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Volumen 16 N° 1, Abril - Junio 2008

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Simulación experimental y numérica de un proceso de trefilado húmedo de un alambre de acero al carbono

 

 

Ennio L. Rojas1        Diego J. Celentano2        Alfredo A. Artigas3        Alberto G. Monsalve3


1 Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de La Serena. Benavente 980. La Serena, Chile.

2 Departamento de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica. Pontificia Universidad Católica de Chile. Av. V. Mackenna 4860. Santiago, Chile. E-mail: dcelenta@usach.cl

3
Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Universidad de Santiago de Chile. Av. Bdo. O‘Higgins 3363. Santiago, Chile. E-mail: amonsalv@usach.cl


 

RESUMEN

En este trabajo se presenta un análisis experimental y numérico para la descripción del comportamiento mecánico de un alambre de acero al carbono durante un proceso industrial de trefilado húmedo. En primer lugar, se hizo una campaña experimental de mediciones de fuerza de trefilado de las doce reducciones presentes en el proceso. En segundo lugar, se llevaron a cabo ensayos de tracción con objeto de caracterizar el comportamiento mecánico del material en cada etapa de reducción. En estos ensayos se obtuvieron curvas de tensión-deformación que, en conjunto a las respuestas calculadas a partir de la simulación de los ensayos, permitieron derivar la evolución de los parámetros elásticos y plásticos característicos del material a medida que se reduce su diámetro. De dicha evolución se constató el gran endurecimiento que experimenta el material durante el proceso el que, a su vez, condiciona fuertemente su trefilabilidad. Las simulaciones se realizaron por medio de un modelo elastoplástico de grandes deformaciones implementado en un programa de cálculo preexistente, basado en el método de elementos finitos, denominado VULCAN. Luego, los parámetros del material obtenidos en los ensayos de tracción fueron considerados en la simulación del proceso de deformación que ocurre durante el paso del alambre a través de los dados. Los resultados de la simulación se consideran aceptables y representativos del comportamiento del alambre en el proceso.

Palabras clave: Trefilado de alambres, caracterización experimental, modelación elasto-plástica, simulación numérica.


ABSTRACT

This paper presents an experimental and numerical analysis for the description of the mechanical behaviour of a carbon steel wire during an industrial process of damp drawing. Firstly, an experimental procedure aimed at measuring wire drawing forces in the twelve reductions present in the process was performed. Secondly, tensile tests were carried out in order to characterize the mechanical behavior of the material for each reduction step. The resulting stress-strain curves together with the computed responses obtained from the simulation of such tests allowed to derive the evolution of the representative elastic and plastic material parameters. This parameter evolution clearly reflected the relevant amount of hardening experienced by the material which, in turn, imposes restrictions over the drawing operation. The numerical simulations were conducted via a large strain elasto-plasticity model implemented in an existing finite element-based code called VULCAN. The material parameters obtained in the tensile tests were considered as data for the modeling of the entire wire drawing sequences. The computed results are considered as reasonable and representative of the material response during the deforming process.

Keywords: Wire drawing, experimental characterization, elasto-plastic modeling, numerical simulation.

 



AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar su agradecimiento a la empresa Indura Solcon por su colaboración en este trabajo y el soporte brindado por CONICYT (Proyecto Fondecyt 1060139).

 

REFERENCIAS

[1] M. Groover. "Fundamentals of modern manufacture". Lehigh University, Prentice Hall. 1997.

[2] E. Cabezas and D. Celentano. "Experimental and numerical analysis of the tensile test using sheet specimens". Finite Elem. Anal. Des. Vol. 40, pp. 555-575. 2004.

[3] Annual Book of ASTM Standards. Section 3: Metals Test Methods and Analytical Procedures. 1988.

[4] S. He, P. Van Houtte, A. Van Bael, F. Mei, A. Sarban, P. Boesman, F. Gálvez and J. Atienza. "Strain rate effect in high-speed wire drawing process". Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 10, pp. 267-276. 2002.

[5] F. Gálvez, J.M. Atienza, J. Ruiz y M. Elices. "Influencia de la velocidad de deformación en el comportamiento mecánico de alambres de acero trefilados". Anales de mecánica de la fractura. Vol. 18, pp. 185-189. Bayona, España. 2001.

[6] F. Gálvez, J.M.Atienza, J.Ruiz y M.Elices. "El efecto de la velocidad de deformación en la rotura de alambres de acero durante el trefilado". Anales de mecánica de la fractura. Vol. 19, pp. 73-78. Gerona, España. 2002.

[7] D. Celentano, S. Villalobos, A. Artigas and A. Monsalve. "Thermomechanical simulation and experimental validation of the wire drawing process". Computational methods for Coupled Problems in Sciences and Engineering, M. Papadrakakis, E. Oñate and B. Schrefler (Eds.), CIMNE. 2005.

 

 

 


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