COMPORTAMIENTO DE LA CHAPA ANTE LA DEFORMACIÓN.
Introducción: materiales y estados tensionales
- El conformado de chapa es un proceso que consiste en hacer piezas de geometría compleja a partir de chapas planas.
- Se trata de un proceso con un gran número de aplicaciones: Automoción, Aeronáutica, Ferroviaria, Electrodomésticos, Alimentación, Menaje, etc.
Materiales más frecuentes.
- Acero al carbono: el más frecuente por su ductilidad.
- Aluminio: aeronáutica y automóvil de gama alta.
- Aceros inoxidables: menaje y recipientes.
- Aceros de alto límite elástico: respuesta de los aceristas al creciente uso del aluminio en carrocerías.
- Otros materiales (cobre, magnesio, titanio, …).
Procesos.
Corte, doblado, embutición
Estados tensionales
El conformado de chapa supone la aparición de estados tensionales muy diferentes en diferentes regiones del producto.
Estados tensionales
El estudio de una operación sencilla de embutición de una copa ayuda a entender que los estados tensionales son variables tanto en diferentes zonas de la pieza como en diferentes momentos del conformado.
Anisotropía. Índice de Lankford
Los tratamientos térmicos a que haya sido sometida la chapa determinan su nivel de anisotropía.
La aptitud de una chapa ante la deformación es máxima si:
- Tiene ductilidad en todas las direcciones contenidas en el plano de la chapa (reduce la probabilidad en la aparición de grietas).
- Presenta alta resistencia a la deformación en la dirección del espesor (reduce la probabilidad de adelgazamiento y eventualmente, de rotura).
Anisotropía normal y anisotropía plana
Anisotropía Normal:
Anisotropía plana:
Ensayo Erichsen
Se utiliza para caracterizar la chapa ante la embutición.
Límite de embutición (LDR)
Mide el diámetro máximo de un desarrollo circular que se puede embutir en forma de copa con un punzón de un diámetro prefijado.
Los diagramas FLD
Los diagramas FLD representan los límites de seguridad y de fallo en el trabajo de conformación de la chapa.
Representación de las deformaciones principales
El diarama FLD se representa sobre un sistema de referencia en el que los ejes son las deformaciones principales epsilon_1 y epsilon_2
Ensayo normalizado
Se graba una distribución de pequeños círculos de diámetro conocido sobre la superficie de la chapa antes de la deformación, que se lleva a cabo mediante un procedimiento normalizado.
Obtención de la curva límite de fallo
La pieza se ensaya hasta la fractura. Los circulos situados sobre la fractura y en las inmediaciones proporcionan las deformaciones límite que separa la zona segura de la zona de rotura.
Obtención de la curva límite de fallo.
Variando el ancho y geometría de las muestras y la lubricación entre el punzón y la muestra, se alcanzan diferentes estados de deformación plana.
Aceros de alto límite elástico
En el mercado pueden encontrarse diferentes familias de aceros para conformado en función de dos características mecánicas básicas:
Aceros de alto límite elástico en la industria del automóvil
Su utilización se ha extendido mucho en los últimos años en la industria del automóvil debido a que presentan buena capacidad de absorción de energía en el impacto.
Principales familias
Aceros de baja resistencia:
Aceros de alta resistencia (HSS):
Aceros de ultra alta resistencia (AHSS, UHSS):
Conformado en caliente( hot stamping) de aceros al Boro (USIBOR)
La chapa se calienta a una temperatura mayor que la de austenización:
Paso 1: Calentamiento de la chapa de partida y transferencia rápida a la prensa (5 a 7 segundos)
Paso 2: Estampación rápida (a 600°C- 800°C) en fase austenítica.
Paso 3: Temple entre los troqueles (velocidad de enfriamiento superior a 30°C/S). Los troqueles están refrigerados. manteniendo su temperatura entre 20°C y 200°C
Conformado en caliente de aceros de alto límite elástico
Las líneas de estampación requieren instalaciones especializadas.