6 Análisis elastoplástico de los especímenes con carga normal de trabajo

A través del análisis elastoplástico por medio de la aplicación del Método de Elementos Finitos a los especímenes de acero que se presentaron en el capítulo anterior. Donde se pretende determinar los estados de esfuerzos generados en el modelo bajo condiciones de trabajo de carga normal sobre el área efectiva del mismo como un primer paso. Posteriormente, el siguiente procedimiento y como segundo paso, es la descarga total del modelo en cuestión del análisis elastoplástico. Para realizar tal análisis se tomó únicamente el proceso de barrenado, ya que de los dos procesos de maquinado (fresado y barrenado) éste último es en donde se generan los mayores esfuerzos de maquinado sobre el sistema de sujeción.

Figura V.6.- Gráfica de las propiedades mecánicas bilineales del el acero AISI (8620)

En la siguiente tabla se muestran los valores de los esfuerzos de cedencia correspondientes a las deformaciones unitarias de la Figura V.6.

Capítulo V 98 Tabla V.1.- Valores del comportamiento elastoplástico del el acero AISI (8620)

Esfuerzo de cedencia máximo (MPa) Deformación unitaria (mm/mm) 586 0.002 755 0.01

Por lo tanto, en el modelo, se utilizó el mismo mallado del espécimen de acero AISI 8620 y los mismos parámetros para la zona elástica teniendo como comportamiento:

 Estructural, Lineal, Elástico e Isotrópico, con un coeficiente de Poisson (ν) de 0.28 y con módulo de Young (E) de 200 GPa. Para el no lineal el comportamiento.

 Estructural, No lineal, Inelástico, Independiente a la velocidad, Plasticidad con endurecimiento cinemático, Plasticidad de Misses, Multilineal (general) y de acuerdo con las propiedades del material se tiene que posee un esfuerzo de cedencia de 580 MPa para el acero AISI 8620 conformado por estirado en frio.

Figura V.7.- Aplicación de la carga sobre el espécimen a maquinar

Como primer paso del análisis, se aplicada la carga que es de 1500 N en una área de trabajo de 0.0017 m2 obteniéndose un esfuerzo de 0.84 MPa. Las restricciones son las mismas que para el

Capítulo V 99

Análisis de esfuerzos aplicados a sistemas de sujeción (de bajo perfil) para mecanizado por arranque análisis elástico y como segundo paso, se realiza la descarga del espécimen. Es decir, que se retira la presión total aplicada sobre el área efectiva de trabajo. Así como, consecuencia del primer paso de carga se tiene que el material tiene una historia previa de carga y al descargarla se inducen los esfuerzos residuales dentro del elemento estructural. En la Figura V.7 se observa la forma de carga y las restricciones que se consideraron en el espécimen de acero AISI 8620. Los esfuerzos residuales generados por esta carga en cada uno de los ejes en el acero AISI 8620 son los siguientes.

Figura V.8.- Componente del esfuerzo residual en X del acero AISI 8620 con carga normal

Capítulo V 100

Figura V.10.- Componente del esfuerzo residual en Z del acero AISI 8620 con carga normal

Para este caso de estudio con la carga establecida por la máquina-herramienta, que es con la que se maquina el espécimen de acero en cuestión y que está conformado en estirado en frío, como resultado, los esfuerzos de Von Misses residuales son bastante pequeños.

Capítulo V 101

Análisis de esfuerzos aplicados a sistemas de sujeción (de bajo perfil) para mecanizado por arranque Por lo que los esfuerzos de Von Misses residuales generados son despreciables y el material soportará la carga de maquinado sin que haya una falla repentina del mismo.

Para el análisis elastoplástico del sistema de sujeción tenemos como comportamiento:

 Estructural: Lineal, Elástico e Isotrópico, con un coeficiente de Poisson (ν) de 0.28 y con módulo de Young (E) de 200 GPa y para el no lineal se tiene un comportamiento.  Estructural, No lineal, Inelástico, Independiente a la velocidad, Plasticidad con

endurecimiento cinemático, Plasticidad de Misses, Multilineal (general) y de acuerdo con las propiedades del material, posee un esfuerzo de cedencia de 1380 MPa para el acero H-13, que es con que está hecho el sistema de sujeción.

Figura V.12.- Gráfica de las propiedades mecánicas bilineales del sistema de sujeción (acero H-13)

Tabla V.2.- Valores del comportamiento elastoplástico del sistema de sujeción (acero H-13) Esfuerzo de cedencia máximo (MPa) Deformación unitaria (mm/mm) 1380 0.006 1555 0.029

Capítulo V 102 En la aplicación de la carga se tomó el valor equivalente de esfuerzo máximo obtenido del análisis plástico y que es de 29.92 MPa,éste valor lo aplicamos en la zona de agarre del sistema de sujeción, que es el valor resultante máximo obtenido por la transmisión de esfuerzo generado en la parte posterior del espécimen de acero AISI (8620). Las componentes de esfuerzos residuales generados en los tres ejes de coordenadas X, Y, y Z son como se observa a continuación.

Figura V.13.- Componente del esfuerzo residual en X del acero H-13 con carga normal

Capítulo V 103

Análisis de esfuerzos aplicados a sistemas de sujeción (de bajo perfil) para mecanizado por arranque Figura V.15.- Componente del esfuerzo residual en Z del acero H-13 con carga normal

Figura V.16.- Criterio de Von Misses residual para el acero H-13 con carga normal

Los resultados muestran que de acuerdo con la carga aplicada y luego la descarga de la misma en una operación normal de trabajo, se generan esfuerzos residuales muy pequeños, por lo que el

Capítulo V 104 sistema de sujeción está dentro del diseño mecánico óptimo, lo cual soportará estas cargas sin ningún problema de falla repentina.