acumulación de errores de posición, por lo que la alineación se mantendrá siempre…

En un cajón de cable, se utiliza un accionamiento principal y el resto son accionamientos seguidores. La definición del software dice además:

El seguidor también posee una característica de engranaje electrónico. Esto permite que el seguidor funcione a una relación del maestro como si los dos estuvieran acoplados mecánicamente a través de correas o engranajes. Este software incluye comunicaciones Modbus «mejoradas». La función de control de registro permite al accionamiento del seguidor aceptar una marca de registro del producto en movimiento y regular su posición angular. Esto se utiliza para aplicaciones especiales como máquinas de envasado, cortes volantes, etiquetas…

El softwareELS es ideal para un cajón de alambre ya que sus características de bobinador requieren que el alambre se mueva a una tensión y velocidad conocidas y continuas. Debe ajustarse continuamente para el error y el seguimiento.

La introducción de los accionamientos de CA no sólo proporcionó un muy buen rendimiento, sino que dio al usuario la ventaja de no depender de piezas mecánicas, que están sujetas a desgaste. Por lo tanto, el mantenimiento preventivo y las averías rutinarias se reducen significativamente.

Los retos de la aplicación de trefilado incluyen:

• Tiempos de proceso rápidos.
• Alto par y control de la velocidad.
• Aceleraciones rápidas hasta una velocidad y desaceleración hasta la velocidad cero de nuevo sin perder tensión.
• Gamas de velocidad variadas y requisitos de par según el material.
• El proceso puede sufrir muy poco tiempo de inactividad.
• Debido a la velocidad, los problemas con el proceso pueden causar grandes cantidades de desechos y pérdida de ingresos.

Cortadoras

Muchas empresas que proporcionan equipos de trefilado de alambre también proporcionan equipos periféricos. Después de trefilar el alambre, hay que cortarlo a una longitud determinada. Un VFD con eje de línea electrónico realiza muy bien esta función. Hay un accionamiento principal de bucle cerrado y un accionamiento seguidor después de la rueda de corte. El accionamiento principal debe mantener la tensión y la velocidad precisas junto con el accionamiento seguidor.

Empacadores de barril

Un empacador de barril de alambre es un ensamblaje que puede ser colocado directamente fuera del cajón de alambre -o el alambre enrollado puede ser llevado a una estación diferente. En la función de empaquetado de barriles, se coloca un barril en una mesa giratoria. El alambre se introduce continuamente en el fondo del barril y se enrolla. Normalmente hay dos motores en una empaquetadora de barriles, uno para colocar el alambre y otro para hacer girar la mesa giratoria. Como este proceso es mucho más lento y no depende de la tensión sino sólo moderadamente de la velocidad, se acopla un pequeño accionamiento de bucle abierto con un accionamiento vectorial de bucle cerrado para la mesa giratoria. También existe una versión de este conjunto sólo para la mesa giratoria. En ese caso sólo se instala un único accionamiento de corriente alterna.

Enrolladores y carretes

Los carretes se encuentran a menudo al final de las máquinas de trefilado. Los enrolladores son máquinas separadas que enrollan alambre y productos finales de varios calibres y resistencias. Su único propósito es enrollar, o enrollar el producto final para su envío. Los bobinadores pueden utilizarse para enrollar cables muy grandes a altas velocidades y han llegado a alcanzar los 1000hp. Los enrolladores parecen ser más pequeños y no superan los 50 CV. Aunque realizan la misma función, los spoolers parecen ser más pequeños que los coilers, y se denominan así en la industria.

Requisitos de aplicación

Funciones de accionamiento apropiadas para el proceso de trefilado

Las funciones que pueden aplicarse mientras se opera un cajón de alambre, enrollador y bobinador son muy similares a las de una bobinadora. En la siguiente tabla se muestran las características y ventajas del uso de los VFD en la aplicación de bobinado.

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