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Las tecnologías de conformado de chapa han sido desafiadas constantemente por las mejoras en la industria automotriz en las últimas décadas. Debido a las crecientes expectativas de los clientes, los requisitos de seguridad y la competencia en el mercado, existe una gran necesidad de productos, que se puedan fabricar con más éxito, de manera más económica y rápida para satisfacer estas necesidades cada vez mayores del mercado. El resultado de los procesos de conformado de chapa y especialmente los procesos de embutición profunda dependen en gran medida de los materiales utilizados.

El embutido profundo es el proceso más importante de dar forma a la lámina, donde las láminas de metal en gran parte deformadas se convierten en partes huecas. Experimentalmente, se utilizan varios métodos de laboratorio para evaluar la ductilidad de las láminas. Estos métodos de prueba incluyen operaciones de embutición profunda de copa cilíndrica y de conformación profunda. En embutición profunda, la chapa metálica se dibuja en una forma cilíndrica hueca donde las fuerzas aplicadas a menudo son simétricas. Las propiedades mecánicas de la lámina a menudo no son las mismas en todas las direcciones y la anisotropía cristalina de los materiales de la lámina puede ser la causa de la heterogeneidad en la dirección de la cristalización del grano. Los productos embutidos requieren además márgenes operativos, lo que aumentaría los costos de producción y fabricar productos más delgados sería útil para los costos generales. La industria de embutición profunda produce recipientes metálicos como tanques de presión o vacío, algunos repuestos de automóviles y aviones, latas de proyectiles y balas y latas para la industria de refrescos.

Algunas propiedades materiales de metales comunes se dan en la Tabla 1.

Tabla 1: Propiedades de los materiales metálicos comunes.

Se puede ver en la Tabla 1 que los aceros promedio tienen una alta rigidez y resistencia con una gran densidad, mientras que el aluminio tiene valores moderados pero subjetivamente buenos, lo que los hace más populares para aplicaciones de embutición profunda. Por otro lado, la menor densidad y resistencia a la corrosión del aluminio lo convierte en un buen candidato para un material de reemplazo para el acero.

El diseño y control de un proceso de embutición profunda depende no solo del material, sino también de la condición de la interfaz del material de la herramienta, la mecánica de la deformación plástica, el equipo utilizado y el control del flujo de metal. Los parámetros del equipo y las herramientas que afectan el éxito o el fracaso de una operación de embutición profunda son el punzón, los radios de troquel, la holgura del troquel, la velocidad de la prensa, la lubricación, el tipo de restricción al flujo de metal, como la fuerza de retención del blanco (BHF), el blanco brecha titular (BHG), y dibujar cordón. Todos estos tres tipos de restricciones crean una fuerza de restricción por fricción entre la tira y las herramientas.

El uso de aleaciones de aluminio (Al) en aplicaciones automotrices se ha duplicado, principalmente debido a su alta relación resistencia / peso y excelente reciclabilidad, lo que posteriormente se traduce en un considerable ahorro de costos. Sin embargo, dado que los costos de las aleaciones de Al son más altos que los de los aceros. Una disminución adicional en el costo es importante para expandir el uso de estas aleaciones.

Para establecer la geometría de una parte, es esencial conocer el límite al que se puede formar el material de la parte sin llegar a fallar. Este límite de formación depende, además del cambio de forma y las condiciones del proceso, de la capacidad de un material para deformarse sin fallas. La relación de dibujo límite (LDR) se usa comúnmente para proporcionar una medida de la capacidad de dibujo de la chapa.

En el trabajo de Gavaz M., el efecto del soporte en blanco multipunto en el LDR de las hojas Al-1050 se investigó usando (BHG) definido como la distancia fija entre el soporte en blanco y la superficie del troquel en el proceso de estampado por Weili et Alabama. para promover la capacidad de extracción profunda de las láminas de aluminio.

Se logra una LDR y una altura de copa más altas en comparación con un soporte en blanco normal cuando se usa el soporte en blanco multipunto. La calidad de la superficie es casi la misma en comparación con los sistemas normales de sujeción de piezas en blanco, sin embargo, se encontró un ligero arañazo en la superficie interna de la pared lateral de la copa. En este método, aunque la altura del dibujo y el LDR aumentan, no es muy práctico debido a la colocación de grasa de las bolas debajo del soporte en blanco.

Este método se puede usar prácticamente colocando las bolas en el soporte en blanco firmemente con otro método que se investigará, o haciendo que la superficie del soporte en blanco sea multipunto con diferentes métodos sin colocar las bolas. El uso de un soporte en blanco multipunto puede no ser el mejor método para obtener el LDR más alto, pero puede aumentar el LDR sustancialmente y puede usarse con fines especiales con éxito.

Los productos embutidos a menudo se utilizan para elementos estructurales en la industria automotriz. Esta es la razón por la cual el embutido profundo es una de las tecnologías de conformado de metales más estudiadas. Además, estos productos, como por ejemplo las carrocerías de los automóviles, a menudo son importantes tanto por las consideraciones de seguridad como por el efecto visual del producto final.

También influyen considerablemente en el peso de los productos finales, por lo que siempre que se cumplan los requisitos tecnológicos, los productores de piezas de embutición profunda buscan los materiales que reemplazan los aceros, como las aleaciones de aluminio. El uso de aleaciones de aluminio es más complicado, no solo debido a los mayores costos generales del aluminio en sí, sino también debido a sus propiedades, lo que dificulta el embutición profunda de estas aleaciones.

En los últimos años, una tendencia de reducción de peso en automóviles está aumentando desde el punto de vista de reducir el consumo de combustible y la emisión de gases de escape. Sobre todo, la aplicación de aleaciones de aluminio a los paneles de carrocería de automóviles se considera positivamente como un medio de reducción de peso efectiva. Si las láminas de aleación de aluminio se usan realmente para paneles de carrocería de automóviles, se requiere la evaluación de la formabilidad de la prensa además de las propiedades mecánicas como la resistencia y la ductilidad.

En aceros planos, es bien sabido que la relación de estiramiento limitante (LDR) que evalúa la capacidad de estiramiento profundo está muy influenciada por el valor de Lankford expresado por una relación de deformación verdadera en ancho a deformación verdadera en espesor, es decir, valor r (r = dεw / dεt ) Del mismo modo, las láminas de aleación de aluminio también parecen mostrar una correlación positiva entre el valor r promedio y el LDR en condiciones limitadas.

Aquí, cuando r0, r45 y r90 son valores r en direcciones de 0 °, 45 ° y 90 ° a la dirección de balanceo respectivamente, el valor r promedio viene dado por r ̅ = (r0 + 2r45 + r90) / 4 convencionalmente . Sin embargo, tal correlación no ha sido clara a partir de los resultados experimentales hasta ahora, porque el valor r promedio para las aleaciones de aluminio producidas por procesos convencionales de laminado y recocido generalmente muestra valores bastante inferiores a 1 y existe solo en un rango estrecho de 0.55 a 0.85.

El artículo de Paćko M. et al. se centra en el embutido profundo en varias etapas de la pieza tipo caja de aleación de aluminio AA5754 con brida. Tanto el análisis experimental como el numérico se realizaron en este estudio para predecir las causas de la contracción y el agrietamiento que se producen en el producto deformado con respecto a los cambios de las condiciones de fricción en las superficies de contacto de las piezas dibujadas con herramientas.

Las simulaciones numéricas se realizaron utilizando el software eta / DYNAFORM y el solucionador LS-DYNA R. La investigación mostró que los resultados de la simulación están muy de acuerdo con los resultados de los procesos reales de embutición profunda en varias etapas. Además, este estudio muestra que las condiciones adecuadas de fricción en la superficie de contacto de la herramienta de dibujo es crucial para la corrección del proceso de embutición profunda analizado. Una fricción demasiado grande puede restringir el flujo de material, particularmente a lo largo del borde que conecta el fondo y las paredes laterales de la pieza de dibujo, causando arrugas y grietas.

La Figura 4 muestra las etapas del modelado realizado en esta investigación.

Figura 4: Las etapas del modelado del proceso de dibujo profundo analizado.

Basado en el análisis de embutición profunda en varias etapas de una pieza tipo caja con brida, hecha de aleación de aluminio AA5754, se pueden sacar las siguientes conclusiones:

1. Los resultados de la simulación realizada con el software eta / DYNAFORM están muy de acuerdo con los resultados de los procesos reales de embutición profunda en varias etapas.

2. Los diagramas de límite de formación son muy importantes para el análisis cualitativo de las deformaciones en cada etapa del proceso de embutición profunda. En el dibujo de varias etapas investigado, diferentes áreas de la pieza de dibujo analizada, en comparación con los resultados de la simulación numérica combinada con diagramas de límite de formación, reflejan con precisión un comportamiento real del material investigado en cada etapa de deformación.

3. Las esquinas de las partes tipo caja son cruciales con respecto al análisis del proceso de dibujo profundo investigado. La contracción del material, así como el agrietamiento causado por tensiones de tracción significativas, a menudo ocurre en estas áreas de una pieza de dibujo.

4. Las condiciones adecuadas de fricción en la superficie de contacto de la herramienta y la pieza de tiro son cruciales para la corrección del proceso de embutición profunda analizado. Una fricción demasiado grande puede restringir el flujo de material, particularmente a lo largo del borde que conecta el fondo y las paredes laterales de la pieza de dibujo, causando arrugas y grietas.

5. Con base en las observaciones de embutición profunda de la pieza tipo caja de aleación de aluminio 5754 en condiciones industriales, se puede afirmar que las condiciones de fricción se pueden mejorar tanto mediante la aplicación de lubricantes adecuados como la selección adecuada de las áreas de la pieza a dibujar. lubricado Al lubricar el punzón, se debe prestar especial atención a sus esquinas y bordes que conectan el fondo y las paredes laterales, pero también a las superficies de contacto de las herramientas de dibujo con especial énfasis en las áreas de transición de las paredes laterales y la brida. Estas observaciones se confirman en parte por los resultados de las simulaciones.

6. Se puede observar un aumento de la fuerza de estirado en las etapas consecutivas del estirado profundo de múltiples etapas investigado de la pieza tipo caja de aleación de aluminio AA5754. Lo más probable es que sea causado por la reducción de los radios de las esquinas de la pieza de tiro, así como por la reducción de los radios de las superficies laterales. Además, la gran capacidad de AA5754 para endurecer por deformación también influye significativamente en la fuerza de tracción.