Termodinamica

EL EFECTO DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN EN LA ROTURA DE ALAMBRES DE ACERO DURANTE EL TREFILADO F. Gálvez, J.M. Atienza, J. Ruiz, M. Elices Universidad Politécnica de Madrid Departamento de Ciencia de Materiales E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos. c/ Prof. Aranguren s/n, 28040 Madrid

Resumen: El presente trabajo es un estudio del efecto de la velocidad de deformación en el comportamientomecánico de los alambres de acero durante el trefilado. Se han realizado ensayos convencionales de tracción con una máquina universal de ensayos y ensayos de compresión a altas velocidades de deformación con una barra Hopkinson. Se ha modelizado numéricamente el proceso de trefilado con el código de elementos finitos ABAQUS. Los resultados obtenidos muestran que las altas velocidades de deformaciónalcanzadas en los modernos procesos industriales pueden influir decisivamente en los parámetros del trefilado y en las tensiones alcanzadas por el material durante el conformado. Parece necesario comprobar cuál es su comportamiento mecánico en las condiciones reales en las que se desarrolla el trefilado como paso previo a cualquier intento de establecer un análisis preciso de las condiciones límitedel conformado. Abstract: This paper is a study of the strain rate effect on the mechanical behaviour of steel wires during drawing. For that purpose, conventional tensile tests (low strain rate) and Hopkinson bar tests (high strain rate) have been performed. Ferritic wires obtained from two different drawing steps have been studied. The cold drawing process has been simulated with the ABAQUSfinite element code. The results show that the strain rate has a remarkable influence on the material flow in modern drawing processes. If this effect is not taken into account, the calculated values for the drawing force, the friction coefficient and the stress and strain fields may be not reliable. Ductile fracture criteria used to predict wire fracture during drawing should take into account thestrain rate effects to achieve accurate predictions in industrial practice. Jenison [1], quien mostró que el diseño de las matrices era uno de los factores más importantes que causaban la aparición de cavidades internas y la consiguiente rotura de los alambres. Se han realizado aproximaciones analíticas, como el trabajo de Avitzur [2] utilizando el Teorema del Límite Superior y también estudiosexperimentales, entre los que cabe reseñar los realizados por Orbegozo [3] y Rogers [4] que mostraron experimentalmente que el grado de daño generado en la zona de deformación depende fundamentalmente de la componente hidrostática de las tensiones, de la geometría de la matriz, la reducción de área y las condiciones de rozamiento. Los estudios experimentales y analíticos han permitido obtener diagramaslímite que relacionan la deformación y las tensiones durante el proceso con los parámetros del trefilado, permitiendo la mejora y el control de los mismos. En general, han mostrado que el material se fractura más fácilmente para geometrías de matriz con ángulos grandes y reducciones pequeñas. No obstante, sus resultados son fundamentalmente cualitativos.

1.

INTRODUCCIÓN

El alambre deacero es un material de gran interés industrial. Se emplea en las obras de hormigón pretensado, en los cables de la minería o en la industria del automóvil como hilos muy finos para el refuerzo de neumáticos. El proceso de conformado con el que se obtienen estos alambres, llamado trefilado, consiste en reducir las dimensiones de una barra haciéndola pasar a través de una matriz cónica por estirado enfrío. La rotura de alambres durante el proceso de trefilado produce importantes pérdidas para la industria. Por esta razón, en los últimos años se han desarrollado diferentes modelos, con base empírica o analítica, que tratan de tener en cuenta el progresivo deterioro del material durante el conformado, para de esta forma evitar roturas durante la fabricación. Estos modelos son capaces de...