¿Por qué se utiliza ampliamente el acero estirado en frío en la fabricación de maquinaria de construcción?

Precisión dimensional y acabado superficial: la ventaja del acero estirado en frío para conjuntos de alta fiabilidad

No se requieren ajustes de adaptación para cilindros hidráulicos y eslabones de la pluma gracias a tolerancias de ±0,05 mm

Una característica clave del acero estirado en frío es su precisión de hasta ±0,05 mm. Esto significa que componentes como las articulaciones de la pluma y los cilindros hidráulicos pueden ensamblarse fácilmente sin necesidad de mecanizado adicional. Esta precisión también elimina los ajustes de montaje que normalmente se requieren y que suelen absorber aproximadamente del 15 al 20 % del tiempo total de ensamblaje de equipos de construcción. Cuando las varillas de los cilindros y los pasadores de las articulaciones presentan rangos dimensionales coincidentes, las juntas tóricas (seals) se asientan correctamente y no se permite la fuga de fluido hidráulico a través de las superficies de la junta tórica a una presión de 5.000 psi. Asimismo, los puntos de giro de la pluma son más concéntricos y distribuyen de forma uniforme la carga sobre los rodamientos, lo que evita el desgaste acelerado de estos últimos debido a cargas desiguales reducidas. Las ventajas del acero estirado en frío contrastan con las del acero laminado en caliente. Los componentes laminados en caliente suelen ser tan imprecisos que los fabricantes deben rectificarlos o bruñirlos. El estirado en frío es un proceso único porque es el único método que puede realizarse a temperatura ambiente: los granos metálicos simplemente se desplazan a la posición deseada, sin recurrir a las deformaciones características de los tratamientos térmicos.

Las superficies estiradas en frío ofrecen mayor durabilidad para varillas y casquillos: (La vida útil de las piezas deslizantes, por ejemplo, varillas guía y casquillos, se extiende gracias al acabado superficial liso de los productos estirados en frío (Ra ≤ 0,8 µm) y experimentan menos desgaste superficial debido a dicho acabado liso).

Además del acabado superficial, que contribuye a la resistencia al desgaste frente a superficies de contacto deslizante —por ejemplo, juntas tóricas—, se reduce la fricción (en varillas guía) y el desgaste (en casquillos), lo que prolonga la vida útil de estos últimos incluso en entornos operativos extremos (los casquillos con un acabado superficial inferior a 0,8 µm tienen una vida útil tres veces mayor que la de los casquillos con un acabado superficial superior a 0,8 µm), especialmente en componentes mecánicos sometidos a ciclos repetitivos, como las articulaciones del brazo de las excavadoras, donde un acabado superficial inferior a 5 micras es, sin lugar a dudas, indispensable para lograr un funcionamiento suave.

Los tubos de brazo estirados en frío acumularon más de 10 000 horas de operación en campo, y los tubos telescópicos de brazo estirados en frío duraron casi 2,3 veces más que los tubos de brazo mecanizados sometidos a pruebas en campo. ¿Por qué existe una diferencia tan drástica en las tasas de desgaste? La superficie endurecida por deformación en frío de los tubos de brazo estirados en frío es aproximadamente un 25 % más dura que el material base de los tubos de brazo.

Beneficios del estirado en frío: mayor resistencia, dureza y resistencia a la fatiga

El endurecimiento por deformación en frío incrementa la resistencia al fluencia un 40 % en comparación con el acero laminado en caliente; esto es importante para ejes y pasadores sometidos a cargas

El proceso de estirado en frío modifica la estructura interna del acero, a nivel microscópico, mediante la aplicación de una presión controlada que deforma plásticamente el acero. Este proceso también refuerza el acero en comparación con el acero laminado en caliente, logrando un aumento del 20 % al 40 % en la resistencia al fluencia. Este tipo de resistencia es fundamental en la fabricación de ejes hidráulicos y pasadores de pivote. El proceso de estirado en frío genera, asimismo, dislocaciones internas y, aunque mantiene las dimensiones del material sin cambios, lo refuerza. Los materiales sometidos a estirado en frío presentan las siguientes propiedades: resistencia permanente a la deformación por flexión, mejor resistencia al desgaste y a la fricción, y fiabilidad en los sistemas hidráulicos de brazos y en los sistemas de tren de rodaje. La mayor resistencia aportada por los materiales estirados en frío permite, además, a los ingenieros diseñar componentes más ligeros sin comprometer la seguridad. Esto resulta muy importante en sistemas cuyos componentes están diseñados para fallar.

Equilibrar la ductilidad y la resistencia: relaciones óptimas de reducción en frío para aplicaciones de alta exigencia, como ejes piñón

Lograr el equilibrio ideal entre ductilidad y resistencia depende de ejecutar correctamente el proceso de laminación en frío. El acero para construcción es ideal para un proceso de laminación en frío comprendido entre el 15 % y el 30 %. Cualquier porcentaje superior puede hacer que el acero se vuelva frágil y se agriete bajo tensión; cualquier porcentaje inferior dejará al acero con insuficiente resistencia para soportar cargas elevadas. Al procesar ejes piñón para la transmisión de par mediante excavadoras con accionamiento oscilante, es necesario aplicar un procesamiento adecuado para alcanzar una resistencia a la fatiga de 500 MPa durante 10 millones de ciclos, conforme a la norma de ensayo estándar con viga rotatoria. Asimismo, exigimos una tenacidad al impacto de 40–60 julios a −20 °C, para evitar problemas relacionados con impactos en frío. También buscamos una dureza uniforme en todo el material: para aceros resistentes, la diferencia máxima de dureza entre los dos lados de una sección transversal debe ser de 5 HRC. Todos los criterios mencionados permiten que la pieza resista los golpes producidos durante la excavación y evite la aparición de grietas. Pruebas de campo precisas demostraron que este enfoque supone un cambio radical, al extender los intervalos de mantenimiento requeridos un 30 % en comparación con las piezas estandarizadas conformadas en caliente. Usos clave del acero estirado en frío en los sistemas de maquinaria de construcción

Piezas estructurales y giratorias: pasadores de cuchara, ejes de rodillos de oruga, tubos de brazo telescópico y nudillos de dirección

El acero estirado en frío se utiliza para casi todos los componentes de las máquinas de construcción porque es dimensionalmente estable y resiste mejor la fatiga que otros materiales. Por ejemplo, los pasadores de cucharón soportan ciclos muy exigentes de estrés ambiental. Estos pasadores también requieren una dureza superficial de al menos 45 HRC. En el caso de los ejes de rodillos de oruga, los fabricantes exigen secciones transversales uniformes y tolerancias de 0,05 mm, de modo que todo quede perfectamente alineado incluso sobre terrenos irregulares. La microestructura endurecida por deformación, formada durante el proceso de estirado en frío, incrementa la resistencia de los tubos de brazo telescópico, permitiéndoles soportar la presión media de colapso hidráulico. Las horquillas de dirección también deben tener una resistencia al límite elástico un 20 % a un 40 % superior a la del acero laminado en caliente estándar para resistir las fuerzas de torsión en el punto de giro. En general, cuanto mayor sea la fiabilidad de los componentes, menor será la probabilidad de que la maquinaria sufra una avería. De hecho, las casquillos endurecidos utilizados en numerosos mecanismos articulados duran aproximadamente un 30 % más que los intervalos operativos promedio, por lo que los sistemas articulados en su conjunto generan menores costes de mantenimiento y tiempos de inactividad.

Ventajas de coste y eficiencia: cómo el acero estirado en frío reduce los costes de mecanizado y de servicios en campo

El acero estirado en frío permite ahorrar dinero tanto en la fabricación como en el campo, cuando la maquinaria está en funcionamiento. Dado que el material se encuentra muy próximo a su forma final, se requiere menos trabajo posterior sobre él, y sus superficies presentan un acabado rugoso de Ra 0,8 micrómetros, mejor que el valor habitual de 1,6 micrómetros. Este acabado reduce el tiempo de mecanizado entre un 15 % y un 30 % respecto al acero laminado en caliente típico. Los fabricantes que mecanizan componentes como varillas hidráulicas o ejes de pivote ya no necesitarán realizar torneado de desbaste ni varias pasadas de rectificado. Menos rectificado significa menor consumo de electricidad y menor desgaste de las herramientas.

Los perfiles estirados en frío tienen una buena eficiencia de producción, lo que se demuestra mediante una reducción del 22 % en el número de piezas rechazadas durante la fabricación de componentes con tolerancias de aproximadamente ±0,05 mm. Las piezas de acero en máquinas de producción que incorporan un alto porcentaje de acero estirado en frío, como los grandes pivotes de la pluma, presentan una menor incidencia de fallos; un informe indica una disminución del 40 % en la frecuencia de fallos prematuros. ¿Cuál es la causa de esto? La estructura microscópica del acero cambia durante el proceso de estirado en frío, lo que resulta en una mayor resistencia a la deformación plástica cuando se somete a cargas cíclicas. Estas mejoras se traducen en menores gastos en piezas de repuesto, lo que incrementa la eficiencia de costes operativos de la máquina.

Preguntas más frecuentes

¿Cuáles son las ventajas del acero estirado en frío?

El acero estirado en frío ofrece alta resistencia y dureza, así como una mejor maquinabilidad, gracias a una reducción del tiempo de mecanizado y de los residuos, y a un mejor acabado superficial que disminuye la fricción.

¿Cómo beneficia el acero estirado en frío a los cilindros hidráulicos y a las articulaciones de la pluma?

El acero estirado en frío mejora la fiabilidad y la durabilidad de los cilindros hidráulicos y de las articulaciones de la pluma al eliminar la necesidad de ajustes de montaje y al proporcionar un mejor acoplamiento entre los sellos hidráulicos y los rodamientos de las articulaciones de la pluma.

¿Cuál es la importancia del acabado superficial en los elementos deslizantes?

El acabado superficial mejora la vida útil de las varillas guía, los casquillos y otros componentes sometidos a desgaste al reducir la fricción de deslizamiento, lo que también disminuye la probabilidad de concentraciones de tensión que podrían provocar una falla estructural.

¿Cuál es el beneficio del endurecimiento por deformación en frío en el acero?

Mediante el endurecimiento por deformación en frío, la resistencia a la fluencia del acero aumenta entre un 20 % y un 40 %, lo que permite que los componentes de acero soporten mayores esfuerzos, un mayor abuso y una mayor vida útil en aplicaciones con deflexión estática y dinámica.

¿Dónde se utiliza el acero estirado en frío en la maquinaria de construcción?

Debido a la construcción superior y a la resistencia a la fatiga del acero estirado en frío, se utiliza en elementos estructurales estáticos y móviles, como pasadores de cucharón, pasadores de eje, tubos de segmento de brazo y nudillos de dirección.