Durante la década del noventa la investigación sobre el conformado láser apuntó a desarrollar modelos analíticos del ángulo de doblado (Hong y Vollertsen, 2009). Sin embargo, dichos modelos contienen muchos supuestos y simplificaciones por lo que sus resultados no son precisos con respecto al ángulo de doblado. La investigación actual se ha centrado en combinar modelos analíticos del campo de temperaturas, modelos termomecánicos resueltos en el contexto del método de elementos finitos (MEF) y resultados experimentales. Si bien este enfoque implica mayor tiempo de cálculo, el mismo contiene menos supuestos y proporciona resultados más precisos.
Cheng y Lin (2000) propusieron un modelo analítico para describir el campo de temperaturas en una chapa generado por una fuente de calor con distribución Gaussiana que se mueve a velocidad constante. Este modelo requiere menos tiempo de cómputo que uno generado por MEF o por el método de diferencias finitas y permite obtener más información sobre la zona afectada térmicamente (ZAT).
Al año siguiente Cheng y Lin (2001) propusieron un modelo analítico para el ángulo de doblado. Dicho modelo es más complejo que sus predecesores: supone un material elástico y perfectamente plástico, isótropo, que fluye de acuerdo al criterio de von Mises y que tiene propiedades mecánicas y térmicas en función de la temperatura. La verificación experimental se llevó a cabo en chapas de acero inoxidable AISI 304 y sus resultados muestran que el ángulo de doblado disminuye si aumenta el espesor, debido a que el segundo momento del área aumenta con el espesor. Además, los resultados muestran que el ángulo disminuye cuando el diámetro del haz aumenta debido a que la densidad de energía de la fuente de calor disminuye. En este miso trabajo se reportan ensayos experimentales para diferentes parámetros de operación. Gracias a que los autores publicaron toda la información sobre el material utilizado, a estos casos se los considera en el Capítulo 5 de la presente tesis como problemas de verificación y validación del modelo termomecánico presentado en el Capítulo 4.
Yanjin et al. (2005) estudiaron mediante simulación numérica por MEF la influencia de las propiedades mecánicas variables con la temperatura de un acero al carbono variando con la temperatura en el conformado de planchas. Sus resultados muestran que en un material con módulo de Young y límite de fluencia menores se puede producir un ángulo de doblado mayor. El coeficiente de expansión térmica está casi en proporción directa al ángulo de doblado. Además, se muestra que éste decrece a medida que aumenta la conductividad térmica y que un ángulo más grande se puede obtener en materiales con bajo calor específico y densidad del material.
Al examinar rigurosamente una pieza doblada con un escaneo lineal se pueden encontrar leves variaciones del ángulo de doblado. A este fenómeno se le llama efecto de borde. Magee et al. (1997) descubrieron este fenómeno en el conformado láser. Luego Bao y Yao (2001) estudiaron dicho efecto mediante simulación numérica por MEF para los casos de MGT y MP. Los resultados muestran que los efectos de borde están caracterizados por un patrón cóncavo en la variación del ángulo de doblado a lo largo de la línea de escaneo bajo MP y en una variación convexa del ángulo de doblado bajo MGT.
Jha et al., (2008) encontraron que en la dirección perpendicular a la trayectoria del láser también se produce un doblado, lo que genera una multi-curvatura. También concluyen que con un control preciso de los parámetros del conformado, además de usar un número alto de multi-pasadas, se puede disminuir la irregularidad causada por el efecto de borde.
Shen y Yao (2008) propusieron una variación de siete velocidades de escaneo para reducir los efectos de borde. Los resultados mostraron que la combinación de aceleración y desaceleración puede minimizar los efectos de borde.
Cheng et al. (2005) estudiaron la influencia de la variación de las medidas de las chapas a conformar, a lo que llamaron efectos de tamaño. El ángulo de doblado disminuye cuando el largo es constante y el ancho aumenta debido a que el aumento de material tiene un efecto de sumidero de calor. Además el ángulo aumenta al aumentar el largo, manteniendo el ancho constante, debido a los efectos post-doblado que, según
los autores, es cuando la chapa se dobla lentamente un poco más después de que pasó el láser.
Li y Yao (2000) estudiaron los efectos de la tasa de deformación en el conformado láser para un material viscoelastoplástico. Para estudiar dicho efecto de manera aislada, se crearon condiciones en las que la tasa de deformación pudiera variar pero la energía neta disponible para el conformado se mantuviera constante. El ángulo de doblado disminuyó en un 30% a medida que la tasa de deformación se duplicó.
Cheng y Yao (2005) estudiaron la influencia de la anisotropía en planchas metálicas usadas en el conformado láser. La anisotropía se caracteriza por las diferentes resistencias o propiedades mecánicas que el material presenta en las distintas direcciones del plano de la plancha, principalmente como resultado del laminado en frío al cual se somete previamente. Concluyeron que si la velocidad de escaneo aumenta, manteniendo la potencia, el efecto anisótropo aumenta. Además, si aumenta la potencia a velocidad constante dicho efecto disminuye. También éste disminuye a medida que se hacen más pasadas.
Hu et al. (2001) llevaron a cabo y simularon mediante MEF el conformado de aluminio y acero inoxidable AISI 304 con distinto espesor de placa, potencia y velocidad del láser. Debido a que la conductividad térmica del acero inoxidable es menor a la del aluminio, la diferencia de temperaturas a través del espesor en el aluminio, es menor a la del acero inoxidable. Los autores concluyeron que el ángulo de doblado está afectado por las propiedades mecánicas y térmicas del material y los parámetros del proceso, se incrementa con el número de pasadas, decrece con el espesor de las chapas y es una función de la potencia y velocidad del láser.
Finalmente, Shi et al. (2006) desarrollaron una investigación sobre los mecanismos de doblado. Propusieron un cuarto mecanismo para el conformado láser, el Mecanismo de Acoplamiento, que sería una combinación del MGT y del mecanismo de perturbación. Además afirman que en el MGT la chapa se dobla también en el sentido perpendicular a la trayectoria del láser y que bajo el mecanismo de perturbación además del acortamiento en las dimensiones y aumento del espesor, la chapa también
3 DESARROLLO EXPERIMENTAL