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Del alambre a la pieza terminada
Cómo se produce un sujetador según plano
Ocho pasos llevan una bobina de alambre a un lote embalado de pernos especiales. Cuáles necesita su pieza, y en qué orden, decide el proceso, el utillaje y quién puede cotizarla.
Las capacidades siguientes son rangos típicos. La planta que cotiza confirma lo que encaja con su pieza.
La secuencia de producción
Un perno recalcado en frío pasa por todas las filas. Una pieza mecanizada se salta las tres primeras y parte de la barra. La última columna es lo que su plano o su solicitud debe decir para que la planta pueda planificar ese paso.
Deslice la tabla hacia los lados para ver todas las columnas.
| Paso | Qué ocurre | Capacidad típica | Qué debe indicar el plano |
|---|---|---|---|
| Preparación del alambre | La bobina se trefila al diámetro de la pieza en bruto y, en los aceros aleados, se recuece de esferoidización para que pueda recalcarse sin agrietarse. | Calidades de alambre como 10B21, 10B33, SCM435 o 1022, elegidas según la clase de resistencia | La clase de resistencia o calidad del material, no una calidad de alambre, salvo que su cliente especifique una |
| Recalcado en frío | El alambre se cizalla y se conforma en una a seis estaciones de matrices para formar cabeza, vástago y secciones reducidas a temperatura ambiente. | Aproximadamente de M2 a M20, longitud hasta cerca de 10 x d. Más estaciones permiten cabezas más complejas | Forma y dimensiones de la cabeza, radio bajo cabeza, tipo de hueco, cualquier reducción del vástago |
| Recorte y punteado | Las cabezas hexagonales o de brida se recortan a medida, y el extremo se punta o se achaflana para el montaje. | A menudo se hace en la propia máquina o en una recortadora aparte | Tipo de punta (achaflanada, de espiga, cónica) y tolerancia de la anchura entre caras de la cabeza |
| Laminado de roscas | Rodillos planos o cilíndricos desplazan el metal hasta formar el perfil de la rosca. No se elimina material. | Roscas métricas y unificadas, clase de tolerancia 6g o 2A de serie, 4h o 3A bajo petición | Tamaño de la rosca, paso, clase, longitud roscada b y cualquier exigencia de rosca hasta la cabeza |
| Mecanizado secundario | Agujeros transversales, ranuras, hombros rectificados o diámetros ajustados que una máquina de recalcado no puede mantener. | Taladrado, torneado o rectificado en máquinas transfer o en tornos | Solo las características que lo necesitan, con sus tolerancias |
| Tratamiento térmico | Temple y revenido para la clase 8.8 y superiores, cementación para los tornillos autorroscantes. | Hornos continuos de cinta de malla para volumen, hornos por lotes para series pequeñas | Clase de resistencia, o rango de dureza con el lugar de la medición |
| Acabado superficial | Recubrimiento electrolítico, zinc laminar, fosfatado con aceite o pasivado, aplicados después del tratamiento térmico. | Normalmente subcontratado o realizado en una línea aparte | Norma del acabado, espesor u horas de resistencia a la corrosión y horneado si hay riesgo de hidrógeno |
| Selección e inspección | Selección óptica o por corrientes inducidas para piezas mezcladas y grietas, y después muestreo por lote. | Controles dimensionales, mecánicos y del recubrimiento según el plan acordado | Documentos de inspección y cualquier exigencia de selección al 100 por ciento |
Recalcado en frío
Una máquina de recalcado cizalla un trozo del alambre y lo empuja a través de una serie de matrices a temperatura ambiente. Una máquina de dos golpes hace cabezas sencillas. Una máquina multiestación pasa la pieza por cuatro a seis estaciones y puede extruir un vástago reducido, recalcar una brida y punzonar un hueco en un solo ciclo.
El límite está en cuánto metal se puede reunir en la cabeza sin que el trozo pandee. Las cabezas de hasta unas dos veces y media el diámetro del alambre se forman en pocos golpes. Las cabezas mayores necesitan más estaciones, conformado en tibio o forja en caliente. La ventaja es la velocidad: una máquina fabrica piezas en fracciones de segundo con casi ningún desperdicio, por lo que el precio por pieza a volumen es el más bajo de todos los procesos.
Lo que cuesta es el utillaje. Las matrices y los punzones se fabrican para cada referencia y tardan semanas. Recalcado en frío, mecanizado y forja en caliente compara los procesos en coste, y coste de utillaje y tamaño de la pieza en bruto explica qué determina la factura de las matrices.
Notas de diseño para piezas con cabeza conformada
- Radio bajo cabezaIndique el mayor radio que permita la unión. Una arista viva concentra tensiones y desgasta la matriz.
- Altura de la cabezaLas alturas de cabeza normalizadas se forman con menos golpes. Una cabeza fina y ancha necesita estaciones adicionales.
- Profundidad del huecoUn hueco profundo en una cabeza baja deja muy poca pared y puede agrietarse al recalcar o al apretar.
- ToleranciasLos diámetros de cabeza suelen mantener unas pocas centésimas de milímetro. Los ajustes más estrechos pasan a una fase de rectificado o torneado.
Laminado de roscas frente a roscado por arranque
Casi todo sujetador con cabeza conformada tiene la rosca laminada. El roscado por arranque se reserva para los casos a los que el laminado no llega. La diferencia importa sobre todo en piezas sometidas a vibración o a carga cíclica.
| Rosca laminada | Rosca cortada | |
|---|---|---|
| Cómo se forma | Metal desplazado por rodillos, la fibra sigue la rosca | Metal arrancado por una herramienta de punta, un macho o una terraja, la fibra queda cortada |
| Fatiga | Mayor, sobre todo si se lamina después del tratamiento térmico | Menor en el fondo de la rosca |
| Diámetro de la pieza en bruto | Aproximadamente el diámetro de flancos, por lo que lleva menos material por pieza | Diámetro mayor completo |
| Tiempo de ciclo | Segundos por pieza | Más largo, sobre todo en pasos gruesos |
| Dónde encaja | La mayoría de pernos y tornillos en serie, hasta diámetros grandes | Prototipos, roscas muy grandes o cortas, formas especiales como ACME |
Las roscas métricas siguen las clases de tolerancia ISO 965 y las unificadas la ASME B1.1. Antecedentes sobre los métodos: roscado (fabricación). El equilibrio entre coste y resistencia con más detalle: laminado de roscas frente a roscado por arranque.
Torneado CNC y tipo suizo
Cuando el volumen es bajo, la cabeza es demasiado grande para conformarla, el material no se conforma bien en frío o hay que mantener un diámetro más ajustado de lo que permite una máquina de recalcado, la pieza se tornea desde la barra. La mayoría de los sujetadores torneados reciben igualmente una rosca laminada, hecha con un accesorio del torno o con una laminadora aparte, de modo que conservan la ventaja en fatiga.
Los tornos tipo suizo admiten diámetros pequeños y piezas largas y esbeltas: microtornillos, pasadores y tornillos de hombro por debajo de aproximadamente M6. Los tornos convencionales cubren espárragos y pernos mayores hasta la capacidad de la barra. El titanio, las aleaciones de níquel y los diámetros grandes suelen tornearse.
Tratamiento térmico
Los pernos de acero de clases 8.8, 10.9 y 12.9 se someten a temple y revenido para alcanzar la resistencia y la dureza que la ISO 898-1 fija para la clase. La atmósfera del horno debe estar controlada, porque una capa superficial descarburada es más blanda que el núcleo y debilita la rosca. La ISO 898-1 limita la profundidad de esa capa.
Los tornillos autorroscantes y autotaladrantes se cementan en su lugar, con una piel dura sobre un núcleo más tenaz. Los pernos inoxidables A2 y A4 no se endurecen en absoluto. Su resistencia en clases 70 y 80 procede de la deformación en frío. Temple, revenido y descarburación explica los controles que conviene pedir.
Qué características cambian el proceso
Lea el plano característica por característica. Una característica que una máquina de recalcado no puede hacer añade una operación secundaria. Varias de ellas pueden llevar toda la pieza al mecanizado.
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| Característica en el plano | ¿Puede formarla una máquina de recalcado? | Qué suele ocurrir |
|---|---|---|
| Cabeza hexagonal, de brida, de botón o plana | Sí | Se forma y se recorta en la máquina |
| Hueco hexagonal interior, Torx o Phillips | Sí | Se punzona durante el recalcado. Los accionamientos de seguridad necesitan un punzón dedicado |
| Vástago reducido o sección extruida | Sí, dentro de la relación de extrusión | Se forma en una estación adicional |
| Hombro mantenido a unos ±0.02 mm | No directamente | Se recalca sobredimensionado y después se tornea o se rectifica |
| Agujero transversal o ranura | No | Se taladra o se fresa en una segunda operación |
| Entalladura o garganta para un anillo de retención | En parte | Se lamina o se tornea después del recalcado |
| Rosca completa hasta la cabeza | No por laminado | Queda una salida corta de unos 2 a 3 pasos salvo que la rosca se corte |
| Cabeza mayor que unas 2.5 x d | Difícil | Estaciones adicionales, forja en caliente o mecanizado desde la barra |
Los cuatro procesos lado a lado, con rangos típicos de tamaño y volumen, están en la página de inicio.
El acabado va al final
El recubrimiento se aplica después del tratamiento térmico y cambia la rosca. El zinc electrolítico según ISO 4042, el zinc laminar según ISO 10683 y el galvanizado en caliente según ISO 10684 añaden cada uno un espesor distinto, así que la tolerancia de la rosca debe planificarse antes del laminado, no después.
Para piezas de alta resistencia, la elección del recubrimiento decide también el riesgo de hidrógeno. La fragilización por hidrógeno en pernos explica cuándo es obligatorio el horneado. La parte de la decisión relativa a la clase está en la página de materiales.
Cómo lo usamos al seleccionar fabricantes
Leemos primero su plano para identificar el proceso: recalcado y laminado, mecanizado y laminado, solo mecanizado o forjado en caliente. Después comprobamos tamaño, clase y pasos secundarios y enviamos la solicitud a un máximo de 3 fabricantes que dominan ese proceso a su volumen. Tendrá noticias nuestras en un plazo de 24 horas hábiles.
Preguntas sobre procesos
La documentación y las piezas específicas de cada sector están en la página de sectores.
¿Es más resistente una rosca laminada que una cortada?
En fatiga, sí. El laminado comprime el fondo de la rosca y mantiene intacto el flujo de la fibra, por lo que las roscas laminadas soportan mejor las cargas cíclicas. La resistencia estática a la tracción depende sobre todo del material y del tratamiento térmico. Laminar después del tratamiento térmico da la mayor ganancia en fatiga pero es más duro para los rodillos.
¿Por qué una pieza con cabeza conformada necesita un pedido mínimo?
Cada pieza necesita sus propias matrices y punzones, y una máquina de recalcado se prepara para una bobina completa. Por debajo de unos pocos miles de piezas, la preparación y el utillaje dominan el precio, por eso los lotes pequeños suelen mecanizarse desde la barra y laminarse después.
¿Cuándo es necesario el tratamiento térmico?
Para pernos de acero de clase ISO 898-1 8.8 y superiores, el temple y revenido forma parte de la clase. Las clases 4.6 a 5.8 alcanzan sus propiedades por el acero y la deformación en frío. Los tornillos autorroscantes se cementan para que la rosca pueda labrar su propia rosca de acoplamiento.
¿Puede el recubrimiento debilitar un perno de alta resistencia?
El recubrimiento electrolítico puede introducir hidrógeno, y las piezas por encima de unos 320 HV, como las clases 10.9 y 12.9, corren riesgo de rotura diferida. La ISO 4042 establece las medidas, entre ellas el horneado poco después del recubrimiento. Los recubrimientos de zinc laminar según ISO 10683 evitan el paso electrolítico.