Publicación: Guidelines for Selecting Plugs Used in Thin-Walled Tube Drawing Processes of Metallic Alloys
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Fecha
2017-12-18
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Resumen
In this paper, some practical guidelines to select the plug or set of plugs more adequate to carry out drawing processes of thin-walled tubes carried out with fixed conical inner plug are presented. For this purpose, the most relevant input parameters have been considered in this study: the tube material, the most important geometrical parameters of the process (die semiangle, a, and cross-sectional area reduction, r) and the friction conditions (Coulomb friction coefficients, m1, between the die and the tube outer surface, and m2, between the plug and the tube inner surface). Three work-hardening materials are analyzed: the annealed copper UNS C11000, the aluminum UNS A91100, and the stainless steel UNS S34000. The analysis is realized by means of the upper bound method (UBM), modelling the plastic deformation zone by triangular rigid zones (TRZ), under the validated assumption that the process occurs under plane strain conditions. The obtained results allow establishing, for each material, a group of geometrical parameters, friction conditions, a set of plugs that make possible to carry out the process under good conditions, and the optimum plug to carry out the process using the minimum amount of energy. The proposed model is validated by means of an own finite element analysis (FEA) carried out under different conditions and, in addition, by other finite element method (FEM) simulations and real experiments taken from other researchers found in the literature (called literature simulations and literature experimental results, respectively).
As a main conclusion, it is possible to affirm that the plug that allows carrying out the process with minimum quantity of energy is cylindrical in most cases.
En este trabajo se presentan algunas pautas prácticas para seleccionar el tapón o conjunto de tapones más adecuados para llevar a cabo procesos de embutición de tubos de pared delgada realizados con tapón interior cónico fijo. Para ello se han considerado en este estudio los parámetros de entrada más relevantes: el material del tubo, los parámetros geométricos más importantes del proceso (semiángulo de la matriz,𝛼 , y reducción del área de la sección transversal,𝑟 ) y las condiciones de fricción (coeficientes de fricción de Coulomb,𝜇1 , entre la matriz y la superficie exterior del tubo, y𝜇2 , entre el tapón y la superficie interior del tubo). Se analizan tres materiales endurecibles por deformación: el cobre recocido UNS C11000, el aluminio UNS A91100 y el acero inoxidable UNS S34000. El análisis se realiza mediante el método de la cota superior (UBM), modelando la zona de deformación plástica mediante zonas rígidas triangulares (TRZ), bajo el supuesto validado de que el proceso ocurre en condiciones de deformación plana. Los resultados obtenidos permiten establecer, para cada material, un grupo de parámetros geométricos, condiciones de fricción, un conjunto de tapones que hacen posible llevar a cabo el proceso en buenas condiciones, y el tapón óptimo para llevar a cabo el proceso utilizando la mínima cantidad de energía. El modelo propuesto se valida mediante un análisis de elementos finitos (FEA) propio realizado en diferentes condiciones y, además, mediante otras simulaciones del método de elementos finitos (FEM) y experimentos reales tomados de otros investigadores encontrados en la literatura (llamados simulaciones de la literatura y resultados experimentales de la literatura, respectivamente). Como conclusión principal se puede afirmar que el tapón que permite realizar el proceso con mínima cantidad de energía es cilíndrico en la mayoría de los casos.
En este trabajo se presentan algunas pautas prácticas para seleccionar el tapón o conjunto de tapones más adecuados para llevar a cabo procesos de embutición de tubos de pared delgada realizados con tapón interior cónico fijo. Para ello se han considerado en este estudio los parámetros de entrada más relevantes: el material del tubo, los parámetros geométricos más importantes del proceso (semiángulo de la matriz,𝛼 , y reducción del área de la sección transversal,𝑟 ) y las condiciones de fricción (coeficientes de fricción de Coulomb,𝜇1 , entre la matriz y la superficie exterior del tubo, y𝜇2 , entre el tapón y la superficie interior del tubo). Se analizan tres materiales endurecibles por deformación: el cobre recocido UNS C11000, el aluminio UNS A91100 y el acero inoxidable UNS S34000. El análisis se realiza mediante el método de la cota superior (UBM), modelando la zona de deformación plástica mediante zonas rígidas triangulares (TRZ), bajo el supuesto validado de que el proceso ocurre en condiciones de deformación plana. Los resultados obtenidos permiten establecer, para cada material, un grupo de parámetros geométricos, condiciones de fricción, un conjunto de tapones que hacen posible llevar a cabo el proceso en buenas condiciones, y el tapón óptimo para llevar a cabo el proceso utilizando la mínima cantidad de energía. El modelo propuesto se valida mediante un análisis de elementos finitos (FEA) propio realizado en diferentes condiciones y, además, mediante otras simulaciones del método de elementos finitos (FEM) y experimentos reales tomados de otros investigadores encontrados en la literatura (llamados simulaciones de la literatura y resultados experimentales de la literatura, respectivamente). Como conclusión principal se puede afirmar que el tapón que permite realizar el proceso con mínima cantidad de energía es cilíndrico en la mayoría de los casos.
Descripción
The registered version of this article, first published in “Metals , 7 (12), 572.", is available online at the publisher's website: MDPI, https://doi.org/10.3390/met7120572
Categorías UNESCO
Palabras clave
tube drawing, thin-walled tubes, plugs selection, work-hardening materials, upper bound method (UBM), triangular rigid zones (TRZ), Coulomb friction, finite element analysis (FEA), finite element method (FEM), dibujo de tubos, tubos de paredes delgadas, selección de tapones, materiales de endurecimiento por deformación, método de límite superior (UBM), zonas rígidas triangulares (TRZ), fricción de Coulomb, análisis de elementos finitos (FEA), método de elementos finitos (FEM)
Citación
Rubio, EM, Camacho, AM, Pérez, R., & Marín, MM (2017). Guía para la selección de tapones utilizados en procesos de trefilado de tubos de pared delgada de aleaciones metálicas. Metals , 7 (12), 572. https://doi.org/10.3390/met7120572
Centro
Facultades y escuelas::E.T.S. de Ingenieros Industriales
Departamento
Ingeniería de Construcción y Fabricación