Modelado de la Carga Aplicada a Materiales Anisotrópicos en el Proceso de Doblado Estirado Edición Única

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(1)I N S T I T U T O TECNOLÓGICO Y D E E S T U D I O S S U P E R I O R E S D E MONTERREY CAMPUS MONTERREY PROGRAMA DE GRADUADOS E N INGENIERÍA. MODELADO DE L A CARGA APLICADA A MATERIALES ANISOTRÓPICOS EN E L PROCESO D E DOBLADO-ESTIRADO TESIS. P R E S E N T A D A COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE M A E S T R O E N CIENCIAS E N SISTEMAS D E M A N U F A C T U R A POR JOSÉ G U A D A L U P E. CORONA LEON. M O N T E R R E Y , N . L . , MÉXICO , D I C I E M B R E 2010.

(2) Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Monterrey División de Ingeniería Programa de Graduados Los miembros del comité aprobamos el trabajo de Tesis presentado por José Guadalupe Corona León para que sea aceptado como requisito parcial para obtener el grado de Maestría en Sistemas de Manufactura.. Dr. Ciro Angel Rodríguez González Director de l a Maestría en Ciencias con especialidad en Manufactura Diciembre 2010.

(3) Declaración. Declaro que lo escrito en esta Tesis es de mi autoría. José Guadalupe Corona León Monterrey, N . L . , México Diciembre 2010.

(4) Dedicatoria. E s t a tesis e s t a d e d i c a d a a m i f a m i l i a , q u e espero c o n p a c i e n c i a a que l a Tesis e s t u v i e r a c u l m i n a d a . L e s a g r a d e z c o p o r b r i n d a r m e a p o y o e n los m o m e n t o s. difíciles.. Así c o m o a l a gente que t u v o c o n f i a n z a e n que y o p u d i e r a c o n c l u i r este t r a b a j o de T e s i s , a p r o v e c h o este e s p a c i o p a r a c i t a r que g r a c i a s a ellos o b t u v e l a f u e r z a e s p i r i t u a l n e c e s a r i a para verlo concluido. A h o r a p u e d o d e c i r que g r a c i a s a ellos l o logre. T a m b i é n q u i e r o d e d i c a r este t r a b a j o a D I O S , a p e s a r de ser e l u l t i m o e n l a l i s t a e l sabe b i e n que s i e m p r e es e l p r i m e r o . E n p r i m e r l u g a r p o r h a b e r m e c r e a d o y en. segundo. p o r d a r m e l a o p o r t u n i d a d de e s t u d i a r e n u n a de las U n i v e r s i d a d e s de más p r e s t i g i o e n M é x i c o y e n A m e r i c a L a t i n a , e l T e c n o l ó g i c o de M o n t e r r e y .. II.

(5) Agradecimientos Q u i e r o a g r a d e c e r a l D e p a r t a m e n t o de Ingeniería M e c á n i c a p o r e l a p o y o b r i n d a d o d u r a n t e 2 años y m e d i o e n los que p u d e ejercer c o m o A s i s t e n t e de d o c e n c i a a p o y a n d o a a l u m n o s de l i c e n c i a t u r a . También quiero agradecer al D r . C i r o A n g e l Rodríguez Gonzalez por haberme i n c u r s i o n a d o a l a M a e s t r i a e n M a n u f a c t u r a , a f o r t u n a d a m e n t e confió e n m i e n que p o d r i a d e s a r r o l l a r u n b u e n t r a b a j o e n l a línea de investigación de c o n f o r m a d o. de c h a p a , los. f r u t o s de estos 3 años de investigación se v e n reflejados e n e l d e s a r r o l l o de este t r a b a j o . C a b e d e s t a c a r l a i m p o r t a n c i a que t u v o l a e m p r e s a M E T A L S A e n l a c o n t r i b u c i ó n a e s t a investigación, p r i n c i p a l m e n t e el I n g e n i e r o M a n u e l M o n r r e a l y e l S r . J u a n C a r l o s L e r m a , p o r s u a m a b i l i d a d y d i s p o n i b i l i d a d e n p r o p o r c i o n a r n o s los aceros a v a n z a d o s a l t a m e n t e resistentes ( A H S S , p o r sus siglas e n i n g l e s ) , los cuales f u e r o n de v i t a l i m p o r t a n c i a e n l a caracterizacioín y o b t e n c i ó n de las p r o p i e d a d e s mecaínicas de estos aceros. I g u a l m e n t e resaltó l a i m p o r t a n c i a de l a e m p r e s a C C P M ( C o n s u l t o r e s e n C o n f o r m a d o y P r o c e s o s de M a n u f a c t u r a ) , p r i m o r d i a l m e n t e a l D r . V i c t o r V a z q u e z L a s s o y a l I n g . A n g e l G o n z a l e z , p o r el a p o y o y a s e s o r i a b r i n d a d o e n e l u s o d e l S o f t w a r e D E F O R M. T. M. 3D.. También destaco m i agradecimiento a l a I n g . L o r e n a C r u z y a l a I n g . R e g i n a Vargas por s u a p o y o e n l a o b t e n c i ó n de las metalografías y s u o b s e r v a c i ó n e n e l l a b o r a t o r i o. de. materiales industriales. Así c o m o a l D r . F e d e r i c o G u e d e a E l i z a l d e p o r s u a p o y o b r i n d a d o d u r a n t e m i e s t a n c i a e n el p o s g r a d o , así c o m o s u s o p o r t e p a r a e f e c t u a r l a conversión de este t r a b a j o a L A T E X . Quiero agradecer también a l D r . H e c t o r Siller C a r r i l l o y a l I n g . A b i u d Flores V a l e n t i n p o r las sugerencias y correcciones s u g e r i d a s a este t r a b a j o a fin de m e j o r a r s u c o n t e n i d o . A l D r . Nicolás H e n d r i c h s p o r p r o p o r c i o n a r m e sugerencias d e l d o c u m e n t o . T a m b i é n es i m p o r t a n t e l a c o l a b o r a c i ó n d e l D r . H u g o E l i z a l d e y e l D r . R a y m u n d o C o r d e r o , s u a p o r t a c i ó n consistió e n a y u d a r m e a p l a n t e a r e l d o b l a d o - e s t i r a d o e n términos n o - l i n e a l e s a través de m é t o d o s de E l e m e n t o s F i n i t o s . Y e n g e n e r a l a g r a d e z c o e n g e n e r a l a t o d o s los profesores y a m i g o s que h i c e d u r a n t e m i e s t a n c i a e n e l p o s g r a d o e n el Tecnoliógico de M o n t e r r e y C a m p u s M o n t e r r e y . M e g u s t a r i a m e n c i o n a r a c a d a u n o de ellos, p e r o el espacio m e sería i n s u f i c i e n t e p a r a m e n c i o n a r l o s a todos. G r a c i a s p o r s u a p o y o y companñerismo d u r a n t e e l p o s g r a d o , p o r h a c e r e s t a e t a p a de m i v i d a i n o l v i d a b l e . E s p e r o p o d e r seguir e n c o n t a c t o c o n ustedes y no m e d e s p i d o , les digo hasta siempre!. ili.

(6) Resumen. E l d e s a r r o l l o d e l presente t r a b a j o consiste en d e t e r m i n a r las p r o p i e d a d e s mecíanicas m á s t r a s c e n d e n t e s d u r a n t e e l p r o c e s o d e l d o b l a d o - e s t i r a d o de los aceros a l t a m e n t e resistentes que están r e v o l u c i o n a n d o l a i n d u s t r i a a u t o m o t r i z , p e r o c u y a investigación n o h a t e n i d o suficiente p r o f u n d i d a d o difusión r e s p e c t o a sus v e n t a j a s c o m p e t i t i v a s e n s u utilización en l a i n d u s t r i a m a n u f a c t u r e r a . N o s d i m o s a l a t a r e a de p r e s e n t a r u n m o d e l o , a través de l a e x p e r i m e n t a c i ó n y e l M é t o d o de E l e m e n t o F i n i t o , p a r a e l que e l p r o c e s o de d o b l a d o - e s t i r a d o a n i v e l i n d u s t r i a l n o sea r e a l i z a d o a p r u e b a y e r r o r . P o r lo que a través de este t r a b a j o se g e n e r a r a el c o n o c i m i e n t o necesario p a r a d e f i n i r l a p a u t a a seguir p a r a l l e v a r a c a b o e x i t o s a m e n t e el p r o c e s o de c o n f o r m a d o e n l a e m p r e s a que r e q u i e r a n e c e s a r i o seguir l a m e t o d o l o g í a d e s c r i t a . E s t e t r a b a j o s i e n t a las bases de los p a r á m e t r o s que t i e n e n que ser i n t r o d u c i d o s p a r a que el p r o c e s o de c o n f o r m a d o sea e f e c t u a d o e x i t o s a m e n t e y a p r u e b a de errores, así c o m o d e l i m i t a r los a j u s t e s i n i c i a l e s que d e b e n ser i m p l e m e n t a d o s p r e v i o a l a o p e r a c i ó n , p a r a o b t e n e r r e s u l t a d o s l o mías p r e c i s o p o s i b l e s p r e v i o s a que l a p r o b e t a p u e d a s u f r i r u n a f a l l a . A s í c o m o a d i c i o n a l m e n t e m o s t r a r l a c a r g a m á x i m a que p u e d e s o p o r t a r l a p l a c a p o r l a presión a p l i c a d a p o r e l p u n z ó n d u r a n t e e l proceso. Se d e s a r r o l l o u n t r a b a j o e x p e r i m e n t a l , c o n l a finalidad p r i m o r d i a l de o b t e n e r las p r o p i e d a d e s mecánicas de c a d a u n o de los aceros i n v e s t i g a d o s ; los cuales nos serán de u t i l i d a d p a r a p o s t e r i o r m e n t e e f e c t u a r s i m u l a c i o n e s de d o b l a d o - e s t i r a d o m e d i a n t e e l míetodo de E l e m e n t o s F i n i t o s , e n base a l a p e g o de d i c h a información r e s p a l d a r que e s t a m o s t r a b a j a n d o con datos. fidedignos. que nos r e s p a l d a r a n e n l a o b t e n c i ó n de r e s u l t a d o s e n e l presente. t r a b a j o . E n t r e los p u n t o s mías i m p o r t a n t e s d e l t r a b a j o e x p e r i m e n t a l p o d e m o s m e n c i o n a r los siguientes: O b t e n c i ó n de c o n s t a n t e s anisotrópicas a 3 diferentes d i r e c c i o n e s de l a m i n a d o (0°,45°, 90°) a través d e l uso de galgas e x t e n s i o m e t r i c a s . O b t e n c i ó n de c o n s t a n t e s p a r a p o d e r a p l i c a r l a r e g l a de flujo de l a L e y de H o l l o m a n e n el p r o c e s o de c o n f o r m a d o : E l coeficiente de r i g i d e z K y e l e n d u r e c i m i e n t o p o r d e f o r m a c i ó n n son p o r l o t a n t o n e c e sarios p a r a l a simulación d e l p r o c e s o . Así c o m o l a o b t e n c i ó n de l a c u r v a r e a l , l a c u r v a de ingeniería y l a c u r v a logarítmica esfuerzo-deformación u t i l i z a n d o u n e x t e n s ó m e t r o , finalmente. y. las metalografías de los aceros a l t a m e n t e resistentes p r o p o r c i o n a d o s p o r l a. empresa M E T A L S A . L o a n t e r i o r p a r a v a l i d a r que r e a l m e n t e los aceros c o r r e s p o n d e n a los que se e s t a n i n v e s t i g a n d o e n e l presente e s t u d i o . A s u vez este p r o c e d i m i e n t o es i m p o r t a n t e p a r a d e t e r m i n a r las d i r e c c i o n e s de l a m i n a d o de los aceros p r o p o r c i o n a d o s y t o m a r l o a c o n s i d e r a c i o n e n. IV.

(7) el d e s a r r o l l o de las p r u e b a s de tensión. Se d e s t a c a l a utilización de u n S o f t w a r e de m o d e l a c i ó n y simulación e n E l e m e n t o F i n i t o p a r a efectuar simulaciones del doblado-estirado; posteriormente generar u n a c o m p a r a ciíon de los r e s u l t a d o s e x p e r i m e n t a l e s o b t e n i d o s de o t r a s referencias de t r a b a j o s previ¬ a m e n t e p u b l i c a d o s y de e s t a m a n e r a b u s c a r p u n t o de c o m p a r a c i ó n que c o n t r i b u y a n a g e n e r a r c o n o c i m i e n t o de c o m o se p u e d e r e d u c i r e l p o r c e n t a j e de e r r o r de los procesos de c o n f o r m a d o e n e l á m b i t o i n d u s t r i a l . Al. final. d e l t r a b a j o se p r e s e n t a n los r e s u l t a d o s y las c o n c l u s i o n e s más i m p o r t a n t e s ,. así c o m o las sugerencias de c ó m o se p u e d e m e j o r a r el p r o c e s o de c o n f o r m a d o. y las. fuentes bibliográficas de c o n s u l t a más i m p o r t a n t e que se u t i l i z a r o n p a r a e l d e s a r r o l l o d e l presente t r a b a j o .. v.

(8) Contenido. 1.. 2.. 3.. Introducción. 1. 1.1.. M o t i v a c i ó n y justificación. 2. 1.2.. Objetivos. 2. Revisión de la L i t e r a t u r a P r e v i a. 3. 2.1.. Literatura Previa. 3. 2.2.. Materiales utilizados actualmente en l a industria automotriz. 8. 2.3.. E l proceso del doblado-estirado. Experimentación. 14. 3.1.. Obtencióon de p r o b e t a s. 15. 3.2.. M o n t a j e de galgas e x t e n s i o m e t r i c a s. 16. 3.3.. D e s c r i p c i ó n d e l p r o c e s o de p r e p a r a c i o n m e t a l o g r a f i c a y a t a q u e q u í m i c o . 3.3.1.. 3.4.. 3.5.. 4.. 5.. 10. Metalografóas p a r a d e t e r m i n a r direccióon de l a m i n a d o .. .. 17 19. Calibración d e l E x p e r i m e n t o. 22. 3.4.1.. 28. P r u e b a s de Tensión p a r a o b t e n c i o n de R e s u l t a d o s. C r i t e r i o s de f a l l a. 33. A n a l i s i s de Resultados E x p e r i m e n t a l e s .. 37. 4.1.. Simulacioón de los E x p e r i m e n t o s de d o b l a d o - e s t i r a d o .. 37. 4.2.. Presentacióon de los R e s u l t a d o s de las S i m u l a c i o n e s .. 54. D i s c u s i o n de R e s u l t a d o s .. 63. VI.

(9) 6.. Conclusiones 6.1.. 75. Trabajos Futuros. 76. A . D i a g r a m a de D e f o r m a c i o n U n i t a r i a .. 78. A . 1 . N o m e n c l a t u r a p a r a ecuaciones del A p e n d i c e. 78. A . 2 . D e f o r m a c i o n plóstica de los aceros a v a n z a d o s de a l t a r e s i s t e n c i a. 79. A . 3 . Recuperacióon Elóastica. 83. A.3.1.. C o m o se define el s p r i n g - b a c k. 83. A . 4 . Métodos utilizados p a r a l a optimización del spring-back A.4.1.. Análisis b á s i c o d e l d o b l a d o de h o j a s metálicas. A . 5 . E l s p r i n g - b a c k e n el d o b l a d o de precisión. 84 87. B . Gráficas o b t e n i d a s en experimentación.. 90. B . 1 . Gráficas de p r u e b a s de tensión c o n galgas extensiométricas B . 2 . Gráficas de p r u e b a s de tensión c o n e x t e n s ó m e t r o B.2.1.. 84. 90 100. Gráficas logarítmicas c o n e x t e n s ó m e t r o. 109. B . 3 . Gráficas de c o n f o r m a d o e n el p r o c e s o de d o b l a d o - e s t i r a d o. 118. B . 4 . R e s u m e n p r u e b a s de tensión c o n galgas extensiométricas. 133. B . 5 . Gráficas c o n d i s t i n t a r e g l a de. 137. flujo. C . G a l g a s Extensiomáetricas.. 139. C . 1 . Instalación de G a l g a s Extensiométricas. D . M a r c o Teórico.. 139. 143. D . 1 . Clasificación de los AHSS.. 143. D . 2 . Clasificación de los aceros a v a n z a d o s (AHSS). 144. D.2.1.. D e s c r i p c i ó n g e n e r a l de los AHSS. 144. D.2.2.. A c e r o s D u a l P h a s e (Fase D u a l . ). 145. D.2.3.. A c e r o s T R I P (Transformación I n d u c i d a p o r P l a s t i c i d a d . ). 147. vil.

(10) D.2.4.. A c e r o s de a l t a r e s i s t e n c i a y b a j a a l e a c i í n ( H S . L A . ). 148. D.2.5.. Características de los aceros a v a n z a d o s (AHSS). 150. D . 3 . D e f o r m a c i í n plástica y recuperación elástica e n los m a t e r i a l e s D.3.1.. 153. Transicion Elasto Plastica. 153. D . 4 . D e t e r m i n a c i ó n de las p r o p i e d a d e s de l a l a m i n a. 157. D.4.1.. P r o p i e d a d e s anisotrópicas de los m a t e r i a l e s. 157. D.4.2.. E f e c t o s de l a A n i s o t r o p í a e n e l p r o c e s o de d o b l a d o - e s t i r a d o .. . . . 158. D . 5 . Formulación de l a teoría de l a p l a s t i c i d a d. 161. D.5.1.. C r i t e r i o de v o n M i s e s y T r e s c a p a r a l a d e t e r m i n a c i ó n de esfuerzos. 161. D.5.2.. C r i t e r i o de C e d e n c i a de H i l l p a r a l a d e t e r m i n a c i o n de E s f u e r z o s :. D . 6 . R e g l a s de F l u j o : D.6.1.. . 165 166. A p l i c a c i o n de l a teoría de l a p l a s t i c i d a d. 169. D . 7 . E l e m e n t o s de P l a s t i c i d a d .. 172. D.7.1.. Introducciíon a l a teoría d e l E l e m e n t o F i n i t o. 175. D.7.2.. P r o c e s o g e n e r a l p a r a l a s o l u c i í n de p r o b l e m a s de E l e m e n t o F i n i t o . 177. D.7.3.. A n i s o t r o p í a e n procesos de c o n f o r m a d o. 179. D . 8 . Teoría de l a A n i s o t r o p í a. 179. D.8.1.. Aplicaciíon a las s i m u l a c i o n e s de d o b l a d o - e s t i r a d o. D.8.2.. O p c i o n e s de m a l l e a d o S o f t w a r e e l e m e n t o. viii. 184 finito. 187.

(11) Lista de Tablas 2.1.. Tabla Comparativa. .. 5. 2.2.. R e v i s i o n Bibliográfica. .. 6. 2.3.. R e v i s i í n Bibliográfica c o m p l e m e n t a r i a. .. 7. 3.1.. R e a c t i v o p a r a ataque químico. .. 18. 3.2.. R e a c t i v o s e n Metalografía p a r a h i e r r o s y aceros. .. 19. 3.3.. Cíodigo de colores p a r a e l p u e n t e de galgas. .. 23. 3.4.. E j e m p l o v a l o r e s deformaciíon l o n g i t u d i n a l y t r a n s v e r s a l. .. 27. 3.5.. C í d i g o de colores p r e v i o a i n s t a l a c i o n d e l E x t e n s í m e t r o. .. 30. 3.6.. E j e m p l o v a l o r e s deformaciíon l o n g i t u d i n a l y t r a n s v e r s a l. .. 30. 3.7.. V a l o r e s de Míaxima Deformacioín E f e c t i v a de a c u e r d o a Gonzíalez.. . . . .. 36. 4.1.. A l t u r a d o n d e se p r e s e n t a l a f a l l a p a r a los dos aceros.. .. 54. 4.2.. M o d o de f a l l a e n que se f r a c t u r a e l m a t e r i a l e n milímetros. .. 54. 4.3.. R e s u l t a d o s E x p e r i m e n t a l e s de l a a l t u r a a l a que l a f a l l a es p r o d u c i d a .. . .. 55. 4.4.. M o d o s de f a l l a R e s u l t a d o de H u d g i n s. .. 55. 5.1.. T a b l a C o m p a r a t i v a constantes n y K. .. 63. 5.2.. T a b l a c o m p a r a t i v a c o n e l t r a b a j o de Gonzíalez. .. 64. 5.3.. A l t u r a míaxima e n que l a f a l l a se p r o d u c e e n e l D P 600 y T R I P 780. . . .. 64. 5.4.. M o d o s e n que o c u r r e l a f a l l a p a r a e l D P 600 y T R I P 780. .. 64. 5.5.. C u a n t i f i c a c i í n d e l p o r c e n t a j e de e r r o r e n diferentes r a n g o s de f a l l a .. . . .. 65. ix.

(12) Lista de Figuras 2.1.. A c e r o s de n u e v a generacióon. 9. 2.2.. B o s q u e j o de l a p r u e b a de d o b l a d o - e s t i r a d o. 10. 2.3.. Doblado-estirado simple. 11. 2.4.. Doblado-estirado tangencial. 12. 3.1.. D i b u j o de l a p r o b e t a p a r a c o r t e c o n c h o r r o de a g u a. 15. 3.2.. A r r e g l o de las p r o b e t a s e n A u t o C a d 3 D. 15. 3.3.. D P 600 0. 20. 3.4.. D P 600 9 0. 3.5.. T R I P 780 0. 3.6.. T R I P 780 9 0. 3.7.. M S 264 0. 3.8.. M s 264 9 0. 3.9.. M e d i d o r de D e f o r m a c i o n e s. (20X). o. (20X). o. o. o. 20. (20X). o. o. (20X). 21 .. 21. (20X). 22. (20X). 22 23. 3.10. P a n t a l l a d e l S o f t w a r e P 3. 24. 3.11. C o n f i g u r a c i o n de l a c o n e x i o n 1/4 de p u e n t e. 24. 3.12. P a n t a l l a p a r a i n t r o d u c i r e l F a c t o r de G a l g a e n e l S o f t w a r e P 3 .. 25. 3.13. P a n t a l l a que m u e s t r a e n que canales se g u a r d a r a l a informacióon. 26. 3.14. Instalacioón d e l Extensóometro a l a p r o b e t a. 29. 3.15. C u r v a E s f u e r z o - D e f o r m a c i o n r e a l. 31. 3.16. C u r v a E s f u e r z o - D e f o r m a c i o n L o g a r í t m i c a. 32. 3.17. F r a c t u r a de l a p r o b e t a. 32. x.

(13) 3.18. O b t e n c i o n de l a a l t u r a a l a que se p r o d u c i r ó l a f a l l a. 34. 3.19. P r e d i c c i ó n de l a a l t u r a a l a que o c u r r i r a l a f a l l a. 35. 3.20. F a l l a p o r tensióon. 35. 4.1.. D i b u j o d e l M o d e l o de S B T e n S o l i d W o r k s 2007. 37. 4.2.. Punzoón de 1 milómetro de r a d i o. 38. 4.3.. Punzóon de 2.5 milómetro de r a d i o. 38. 4.4.. Punzoón de 5 milómetro de r a d i o. 39. 4.5.. Punzóon de 7.5 milómetro de r a d i o. 39. 4.6.. Punzóon de 10 milómetro de r a d i o. 40. 4.7.. D a d o inferior 1. 40. 4.8.. D a d o inferior 2. 41. 4.9.. D a d o S u p e r i o r 1.. 41. 4.10. D a d o S u p e r i o r 2.. 42. 4.11. P l a c a p a r a e l P r o c e s o de D o b l a d o - E s t i r a d o .. 42. 4.12. C o n d i c i o n e s I n i c i a l e s ( S e t - U p ) p r e v i o a l a S i m u l a c i o n. 43. 4.13. E n s a m b l e d e l D o b l a d o - E s t i r a d o. 43. 4.14. Seleccióon de los n o d o s .. 44. 4.15. D i s t a n c i a de los s u j e t a d o r e s. 45. 4.16. Definición d e l órea de c o n t a c t o. 45. 4.17. Definición a r e a de c o n t a c t o 2. 46. 4.18. P u n t o s de c o n t a c t o 1. 46. 4.19. P u n t o s de c o n t a c t o 2. 47. 4.20. M a l l e a d o de l a P l a c a. 47. 4.21. I n t r o d u c c i o n de l a r e g l a de. flujo. 48. 4.22. Introduccióon de p r o p i e d a d e s mecóanicas. 49. 4.23. P u n t o s de c o n t a c t o d e l e n s a m b l e .. 50. 4.24. Deformacióon E f e c t i v a p a r a u n punzóon de 2 . 5 m m .. 51. xi.

(14) 4.25. F r a c t u r a p o r d o b l e z .. 52. 4.26. A c e r o D P 600 0 g r a d o s (punzíon 2.5 milímetros de r a d i o ). 53. 4.27. A c e r o D P 600 90 g r a d o s (punzíon 5 milímetros de r a d i o ) .. 53. 4.28. D e s p l a z a m i e n t o de l a p l a c a vs R e l a c i o n R / t de a c u e r d o a H u d g i n s. 55. 4.29. A l t u r a a l a que l a f a l l a es p r o d u c i d a e n e l D P 600 ( 3 D ). 56. 4.30. A l t u r a a l a que l a f a l l a es p r o d u c i d a e n e l T R I P 780 ( 2 D ). 56. 4.31. G r a f i c a de R e s i s t e n c i a U l t i m a vs. E s f u e r z o de C e d e n c i a e n D P 6 0 0. 57. 4.32. G r a f i c a de R e s i s t e n c i a U l t i m a v s . E s f u e r z o de C e d e n c i a e n T R I P 7 8 0 .. . .. 58. 4.33. G r a f i c a de K y n p a r a D P 6 0 0. 58. 4.34. G r a f i c a de K y n p a r a T R I P 7 8 0. 59. 4.35. C a r g a m í x i m a p a r a el D P 600 e n 3 d i r e c c i o n e s de l a m i n a d o y 5 r a d i o s .. .. 60. 4.36. C a r g a míaxima p a r a el T R I P 780 e n 3 d i r e c c i o n e s de l a m i n a d o y 5 r a d i o s .. 60. 4.37. A l t u r a míaxima de l a f a l l a p a r a e l D P 600.. 61. 4.38. A l t u r a míaxima de l a f a l l a p a r a e l T R I P 780. 61. 5.1.. Curvas Esfuerzo Deformaciín con K y n 1. 66. 5.2.. Curvas Esfuerzo Deformaciín con K y n 2. 67. 5.3.. C u r v a s E s f u e r z o Deformaciíon c o n K y n de G o n z a l e z 1. 68. 5.4.. C u r v a s E s f u e r z o Deformaciíon c o n K y n de G o n z a l e z 2. 69. 5.5.. G r a f i c a de l a a l t u r a de l a f a l l a p a r a e l D P 600. 70. 5.6.. G r a f i c a de l a a l t u r a de l a f a l l a p a r a e l T R I P 780. 71. 5.7.. G r a f i c a de l a c a r g a a d m i s i b l e p a r a el D P 600. 72. 5.8.. G r a f i c a de l a c a r g a a d m i s i b l e p a r a el T R I P 780. 73. 6.1.. P r o t o t i p o de p r e n s a p a r a procesos de c o n f o r m a d o. 77. A . 1 . C u r v a esfuerzo-Deformacion. R e a l para materiales ductiles. 80. A . 2 . C u r v a esfuerzo-deformacion. para un material ductil. 82. A . 3 . T e r m i n o s que d e s c r i b e n l a g e o m e t r í a de l a h o j a d o b l a d a. xii. 84.

(15) A . 4 . Terminologóa que d e s c r i b e el a r c o de d o b l e z .. 86. A . 5 . C u r v a de Simetróa E s f u e r z o Deformacioón. 86. A . 6 . R e l a c i o n de l a r e c u p e r a c i o n e l a s t i c a de diferentes m a t e r i a l e s. 87. A . 7 . V a r i a c i o n de l a d u r e z a e n h o j a s de acero. 88. A . 8. M a y o r d e f o r m a c i o n d e l lómite e x t e r i o r de l a. fibra. 89. B . 1. E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 0. 0. primera replica. 90. B . 2 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 0. 0. segunda replica. 91. B . 3 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 0. 0. tercera replica.. 91. B . 4 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 4 5. 0. primera replica.. 92. B . 5 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 4 5. 0. segunda replica.. 92. B . 6 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 4 5. 0. tercera replica. 93. B . 7 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 9 0. 0. primera replica.. 93. B . 8 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 9 0. 0. segunda replica.. 94. B . 9 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 9 0. 0. tercera replica. 94. B . 1 0 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 0. 0. primera replica. 95. B . 1 1 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 0. 0. segunda replica.. 95. B . 1 2 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 0. 0. tercera replica.. 96. B . 1 3 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 4 5. 0. primera replica. 96. B . 1 4 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 4 5. 0. segunda replica. 97. B . 1 5 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 4 5. 0. tercera replica.. 97. B . 1 6 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 9 0. 0. primera replica. 98. B . 1 7 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 9 0. 0. segunda replica. 98. B . 1 8 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 9 0. 0. tercera replica.. 99. B . 1 9 . E n s a y o de T e n s i o n D P 600 0. 0. cuarta replica. 100. B . 2 0 . E n s a y o de T e n s i o n D P 600 0. 0. quinta replica. 100. B . 2 1 . E n s a y o de T e n s i o n D P 600 0. 0. sexta replica.. 101. B . 2 2 . E n s a y o de T e n s i o n D P 600 4 5. 0. cuarta replica.. xiii. 101.

(16) B . 2 3 . E n s a y o de Tensión D P 600 4 5. o. quinta replica. 102. B . 2 4 . E n s a y o de T e n s i o n D P 600 4 5. o. sexta replica. 102. B . 2 5 . E n s a y o de T e n s i o n D P 600 9 0. o. cuarta replica. 103. B . 2 6 . E n s a y o de T e n s i o n D P 600 9 0. o. quinta replica. 103. B . 2 7 . E n s a y o de T e n s i o n D P 600 9 0. o. sexta replica. 104. B . 2 8 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 0. o. cuarta replica. 104. B . 2 9 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 0. o. quinta replica. 105. B . 3 0 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 0. o. sexta replica.. 105. B . 3 1 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 4 5. o. cuarta replica. 106. B . 3 2 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 4 5. o. quinta replica. 106. B . 3 3 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 4 5. o. sexta replica. 107. B . 3 4 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 9 0. o. cuarta replica. 107. B . 3 5 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 9 0. o. quinta replica. 108. B . 3 6 . E n s a y o de T e n s i o n T R I P 780 9 0. o. sexta replica. 108. B . 3 7 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 0. o. cuarta replica. 109. B . 3 8 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 0. o. quinta replica. 109. B . 3 9 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 0. o. sexta replica.. 110. B . 4 0 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 4 5. o. cuarta replica.. 110. B . 4 1 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 4 5. o. quinta replica.. 111. B . 4 2 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 4 5. o. sexta replica. 111. B . 4 3 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 9 0. o. cuarta replica.. 112. B . 4 4 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 9 0. o. quinta replica.. 112. B . 4 5 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l D P 600 9 0. o. sexta replica. 113. B . 4 6 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 0. o. cuarta replica.. 113. B . 4 7 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 0. o. quinta replica.. 114. B . 4 8 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 0. o. sexta replica. 114. B . 4 9 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 4 5. XIV. o. cuarta replica. 115.

(17) B . 5 0 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 4 5. 0. quinta replica. 115. B . 5 1 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 4 5. 0. sexta replica.. 116. B . 5 2 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 9 0. 0. cuarta replica. 116. B . 5 3 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 9 0. 0. quinta replica. 117. B . 5 4 . E n s a y o de T e n s i o n U n i a x i a l T R I P 780 9 0. 0. sexta replica.. 117. B . 5 5 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 0. 0. (1mm).. 118. B . 5 6 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 0. 0. (2.5mm).. 118. B . 5 7 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 0. 0. (5.0mm).. 119. B . 5 8 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 0. 0. (7.5mm).. 119. B . 5 9 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 0. 0. (10mm). 120. B . 6 0 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 4 5. 0. (1mm). 120. B . 6 1 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 4 5. 0. (2.5mm). 121. B . 6 2 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 4 5. 0. (5mm). 121. B . 6 3 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 4 5. 0. (7.5mm). 122. B . 6 4 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 4 5. 0. (10mm). 122. B . 6 5 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 9 0. 0. (1mm). 123. B . 6 6 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 9 0. 0. (2.5mm). 123. B . 6 7 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 9 0. 0. (5mm). 124. B . 6 8 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 9 0. 0. (7.5mm). 124. B . 6 9 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero D P 600 9 0. 0. (10mm). 125 125. B . 7 0 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 0. 0. (1mm). B . 7 1 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 0. 0. (2.5mm).. B . 7 2 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 0. 0. (5mm). B . 7 3 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 0. 0. (7.5mm).. . . . 127. B . 7 4 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 0. 0. (10mm).. . . . 127 . . . 128. B . 7 5 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 4 5. 0. (1mm).. B . 7 6 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 4 5. 0. (2.5mm).. xv. . . . 126 126. . . 128.

(18) B . 7 7 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 4 5. o. (5mm).. . . . 129. B . 7 8 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 4 5. o. (7.5mm).. B . 7 9 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 4 5. o. (10mm).. . . . 130. B . 8 0 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 9 0. o. (1mm).. . . . 130. B . 8 1 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 9 0. o. (2.5mm).. B . 8 2 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 9 0. o. (5mm).. B . 8 3 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 9 0. o. (7.5mm).. B . 8 4 . V i a j e d e l p u n z o n vs C a r g a d e l P u n z o n acero T R I P 780 9 0. o. (10mm).. . . 129. . . 131 . . . 131 . . 132 . . . 132. B . 8 5 . R e s u m e n p r u e b a s de tensiíon c o n galgas.. 133. B . 8 6 . R e s u m e n p r u e b a s de tensiíon c o n extensíometro p a r a 4 aceros. 134. B . 8 7 . R e s u m e n p r u e b a s Mecíanicas D P 600 p a r a c a d a orientaciíon. 135. B . 8 8 . R e s u m e n p r u e b a s Mecíanicas T R I P 780 p a r a c a d a orientaciíon.. 135. B . 8 9 . R e s u m e n de los valores de K y n p a r a 4 aceros.. 136. B . 9 0 . G r í f i c a c o n d i s t i n t a r e g l a de flujo p a r a el acero D P 600. 137. B ^ L G r a f i c a c o n d i s t i n t a r e g l a de flujo p a r a el acero T R I P 780. 138. C . 1 . L i m p i e z a de l a s u p e r f i c i e de l a p r o b e t a. 139. C . 2 . L i m p i e z a c o n l i j a s de l a p r o b e t a. 140. C.3. L i m p i e z a con cotonetes.. 140. C . 4 . A d h e s i o n de l a g a l g a e x t e n s i o m e t r i c a a l a p r o b e t a. 140. C . 5 . Instalaciíon d e l a d h e s i v o a l a g a l g a e x t e n s i o m e t r i c a .. 142. C . 6 . A p l i c a r presiíon p a r a a d h e r i r l a g a l g a a l a p r o b e t a. 142. C . 7. A p l i c a r presiíon p a r a que l a g a l g a se m a n t e n g a a d h e r i d a .. 142. D . 1. E j e m p l o s de p r o p i e d a d e s mecíanicas. 145. D . 2 . V e n t a j a s c o m p e t i t i v a s de los aceros D P. 146. D . 3 . Metalografía d e l acero D u a l P h a s e. 146. D . 4 . M i c r o e s t r u c t u r a d e l acero T R I P. 147. xvi.

(19) D.5.. C u r v a s E s f u e r z o D e f o r m a c i o n de los A H S S. D.6.. P r o p i e d a d e s Mecaónicas de los aceros de a c u e r d o a W o r l d A u t o S t e e l . . . . 152. D.7.. C a m b i o e n l a r e l a c i o n d e l e s f u e r z o , a = a /a. D.8.. C u r v a esfuerzo-deformacióon p a r a u n m a t e r i a l duóctil. 154. D.9.. Deformacióon p e r m a n e n t e y recuperacióon elóastica.. 156. x. 150. , p a r a deformación p l a n a .. y. . 154. D . 1 0 . E f e c t o s de l a anisotropóa n o r m a l R. 159. D . 1 1 . E s f u e r z o s de flujo e n f u n c i o n de l a anisotropóa. 160. D.12.Distribucioón de los valores de R de l a a n i s o t r o p i a. 160. D . 1 3 . E l c r i t e r i o de T r e s c a en 6 sectores. 162. D . 1 4 . R e g i o n e s de c e d e n c i a e n v o n M i s e s. 163. D . 1 5 . C r i t e r i o de C e d e n c i a de T r e s c a y v o n M i s e s .. 164. D . 1 6 . R e p r e s e n t a c i o n g r a f i c a de los c r i t e r i o s de v o n M i s e s y T r e s c a. 164. D.17.Distribucióon de esfuerzos e n diferentes m a t e r i a l e s. 171. D . 1 8 . C u r v a s E s f u e r z o Deformacióon R e a l y de Ingenieróa.. 172. D.19.Diagrama Plasticidad incremental.. 173. D . 2 0 . C u r v a s E s f u e r z o - D e f o r m a c i o n que m u e s t r a n l a i n f l u e n c i a de o t r a s v a r i a b l e s . 173 D . 2 1 . E f e c t o de l a friccióon.. 174. D . 2 2 . E j e m p l o de m a l l e a d o e n D E F O R M. T. 176. M. D.23.Direccióon de las v e l o c i d a d e s n o d a l e s .. 176. D . 2 4 . C a s o U n i d i m e n s i o n a l de l a funcióon de f o r m a. 177. D . 2 5 . E j e m p l o de l a ecuacióon de f o r m a p a r a u n e l e m e n t o de 2 d i m e n s i o n e s .. . . 177. D.26.Solucióon de u n c o n j u n t o de e c u a c i o n e s simultóaneas.. 178. D . 2 7 . O p c i o n B del Software D E F O R M. 182. D.28.Opción C del Software D E F O R M. 183. D.29.Opcióon D d e l S o f t w a r e D E F O R M. 183. D.30.Simulacioón de u n e m b u t i d o e n D E F O R M. 3D.. 184. D . 3 1 . P u n t o Móaximo que a l c a n z a el punzoón e n l a p l a c a. 187. xvii. T. M.

(20) Capítulo 1 Introducción E l o b j e t i v o de este aníalisis es e s t u d i a r e l fenoímeno de l a deformaciíon e f e c t i v a de l a c a r g a a p l i c a d a p o r u n punzíon a m a t e r i a l e s sujetos a d i s t i n t o s esfuerzos y e f e c t u a r u n aníalisis metíodico de l a recuperaciíon que v a a p r o d u c i r s e e n e l m a t e r i a l u n a vez d e f o r m a d o . L o s m a t e r i a l e s a e s t u d i a r d u r a n t e el d e s a r r o l l o de l a p r e s e n t e investigaciíon s o n los aceros m o d e r n o s de a l t a r e s i s t e n c i a tales c o m o los de d o b l e fase ( D u a l P h a s e ) y los de p l a s t i c i ¬ d a d i n d u c i d a p o r transformaciíon ( T R I P ) comparaíndolos c o n aceros c o n v e n c i o n a l e s de b a j o carbíon. L o s m a t e r i a l e s s o m e t i d o s a p r u e b a s o n a n i s o t r o p i c o s , l o que le d a u n v a l o r a g r e g a d o a este t r a b a j o , es d e c i r , p o s e e n d i s t i n t a s características de a c u e r d o a s u m i c r o e s t r u c t u r a y p r o p i e d a d e s mecíanicas y e l m a t e r i a l se d e f o r m a e n d i s t i n t a s d i r e c c i o n e s u n a vez a p l i c a d o el esfuerzo, lo a n t e r i o r p r o p i c i a que este t r a b a j o p o s e a u n v a l o r a g r e g a d o e n comparacioín a o t r o s p r o y e c t o s que se h i c i e r o n e n e l p a s a d o e n d o n d e se r e a l i z a b a l a simulaciíon d e l p r o c e s o de d o b l a d o - e s t i r a d o c o n s i d e r a n d o u n m a t e r i a l isotríopico. Se e f e c t u a r a u n a c o m p a r a c i o n de los r e s u l t a d o s de d o b l a d o - e s t i r a d o o b t e n i d o s e n este t r a b a j o u t i l i z a n d o S o f t w a r e de m o d e l a c i í n y s i m u l a c i o n de E l e m e n t o F i n i t o e n 3 D , se o b t e n d r á n gráficas de m a x i m a p e n e t r a c i o n d e l p u n z o n v s . D i s t a n c i a m a x i m a que es r e c o r r i d a p o r e l punzoín. Se compararaín los r e s u l t a d o s de este t r a b a j o c o n los r e s u l t a d o s e x p e r i m e n t a l e s de u n f u t u r o t r a b a j o , u n a vez l a p r e n s a este l i s t a , c o r r e c t a m e n t e diseñada y m a n u f a c t u r a d a p a r a p o d e r h a c e r uso de e l l a e n l a M a q u i n a U n i v e r s a l U N I T E D. y. e f e c t u a r el p r o c e d i m i e n t o e x p e r i m e n t a l d e s c r i t o c o n a n t e r i o r i d a d c o r r e c t a m e n t e . A travíes d e l s i g u i e n t e t r a b a j o se generaraí informaciíon p a r a c o m p r e n d e r el feníomeno d e l p r o c e s o de d o b l a d o - e s t i r a d o , p a r a que auín l a p e r s o n a m e n o s f a m i l i a r i z a d a c o n el t e m a p u e d a c o m p r e n d e r l o y a l a vez se buscaría f o r m u l a r u n a p r o p u e s t a , a travíes de l a experimentaciíon y los míetodos F E M , p a r a r e d u c i r e l p o r c e n t a j e de e r r o r de este p r o c e s o a n i v e l c o m e r c i a l , t o m a n d o c o m o p u n t o de p a r t i d a los aceros m o d e r n o s de a l t a r e s i s t e n c i a. 1.

(21) que f u e r o n u t i l i z a d o s . L o s p u n t o s a n t e r i o r e s se e x p l i c a r a n a n t e r i o r m e n t e d u r a n t e e l d e s a r r o l l o d e l. presente. trabajo.. 1.1.. Motivación y justificación. E l p r i n c i p i o de l a s i g u i e n t e investigación es p r e d e c i r l a g e o m e t r í a final de l a m i n a s metáli¬ cas anisotroópicas. I n i c i a l m e n t e se d e t e r m i n a r a n las p r o p i e d a d e s m e c a n i c a s m ó s t r a s c e n d e n t e s d u r a n t e el p r o c e s o de d o b l a d o - e s t i r a d o e n los aceros a l t a m e n t e resistentes. (AHSS).. P o s t e r i o r m e n t e nos d i m o s a l a t a r e a de g e n e r a r u n m o d e l o , v a l i e n d o n o s de l a experi¬ m e n t a c i o n y del m e t o d o del E l e m e n t o F i n i t o , con l a. finalidad. de g e n e r a r. conocimiento. r e s p e c t o a este p r o c e s o de c o n f o r m a d o e n p a r t i c u l a r . E s t e t r a b a j o sentaraó las bases de los paróametros a ser i n t r o d u c i d o s p a r a que el confor¬ m a d o sea e f e c t u a d o e x i t o s a m e n t e , d e l i m i t a n d o las c o n d i c i o n e s i n i c i a l e s p r e v i a s a r e a l i z a r el p r o c e s o p a r a p o s t e r i o r m e n t e o b t e n e r r e s u l t a d o s l o móas p r e c i s o p o s i b l e s .. 1.2.. Objetivos. • E l o b j e t i v o p r i m o r d i a l d e l presente t r a b a j o de i n v e s t i g a c i o n es e l d e s a r r o l l o de f o r m u l a c i o n e s y / o m o d e l o s b a s a d o s e n F E M , p a r a l a s i m u l a c i o n de procesos de c o n f o r m a d o , especóficamente d o b l a d o - e s t i r a d o , de l a m i n a s metólicas a n i s o t r o p i c a s . H a c i e n d o enfasis e n e l e s t u d i o de l a c a r g a d e l p u n z o n a p l i c a d a a l a c h a p a m e t a l i c a . • D e t e r m i n a r las p r o p i e d a d e s m e c n i c a s de los aceros d e l presente e s t u d i o . • Se m o d e l a r a el p r o c e d i m i e n t o de d o b l a d o - e s t i r a d o h a c i e n d o uso d e l S o f t w a r e de m o d e l a c i ó n y s i m u l a c i o n de E l e m e n t o F i n i t o e n 3 D . V a c i a n d o los r e s u l t a d o s o b t e n i d o s e n las p r u e b a s de tensióon, c a r a c t e r i z a n d o las p r o p i e d a d e s anisotróopicas d e l mate¬ r i a l e n los tres ejes p r i n c i p a l e s ( X Y , Y Z , X Z ) . D o n d e l a s i g u i e n t e r e g l a de seró u t i l i z a d a : ^ - = ce e a. m. + y. 2. flujo.

(22) Capítulo 2 Revisión de la Literatura Previa. 2.1.. Literatura Previa.. I n i c i a l m e n t e se p a r t i í d e l t r a b a j o d e s a r r o l l a d o p o r G a r c i a - R o m e o u [1], d e s a r r o l l a d o e n l a U n i v e r s i d a d de G i r o n a ; pues sus t r a b a j o s e n e l p r o c e s o d e l d o b l a d o a l aire de c h a p a a y u d a de m a n e r a s u s t a n c i a l a n u e s t r o t r a b a j o a d e s a r r o l l a r n u e s t r o p r o p i o m o d e l o ,. en. n u e s t r o caso específico a p l i c a d o a l d o b l a d o - e s t i r a d o . [2] Tambiíen es i m p o r t a n t e c o m p r e n d e r los p r i n c i p i o s bíasicos e n los que se s u s t e n t a l a teoría de l a p l a s t i c i d a d , i n v o l u c r a d a e n los procesos de c o n f o r m a d o e n g e n e r a l , así c o n t r i b u y e n tambiíen a t e n e r presente los c o n c e p t o s de los p r i n c i p a l e s c r i t e r i o s de c e d e n c i a a l mo¬ m e n t o e n que u n m a t e r i a l e m p i e z a a f a l l a r ( T r e s c a , v o n M i s e s y H i l l ) . L a m e d i c i í n de l a anisotropía y sus efectos e n el p r o c e s o de d o b l a d o s o n tambiíen i m p o r t a n t e s a l m o m e n t o de d e s a r r o l l a r e s t a investigacioín. D e t a l m a n e r a , l a Bibliografía p r e s e n t a d a p o r a u t o r e s c o m o D i e t e r [3] Hosford[4], y Lange[5] s o n de s u m a i m p o r t a n c i a p a r a e n t e n d e r los p r i n ¬ c i p i o s baísicos d e l presente t r a b a j o .. E s i m p o r t a n t e tambiíen d e s t a c a r los t r a b a j o s de B a r l a t F . [6], pues sus artículos con¬ t r i b u y e n de m a n e r a s u s t a n c i a l a o b s e r v a r e l c o m p o r t a m i e n t o de l a regiíon elasto-plíastico d o n d e se g e n e r a el c o n f o r m a d o. de m e t a l e s . I g u a l m e n t e sus t r a b a j o s nos d a n l a p a u t a. p a r a p l a n t e a r el p r o b l e m a e n tíerminos de E l e m e n t o F i n i t o , de m a n e r a aníaloga a c o m o n o s o t r o s e s t a m o s i n t e n t a n d o d a r l e soluciíon a l p r o b l e m a , c u y a d i f e r e n c i a p r i m o r d i a l es l a h e r r a m i e n t a de S o f t w a r e de E l e m e n t o F i n i t o que e s t a m o s u t i l i z a n d o n o s o t r o s generar nuestro propio. Y. finalmente. para. modelo.. los t r a b a j o s m í s relevantes que c o n t r i b u y e n p a r a n u e s t r o presente t r a b a j o. de Tesis f u e r o n los d e s a r r o l l a d o s p o r H u d g i n s [ 2 ] y G o n z a l e z [ 7 ] , p u e s e n dichos t r a b a j o s se 3.

(23) d e s c r i b e tambiíen de m a n e r a e x p e r i m e n t a l y c o n e l S o f t w a r e de E l e m e n t o F i n i t o respec¬ t i v a m e n t e , l a obtenciíon de r e s u l t a d o s e n el d e s a r r o l l o de u n m o d e l o de predicciíon p a r a el p r o c e s o de d o b l a d o - e s t i r a d o . Se recopilío l a informaciíon o b t e n i d a p o r m i s companñeros de investigaciíon, se realizío e l p r o c e s o de c o n f o r m a d o. c o n características s i m i l a r e s a las. efectuadas p o r ellos; y se efectuoí u n a comparacioín entre m i s r e s u l t a d o s u t i l i z a d o s p o r el m o d e l o g e n e r a d o a t r a v e s d e l S o f t w a r e de s i m u l a c i o n de E l e m e n t o F i n i t o ; c o m p a r a r l o c o n los r e s u l t a d o s p r e v i a m e n t e generados. finalmente. p o r m i s companñeros y d a r u n a. s u g e r e n c i a p a r a l a m e j o r a de este p r o c e s o a n i v e l i n d u s t r i a l p a r a el caso de los aceros de alta resistencia.. C a b e senñalar que estos t r a b a j o s p r e v i o s f u e r o n seleccionados. y que había u n p u n t o. de comparaciíon d i r e c t a entre m i s r e s u l t a d o s y los generados. p r e v i a m e n t e p o r ellos.. E s e n c i a l m e n t e e n c u a n t o a l a r e l a c i o n e s r a d i o d e l punzíon c o n t r a espesor de l a líamina (R/t). T a m b i e n es i m p o r t a n t e s e n a l a r e l artículo d e s a r r o l l a d o p o r U K O [ 8 ] , pues s u i n v e s t i g a c i í n nos p e r m i t e d e t e r m i n a r el p u n t o e n e l que ocurriría l a f a l l a p o r l a p l a c a s o m e t i d a a tracciíon d u r a n t e el d o b l a d o - e s t i r a d o . Bíasicamente nos p e r m i t e i n f e r i r p o r que s u c r i t e r i o de f a l l a , el de l a Míaxima Deformaciíon E f e c t i v a , es el i d e a l p a r a d e t e r m i n a r el m o m e n t o e x a c t o e n que se p r o d u c e l a f a l l a d u r a n t e e l c o n f o r m a d o . A t r a v e s de l a t a b l a c o m p a r a t i v a 2.1 e l l e c t o r t e n d r a u n c o n t e x t o. m a s a m p l i o de l a. aportaciíon de estos a u t o r e s a l presente t r a b a j o , t o m a n d o e n consideracioín las v a r i a b l e s generales m a s i m p o r t a n t e s y p o n i e n d o a l final c o m o p u n t o de c o m p a r a c i o n e l presente trabajo. A d i c i o n a l m e n t e se m u e s t r a e n las T a b l a s 2.2 a 2.3 las a p o r t a c i o n e s mías relevantes de los l i b r o s y artículos p r e v i o s m o s t r a d a s a l i n i c i o e n l a L i t e r a t u r a p r e v i a c o n e l presente trabajo. N o m e n c l a t u r a T a b l a 2.1. -^/=SI. x=NO. 4.

(24) T a b l a 2.1: T a b l a C o m p a r a t i v a de l a L i t e r a t u r a p r e v i a c o m p a r a d a c o n el p r e s e n t e e s t u d i o .. 5.

(25) T a b l a 2.2: Revisión Bibliográfica.. 6.

(26) 7.

(27) L a s referencias de l a T a b l a 2.2 estían e n o r d e n cronolíogico a p e g a d o a l a i m p o r t a n c i a de l a a p o r t a c i í n . A d i c i o n a l m e n t e se t o m a e n c u e n t a el o r d e n de l e c t u r a que se. considero. p a r a e l presente t r a b a j o . L a T a b l a 2.3 son fuentes bibliográficas c o m p l e m e n t a r i a s que se t o m a r o n e n c o n s i d e r a c i o n e n p a r t i c u l a r p a r a l a secciíon d e l Apíendice D que d e s c r i b e el Míetodo de. Elementos. Finitos. L e y e n d o l a Bibliografía a n t e r i o r el a u t o r tendraí u n c o n t e x t o mías a m p l i o d e l c o n t e n i d o de lo que se generío e n el presente t r a b a j o de investigaciíon.. 2.2.. Materiales utilizados actualmente en la industria automotriz.. H a s t a e l año de 1990, las carrocerías de los a u t o m í v i l e s u t i l i z a b a n casi e n s u t o t a l i d a d a l u m i n i o c o n b a j a a l e a c i o n de c a r b o n . E l enfasis a c t u a l e n l a p r o d u c c i í n de vehículos c a d a vez m í s confiables, h a d a d o l u g a r a l a i n c o r p o r a c i o n de m a t e r i a l e s m a s l i g e r o s , tales c o m o aceros de m a y o r r e s i s t e n c i a . L o s aceros de b a j o carbíon se estían c o n v i r t i e n d o ríapidamente e n u n a p a r t e e s e n c i a l e n l a fabricacioín de carrocerías. E s t o s aceros de a l t a r e s i s t e n c i a se u t i l i z a n p r i n c i p a l m e n t e p a r a piezas e s t r u c t u r a l e s , mías que p a r a e l e x t e r i o r de a u t o partes[9]. E n los uíltimos anños, l a i n d u s t r i a a u t o m o t r i z h a p r o m o v i d o n u m e r o s o s. d e s a r r o l l o s de. nuevos aceros v i n c u l a d o s c o n l a disminuciíon d e l peso y a u m e n t o de l a s e g u r i d a d e n los vehículos. E n este s e n t i d o los aceros de a l t a r e s i s t e n c i a a v a n z a d o s (AHSS). p o r sus siglas. e n inglíes, son u n a f a m i l i a de m a t e r i a l e s que h a n p r e s e n t a d o m a y o r interíes. E s t o s nuevos m a t e r i a l e s h a n s u r g i d o c o m o r e s p u e s t a a las crecientes r e q u e r i m i e n t o s r e l a c i o n a d o s. a. los m a t e r i a l e s e m p l e a d o s e n l a i n d u s t r i a a u t o m o t r i z e n c o m p o n e n t e s e s t r u c t u r a l e s . L a i m p o r t a n c i a de l a t e n d e n c i a d e l uso de estos aceros de n u e v a generaciíon se m u e s t r a a c o n t i n u a c i o n e n l a figura 2.1. L a l l e g a d a d e l n u e v o m i l e n i o consiguiío que los f a b r i c a n t e s de automíoviles e n c o n t r a t a n p r o g r a m a s p a r a r e d u c i r l a m a s a d e l vehículo p a r a u n m e j o r d e s e m p e n o a m b i e n t a l a l mis¬ m o t i e m p o que se m e j o r a los accidentes p o r c h o q u e y o t r a s características de s e g u r i d a d . L o s o b j e t i v o s d e l p r o g r a m a r e q u i e r e n nuevos aceros c o n l a f o r m a b i l i d a d m e j o r a d a y u n i m p o r t a n t e i n c r e m e n t o e n l a r e s i s t e n c i a . L a i n d u s t r i a g l o b a l de aceros r e s p o n d e c o n u n a n u e v a f a m i l i a de aceros a v a n z a d o s a l t a m e n t e resistentes.. (AHSS).. L o s aceros a l t a m e n t e resistentes t r a d i c i o n a l e s , c o m o los aceros de a l t a r e s i s t e n c i a y b a j a a l e a c i o n (HSLA),. p o s e e n m í s de tres decadas de e x p e r i e n c i a c o n prensas de t a l l e r sobre. l a c u a l c o n s t r u i r u n a base tecnoloígica. E n c o n t r a s t e , e l uso de A H S S exige u n a vía 8.

(28) róapida de acumulacioón de c o n o c i m i e n t o y difusióon a l i m p l e m e n t a r estos nuevos. aceros.. A travóes d e l presente t r a b a j o se e x p l i c a p o r que los A H S S f u e r o n d i s t i n t o s de los aceros a l t a m e n t e resistentes t r a d i c i o n a l e s y se p r o p o r c i o n a orientacióon sobre los p r o c e d i m i e n t o s de aplicacióon. S i n e m b a r g o , j u n t o c o n las v e n t a j a s que p r o v e e n estos n u e v o s aceros surge l a n e c e s i d a d de g e n e r a r c o n o c i m i e n t o sobre s u f o r m a b i l i d a d . D e n t r o de los aceros de a l t a r e s i s t e n c i a a v a n z a d o s se t i e n e n dos f a m i l i a s . L a p r i m e r a es l a de los aceros de a l t a r e s i s t e n c i a c o n u n a m a y o r c o n f o r m a b i l i d a d p a r a disenos que i n v o l u c r e n p a r t e s m a s c o m p l e j a s . s o n los aceros d e n o m i n a d o s D u a l P h a s e (DP) por plasticidad.. Estos. y los aceros c o n transformación i n d u c i d a. (TRIP).. D e n t r o de estos r e q u e r i m i e n t o s se e n c u e n t r a n u n a m a y o r r e s i s t e n c i a , c a p a c i d a d de a b sorcióon de energóa y c o m p l e j i d a d de las p a r t e s , e n t r e o t r o s . L o s aceros D u a l P h a s e f o r m a n p a r t e s de las AHSSy. (DP). c o n s i s t e n e n u n a m a t r i z ferrótica c o n fracciones v a r i a b l e s de. u n a s e g u n d a fase martensótica. E n f o r m a de " i s l a s " , estos aceros de ó l t i m a g e n e r a c i o n se a p l i c a n en p a r t e s e s t r u c t u r a l e s p r e s e n t a n d o u n a a l t a r e s i s t e n c i a mecóanica d e l o r d e n de 600 a 1000 M P a , m a n t e n i e n d o m u y b u e n a f o r m a b i l i d a d . S i n e m b a r g o , e x i s t e n diversos m a t e r i a l e s base, tales c o m o los aceros m i c r o a l e a d o s , los aceros de g r a n o u l t r a f i n o y los aceros a l c a r b o n , m a n g a n e s o , entre o t r o s . A p a r t i r de los cuales p u e d e n obtenerse informacióon de d i c h o s aceros fase d u a l , siendo escasos los e s t u d i o s sistemóaticos r e a l i z a d o s a l r e s p e c t o .. 9.

(29) 2.3.. E l proceso del doblado-estirado.. E n e l p r o c e s o de d o b l a d o - e s t i r a d o los e x t r e m o s de l a p i e z a de t r a b a j o s o n sujetos rigídam e n t e . U n p u n z o n t a m b i e n rígido es e l u t i l i z a d o p a r a a p l i c a r l a f u e r z a . L a p i e z a de t r a b a j o d e b e ser s u j e t a entre secciones tambiíen rígidas a las secciones de l a h e r r a m i e n t a o c o n s u j e t a d o r e s especiales. ( F i g u r a 2.2).. F i g u r a 2.2: B o s q u e j o de l a p r u e b a de d o b l a d o - e s t i r a d o . u t i l i z a n d o el s o p o r t e d e l S o f t w a r e DEFORM. T. M. 3D. E l d o b l a d o - e s t i r a d o es e l que o c u r r e m i e n t r a s l a p i e z a es s u j e t a d a a tracciíon m i e n t r a s se d o b l a [ 1 ] . E l m o m e n t o de d o b l a d o r e q u e r i d o p a r a d e f o r m a r l a c h a p a p l a s t i c a m e n t e se reduciría m i e n t r a s l a tracciíon c o m b i n a d a e n l a c h a p a a u m e n t a , d e b i d o a l d o b l a d o de las fibras. m a s e x t e r i o r e s y de l a t r a c c i í n a p l i c a d a .. D e a c u e r d o a L a n g e [ 5 ] , e x i s t e n 2 procesos de d o b l a d o - e s t i r a d o :. • Doblado-estirado simple. • Doblado-estirado tangencial.. D o b l a d o - e s t i r a d o s i m p l e : L a h o j a de m e t a l es u s u a l m e n t e s u j e t a d a e n sus dos l a d o s o p u e s t o s ; se e f e c t í a c o n m e n o r f r e c u e n c i a e n t o d o s los l a d o s . E l esfuerzo de tensiíon r e q u e r i d o p a r a c a u s a r deformaciíon es a p l i c a d o d i r e c t a m e n t e c o n u n punzíon, e l c u a l p r o p o r c i o n a l a f o r m a i n t e r i o r d e s e a d a d e l c o m p o n e n t e . E l m a t e r i a l a l c a n z a s u f o r m a final e n e l p u n t o final de l a c a r r e r a d e l p u n z o n . ( F i g . 2 . 3 ) . 10.

(30) Formado por estiramiento simple F i g u r a 2.3: D o b l a d o - e s t i r a d o s i m p l e [5]. Doblado-estirado. tangencial:. Doblado-estirado tangencial: L a deformacióon o c u r r e e n dos e t a p a s d i s t i n t a s : 1.- E l m a t e r i a l es d e f o r m a d o a r r i b a de sus p u n t o s de c e d e n c i a en o r d e n p a r a l o g r a r d e f o r m a c i o n e s u n i f o r m e s . Só l a h o j a de m e t a l n o es homogóenea, a l g u n a s p o r c i o n e s de l a h o j a comenzaraón a d e f o r m a r s e antes que o t r a s . E l flujo p l a s t i c o d e l m a t e r i a l e n esas óreas c a u s a r a e n d u r e c i m i e n t o p o r t r a b a j o h a s t a que t o d o e l b l a n c o sea c a r g a d o h a s t a e l r a n g o plaóstico, tipócamente e x c e d i e n d o e l esfuerzo de c e d e n c i a i n d e p e n d i e n t e m e n t e d e l m a t e r i a l entre 2 % a 4 %; e n a l g u n a s ocasiones 6 %. 2.- L a c a r g a sobre l a p i e z a de t r a b a j o g e n e r a r a suficiente fricción e n e l c o n t a c t o c o n l a h e r r a m i e n t a de t a l m a n e r a que n o e x i s t e m o v i m i e n t o r e l a t i v o e n t r e l a p i e z a de t r a b a j o y la herramienta. L a c a r g a que se aplicaróa d u r a n t e e l f o r m a d o p o r e s t i r a m i e n t o d e p e n d e de los siguientes paróametros:. • Deformación R e q u e r i d a • E s f u e r z o de c e d e n c i a d e l m a t e r i a l • Espesor • P r o f u n d i d a d de los. componentes. L a f u e r z a a p l i c a d a d e b e ser c o n t r o l a d a e n funcioón d e l óangulo de los sujetadores p a r a m a n t e n e r u n esfuerzo c o n s t a n t e e n e l m a t e r i a l . E s t o es e s p e c i a l m e n t e i m p o r t a n t e p a r a aleaciones de acero, las cuales p o s e e n u n a a l t a r e s i s t e n c i a a l a c e d e n c i a ; p a r a e v i t a r sobre¬ cargas. Despuóes que l a p i e z a de t r a b a j o r o m p e el c o n t a c t o c o n l a h e r r a m i e n t a , l a c a r g a d e l f o r m a d o p o r e s t i r a m i e n t o se i n c r e m e n t a l e n t a m e n t e p a r a r e d u c i r l a recuperacióon. 11.

(31) F i g u r a 2.4: D o b l a d o - e s t i r a d o tangencial.[5]. e l a s t i c a ( s p r i n g b a c k ) . A c o n t i n u a c i í n se m u e s t r a e l b o s q u e j o d e l D o b l a d o - e s t i r a d o tan¬ gencial. M a t e r i a l e s q u e p u e d e n ser d o b l a d o s - e s t i r a d o s : E n a d i c i o n a a l u m i n i o , m a g n e s i o y sus a l e a c i o n e s , t o d o s los m a t e r i a l e s duíctiles p u e d e n p a s a r p o r e l proceso de d o b l a d o e s t i r a d o , d e l o r d e n de los aceros a l carboín h a s t a aceros de a l t a aleaciíon, m a t e r i a l e s c o n p r o p i e d a d e s resistentes a a l t a s t e m p e r a t u r a s , c o m o e l t i t a n i o y sus a l e a c i o n e s , a m e t a l e s especiales, c o m o e l b e r i l i o y el n o b i d i o . L a f o r m a b i l i d a d de u n m a t e r i a l sujeto a d o b l a d o e s t i r a d o e s t a p r i n c i p a l m e n t e b a s a d o e n los r e s u l t a d o s de las p r u e b a s de tensioín. (límite. de elongaciíon u n i f o r m e y deformacioín a l a f r a c t u r a ) . P r o p i e d a d e s d e l d o b l a d o - e s t i r a d o : E l d o b l a d o - e s t i r a d o c a u s a u n i n c r e m e n t o e n re¬ s i s t e n c i a c o n s e c u e n c i a d e l t r a b a j o de e n d u r e c i m i e n t o d e l m a t e r i a l . L a r e s i s t e n c i a a l a ced e n c i a de los m a t e r i a l e s a u t o m o t r i c e s a u m e n t a 10 % y s u d u r e z a a u m e n t a a r r i b a de 2 %. C o m p a r a t i v a m e n t e a los c o m p o n e n t e s e m b u t i d o s , los c o m p o n e n t e s. doblados-estirados. t i e n e n l a c a p a c i d a d de r e s i s t i r e x i t o s a m e n t e a r r i b a d e l 30 % de l a c a r g a n o r m a l a p l i c a d a a su superficie. N o h a y esfuerzos de c o m p r e s i o n generados e n e l d o b l a d o - e s t i r a d o que p u e d a n c a u s a r r u g o s i d a d e n l a s u p e r f i c i e d e l m e t a l . E l e s t i r a m i e n t o r e d u c e los esfuerzos r e s i d u a l e s que p u e d e n c a u s a r l a recuperaciíon elíastica d e l m a t e r i a l ( s p r i n g b a c k ) . L o s esfuerzos de tensiíon e l i m i n a n l a recuperacioín que e x p e r i m e n t a el m a t e r i a l d u r a n t e e l d o b l a d o , los esfuerzos r e s i d u a l e s que s o n f r e c u e n t e m e n t e generados se r e d u c e n . L o s c o m p o n e n t e s sujetos a d o b l a d o - e s t i r a d o no se deformaraín d u r a n t e l a s o l d a d u r a o d u r a n t e procesos de c o r t e . H e r r a m i e n t a s p a r a el d o b l a d o - e s t i r a d o :. L a s e l e c c i o n de los m a t e r i a l e s p a r a l a. h e r r a m i e n t a d e p e n d e de l a geometría, e l m a t e r i a l y e l nuímero de c o m p o n e n t e s. a ser. p r o d u c i d o s . C u a n d o se v a a g e n e r a r e l d o b l a d o - e s t i r a d o p a r a u n pequenño nuímero. de. c o m p o n e n t e s de aleaciones de m e t a l e s l i g e r a s , las h e r r a m i e n t a s s o n comuínmente m a n u ¬ f a c t u r a d a s c o n m a d e r a s de a l t a r e s i s t e n c i a y las regiones d o n d e se concentraría l a m a y o r. 12.

(32) c a n t i d a d de esfuerzo se r e f o r z a r a n c o n acero. O t r o s m a t e r i a l e s p a r a p i e z a s de t r a b a j o p u e d e n ser d o b l a d o - e s t i r a d o s u t i l i z a n d o u n a a m p l i a v a r i e d a d de m a t e r i a l e s p a r a h e r r a m i e n t a . P a r a m a t e r i a l e s l i g e r o s , h e r r a m i e n t a s f a b r i c a d a s de m a d e r a , m a d e r a plóastica, m a d e r a r e c u b i e r t a de plóastico, c o n c r e t o s óoaleaciones de b a j o p u n t o de fusióon c o m o las de z i n c . P a r a t r a b a j a r c o n m a t e r i a l e s d u r o s , las h e r r a m i e n t a s s o n f a b r i c a d a s de h i e r r o f u n d i d o . M i e n t r a s que e l d o b l a d o - e s t i r a d o de p i e z a s de t r a b a j o de t i t a n i o y sus aleaciones r e q u i e r e n h e r r a m i e n t a s f a b r i c a d a s de acero óoceraómicas. A p l i c a c i o n e s : E l d o b l a d o - e s t i r a d o se u t i l i z a e n p a r t i c u l a r p a r a el f o r m a d o de p a n e l e s de carroceróa, techos, defensas p a r a c a m i o n e s , a u t o b u s e s , vehóculos especiales y a d i c i o n a l m e n t e en l a i n d u s t r i a a e r o e s p a c i a l . E s estas a p l i c a c i o n e s d e l d o b l a d o los c o m p o n e n t e s de las l a m i n a s c u b r e n superficies m u y e x t e n s a s ; e n ocasiones m a y o r e s a los 50 m 2 ; p a r a l o c u a l los procesos c o n v e n c i o n a l e s de f o r m a d o n o p u e d e n ser u t i l i z a d o s . E n casos e x c e p c i o n a l e s figuras c i r c u l a r e s , o v a l a d a s o p a r t e s r e f o r m a d a s se u t i l i z a n , e n f u n c i o n de l a geometróa que desea f o r m a r s e . L o s c o m p o n e n t e s r e q u e r i d o s u s u a l m e n t e son móas o m e n o s c u r v o s p o r e n c i m a de l a e x t e n sióon de l a p a r t e , y a l g u n a s veces s o n necesarios e l e m e n t o s p a r a c o m p o n e r c u r v a t u r a s . L o s c o m p o n e n t e s son g e n e r a l m e n t e p r o d u c i d o s p a r a h o j a s p l a n a s . L o s b l a n c o s s o n r e c t a n g u ¬ lares e n l a mayoróa de los casos; p e r o en ocasiones b l a n c o s t r a p e z o i d a l e s s o n u t i l i z a d o s . E n casos e x c e p c i o n a l e s c i r c u l a r e s , o v a l a d o s óo p a r t e s r e f o r m a d a s se u t i l i z a n . E l desafóo p a r a c o n c l u i r e x i t o s a m e n t e este t r a b a j o es d e s a r r o l l a r u n m o d e l o. cinemóatico. p a r a u n m a t e r i a l anisotróopico, d u r a n t e e l p r o c e s o de c o n f o r m a d o de lóamina y v a c i a n d o m i s r e s u l t a d o s o b t e n i d o s e x p e r i m e n t a l m e n t e e n las p r u e b a s de T e n s i o n e n el S o f t w a r e de m o d e l a c i o n y s i m u l a c i o n de e l e m e n t o. finito.. A c o n t i n u a c i o n se e x p l i c a r a a d e t a l l e l a e x p e r i m e n t a c i o n e f e c t u a d a (Capótulo 3) asó c o m o l a simulacióon d e l p r o c e s o de c o n f o r m a d o de d o b l a d o - e s t i r a d o u t i l i z a n d o e l S o f t w a r e de m o d e l a c i o n y s i m u l a c i o n de e l e m e n t o finito (Capótulo 4).. 13.

(33) Capítulo 3 Experimentación Introduccion: A c o n t i n u a c i o n se explicará a d e t a l l e l a experimentación que se l l e v o a c a b o , p a r a d e t e r m i n a r de que m a n e r a p u e d e n ser a p l i c a d o s los c r i t e r i o s de f o r m a b i l i d a d e x p l i c a d o s c o n a n t e r i o r i d a d y p r o p o n e r m e j o r a s de l a s i m u l a c i o n d e l p r o c e s o d o b l a d o - e s t i r a d o . L a m e d i c i ó n de l a a n i s o t r o p i a se r e a l i z o a t r a v e s de p r u e b a s de t e n s i o n , a fin de c a p t u r a r las características plásticas de m a t e r i a l e s p a r a h o j a s m e t a l i c a s . E s t e v a l o r es o b t e n i d o a t r a v e s de l a relación entre e l a n c h o de l a deformación y e l espesor de l a d e f o r m a c i o n . L o s especímenes p a r a las p r u e b a s de T e n s i o n s o n orientaciones: 0. o. típicamente. c o r t a d a s e n las siguientes. , 45° y 90° e n l a d i r e c c i o n de l a m i n a d o de l a h o j a m e t a l i c a .. R9 se define a t r a v e s de l a s i g u i e n t e r e l a c i o n :. t , w = E s p e s o r inicial y ancho inicial. o. w,t=. o. A n c h o y espesor d e l e s p e c i m e n sujeto a p r u e b a s de t e n s i o n a c u a l q u i e r p u n t o e n. el t i e m p o . L a s m e d i c i o n e s s o n típicamente t o m a d a s e n l a e l o n g a c i o n de 1 5 % a 2 0 % o antes d e l i n i c i o d e l e n c u e l l a m i e n t o e n m a t e r i a l e s de b a j a d u c t i l i d a d . Se r e a l i z a r o n ensayos p a r a o b t e n e r l a s i g u i e n t e i n f o r m a c i o n p a r a los aceros e s t u d i a d o s e n l a presente investigacióon, u t i l i z a n d o galgas extensiomóetricos. asó c o m o u n e x t e n s o m e t r o :. r e l a c i o n de d e f o r m a c i o n plástica ( R ) , d u r e z a , m o d u l o P o i s o n , m o d u l o e l a s t i c o , esfuerz o de c e d e n c i a , esfuerzo ó l t i m o , coeficiente de e n d u r e c i m i e n t o p o r d e f o r m a c i o n (n) y coeficiente de r e s i s t e n c i a ( K ) .. 14.

(34) 3.1.. Obtención de probetas.. L a s m e d i d a s de l a p r o b e t a se h i c i e r o n de a c u e r d o a l e s t a n d a r de l a A S T M E 8 , c u y a s m e d i d a s se m u e s t r a n e n l a figura 3.1:. F i g u r a 3.1: D i b u j o de l a p r o b e t a r e c t a p a r a c o r t e c o n c h o r r o de a g u a a b r a s i v o de a c u e r d o a l a n o r m a A S T M E8[1].. E l p r i m e r paso consistiría e n u t i l i z a r u n S o f t w a r e de M o d e l a c i o n e n 3 D , p a r a o b t e n e r las m e d i d a s de l a p r o b e t a a n t e r i o r . E n l a p l a c a se e f e c t u a r o n los cortes e n tres d i r e c c i o n e s r e s p e c t o a l l a m i n a d o ( 0 , 45°, 90°) o. y t a m b i e n se c o r t a r o n los especimenes que se utilizarían p a r a e f e c t u a r los e x p e r i m e n t o s de d o b l a d o - e s t i r a d o , esto se r e a l i z o e n l a e m p r e s a O F A S A H I D R A U L I C A u b i c a d a e n Monterrey, N L . Se utilizoí e s t a tíecnica p a r a o b t e n e r l a precisioín d e s e a d a y m i n i m i z a r l a deformacioín. por. c o r t e de las p r o b e t a s . A s í m i s m o , se e l i m i n o el c a l o r a p l i c a d o o g e n e r a d o d u r a n t e o t r o s t i p o s de procesos de c o r t e . P a r a c a d a u n o de los aceros d i s p o n i b l e s p a r a e l presente e s t u d i o , se u t i l i z a r o n 3 p r o b e t a s a 0°, 3 p r o b e t a s a 45° y 3 p r o b e t a s 90° . E n t o t a l se u t i l i z a r o n 4 t i p o s de aceros diferentes, p o r l o que se g e n e r a r o n 72 p r o b e t a s e n t o t a l p a r a o b t e n e r las c o n s t a n t e s a n i s o t r o p i c a s . T a l c o m o se m u e s t r a e n el s i g u i e n t e a r r e g l o .. F i g u r a 3.2: A r r e g l o de las p r o b e t a s e n A u t o C a d 3 D . a r r i b a : P r o b e t a s p a r a ensayo de d o b l a d o - e s t i r a d o . a b a j o : P r o b e t a s A S T M E 8 p a r a p r u e b a s de Tensiíon.. 15.

(35) U n a vez f a b r i c a d a s las p r o b e t a s se efectuo e l s i g u i e n t e p r o c e d i m i e n t o , c o n l a. finalidad. de o b t e n e r l a m a y o r c a n t i d a d de informacióon p o s i b l e e n las p r u e b a s de tensióon: 1. - M a r c a r u n a d i s t a n c i a de 1/2 " d e l c e n t r o de l a p r o b e t a e n c a d a u n o de los e x t r e m o s p a r a m e d i r informacióon e n l a Seccióon p a r a R (Anisotropóa) u n a vez se d e f o r m e. plóasti-. c a m e n t e l a p r o b e t a entre 15 % y 20 % e n l a elongacióon. M a r c a r c o n c i n c e l y m a r t i l l o los puntos. 2. - M e d i r u n a d i s t a n c i a de 2 " d e l c e n t r o de l a p r o b e t a e n c a d a u n o de los e x t r e m o s p a r a m e d i r informacióon de l a Seccioón de P r u e b a y l a Seccioón p a r a R (Anisotropóa) u n a vez c o n c l u y a l a p r u e b a d e s t r u c t i v a e n l a p r o b e t a p o s t e r i o r a l a p r u e b a de tensioón. M a r c a r c o n c i n c e l y m a r t i l l o los p u n t o s . 3. - M a r c a r c o n a z u l de P r u s i a las m a r c a s hechas e n l a p r o b e t a a fin de p o d e r a p r e c i a rlos f a c i l m e n t e a l m o m e n t o de m e d i r c o n V e r n i e r los p u n t o s , u n a vez estos h a l l a n sido d e s p l a z a d o s , p o s t e r i o r m e n t e a l a p r u e b a de tensióon. 4. - M e d i r las d u r e z a s de l a p r o b e t a c o n u n i n d e n t a d o r e n e s c a l a R o c k w e l l A . L a s medi¬ ciones se r e a l i z a r o n a " d e l c e n t r o e n a m b o s e x t r e m o s , a 2 " d e l c e n t r o e n a m b o s e x t r e m o s y e n los b o r d e s de l a m i s m a . 5. - L i m a r e l óarea de l a seccióon de p r u e b a p a r a p o d e r m e d i r c o n precisióon el a n c h o de l a p r o b e t a e n l a seccióon t r a n s v e r s a l . 6. - M e d i r el a n c h o , espesor y l a r g o de l a p r o b e t a e n l a s e c c i o n de p r u e b a . 7. - T e n e r l i s t a u n a base de d a t o s c o n l a información a c a p t u r a r de las p r u e b a s de t e n s i o n U n i a x i a l ; b a s a d o e n galgas e x t e n s i o m e t r i c o s y e n e l espesor y el a n c h o final de l a p r o b e t a p o s t e r i o r a l a p r u e b a . Se obtendraó l a s i g u i e n t e informacióon: Móodulo P o i s s o n , Móodulo E l a s t i c o , E s f u e r z o de C e d e n c i a , E s f u e r z o U l t i m o asó c o m o l a r a z o n de. Deformacion. Plóastica.. 3.2.. Montaje de galgas extensiometricas.. P a r a e f e c t u a r l a presente experimentacióon, las galgas que se utilizaroón s o n p a r a medi¬ ciones l i n e a l e s . L a s galgas u t i l i z a d a s s o n m a r c a V I S H A Y 2 . 0 4 0 ± 0 . 5 % p a r a u n g r i d , 2.060 ±. T M. .. E l F a c t o r de g a l g a e r a. 0 . 5 % p a r a o t r o g r i d , asó c o m o u n a r e s i s t e n c i a de. 120Í1 E n n u e s t r o caso e l uso de galgas nos s i r v i o p a r a l a m e d i c i ó n de l a d e f o r m a c i o n l o n g i t u d i n a l y l a deformacióon t r a n s v e r s a l de c a d a u n a de las p r o b e t a s , y a p a r t i r de esa informacióon o b t e n e r e l Móodulo de P o i s s o n asó c o m o l a Razóon de deformacioón plóastica R e n c a d a u n a de las p r o b e t a s p a r a los 4 m a t e r i a l e s . P a r a estó e x p e r i m e n t a c i o n se utilizó e l a d h e s i v o M - B o n d A E - 1 0 p a r a el p r o c e s o de 16.

(36) cementaciíon de las g a l g a s , p a r a s u preparaciíon s o n necesarios 200 g r a m o s de r e s i n a , 40 g r a m o s de agente de c u r a d o 10 y u n a p i p e t a c a l i b r a d a . L a proporciíon de l a m e z c l a es 10 p a r t e s p o r peso de l a R e s i n a A E a 1.5 p a r t e s p o r peso d e l agente de c u r a d o 10. E n n u e s t r o caso e n p a r t i c u l a r se t o m o e n c u e n t a l a m a s a d e l vaso d o n d e se i b a a e f e c t u a r l a m e z c l a , j u n t o c o n 10 g r a m o s de r e s i n a y 1.5 g r a m o s d e l agente de c u r a d o M - B o n d . Se c o l o c o sobre u n a m e z c l a e l vaso j u n t o c o n l a r e s i n a y se colocío l a m a s a teoírica c a l c u l a d a e n el i n d i c a d o r de l a B a l a n z a , p o s t e r i o r m e n t e se agregoí el agente de c u r a d o h a s t a l l e g a r a l i n d i c a d o r de m a s a p r e v i a m e n t e c a l i b r a d o e n l a b a l a n z a . M e z c l a r b i e n d u r a n t e c i n c o m i n u t o s , a g i t a n d o l a m e z c l a u t i l i z a n d o las p i p e t a s , luego d e j a r r e p o s a r l a m e z c l a d u r a n t e o t r o s c i n c o m i n u t o s antes de s u uso. C u a n d o s o n m e z c l a d o s mías de 10 g r a m o s de r e s i n a c o m o e n n u e s t r o caso, l a v i d a uítil n o r m a l de 15 a 20 m i n u t o s se reduciría e n c o n s e c u e n c i a . P o s t e r i o r m e n t e a que l a m e z c l a estíe p r e p a r a d a , se i n s t a l a e l a d h e s i v o a l a p r o b e t a , l a b a r r a m e z c l a d o r a se p u e d e u t i l i z a r p a r a a p l i c a r e l a d h e s i v o a l a s u p e r f i c i e . E n este p u n t o se d e b e ser c u i d a d o s o de no m e z c l a r c o m p o n e n t e s. d e l a d h e s i v o que no. estíen. m e z c l a d o , tambiíen es i m p o r t a n t e t o m a r e n consideraciíon e l escaso t i e m p o de v i d a uítil de l a m e z c l a y el m a r g e n de e r r o r a l m o m e n t o de i n s t a l a r las galgas y a que estas d e b e n e s t a r p e r f e c t a m e n t e c e n t r a d a s y c u a l q u i e r e r r o r a l m o m e n t o de l a alineacioín nos p u e d e c o n d u c i r a u n a medicioín erroínea de las d e f o r m a c i o n e s a l m o m e n t o de e f e c t u a r las p r u e b a s de tensiíon. E l p r o c e d i m i e n t o d e t a l l a d o p a r a l a instalaciíon de galgas extensiomíetricas. no sería ex¬. p l i c a d o a d e t a l l e e n l a presente secciíon. P e r o sería m o s t r a d o a d e t a l l e el apíendice C d e l presente t r a b a j o .. 3.3.. Descripción del proceso de preparacion metalografica y ataque químico.. E n e s t a secciíon se d e s c r i b e l a determinaciíon. de l a direcciíon de l a m i n a d o de las mues¬. t r a s . E l m a t e r i a l p r o p o r c i o n a d o p o r l a e m p r e s a p a r a e f e c t u a r e s t a experimentacioín. no. fue p r o p o r c i o n a d o l a d i r e c c i o n d e l l a m i n a d o d e l m a t e r i a l . N o fue p o s i b l e r e l a c i o n a r los p e d a z o s d e l m a t e r i a l a l a direcciíon e n que se e n c o n t r a b a e l r o l l o , p o r lo que nos d i m o s a l a t a r e a de i n v e s t i g a r l o p o r m e d i o de. metalografías.. L a preparación de l a p r o b e t a c o n s i s t e , e n g e n e r a l , o b t e n e r p r i m e r o u n a s u p e r f i c i e p l a n a y s e m i p u l i d a , m e d i a n t e el e m p l e o de p a p e l e s de e s m e r i l de finura de g r a d o creciente o r e a l i z a n d o este desbaste c o n discos a d e c u a d o s sobre los que se d e p o s i t a u n a b r a s i v o , t e r m i n a n d o c o n u n p u l i d o fino y final sobre discos p r o v i s t o s de p a n o s . L a s p r o b e t a s f u e r o n c o r t a d a s c o n a r c o de s e g u e t a e n d i r e c c i o n e s p e r p e n d i c u l a r e s ; se. 17.