Comparison of die geometry for cold drawing of multi-rifled steel tubes

Comparación de la geometría de las matrices para el estirado en frío de tubos de acero multiperforados

Los tubos multiranurados, es decir, con múltiples estrías interiores, se utilizan en intercambiadores de calor y calderas, ya que proporcionan condiciones favorables de transferencia de calor debido al flujo turbulento del medio refrigerante. Por ello, se imponen requisitos estrictos a la geometría del estriado interior. En la producción de este tipo de tubos, el estirado en frío con tapón estriado de rotación libre es la operación final de estirado para conseguir las dimensiones requeridas. Se preparó un modelo numérico del proceso basado en el método de los elementos finitos (MEF) para optimizar la geometría de la matriz. Los resultados de las simulaciones numéricas para dos geometrías de matriz diferentes muestran la diferencia en el flujo de material y la fuerza de embutición correspondiente. Las dimensiones finales de los tubos tras la embutición se compararon con los requisitos del cliente y se observó una buena concordancia.

INTRODUCCIÓN

Los tubos multiranurados, es decir, los tubos con múltiples ranuras interiores, se utilizan en intercambiadores de calor y calderas. En los últimos años, el efecto de los tubos multiagujereados para calderas ha sido muy valorado, principalmente en la generación de energía a presiones supercríticas en centrales térmicas de carbón [1]. La producción de tubos multiperforados es bastante complicada. El tubo liso se convierte en tubo multiacanalado tras la última pasada de estirado en frío. El objetivo de los fabricantes es reducir los costes de producción, la carga de las herramientas, el desgaste de éstas y mejorar la calidad del tubo.

Hoy en día, el análisis del flujo de material durante el conformado en frío se realiza con frecuencia mediante modelización informática y simulación numérica. Estas herramientas permiten evaluar el estado de tensión-deformación en el material sometido a complejas restricciones geométricas, modelos de material y condiciones de contorno.

Utilizando el software de simulación DEFORM-3D comparamos dos geometrías de matriz diferentes y evaluamos los resultados de la simulación con respecto a la geometría final del tubo.

PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

Los parámetros de simulación y los ajustes de cálculo en DEFORM-3D fueron exactamente los mismos para todos los modelos considerados. La materia prima de entrada se definió como un objeto plástico, adecuado para la modelización del proceso de estirado en frío en determinadas condiciones [2-5]. Un modelo 3D de tubo con simetría ¼ tenía 70 mm de longitud y estaba descrito por 30 000 tetraedros lineales (Figura 1). Los elementos más pequeños se colocaron en la superficie interior del tubo, donde se produce una gran intensidad de deformación plástica.