Análisis comparativo tensional y geométrico mediante un software basado en el método de elementos finitos de rodillos grafiladores usados en trefilería

Abstract

Este proyecto tiene el objetivo de comparar las distintas herramientas que se usan en trefilería para llevar a cabo la definición de las “huellas” o “grafilas” que se marcan en la superficie del alambre pretensado, cuya aplicación está enfocada en el hormigón pretensado. Las huellas que se producen en el alambre pueden tener diferentes geometrías en función de las necesidades del cliente. Es por ello por lo que se utilizan diferentes utillajes que, pese a ser similares, producen resultados diferentes y significativos tanto en el alambre como en el propio proceso de fabricación. Existen varias herramientas, las cuales son llamados rodillos, usadas para realizar estas marcas, cubriendo así el abanico de necesidades que exige el mercado. Nos encontramos ante la necesidad de tratar de conocer mejor el comportamiento de cada una de las herramientas, viendo en qué circunstancias o necesidades es favorable usar un rodillo u otro. Para ello se compararán las propiedades de definición de huella que producen cada una de las herramientas, así como los efectos que tiene en el rodillo dicho proceso de fabricación. Para llevar a cabo este análisis comparativo haremos uso del software basado en el método de elementos finitos llamado Ansys, del cual disponemos la versión estudiante. Trataremos de abordar la problemática lo más realista posible, importando información al programa relativa a los materiales que protagonizan el proceso de fabricación, medición precisa de cada una de las geometrías que constan cada herramienta, y condiciones de contorno a las que está sujeto el proceso de fabricación. Cada una de estas herramientas serán medidas en el laboratorio para ser posteriormente modeladas en el software Autodesk Inventor. Una vez obtenida toda la información requerida, simularemos el proceso de fabricación de la huella y compararemos los resultados de definición de huella en el alambre usando estos distintos modelos. Para realizar la simulación será necesario estudiar el material del alambre que se va a grafilar, realizando ensayos de tracción para conocer sus propiedades mecánicas, se estudiará la geometría de las dos herramientas, conociendo así los parámetros que las distinguen, y se estudiarán las condiciones del proceso de fabricación, conociendo sus características fundamentales y ajustándolas al software de elementos finitos. Con el mismo obtendremos conclusiones sobre en qué circunstancias es recomendable utilizar un rodillo u otro, tratando de aportar alguna idea para motivar la mejora de la definición de la huella del alambre.

This project aims to compare the different tools used in wire drawing to define the "imprints" or "marks" made on the surface of prestressed wire, which is primarily applied in prestressed concrete. The imprints produced on the wire can have different geometries depending on the client's needs. Therefore, different tools are used, which, despite being similar, produce different and significant results both in the wire and in the manufacturing process itself. There are several tools, called rollers, used to make these marks, thus covering the range of needs demanded by the market. We face the need to better understand the behavior of each tool, determining under which circumstances or requirements it is favorable to use one roller or another. To achieve this, we will compare the imprint definition properties produced by each of the tools, as well as the effects that the manufacturing process has on the roller itself. To carry out this comparative analysis, we will use software based on the finite element method called Ansys, for which we have the student version. We will try to approach the problem as realistically as possible, importing information into the program related to the materials involved in the manufacturing process, precise measurement of the geometries of each tool, and the boundary conditions to which the manufacturing process is subject. Each of these tools will be measured in the laboratory and then modeled in the Autodesk Inventor software. Once all the required information is obtained, we will simulate the imprint manufacturing process and compare the imprint definition results on the wire using these different models. To perform the simulation, it will be necessary to study the material of the wire to be marked, conducting tensile tests to determine its mechanical properties. We will study the geometry of the two tools, un-derstanding the parameters that distinguish them, and examine the manufacturing process conditions, understanding their fundamental characteristics and adjusting them to the finite element software. With this, we will draw conclusions about the circumstances under which it is advisable to use one roller or another, aiming to provide some ideas to improve the imprint definition on the wire.