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

Experimental and numerical simulation of the damp wire drawing process of a carbon steel

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.

INTRODUCCIÓN

El proceso de trefilado de un alambre de sección circular consiste en reducir de forma simétrica la sección del mismo al hacerlo pasar, mediante una fuerza de tiro, a través de una hilera o serie de hileras (también denominadas matrices o dados [1]).

El trefilado húmedo por resbalamiento está formado por un juego de tambores de distintos diámetros dispuestos en dos ejes paralelos que giran a diferentes velocidades. En medio de ellos están ubicados los distintos dados de la serie de trefilación; ver figura 1. Todo el conjunto está sumergido en un baño de jabón de trefilación.

La particularidad de este proceso es que la reducción de área experimentada por el alambre se encuentra limitada por la relación de velocidades existente entre sus ejes giratorios. Este hecho hace que sólo exista un cierto porcentaje de resbalamiento admisible entre el alambre y los tambores de tiro que pueda compensar el desgaste de los dados; ver figura 2.

Uno de los problemas del proceso en condiciones de operación industrial es el corte del alambre cuando se trefilan diámetros pequeños, especialmente en los diámetros nominales de 0,8 mm y 0,9 mm, lo que implica pérdida de tiempo y paradas del proceso continuo de trefilación.