Desarrollo de un modelo numérico basado en el análisis experimental de las acciones mecánicas que intervienen en el proceso de embutición profunda de chapa de acero TRIP

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(1)UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA INSTITUTO DE DESARROLLO REGIONAL CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES. TESIS DOCTORAL DESARROLLO DE UN MODELO NUMÉRICO BASADO EN EL ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE LAS ACCIONES MECÁNICAS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA DE ACERO TRIP. Autor: Alberto Martínez Martínez Director: Dr. Valentín Miguel Eguía. Octubre de 2017.

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(3) A mi esposa, Beatriz.

(4) AGRADECIMIENTOS A la Comisión Académica del Programa de Doctorado en Física y Matemáticas, Fisymat, de la Universidad de Castilla-La Mancha, por permitirme el acceso a estos estudios. Mi más profundo agradecimiento al Dr. Valentín Miguel Eguía, director de esta Tesis Doctoral. Quisiera destacar especialmente el trato recibido por su parte y el gran apoyo prestado durante estos años. Su gran experiencia y conocimientos en la materia ha permitido la toma de confianza necesaria para abordar este trabajo. A la Dra. Juana Coello Sobrino, compañera del laboratorio de CIMA, por la confianza depositada en mí, su apoyo incondicional, su colaboración en los ensayos iniciales de esta tesis y, sobre todo, por sus sabios consejos, aunque no siempre apreciados por mi parte. Quiero agradecer la ayuda a Jesús Naranjo Torres, que desde los inicios de la tesis ha compartido abiertamente sus conocimientos, especialmente en la modelización por elementos finitos. Así mismo no quisiera olvidarme de aquellas personas que han pasado por el laboratorio durante estos años y que en algún momento u otro me han ayudado. Finalmente, quisiera expresar mi más sincero agradecimiento a mi familia y amigos, por haber estado a mi lado en todo momento apoyando mi decisión. En especial quiero dar las gracias a mi esposa Beatriz, por la paciencia, aliento y comprensión mostrados durante todos estos años..

(5) RESUMEN El principal objetivo del presente trabajo de investigación ha sido conseguir un acercamiento al conocimiento de la embutición profunda de copas, aplicado especialmente al acero TRIP690 +EBT. Para ello se ha aplicado una metodología de ensayo, desarrollada previamente, basada en el concepto de separación de acciones en la embutición. En este contexto se estudian separadamente las condiciones de conformado bajo el prensachapas y las del radio de entrada a la cavidad de la matriz, esto es, fricción plana uniaxial, deformación bajo tracción-compresión biaxial y doblado bajo tensión. Esta metodología ha permitido evaluar la influencia de las principales variables que intervienen en cada uno de los procesos de deformación mencionados. Para ello se han seguido una serie lógica de etapas en las que los resultados de unas son incorporados a las siguientes hasta llegar a la formulación de un modelo numérico teórico-experimental basado en ensayos simples capaz de predecir el comportamiento del acero TRIP en la embutición profunda. La chapa de acero ha sido caracterizada tanto químicamente como microestructuralmente. En este último aspecto, se han empleado técnicas de microscopía óptica y por bombardeo de electrones (EBSD), con el fin de tener una caracterización estructural precisa del material. La caracterización química se ha realizado mediante metodología C/S y ICP-OES. El recubrimiento superficial de cinc se ha analizado topográficamente para garantizar su correcta correspondencia al tipo especificado (EBT) mediante macroscopía óptica y perfilometría 3D. La caracterización mecánica básica se ha realizado mediante ensayos de tracción y de anisotropía plástica. No obstante, la complejidad del comportamiento del acero TRIP ha obligado a efectuar la caracterización del material bajo diferentes combinaciones de esfuerzos, conforme a la influencia esperada de los mismos sobre la modificación del comportamiento del material. Por tanto, ha sido necesario el diseño de diversos procedimientos de ensayo para la obtención de la respuesta del material bajo esfuerzos diferentes al de tracción, como el de compresión. Para ello, diversos procedimientos de ensayo han sido evaluados. La validación de dichos procedimientos se ha llevado a cabo mediante el contraste de resultados con aceros de comportamiento conocido. Para reproducir las condiciones del material tras el estirado se han realizado ensayos sobre tiras de chapa en diferentes relaciones de deformación. El material deformado ha sido caracterizado posteriormente mediante ensayos de tracción y compresión. También se ha efectuado un estudio de eficiencia del sistema de estirado de tiras para garantizar que el material obtenido es representativo del proceso de estirado que ocurre en la embutición. Para la correcta generación de las diferentes curvas de respuesta mecánica en las diferentes simulaciones ha sido necesaria la modelización de las mismas en toda la capacidad de deformación del material, esto es, hasta la deformación de desgarro o break, sin efectos adversos como la estricción o el pandeo. Para ello se ha desarrollado.

(6) un método de extrapolación de la curva entre los puntos críticos UTS y break basado en un proceso retroalimentado y sustentado en la simulación por elementos finitos. Así se ha podido obtener la evolución de las tensiones y deformaciones verdaderas entre el punto UTS y el punto de desgarro. Todos los datos del comportamiento mecánico se han sintetizado en un conjunto de ecuaciones polinómicas que permiten deducir los puntos críticos de la curva de tensiones-deformaciones verdaderas en tracción y en compresión para todas las relaciones de deformación por estirado. Las curvas obtenidas han sido implementadas adecuadamente en los procesos de simulación para la obtención de esfuerzos y deformaciones bajo condiciones de doblado y desdoblado bajo tensión y posterior tracción. Para ello, se han desarrollado simuladores numéricos para las principales etapas de conformado, esto es, estirado, doblado y desdoblado bajo tensión, sobredesdoblado y tracción, sobre los que se han implementado las anteriores ecuaciones de respuesta mecánica. Para la determinación del efecto de la fricción en el doblado bajo tensión se ha diseñado un nuevo complemento de doblado-desdoblado bajo tensión, el cual ha sido acoplado al de estirado de tiras con el fin de deducir los esfuerzos implicados en este proceso: fuerzas de doblado, desdoblado y principalmente de fricción en el doblador. Con él, se han determinado las fuerzas específicas implicadas en el doblado y desdoblado bajo tensión a partir de ensayos experimentales y el análisis teórico-experimental del proceso. El simulador desarrollado se ha basado en el equilibrio de fuerzas y momentos en la sección en los diferentes estados de deformación que ha permitido deducir las fuerzas implicadas. El procedimiento ha posibilitado también la determinación de las deformaciones en los procesos, como cambios de espesor y anchura de la banda, así como el valor de la recuperación elástica o spring-back tras la liberación de esfuerzos. Con la determinación de todos los esfuerzos implicados en el estirado, doblado y desdoblado de tiras bajo tensión, asimilables las acciones que tienen lugar en el proceso de la embutición profunda de chapa, se desarrollado un nuevo simulador que ha permitido a obtener los esfuerzos y deformaciones implicados en el proceso completo de la embutición profunda de copas. Este segundo simulador ha permitido predecir además la deformada de la copa y las tensiones residuales existentes cuando cesan las acciones en el proceso de embutición. La adecuación de los resultados predichos con los experimentales ha sido buena, lo que valida en gran medida el procedimiento deductivo desarrollado..

(7) SUMMARY The main objective of this research work was to achieve an approach to the knowledge of deep cup forming, specially applied to TRIP690 +EBT steel. To this end, a test methodology was applied, previously developed, based on the concept of separating actions in drawing. In this context, the forming conditions under the holddown and those of the die cavity inlet radius are studied separately, i. e. uniaxial flat friction, deformation under biaxial traction-compression and bending under tension. This methodology made possible to evaluate the influence of the main variables involved in each of the deformation processes mentioned above. For this purpose, a serie of logical stages was followed in which the results of some were incorporated into the following ones until arriving at the formulation of a numerical theoretical-experimental model based on simple tests capable of predicting the behavior of TRIP steel in deep drawing. The sheet steel was chemically and microstructurally characterized. In the latter aspect, optical and electron back scatter diffraction (EBSD) techniques were used in order to have a precise structural characterization of the material. Chemical characterization was carried out using C/S and ICP-OES methodology. The zinc surface coating was topographically analyzed to ensure that it corresponds correctly to the specified type, electron beam texturing (EBT), by means of optical macroscopy and 3D profiling. The basic mechanical characterization was carried out by means of tensile and plastic anisotropy tests. However, the complexity of the behavior of TRIP steel made it necessary to characterize the material under different combinations of stresses, in accordance with the expected influence of these on the modification of the behavior of the material. Therefore, it was necessary to design various test procedures to obtain the material's response under stresses other than tensile stress, such as compression. Various test procedures were evaluated for this purpose. The validation of these procedures was carried out by comparing results with known behavioral steels. To reproduce the conditions of the material after stretching, tests was carried out on strips of sheet metal in different deformation ratios. The deformed material was subsequently characterized by tensile and compressive tests. A study of the efficiency of the strip stretching system was also carried out to ensure that the material obtained is representative of the stretching process that occurs in the drawing process. For the correct generation of the different mechanical response curves in the different simulations, it was necessary to model them in all the deformation capacity of the material, that is, up to the tear or break deformation, without adverse effects such as strictness or buckling. For this purpose, a method of extrapolation of the curve between the UTS and break critical points was developed based on a feedback process and supported by finite element simulation. This made possible to obtain the evolution of the real tensions and deformations between the UTS point and the break point..

(8) All mechanical behavior data was synthesized into a set of polynomial equations that allow the critical points of the stress curve to be deduced - real strain in tension and compression for all strain ratios. The obtained curves were implemented properly in the simulation processes to obtain strains and deformations under bending and unfolding conditions under tension and subsequent traction. To this end, numerical simulators were developed for the main forming stages, i. e. stretching, bending and unbending under tension, overbending and tension, on which the previous mechanical response equations were implemented. To determine the effect of friction on tension bending, a new tension bending-bending complement was designed, which was coupled to the tension bending-splitting complement in order to deduct the forces involved in this process: bending forces, unfolding forces and friction forces on the bending tool. With it, the specific forces involved in bending and unfolding under tension were determined from experimental tests and the theoretical-experimental analysis of the process. The simulator developed was based on the equilibrium of forces and moments in the section in the different deformation states that allowed to deduce the forces involved. The procedure made also possible to determine the deformations in the processes, such as changes in thickness and width of the strips, as well as the value of elastic recovery or spring-back after stress relief. With the determination of all the efforts involved in stretching, bending and unbending of strips under tension, assimilating the actions that take place in the process of deep drawing of sheet metal, a new simulator was developed that allowed to obtain the stresses and strains involved in the complete process of deep drawing of cups. This second simulator also allowed predicting the deformation of the cup and the residual stresses that exist when the filling process ceases. The adequacy of the predicted results with the experimental results was good, which largely validates the deductive procedure developed..

(9) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA 1.1. El proceso de embutición profunda de chapa. …………………………… 1.1 1.2. Planteamiento del problema. ……………………………………………… 1.4 1.3. Antecedentes. ……………………………………………………………… 1.6 1.4. Objetivos.…………………………………………………………………… 1.7 1.5. Materiales. ………………………………………………………………… 1.8 1.6. Hipótesis de partida. ………………………………………………………. 1.8. 1.7. Plan de trabajo. ……………………………………………………………. 1.9. 1.8. Metodología empleada. …………………………………………………… 1.11 1.8.1. Método experimental.. 1.11. 1.8.1.1. Caracterización química y microestructural del material base. … 1.11 1.8.1.2. Caracterización mecánica. ……………………………………… 1.11 1.8.1.3. Embutición de copas. …………………………………………… 1.11 1.8.1.4. Tiras estiradas. ………………………………………………….. 1.12 1.8.1.5. Conformado embute-dobla-desdobla de tiras. ………………… 1.12 1.8.2. Análisis deductivo y generación de modelos. ………………………. 1.12 1.8.2.1. Generación de las curvas tensión-deformación verdaderas. ….. 1.12 1.8.2.2. Descomposición de efectos en el estirado de tiras. ……………. 1.13 1.8.2.3. Descomposición de efectos en el doblado bajo tensión de tiras. . 1.13. CAPÍTULO 2. EL ACERO TRIP. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA Y MICROESTRUCTURAL 2.1. Introducción a los aceros de alta resistencia. ……………………………… 2.1 2.2. Generalidades de los aceros TRIP de baja aleación. ……………………… 2.5 2.3. Importancia del efecto TRIP. ……………………………………………… 2.10 2.4. Materiales objeto de estudio. ……………………………………………… 2.12 2.5. Caracterización química. …………………………………………………… 2.13 2.6. Caracterización por microscopía óptica. …………………………………… 2.13 2.7. Caracterización mediante difracción de electrones retrodispersados, EBSD. ………………………………………………………………………… 2.17 2.7.1. Dispositivo experimental y fundamento de la técnica. ……………… 2.18 2.7.2. Material analizado. …………………………………………………… 2.21 2.7.3. Preparación de las muestras. ………………………………………… 2.21. I.1.

(10) 2.7.4. Análisis de fases. ……………………………………………………… 2.21 2.7.5. Histogramas de desorientación. ……………………………………. 2.24 2.7.5.1. Análisis de diagramas de orientación ODFs. …………………… 2.25 2.7.5.2. Análisis de la mesotextura. ……………………………………… 2.26 2.7.5.3. Desorientaciones en límite de grano. …………………………… 2.27 2.7.6. Mapas de orientación cristalina. ……………………………………. 2.29. 2.7.6.1. Análisis de microtextura por diagramas espaciales de Euler. …… 2.30 2.8. Caracterización superficial del acero TRIP690 +EBT. ……………………… 2.32 2.9. Conclusiones. ……………………………………………………………… 2.37. CAPÍTULO 3: CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE LOS DIFERENTES MATERIALES. 3.1. Introducción. ………………………………………………………………. 3.1. 3.2. Materiales ensayados. …………………………………………………….. 3.1. 3.3. Caracterización mecánica. ………………………………………………… 3.2 3.4. Determinación de los coeficientes de anisotropía plástica. ………………. 3.4. 3.4.1. Coeficiente de anisotropía plástica, . ……………………………… 3.4 3.4.2. Coeficiente de anisotropía plástica media ponderada, ̅ . ………….. 3.5. 3.4.3. Grado de anisotropía plana, ∆. ……………………………………. 3.5 3.4.4. Procedimiento experimental empleado para los ensayos de anisotropía plástica. ……………………………………………… 3.6 3.4.5. Resultados de los ensayos de anisotropía plástica. …………………. 3.7 3.5. Ensayos de tracción. ……………………………………………………….. 3.8 3.5.1. Resultados de los ensayos de tracción. ……………………………… 3.10 3.6. Ensayos de compresión. …………………………………………………… 3.11 3.6.1. Compresión de cilindros. …………………………………………… 3.12 3.6.2. Ensayos de compresión de arandelas. ……………………………… 3.14 3.6.3. Ensayos de compresión de pilas de discos. ………………………… 3.18 3.6.3.1. Determinación del número apropiado de discos para la pila, “N”. ……………………………………………………… 3.20 3.6.3.2. Compresión individual de los discos. …………………………… 3.22 3.6.3.3. Compresión de la pila de discos hasta la deformación deseada. . 3.22 3.6.3.4. Conversión de los datos en valores de tensiones. I.2.

(11) deformaciones verdaderos. ……………………………………. 3.24 3.6.4. Resultados de los ensayos de compresión. …………………………. 3.24 3.6.4.1. Compresión de cilindros. ……………………………………….. 3.24 3.6.4.2. Compresión de arandelas. …………………………………........ 3.25 3.6.4.3. Compresión de pilas de discos. …………………………………. 3.25 3.7. Discusión. …………………………………………………………………... 3.26 3.8. Conclusiones. ………………………………………………………………. 3.28. CAPÍTULO 4. MODELIZACIÓN DE LAS CURVAS DE TENSIÓN-DEFORMACIÓN VERDADERAS 4.1. Introducción. ………………………………………………………………. 4.1 4.2. Influencia del proceso de la estricción en la determinación de esfuerzos. . 4.1 4.3. Ajustes directos. …………………………………………………………… 4.11 4.3.1. Ajuste directo lineal de variable logarítmica. ……………………….. 4.11 4.3.2. Ajuste directo mediante el modelo de Hollomon. ………………….. 4.16 4.3.3. Ajuste directo propuesto. …………………………………………… 4.21 4.3.4. Ajustes inversos o retroalimentados. ………………………………. 4.25. 4.4. Determinación de los índices característicos y para los diferentes ajustes. …………………………………………………………………….. 4.28. 4.4.1. Coeficientes y para el ajuste QPLA. …………………………….. 4.29. 4.4.2. Coeficientes para el ajuste ponderado. …………………………….. 4.31. 4.4.3. Coeficientes para el ajuste lineal compatible con QPLA. …………… 4.32 4.4.4. Coeficientes para el ajuste lineal independiente. ………………….. 4.5. Modelización a tracción de tiras estiradas. ………………………………. 4.33 4.34. 4.6. Modelización a compresión. ………………………………………………. 4.38 4.7. Obtención de un modelo general tracción-compresión del acero TRIP690 +EBT. ……………………………………………………………… 4.39 4.7.1. Modelo general a tracción por puntos singulares. …………………. 4.39 4.7.2. Modelo general a compresión por puntos singulares. ……………… 4.41 4.7.3. Modelo general por coeficientes equivalentes de Hollomon. ……… 4.45 4.8. Conclusiones. ……………………………………………………………… 4.48. I.3.

(12) CAPÍTULO 5. BALANCE TENSIONAL Y ENERGÉTICO DEL PROCESO DE ESTIRADO DE CHAPA. 5.1. Introducción. ……………………………………………………………… 5.1 5.2. Tensiones principales en la embutición profunda. ……………………….. 5.1 5.3. Evaluación de tensiones y deformaciones principales en el ala durante la embutición profunda de copas. ………………………………. 5.4 5.4. Modelos de variación del espesor en el ala durante la embutición profunda. ………………………………………………………………….. 5.10 5.4.1. Suposición de espesor constante en el ala. ………………………….. 5.10 5.4.2. Suposición de compresión uniaxial no uniforme. …………………… 5.11 5.4.3. Aplicación de la regla de flujo plástico. ……………………………… 5.12 5.5. Análisis tensional y dimensional aplicado a tiras embutidas. ……………. 5.15 5.6. Introducción al balance energético de tiras embutidas. …………………. 5.19 5.6.1. Trabajo ideal en tiras de chapa estiradas. …………………………… 5.20 5.6.2. Trabajo de fricción plana. …………………………………………… 5.22 5.6.3. Trabajo de fricción lateral. …………………………………………. 5.23. 5.6.4. Trabajo redundante de distorsión. …………………………………. 5.24. 5.6.5. Resultados del balance energético de tiras estiradas. ……………… 5.25 5.6.6. Eficiencia del sistema de embutición de tiras. ……………………… 5.26 5.6.7. Evaluación de la deformación no homogénea en el estirado de tiras de chapa. ………………………………………………………. 5.27. 5.7. Límites de conformabilidad de tiras de chapa estiradas. ………………… 5.28 5.8. Conclusiones. ……………………………………………………………… 5.32. CAPÍTULO 6. EVALUACIÓN DE FUERZAS Y DEFORMACIONES EN PROCESOS DE DOBLADO-DESDOBLADO BAJO TENSIÓN DE TIRAS ESTIRADAS. 6.1. Introducción. ………………………………………………………………. 6.1 6.2. Descripción del ensayo de estirado-doblado bajo tensión de tiras de chapa. …………………………………………………………………... 6.3. 6.3. Procedimiento para evaluar las fuerzas de doblado, desdoblado y fricción. …………………………………………………………………... 6.7. 6.3.1. Hipótesis utilizadas en el análisis tensional. …………………………… 6.8. I.4.

(13) 6.3.2. Ecuaciones constitutivas. ………………………………………………. 6.9 6.3.3. Resumen de la secuencia en el doblado bajo tensión de tiras embutidas. …………………………………………………………………… 6.15 6.3.4. Fricción en el doblador. ………………………………………………… 6.21 6.4. Comprobación de la correcta adaptación de la chapa al radio doblador…… 6.21 6.4.1 Resultados de la adaptación de la chapa al doblador. ………………… 6.24 6.5. Efectos no considerados. ………………………………………………….. 6.24. 6.6. Resultados y discusión. ……………………………………………………. 6.29. 6.7. Conclusiones. ……………………………………………………………… 6.33. CAPÍTULO 7. ANÁLISIS TENSIONAL Y DIMENSIONAL EN LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE COPAS. 7.1. Introducción al procedimiento experimental de embutición profunda de copas. ………………………………………………………………………… 7.1 7.2. Balance energético en la embutición profunda. …………………………… 7.3 7.2.1. Fuerza neta ideal de embutición. …………………………………… 7.4 7.2.2. Fuerza neta de embutición en el acero TRIP690 +EBT. ……………… 7.9 7.2.3. Fuerza de rozamiento plano. ………………………………………… 7.12 7.2.4. Fuerza de rozamiento en el radio de doblado. ……………………… 7.13 7.2.5. Determinación de las fuerzas de doblado y desdoblado bajo tensión. . 7.14 7.2.5.1. Medida de radios de doblado. ………………………………….. 7.14 7.2.5.2. Radio límite en las zonas de doblado de la matriz y el punzón. … 7.16 7.2.5.3. Determinación de esfuerzos de doblado y desdoblado. ………... 7.16 7.2.6. Comparación de resultados con datos experimentales. …………….. 7.20 7.3. Límites de conformado de copas embutidas. ……………………………… 7.25 7.3.1. Campo de deformaciones y tensiones en conformado de chapa. …… 7.25 7.3.2. Criterios de fallo. ……………………………………………………… 7.33 7.3.3. Análisis de los criterios de fallo por zonas. …………………………… 7.36 7.3.3.1. Zona de desdoblado con la matriz. ……………………………… 7.37 7.3.3.2. Paredes del vaso. ………………………………………………… 7.37 7.3.3.3. Base de la copa. …………………………………………………. 7.38 7.3.4. Comparación de los diversos supuestos de fallo. …………………… 7.43 7.4. Conclusiones. ……………………………………………………………… 7.46. I.5.

(14) CAPÍTULO 8. TENSIONES RESIDUALES Y SPRING-BACK EN LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE COPAS 8.1. Introducción al spring-back. ……………………………………………… 8.1 8.2. Resolución general de procesos de liberación de la muestra (spring-back). ……………………………………………………………… 8.3 8.3. Efecto del sobredesdoblado y enderezado a la salida del doblador. Caso general. ……………………………………………………………… 8.5 8.4. Interferencia con el plano de desprendimiento de doblador. Caso particular del doblador empleado. ………………………………… 8.10 8.5. Spring-back experimental de tiras embutidas y no embutidas y comparación de resultados. ……………………………………………… 8.13 8.6. Determinación del spring-back en copas embutidas. …………………… 8.19 8.7. Conclusiones. ……………………………………………………………… 8.26. CONCLUSIONES / CONCLUSIONS. NOMENCLATURA. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ANEXO. PUBLICACIONES A.1. Publicaciones vinculadas directamente con la tesis. ……………………… A.1 A.2. Publicaciones relacionadas con la temática de la tesis. …………………… A.2. I.6.

(15) CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA 1.1. El proceso de embutición profunda de chapa. La embutición profunda de chapa es un proceso de conformado que en su forma más primigenia consiste en la obtención de cuerpos huecos o copas a partir de formato plano de chapa en forma de disco. Las copas pueden ser elementos totalmente terminados o formar parte de un proceso más complejo. En realidad, pueden embutirse formas mucho más complejas en las que no se respeta simetría alguna. Para estos casos, es necesario controlar convenientemente los flujos de material hacia el interior de la matriz. La imagen siguiente muestra un proceso de embutición de copas cilíndricas completo.. Figura 1.1. etapas en la embutición profunda de chapa.. El ala de la chapa del disco fluye entre una matriz y un pisador mientras que se configura el vaso entre la matriz y el punzón. Es la zona donde mayor deformación ocurre, Hosford y Caddel (2007). Debido a los esfuerzos de compresión en el ala, se tiende a producir un arrugamiento en ella. Para ello, puede realizarse presión directamente sobre el disco. Otro sistema, y que se ha considerado más efectivo que el anterior, es el de dejar el espacio apropiado entre el pisador y la matriz, con lo que el material ejercerá la reacción justa de fricción sobre ambos elementos. Ha de controlarse correctamente esta holgura para evitar en todo lo posible el pandeo del ala, como el de la imagen de la figura 1.2, a la vez que permita la fluencia del ala pese al engrosamiento de la misma durante la embutición. En ambos casos, la lubricación en esta zona es muy importante para que la chapa deslice sin oposición.. 1.1.

(16) Las paredes deberán soportar los esfuerzos de tracción necesarios para la deformación del ala. Mediante este proceso de conformado pueden obtenerse copas en las que la altura es igual o ligeramente mayor que el diámetro, si bien las relaciones de conformado teóricas son algo superiores, Iseki y Sowerby (1993), Marciniak et al. (2002).. Figura 1.2. embutición con espaciado controlado entre el pisador y la matriz para la fluencia del ala. Detalle del ligero pandeo en el ala como consecuencia de la previsión de un espaciado suficiente para admitir el engrosamiento en la misma durante la embutición.. A grandes rasgos, los mecanismos de deformación en las diferentes partes de la copa son conocidos. Los principales aparecen en la figura siguiente:. Figura 1.3. partes de la copa durante la embutición profunda.. 1.2.

(17) CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA. El ala sufre un proceso de tensiones biaxiales, de compresión circunferencial y tracción radial. En el ala se presenta una intensa deformación plástica. El radio de doblado es una zona de transición en la que el material sufre un doblado y desdoblado bajo tensión una vez alcanzada la máxima deformación en la etapa anterior. Es una zona compleja difícil de interpretar, ya que durante esta etapa también se produce solapadamente al doblado un cierto efecto de embutición. Generalmente se introduce un factor de eficiencia, ߟ, por la dificultad de evaluar el efecto del doblado y desdoblado en la zona, Marciniak et al. (2002). Además, es la zona donde los esfuerzos de fricción son más importantes. Trabajos anteriores han permitido establecer un procedimiento para la determinación de los esfuerzos de doblado, desdoblado y fricción involucrados en la embutición, Martínez et al. (2017). La pared. El material en cada altura de la pared procede de una deformación plástica diferente, debida a la embutición, doblado y desdoblado que la han generado. El estado tensional en cada altura es, por tanto, complejo. Las paredes de la copa están sometidas a tracción biaxial bajo condiciones de deformación plana, Marciniak et al. (2002), ya que el punzón impide la libre contracción circunferencial del vaso. A lo largo del proceso de embutición, estos esfuerzos de tracción aumentarán hasta un máximo. Las paredes se deformarán de acuerdo a estos esfuerzos crecientes y al sistema tensional que posean. Esto da una idea de la complejidad para deducir la forma de la copa en cada instante. Radio de fondo. Es la zona donde usualmente se produce el fallo de la embutición, Hosford y Caddel (2007). Los esfuerzos y deformaciones en el radio de fondo son también difíciles de interpretar. Aparentemente sufre en sus inicios un proceso de engrosamiento en el que predomina la compresión para pasar a un doblado bajo tensión. La zona intermedia del radio de fondo es la zona más débil, ya que deberá soportar el esfuerzo máximo de tracción a la vez que el material no se encuentra apenas reforzado por acritud. Si los esfuerzos debidos a la embutición son excesivos, ya sea por una relación de embutición demasiado ambiciosa o por un fuerte reforzamiento del material por deformación plástica en el ala, esta zona sufrirá un proceso indeseado de estricción y rotura. El fondo de la copa está sometido a tracción biaxial, tanto radial como circunferencial. Por lo general trabaja en régimen elástico, por lo que no sufre deformaciones plásticas o son muy pequeñas, Kakandikar y Nandedkar (2016). Los resultados obtenidos para las embuticiones reales de copas de acero TRIP690 +EBT no concuerdan bien con los esperados a priori, si atendemos solamente a los supuestos básicos tradicionales. La necesidad de encontrar un modelo teórico más ajustado al caso real justifica el trabajo aquí desarrollado.. 1.3.

(18) 1.2. Planteamiento del problema. los aceros TRIP se utilizan principalmente para elementos de seguridad en carrocerías, debido al alto potencial de absorción de energía bajo cargas dinámicas, como en el caso de accidentes automovilísticos, De Cooman (2004). Además, se cree que el uso de aceros TRIP puede ser extensible a llantas, suspensiones y bisagras de puertas, donde actualmente se utilizan otro tipo de aceros, como los aceros ferrítico-martensíticos. Además, los aceros TRIP presentan unas elevadas características resistentes, por lo que resultan potencialmente interesantes para su empleo en aplicaciones en las que su uso pueda suponer una disminución de peso que contribuya a mejorar la eficiencia energética, sin sacrificar la durabilidad ni introducir un coste añadido excesivo. No obstante, es importante determinar de forma predictiva el comportamiento del material bajo las acciones típicas del proceso de fabricación estableciendo su conformabilidad, lo que puede resultar difícil bajo ciertas circunstancias. En concreto, para la embutición profunda de chapa, los aspectos críticos a abordar del proceso son: • La continua evolución del material durante la embutición. Durante la embutición profunda el material sufre intensas y variables deformaciones plásticas que implican generalmente importantes cambios en la respuesta mecánica del mismo tras ellos. Para cada posición y para cada instante, el estado tensional y deformacional dependerá del estado previo, por lo que deberá ser abordada de manera integral toda la historia del proceso. • Esfuerzos de fricción en el doblado. En la embutición profunda de chapa, el radio de curvado representa una zona crítica debido al fenómeno de rozamiento bajo enormes presiones de contacto. La determinación del coeficiente de rozamiento en estos casos extremos ha sido objetivo de numerosas investigaciones. En ellas, se han ideado diferentes tipos de ensayos de doblado bajo tensión. Estos presentan dos grandes limitaciones: la dificultad de reproducir las grandes presiones que tiene lugar en el contacto chapa-herramienta de doblado y la reproducción en los ensayos del estado previo del material correspondiente al proceso de embutición. • El estado tensional durante el doblado y el desdoblado a la entrada de la matriz. Las acciones de doblado y de desdoblado tienen lugar bajo tensiones de tracción importantes. Esto es, el estado del material tras estos procesos no solo depende de la geometría impuesta sino también de la tracción ejercida. Deducir dicho estado es complejo, ya que ocurre en régimen elastoplástico. • Cambios dimensionales debido a los esfuerzos. De manera interactiva, los esfuerzos ejercidos sobre el material producen deformaciones en el material, principalmente en el espesor, que a su vez condicionan recíprocamente la propia distribución de tensiones. Durante la embutición, el espesor en algunas zonas puede variar considerablemente. El equilibrio entre tensiones y deformaciones es el que determina la fluencia del material y puede llegar a ser realmente complejo en procesos de conformado elastoplástico bajo tensiones multiaxiales, como es el caso de la embutición.. 1.4.

(19) CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA. • La recuperación elástica del material o “spring-back”. Otro de los problemas fundamentales en operaciones sujetas a procesos de doblado y desdoblado del material es la recuperación elástica que puede experimentar una vez que cesa la acción de la herramienta sobre el material, o fenómeno conocido como spring-back”. La predicción del cambio de forma del material debido a la recuperación elástica ha estado siempre presente en numerosas investigaciones y suele presentar discrepancias importantes con los resultados experimentales, ya que es el resultado de toda la historia de tensiones y deformaciones experimentada durante el proceso de conformado. • Las tensiones residuales tras la embutición. El proceso de embutición profunda deja las paredes del vaso tras su liberación con fuertes tensiones residuales. Estas tensiones residuales hacen considerablemente difícil predecir la capacidad final de la pieza para la absorción de nuevas deformaciones y, por tanto, de energía. Además, favorecen el fallo de la pieza por corrosión bajo tensión en diversos materiales. Además, es preciso determinar inicialmente de manera experimental e independiente a la embutición ciertos parámetros necesarios para poder ser implementados en los diferentes simuladores. Estos son los principales: • El comportamiento mecánico de la chapa. Generalmente, los ensayos encaminados a la determinación del comportamiento mecánico del material son los ensayos de tracción y de anisotropía plástica, pero a veces no son suficientes. La chapa durante el proceso de embutición profunda está sometida a combinaciones variables de esfuerzos biaxiales. Deducir su comportamiento basado exclusivamente en la curva de tracción del material, independientemente del mecanismo de deformación, puede no ser correcto. Algunos aceros, en especial los aceros TRIP, pueden presentar un comportamiento asimétrico bajo condiciones de tracción y compresión. De la misma manera, su comportamiento frente a combinaciones de ambos puede diferir del esperado. Por tanto, se hace necesario un diseño de experimentos, suficientemente contrastado que permita obtener el comportamiento del acero TRIP bajo esfuerzos de tracción, compresión y combinados. Aun así, puede que no sea suficiente. Tras el proceso de embutición, el material estará en un estado cuyo comportamiento ante nuevas deformaciones o esfuerzos es difícil de predecir. Por ello, también sería importante conocer el comportamiento tensión-compresión para cada relación de deformación por embutición. Este comportamiento global puede ser implementarlo en las diferentes simulaciones para deducir, de manera suficientemente fiable, el estado tensional en cada instante y posición del proceso de embutición, incluso tras la liberación de la muestra o “spring-back”. • La fricción entre el disco y el conjunto matriz-pisador ha de ser determinada para poder evaluar la influencia de dichas fuerzas sobre el material y sobre en la fuerza total de embutición. Se hace necesaria una correcta caracterización de los diferentes materiales a fricción. Generalmente, el coeficiente de fricción se evalúa mediante ensayos de fricción plana, en los que una chapa es obligada a deslizar entre dos matrices planas que la comprimen. El ensayo es simple pero eficiente. Plantea el. 1.5.

(20) inconveniente de que el material a ensayar debería estar en el mismo estado de deformación que el real. Además, en la embutición podrían influir en los resultados otros fenómenos no reproducibles en los ensayos de laboratorio, como cambios diferenciales de espesor y contactos no uniformes entre los elementos por alabeo de la chapa. En esta tesis se propone un procedimiento teórico-experimental global para resolver los aspectos indicados. Está basado en el equilibrio tensional-dimensional en las principales posiciones de la embutición y tiene en cuenta toda la historia del conformado, desde su inicio hasta la liberación final de la pieza. 1.3. Antecedentes. La conformabilidad de un material puede establecerse mediante algunos parámetros intrínsecos, por ejemplo, con el índice de anisotropía o de Lankford, ‫ݎ‬, y el exponente de endurecimiento de la curva de Hollomon, ݊, Chiang y Kobayashi (1966). Sin embargo, estos parámetros se evalúan bajo condiciones diferentes, Holmberg et al. (2004), y la información proporcionada por los índices plásticos tradicionales es limitada, Gedney (2002). Además, se ha demostrado que el índice de anisotropía puede cambiar durante el conformado, Kawai et al. (1998). Algunos autores han evaluado la conformabilidad mediante curvas límite de conformabilidad (FLC). Hay mucha información al respecto, Gutiérrez (2012). Sin embargo, algunas condiciones bajo las cuales se obtienen, como la deformación lineal, el espesor de la deformación homogénea y el fenómeno de no fricción, difieren de las que aparecen en procesos como la embutición, Geoffroy et al. 2007). Otro problema relacionado con el modelado del proceso de estampado es que el comportamiento del material uniaxial a la tracción se considera el punto de partida del modelado de la plasticidad, pero algunos autores no están de acuerdo con esa afirmación, Kessler et al. (2007), Miguel et al. (2006). Algunas pruebas simuladas reproducen bien las operaciones de embutición profunda, como los ensayos de tracción biaxial, Ekstrand y Hammam (1998), o los ensayos de Fukui, Erichsen, Olsen o las pruebas de embutición en copa, LDH, según Hosford y Caddel (2007). Miguel et al. (2009) desarrollaron una metodología de descomposición de acciones en procesos de embutición de chapa, aplicado al acero DC-05. Las acciones que estos autores consideraron son las de fricción plana, embutición bajo la condición de deformación de cizalladura pura y doblado bajo tensión con fricción. Este mismo procedimiento fue aplicado a la embutición de chapa de acero inoxidable 304 DDQ, Miguel et al. (2007-1) y Coello et al. (2010). Estos ensayos fueron llevados a cabo mediante el uso de un dispositivo experimental diseñado por los autores, consistente en una matriz en forma de cuña y un pisador, fijados en un soporte. Una limitación importante en las pruebas antes mencionadas es la fuerte influencia de la fuerza de fricción lateral que aparece debido a la alta presión sobre el borde de la. 1.6.

(21) CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA. matriz de cuña dependiendo de la tensión necesaria para la deformación de las muestras ensayadas, en forma de banda estrecha o tira. Se experimentó con varios ángulos de matriz, Coello et al. (2010), Miguel et al. (2007-2), y los resultados mostraron que el ángulo de matriz influye significativamente en la fuerza de estirado de la hoja y que la fuerza de fricción lateral es considerablemente alta para ángulos por debajo de 30◦. Este ángulo se ha respetado en el actual prototipo. El prototipo empleado en el presente trabajo para el estirado de tiras fue descrito por Miguel et al. (2013). Igualmente, en dicho artículo aparece descrito el sistema de descomposición de fuerzas y su cálculo. También realiza una aproximación al balance energético de tiras de acero TRIP 700 +EBT con deducción de la eficiencia del sistema. Este prototipo ha tenido gran importancia en el presente trabajo, ya que posibilita la obtención de chapa de acero TRIP sometido a deformación estacionaria y casi homogénea, en longitud suficiente como para caracterizarlo mecánicamente mediante ensayos de tracción y compresión. Además, el material así conformado puede ser sometido a otras acciones o procesos, como el doblado, desdoblado y traccionado, de manera similar a como ocurre en los procesos de embutición de copas. 1.4. Objetivos. El objetivo principal de la tesis doctoral es investigar el comportamiento de un acero de alto límite elástico, tipo TRIP, sometido a procesos de embutición profunda. Este tipo de aceros presenta la particularidad de modificar su estructura tras la deformación por aparición de la denominada martensita inducida a partir de austenita retenida existente en el material. De forma más específica los objetivos a desarrollar en la tesis doctoral son los siguientes: a) Análisis del acero TRIP690 +EBT con el objeto de la determinación precisa de su comportamiento mecánico bajo los diversos estados tensionales y deformacionales implicados en la embutición profunda de chapa. b) Elaboración de un mapa global de tensiones-deformaciones que pueda ser aplicado en las diferentes modelizaciones, para dicho acero. c) Diseño y construcción de un modelo teórico-experimental que permita deducir las acciones principales impladas en el doblado de chapa bajo tensión y en la fricción plana. d) Diseño e implementación de un simulador para deducir las fuerzas y deformaciones implicadas en la embutición profunda de chapa. e) Análisis de posibles causas de fallo y establecimiento de límites de conformabilidad. f) Deducción teórica de tensiones residuales y su implicación en el spring-back.. 1.7.

(22) La investigación queda englobada en la temática de conformabilidad de chapa en la que el grupo de investigación Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UCLM lleva trabajando desde hace años. El grupo ha desarrollado una metodología de descomposición de las acciones que tienen lugar en procesos de fabricación por embutición, de manera que se pueda analizar por separado el comportamiento de un material metálico de forma selectiva, desde el punto de vista de las acciones mecánicas. 1.5. Materiales. El material experimentado es el acero TRIP 690 recubierto por electrocincado con Zn y texturizado mediante bombardeo electrónico sobre los rodillos, EBT. Este tipo de recubrimientos garantizan la resistencia a la corrosión de la chapa y mejoran notablemente el comportamiento a la fricción, Coello et al. (2013). El material empleado para la realización de diferentes herramientas de conformado ha sido el acero 90MnCrV8 (ISO 4957), templado y revenido, con dureza final 62 HRC, y desbastado hasta acabado superficial ܴ௔ entre 0.20 y 0.30 μm. Para los ensayos lubricados, se ha empleado un aceite mineral de viscosidad media, FERROCOTETM6130-HLV de Quaker Chemical, indicado para procesos de conformado. Los valores característicos de viscosidad dinámica son 71 mm2/s a 40ºC y 218 mm2/s a 20ºC, https://static1... Otro tipo de lubricante alternativo utilizado ha sido la mezcla al 50% en peso del aceite mineral indicado con sulfuro de molibdeno en polvo (MoS2). Esta mezcla actúa proporciona películas más gruesas de lubricante entre la pieza y las herramientas de conformado. Otros materiales, que serán descritos en los apartados correspondientes, han sido utilizados en ensayos concretos, generalmente para el contraste de resultados y validación de métodos. 1.6. Hipótesis de partida. Las hipótesis de trabajo que se han utilizado en las diferentes resoluciones han sido las siguientes: El proceso de embutición profunda puede ser descompuesto en una serie de procesos más simples que pueden ser analizados de manera secuencial, uno tras otro, de acuerdo con la mecánica clásica de materiales. En cada paso de una acción o de un proceso al siguiente se hereda tanto el estado de tensiones como el de deformaciones alcanzado por el material para cada posición de la sección, aplicándose estas como nueva capacidad o estado de partida del material para la siguiente acción o proceso.. 1.8.

(23) CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA. El equilibrio tensional en cada etapa deberá ser compatibles con las restricciones dimensionales en el material, así como con la aplicación de esfuerzos sobre el mismo. 1.7. Plan de trabajo. Las necesidades de investigación para conseguir un acercamiento al conocimiento de la embutición profunda de copas, aplicado especialmente al acero TRIP690 +EBT objeto de estudio, han sido: • La chapa de acero debe caracterizarse tanto químicamente como microestructuralmente. En este último aspecto, se emplearán técnicas de microscopía óptica y por bombardeo de electrones (EBSD), con el fin de tener una caracterización estructural precisa del material. La caracterización química se realizará mediante metodología C/S y ICP-OES. El recubrimiento superficial de cinc debe analizarse para garantizar su correcta correspondencia al tipo especificado (EBT) mediante macroscopía óptica y perfilometría 3D. Este apartado se desarrolla en el CAPÍTULO 2: EL ACERO TRIP. CARACTERIZACIÓN QUÍMICA Y MICROESTRUCTURAL. • La caracterización mecánica es imprescindible para la implementación en las diferentes simulaciones a realizar. Para la obtención de los parámetros mecánicos iniciales se efectuarán ensayos de tracción y de anisotropía plástica La complejidad del acero TRIP obliga a efectuar la caracterización del material bajo diferentes combinaciones de esfuerzos conforme a la influencia esperada de la naturaleza de los mismos sobre la modificación del comportamiento del material, tal y como se demuestra en los antecedentes previos a esta tesis, al menos parcialmente. • Debido a la influencia del sistema de esfuerzos en el comportamiento de aceros TRIP, será necesario el diseño de diversos procedimientos de ensayo para la obtención de la respuesta del material bajo esfuerzos de compresión. La validación de dichos procedimientos se llevará a cabo mediante el contraste de resultados con aceros de comportamiento conocido, ensayados en las mismas condiciones. • Complementariamente se obtendrán las curvas de compresión para tiras estiradas en una matriz de cuña, mediante el mismo procedimiento de compresión validado para el material virgen. Los ensayos mecánicos realizados y sus resultados se desarrollarán en el CAPÍTULO 3: CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE LOS DIFERENTES MATERIALES. • Todas las curvas, tanto de tracción como compresión y en todo el rango de relaciones de deformación experimentadas se implementarán en los diferentes simuladores. Para ello, deben deducirse cada una de las curvas de tensiones-deformaciones verdaderas en toda la capacidad de deformación del material, esto es, hasta la deformación de desgarro o “break”. Para ello se ha desarrollará un método de extrapolación de la curva entre los puntos críticos UTS y break, basado en un proceso. 1.9.

(24) retroalimentado apoyado en la simulación por elementos finitos. Se pretende obtener así la evolución de las tensiones y deformaciones verdaderas entre el punto UTS y el punto de desgarro. De este modo, el comportamiento del material podrá ser expresado conforme a un conjunto de coeficientes de ecuaciones polinómicas que permitirán deducir los puntos críticos de la curva de tensiones-deformaciones verdaderas, tanto en tracción como en compresión, para cada relación de deformación. En cada caso, la curva obtenida debe implementarse adecuadamente en el proceso de simulación que se emplee para la obtención de esfuerzos y deformaciones debidas al doblado, desdoblado y a la tracción posterior a éste. El procedimiento de modelización ha sido desarrollado en el CAPÍTULO 4: MODELIZACIÓN DE LAS CURVAS DE TENSIÓN-DEFORMACIÓN VERDADERAS. • Se efectuará un estudio de eficiencia del sistema de estirado de tiras del material a partir de su comportamiento a tracción y de los resultados experimentales obtenidos. El planteamiento y resultados aparecen reflejados en el CAPÍTULO 5: BALANCE TENSIONAL Y ENERGÉTICO DEL PROCESO DE ESTIRADO DE CHAPA. • Un nuevo complemento de doblado-desdoblado bajo tensión ha sido diseñado y acoplado al de estirado de tiras con el fin de deducir los esfuerzos implicados en este proceso: fuerzas de doblado, desdoblado y de fricción en el doblador. • La determinación de las fuerzas específicas implicadas en el doblado será determinada a partir de ensayos experimentales y el análisis teórico-experimental del proceso. Para ello se desarrollará un simulador basado en el equilibrio de fuerzas y momentos en la sección en los diferentes estados de deformación que permitirá deducir las fuerzas implicadas. Los parámetros de entrada son las fuerzas de estirado sobre el material a la entrada y salida del doblado y las características mecánicas del mismo. Las variables deducidas son las fuerzas específicas de doblado, desdoblado y fricción implicada en ambos procesos. También posibilita la determinará la obtención de deformaciones existentes, como cambios de espesor y anchura de la banda, así como el valor de la recuperación elástica o spring-back tras la liberación de esfuerzos. El prototipo y procedimiento de ensayo se desarrolla en el CAPÍTULO 6: EVALUACIÓN DE FUERZAS Y DEFORMACIONES EN PROCESOS DE DOBLADO-DESDOBLADO BAJO TENSIÓN DE TIRAS ESTIRADAS. • Con la determinación de todos los esfuerzos implicados en el estirado y doblado de tiras bajo tensión, esto es, una vez determinadas las acciones descompuestas que tienen lugar en el proceso de la embutición profunda de chapa, se implementará un nuevo simulador que permita obtener los esfuerzos y deformaciones implicados en el proceso completo de la embutición profunda de copas. El planteamiento y resultados aparecen reflejados en el CAPÍTULO 7: ANÁLISIS TENSIONAL Y DIMENSIONAL EN LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE COPAS. • Se deducirá de forma teórica la deformada de la copa y las tensiones residuales existentes cuando cesan las acciones en el proceso de embutición de copas, mediante el empleo del simulador del proceso y utilizando los mismos principios que para las. 1.10.

(25) CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA. tiras de chapa. Este desarrollo y los resultados obtenidos de spring-back se establecen en el CAPÍTULO 8: TENSIONES RESIDUALES Y SPRING-BACK EN LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE COPAS. 1.8. Metodología empleada. Teniendo en cuenta el plan de trabajo y los objetivos definidos previamente, se ha considerado una metodología con la siguiente secuenciación: 1.8.1. Método experimental. 1.8.1.1. Caracterización química y microestructural del material base. Caracterización química del acero, mediante análisis de carbono-azufre y de elementos metálicos, mediante técnicas C/S e ICP-OES. Caracterización de la textura superficial, mediante macroscopía óptica y perfilometría 3D. Análisis microestructural, mediante técnicas metalográficas. Nos ha permitido identificar las diferentes fases en el material de partida y una aproximación a su cuantificación. Análisis de fases mediante técnica de electrones retrodispersados (EBSD). Se ha considerado que esta técnica podría ser útil en la cuantificación de las fases. 1.8.1.2. Caracterización mecánica. Ensayos de determinación de parámetros de anisotropía plástica. Ensayos de tracción uniaxial. Es el ensayo base para la determinación de las características mecánicas del material. Ensayos de tracción interrumpidos en zona de estricción. Se determinan las tensiones y deformaciones aparentes en la zona de estricción. Ensayos de compresión uniaxial de pilas de discos. Diversos procedimientos y diversos materiales han sido contrastados para obtener características fiables a compresión del material. 1.8.1.3. Embutición de copas. Ensayos de embutición de copas.. 1.11.

(26) Establecimiento experimental del límite de embutibilidad del acero para los ensayos anteriores. 1.8.1.4. Tiras estiradas. Ensayos de fricción plana de tiras Ensayos de estirado de tiras en diferentes relaciones de deformación hasta el máximo alcance viable que ha soportado el procedimiento de conformado. Ensayos de tracción uniaxial de probetas obtenidas de las tiras embutidas. Ensayos de tracción interrumpidos en zona de estricción. Ensayos de compresión uniaxial de pilas de discos. Macroscopía óptica y perfilometría 3D de las superficies. 1.8.1.5. Conformado embute-dobla-desdobla de tiras. Ensayos de embutición-doblado-desdoblado de tiras estiradas, en el prototipo ideado al efecto, en diferentes relaciones de deformación y hasta el máximo alcance que ha soportado este procedimiento de conformado. 1.8.2. Análisis deductivo y generación de modelos. 1.8.2.1. Generación de las curvas tensión-deformación verdaderas. Conversión de todas las curvas ingenieriles de tracción y compresión a verdaderas. La conversión se realiza en el campo de deformación uniforme del material, esto es, hasta el punto UTS. Elaboración de las curvas aparentes de tensión-deformación. Se realiza a partir de los datos obtenidos en los ensayos de tracción interrumpidos en la zona de estricción. Simulación por elementos finitos con modelos tradicionales de extrapolación más allá del punto UTS y contraste con las curvas aparentes. Búsqueda de un modelo alternativo flexible. Este modelo de extrapolación alternativo está basado en la ponderación de dos métodos complementarios y compatibles de extrapolación ideados a tal efecto. Simulación por elementos finitos y elección de los coeficientes de ponderación.. 1.12.

(27) CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA EMBUTICIÓN PROFUNDA DE CHAPA. Generación de curvas tracción-compresión verdaderas para todo el espectro de embutición estudiado. Establecimiento de límites últimos de deformación equivalente. Discretización de las curvas. Las curvas han sido reducidas a cuatro tramos rectos entre puntos singulares. Elaboración de las curvas de tendencia de los puntos singulares con la relación de deformación en las tiras embutidas. Generación de un cuadro de coeficientes global de respuesta del material embutido bajo acciones uniaxiales. Estos coeficientes serán utilizados para implementar en los diferentes simuladores la capacidad de partida del material embutido a la entrada de procesos de doblado-desdoblado. 1.8.2.2. Descomposición de efectos en el estirado de tiras. Determinación de las fuerzas implicadas sobre la matriz de embutición. Establecimiento de un método teórico deductivo para la determinación de fuerzas específicas en la embutición. Determinación de cambios dimensionales en la pieza por el proceso de conformado. Balance energético en el estirado de tiras y determinación de la eficacia del proceso. 1.8.2.3. Descomposición de efectos en el doblado bajo tensión de tiras. Diseño del simulador en zona de doblado e implementación en ordenador. Determinación de las fuerzas específicas de doblado y desdoblado. Deducción de las fuerzas específicas de fricción en el doblador y modelización de la curva. Determinación de las tensiones residuales en cada etapa y deformada tras la liberación (spring-back). Validación del procedimiento deductivo por comparación de los resultados obtenidos con los experimentales. Simulación en el proceso de la embutición profunda de copas.. 1.13.

(28) Balance energético en la embutición de copas. Diseño del simulador global e implementación en ordenador. Determinación instantánea de esfuerzos de embutición. Determinación instantánea de esfuerzos de fricción plana. Determinación instantánea del espesor medio en el ala. Determinación instantánea de esfuerzos de doblado. Determinación entrelazada de esfuerzos de fricción y desdoblado. Se ha resuelto el entrecruzamiento de efectos de manera iterativa con el simulador en zona de doblado y al simulador global. Determinación instantánea de la fuerza total. Composición temporal y comparación con resultados experimentales. Análisis tensional en el radio de fondo. Determinación teórica de límites de embutibilidad. Comparación con los resultados experimentales. Análisis de tensiones residuales y spring-back. Comparación dimensional, radios, espesores y deformada, con resultados experimentales.. 1.14.