INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN EN EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE ALAMBRES DE ACERO TREFILADOS. F. Gálvez, J. M. Atienza, J. Ruiz, M.

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1 ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA, Vol. 18, (21) 185 INFLUENCIA DE LA VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN EN EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE ALAMBRES DE ACERO TREFILADOS F. Gálvez, J. M. Aenza, J. Ruz, M. Elces Unvesdad Polécnca de Madd Depaameno de Cenca de Maeales E.T.S.I. Camnos, Canales y Pueos. c/ Pof. Aanguen s/n, 284 Madd Resumen. El pesene aajo es un esudo expemenal del efeco de la velocdad de defomacón en el compoameno mecánco de alames de aceo eflados. Se han ealzado po una pae ensayos convenconales de accón con una máquna unvesal de ensayos y po oa ensayos de compesón a alas velocdades de defomacón con una aa Hopknson. En el esudo se han empleado vaos alames con dsno conendo de caono, y en dsnas eapas del poceso de eflado. Los esulados oendos muesan que la velocdad de defomacón puede se un faco a ene en cuena en la modelzacón numéca del poceso de eflado, al menos en las pmeas eapas del poceso. Asac. Ths pape s an expemenal sudy of he san ae effec on he mechancal ehavou of dawn seel wes. On he one hand, convenonal ensle ess have een pefomed wh a unvesal esng machne and on he ohe hand compesson ess have een pefomed wh a Hopknson a. Wes wh dffeen caon conen and fom dffeen dawng sages have een suded. The expemenal esuls show ha he san ae can e a key faco n he numecal modelng of he dawng pocess, a leas n he nal sages of he pocess. 1. INTRODUCCIÓN El alame de aceo eflado es un maeal de gan neés ndusal. Se emplea masvamene en las oas del homgón peensado, en los cales de la mneía y de la ndusa pesquea y en la ndusa del auomóvl, como hlos muy fnos paa efuezo de neumácos. El poceso de eflado con el que se oenen esos alames es una de las más anguas opeacones de confomado de meales y consse, esencalmene, en educ las dmensones de una aa hacéndola pasa a avés de una maz po esado en fío. El eflado se lleva a cao nomalmene a empeaua amene y se aa de un poceso mulpaso en el que se olga al maeal a pasa po vaas hleas (el númeo oscla nomalmene ene 7 y 2, dependendo de la educcón deseada) colocadas en see. Las educcones que se alcanzan en el poceso pueden llega al 9 % de seccón [1]. En los úlmos años, el desaollo de la ndusa de facacón de alames se ha caacezado po la demanda de poducos de mayo caldad oendos en menos empo [2]. Eso ha olgado a aumena las velocdades de eflado, llegándose a alcanza en el maeal velocdades de defomacón del oden de 1 s -1 e ncluso 1 s -1 en las úlmas eapas del poceso. Peo a la vez, nunca hasa ahoa la caldad de los poducos haía jugado un papel an decsvo en la ndusa. Hoy en día, las gandes empesas del seco enen sus popos cenos de nvesgacón y ulzan modenas heamenas de calculo numéco paa smula los pocesos y conola los facoes que pueden nflu en los msmos [3-6], mnmzando los esgos de oua del alame. En esas smulacones se emplea una ecuacón de compoameno mecánco del maeal oenda a pa de ensayos cuasesácos de accón smple [3, 7-1]. En dchos ensayos las velocdades de defomacón osclan ípcamene ene 1-5 y 1-3 s -1. Sn emago, como se ha dcho aneomene, la velocdad de defomacón del maeal en el poceso de eflado eal puede llega a valoes de 1 e ncluso 1 s -1, es dec, ene 6 y 9 ódenes de magnud supeoes. Po ano, paa modelza de foma fale el poceso de eflado paece neesane compoa la nfluenca de la velocdad de defomacón en el compoameno mecánco del maeal duane el poceso.

2 186 ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA, Vol. 18, (21) El ojevo del pesene aajo consse en nvesga la compoameno mecánco de los alames de eflado. Paa ello se han ealzado ensayos cuasesácos de accón hasa oua y ensayos dnámcos de compesón en cuao pos de alames, con dsna composcón y en dsnas eapas del poceso. 2. EXPERIMENTAL 2.1 Maeal En el esudo se han empleado cuao pos de alames eflados sumnsados po la empesa Bekae. Dos de ellos de ajo conendo en caono (,5%) y los oos dos de alo conendo de caono (,7%). En amos casos uno de los alames haía sdo somedo a un aameno émco de ecocdo después de la pmea pae del poceso, paa esaua sus popedades y connua poseomene con el eflado. Los oos dos alames han sdo eflados con una educcón en seccón del oden del 8% paa el aceo de ajo conendo en caono y del 7% paa el alo conendo de caono. Las denomnacones que se emplean se ecogen en la ala 1. Tala 1. Denomnacón de los alames esudados. Maeal %C Esado Dámeo (mm) LCA,5 ef.+ecocdo 3, LCD,5 eflado 3,8 HCA,7 ef.+ecocdo 3,5 HCD,7 eflado 3,5 maeal paa se somedo a nuevas opeacones de eflado con poseodad. Al aumena la ducldad se mnmza el esgo de oua del alame en un poceso mulpaso con educcones de seccón elevadas. 2.2 Ensayos a ala velocdad de defomacón Los ensayos a alas velocdades de defomacón se llevaon a cao medane la écnca expemenal de la aa de Hopknson. Esa écnca, amplamene exendda, peme deemna la hsoa de ensones y defomacones, y a pa de ellas llega a la cuva ensón defomacón del maeal a elevadas velocdades de defomacón [11-12]. El equpo expemenal de la aa de Hopknson empleado, epesenado en la fgua 1, consa de un cañón soe el que deslza un poyecl populsado po ae compmdo. Ese mpaca soe la pmea de las dos aas de aceo, ene las que pevamene se coloca la poea. Las dos aas esán nsumenadas medane andas exensomécas que son las encagadas de ecoge las defomacones que sufen. El equpo expemenal ha sdo especalmene dseñado en el Depaameno de Cenca de Maeales paa ensaya poeas de educdo amaño. El poyecl ulzado es de aceo de 8 mm de dámeo y 18 mm de longud. Las aas, nsumenadas en su mad, son del msmo maeal y dámeo y de 2 mm de longud. El equpo peme ensayos de 4 µs de duacón a velocdades de defomacón del oden de los 1 s -1. Las popedades mecáncas convenconales oendas po medo de ensayos cuasesácos de accón smple se muesan en la ala 2. Tala 2. Popedades mecáncas convenconales de los alames esudados. Cada valo es la meda de cuao ensayos. Maeal Líme elásco al,2% Ressenca a accón Máxma defomacón unfome LCA 21 MPa 294 Mpa 32, % LCD 575 Mpa 578 Mpa,6 % HCA 7 Mpa 115 Mpa 7,8 % HCD 121 Mpa 1495 Mpa 2,7 % Los esulados ndcan que el aameno de ecocdo después de la pmea pae del poceso y peva al eflado poseo aumena la ducldad del aceo hecho especalmene nooo en el aceo de ajo conendo en caono, donde la máxma defomacón unfome sue desde un,6% hasa un 32% aunque dsmnuye de foma consdeale ano el líme elásco como la essenca a accón. El ojevo del aameno de ecocdo es esaua la capacdad del Fg. 1. Dsposvo expemenal de los ensayos de compesón a ala velocdad de defomacón en la aa de Hopknson. Las hpóess del ensayo más mpoanes son el compoameno elásco de las aas, la popagacón de ondas undmensonal y equlo en la poea [13]. Las señales pocedenes de la aa ncdene son la onda ncdene soe la poea, ε y la onda eflejada, ε. La onda ansmda, ε. se ecoge en la aa

3 ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA, Vol. 18, (21) 187 ansmsoa. El ensayo peme deemna la caga aplcada soe cada exemo de la poea y el desplazameno elavo ene amos exemos en cada nsane. Esas fuezas se pueden deemna medane la eoía undmensonal de popagacón de ondas eláscas a pa de las sguenes expesones: alua y apoxmadamene 3 mm de dámeo. En la fgua 2 se muesa un dealle de la poea (en el ceno de la fgua) suada ene las aas de caga. a ( ε + ε ) F = A E (1) F = A Eε (2) donde A y E son la seccón y el módulo de elascdad de las aas y las vaales ε, ε y ε son las hsoas de las defomacones coespondenes a la onda ncdene geneada en el mpaco, la eflejada en la supefce de sepaacón aa-poea y la ansmda a la segunda aa. Cuando se alcanza el equlo en la poea, la ensón sopoada po la poea puede deemnase medane la sguene expesón: A σ = Eε (3) Ap donde A p es la seccón de la poea. Las señales ecogdas pemen además oene las velocdades de los exemos de las aas, y po ano los desplazamenos elavos de las msmas: u u = Vad = c ( ε ε d (4) a ) = Vd = c ε d (5) po ano, la defomacón ngenel que expemena la poea se puede oene ulzando la sguene expesón: ua u c ε p = = ( )d L L ε ε ε (6) donde c epesena la velocdad de popagacón de las ondas eláscas en las aas y L la longud ncal de la poea. La velocdad de defomacón duane el ensayo se oene a pa de: ε p = c L ( ε ε ε ) (7) Relaconando la hsoa de ensones con la de defomacones se deemna la cuva ensóndefomacón. Se compuea fnalmene que la poea alcanza el equlo en un empo sufcenemene pequeño fene al empo de ensayo, paa que el poceso pueda consdease cuasesáco. En los ensayos dnámcos se empleaon muesas de cada uno de los cuao alames esudados. Cada una de las muesas ea un pequeño clndo de 4,5 mm de Fg. 2. Dealle de la colocacón de la poea. 3. RESULTADOS. Ensayos Se han ealzado 5 ensayos de compesón en aa Hopknson paa cada uno de los cuao alames esudados. La velocdad de defomacón meda oenda esuvo compendda ene los 1 3 s -1 y los s -1. En las fguas 3 a 6 se muesan en azo fno los esulados oendos en los ensayos dnámcos con la aa Hopknson y en azo gueso las cuvas ensóndefomacón coespondenes a los ensayos convenconales de accón smple, paa cada uno de los alames esudados Ensayos dnamcos (2 s -1 ) Ensayos esacos (1-5 s -1 ) LCA Fg. 3. Cuvas ensón-defomacón del alame LCA. 4. DISCUSIÓN Los esulados oendos muesan que la nfluenca de la velocdad de defomacón es muy apecale en los alames de ajo conendo en caono. Así po ejemplo, como se ve en la Fg. 3, en el alame ecocdo después del eflado el líme elásco se plca. En el caso del alame smplemene eflado el ncemeno del líme elásco se apoxma al 3% (Fg. 4).

4 188 ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA, Vol. 18, (21) Ensayos dnamcos (2 s -1 ) Ensayos esacos (1-5 s -1 ) LCD Fg. 4. Cuvas ensón-defomacón del alame LCD Ensayos dnamcos (1 s -1 ) Ensayos esacos (1-5 s -1 ) HCA Fg. 5. Cuvas ensón-defomacón del alame HCA Ensayos dnamcos (1 s -1 ) Ensayos esacos (1-3 s -1 ) HCD Fg. 6. Cuvas ensón-defomacón del alame HCD. Esos esulados concuedan con los esudos de Tanmua e al. [14] y los daos expemenales apoados po Beenn e al. [15]. En amos aajos se muesa que en los maeales con esucua BCC la nfluenca de la velocdad de defomacón decece con la defomacón a la que el maeal esá somedo. En el caso del alame de ajo conendo en caono smplemene eflado, el maeal ha sdo somedo a una gan defomacón plásca la educcón de seccón es cas de un 8% po lo que es de espea que sea menos sensle a la velocdad de defomacón que el alame ecocdo después del eflado. En ese úlmo caso el maeal ha sdo esauado en sus popedades mecáncas po el aameno émco y ha peddo en cea medda la memoa del poceso de eflado. En el caso de los aceos de alo conendo en caono la compoameno mecánco es meno. Así po ejemplo, en el alame ecocdo después del eflado el líme elásco aumena un 2% en los ensayos dnámcos. Sn emago, en el caso del alame smplemene eflado los esulados de los ensayos convenconales esán lgeamene po encma de los coespondenes a los ensayos dnámcos. En cualque caso, paece clao que el compoameno de los alames a ala velocdad de defomacón dee se endo en cuena s se peende esuda el flujo del maeal duane el poceso de eflado. Facoes an mpoanes como la fueza de ado, la lucacón y el coefcene de ozameno podían vese afecados po el msmo. 5. CONCLUSIONES. En ese aajo se ha ealzado un esudo de la compoameno mecánco de cuao pos de alames eflados (de dfeene composcón y en dfeenes eapas del poceso de confomado). Los esulados oendos muesan que la velocdad de defomacón nfluye en las popedades mecáncas de los alames de aceo esudados. Dcha nfluenca es mayo en los aceos de ajo conendo en caono que en los de alo conendo en caono. Po ano, paece que dee enese en cuena el efeco de ese paámeo paa enende el flujo eal del maeal y pode modelza coecamene el poceso de eflado, mnmzando de paso el esgo de oua del alame. No en vano en los pocesos ndusales puede llegase a velocdades de defomacón en el maeal del oden de 1 s -1 e ncluso 1 s -1. Los esulados pelmnaes de ese aajo evdencan el neés de un poseo esudo en mayo pofunddad. 5. REFERENCIAS [1] Pesson, L., Basc pncples of we dawng, We Indusy, 63, , (ocue 1996). [2] Pee, H., Developmens and ends n we dawng ools, We Jounal Inenaonal, 24, (al 1982).

5 ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA, Vol. 18, (21) 189 [3] Avzu, B., The use of he pesonal compue fo smulaon of he pocess of we dawng and exuson n an neacve, use-fendly mode. We Jounal Inenaonal, 23, 48-6 (eneo 199). [4] Enghag, P.O., Compue pogam fo he calculaon of dafng, dawng foce and dawng powe. We Indusy, 64, , (1997). [5] Vjayaka, S.S.y Sanshak, T.W., Opmzaon of de geomey and dawng paamees n hgh sengh cod poducon. We Jounal Inenaonal, 28, 78-83, (noveme 1995). 6. AGRADECIMIENTOS Los auoes desean expesa su agadecmeno a la empesa Bekae po el maeal sumnsado y a la Deccón Geneal de Enseñanza Supeo e Invesgacón Cenífca po la fnancacón ecda paa esa nvesgacón a avés del poyeco 2FD C3-1. [6] Godfey, H., Rchads, F.y Sason, S., The enefs of usng we-dawng des wh smalle ncluded angles and longe ns. We Jounal Inenaonal, 33, , (juno 2). [7] Doege, E., Koff, A. y Massa, A., Sess and san analyss of auomaed mulsage femsmulaon of we dawng consodeng he ackwad foce, We Jounal Inenaonal, 33, (mayo 2). [8] Nedzwedz, M. y Pyka, E., Pedcon of ensle sengh of cold dawn we, We Wold Inenaonal, 24, (al 1982). [9] Avzu, B., Flow hough concal des, We Indusy, 56, (1989). [1] Placzyk, J.W., Pezyk, M., Dyja, H. y Gols, B., Fem analyss of meal flow n hydodynamc dawng of seel wes, We Jounal Inenaonal, 3, (noveme 1997). [11] Kolsky H. Sess waves n solds, Ed. Dove. (1963). [12] Daves, E.D.H. y Hune, S.C., The Dynamc Compesson Tesng of Solds y he Mehod of he Spl Hopknson Pessue Ba, Jounal of he Mechancs and Physcs of Solds, 11, (1963). [13] Zukas J.A., Ncholas T., Swf H.F., Geszczuk L.B., y Cuan D.R. Impac Dynamcs Ed. John Wlley and Sons (1982). [14]Tanmua, S., Mmua, K. y Zhu, W.H, Paccal consuve models coveng wde anges of san aes, sans and empeaue, Key Engneeng Maeals, , (2). [15]Beenn, S., Fave, V., Cayssals, F., Lemone, X. y Bevelle, M., Self conssen modellng of he elasc-vscoplasc ehavou of low-caon seels, Advances n mechancal ehavou, plascy and damage, Poceedngs of EUROMAT 2 (2).