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EuroWire – Maggio 2011
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articolo tecnico
stabilito come variabile da 0,3 a 0,7.
Le costanti del materiale e la condizione di
trafilatura per l’analisi FEM sono indicate
nella
Tabella 1
.
Sono state esaminate le variazioni dello
sforzo di trafilatura nel lato interno della
filiera mediante l’analisi FEM, utilizzando
fili con inclusioni di varie dimensioni.
La
Figura 3
illustra i risultati. É stato
riscontrato che lo sforzo di trafilatura si
sposta rapidamente verso l’alto quando
un’inclusione passa attraverso la filiera.
Si può notare che all’aumentare della
relazione fra le dimensioni dell’inclusione
e il diametro del filo, cioè Di/Do, aumenta
anche lo sforzo di trafilatura. Nel caso di un
filo con un’inclusione per la quale Di/Do è
pari a 0,7, lo sforzo di trafilatura raggiunge
la resistenza del filo.
Ciò significa che vi è un’elevata probabilità
che il filo si rompa. Prendendo in
considerazione il fattore di sicurezza, si
suppone che esiste il rischio che il filo si
rompa quando Di/Do è superiore a 0,4.
Sono state misurate le dimensioni delle
inclusioni sulla superficie della frattura
durante la trafilatura di fili d’oro con
diametri tra 20 e 50µm.
La
Figura 4
mostra la frequenza di rottura
del filo per diversi valori di Di/Do. Questa
figura indica che il filo può rompersi se
Di/Do è pari a 0,3 o maggiore e che la
frequenza più elevata di rottura di un filo si
ha quando Di/Do è approssimativamente
pari a 0,7.
3.2 Effetto delle particelle estranee
In alcuni casi i materiali estranei sono
presenti sulla superficie del filo durante la
trafilatura, oppure possono entrare nella
filiera attraverso il lubrificante.
Questi materiali estranei si formano
principalmente per erosione del filo o della
filiera o dell’equipaggiamento, oppure
possono originarsi dalla polvere presente
nell’aria. Secondo la forma e la durezza del
materiale estraneo, la rottura del filo può
verificarsi come illustrato nella
Figura 5
.
Come esempio, la
Figura 6
mostra
immagini del microscopio a scansione
elettronica (SEM - Scanning Electron
Microscope) e fotografie dello spettro-
metro EDS di un filo dopo la trafilatura con
materiali estranei sulla superficie del filo.
Il materiale del filo è acciaio inossidabile
austenitico.
L’analisi con spettrometro EDS ha
evidenziato che il materiale estraneo
consiste in carburo di ferro, che includeva
una piccola componente di Ni. Le
dimensioni erano 0,53x0,27mm, e Di/
Do era approssimativamente pari a 0,2. Si
suppone che la rottura del filo non è stata
causata dal basso valore di Di/Do.
La
Figura 7
illustra i risultati, ottenuti con
l’analisi FEM, della trafilatura di un filo con
materiale estraneo vicino alla superficie.
Il materiale estraneo e il filo sono uniti
meccanicamente all’interfaccia corrispon-
dente. Dopo ripetute operazioni di
trafilatura, lo sforzo agisce sull’interfaccia
e causa la separazione nella medesima,
generando uno spazio vuoto. Nel presente
studio è stato utilizzato il codice FEM a tre
dimensioni MSC/Marc Mentat 2008r1.
Costanti meccaniche per l’oro
Modulo di Young
80GPa
Rapporto di Poisson
0.44
Curva dell’incrudimento
σ=475ε
0.07
Condizione del materiale per l’inclusione
Materiale
A1
2
O
3
, SUS304
Modulo di Young
300, 194GPa
Rapporto di Poisson
0.23, 0.30
Limite di snervamento
4.3, 0.205GPa
Semiangolo della
filiera, riduzione
α
=7º, R/P=10%
Coefficiente d’attrito
0.05μm
▲
▲
Tabella 1
:
Condizioni dei materiali e di trafilatura per l’analisi FEM
▲
▲
Figura 5
:
Schema della rottura di un filo causata da materiale estraneo
B) Caso di inclusione
ridotta o morbida
A) Caso di inclusione
estesa o dura
▼
▼
Figura 6
:
Immagine SEM e analisi componenziale del filo con materiale estraneo
C) Contenuto di Ni
A) Immagine SEM del filo trafilato
B) Contenuto di Fe