Análisis numérico y experimental del proceso de conformado en caliente

Abstract

En la última década, la industria automotriz ha experimentado una evolución considerable, impulsada en gran medida por la incorporación de aceros de alta resistencia en componentes críticos de seguridad en los vehículos. Esta transición hacia materiales de mayor resistencia ha resultado en mejoras significativas en la eficiencia, el rendimiento y, sobre todo, la seguridad de los vehículos en las carreteras. Sin embargo, esta transición no ha estado exenta de desafíos. Uno de los principales desafíos que han surgido con la adopción de aceros de alta resistencia es la conformabilidad. A medida que la resistencia del material aumenta, la facilidad de conformación y moldeado disminuye, lo que plantea complicaciones en la manufactura de componentes de alta precisión. Además, el proceso de conformado en frío tradicional, que ha sido el estándar en la industria, no es adecuado para estos materiales de alta resistencia, ya que requiere grandes cantidades de energía y puede generar tensiones residuales no deseadas en las piezas formadas. Para superar estos obstáculos y aprovechar al máximo las ventajas de los aceros de alta resistencia, ha surgido el proceso de conformado en caliente. Esta innovadora técnica implica la conformación de láminas de acero a temperaturas elevadas, lo que permite una mayor conformabilidad y la eliminación de tensiones residuales, lo que resulta en componentes más seguros y de mayor calidad.In the past decade, the automotive industry has undergone a significant evolution, largely driven by the integration of high-strength steels into critical safety components in vehicles. This transition to higher-strength materials has resulted in substantial improvements in efficiency, performance, and, above all, the safety of vehicles on the roads. However, this transition has not been without its challenges. One of the primary challenges that has emerged with the adoption of high-strength steels is formability. As the material strength increases, the ease of forming and shaping decreases, posing complications in the manufacturing of high-precision components. Furthermore, the traditional cold forming process, which has been the industry standard, is unsuitable for these high-strength materials as it requires large amounts of energy and may induce unwanted residual stresses in the formed parts. To overcome these obstacles and fully leverage the advantages of high-strength steels, the hot forming process has emerged. This innovative technique involves shaping steel sheets at elevated temperatures, allowing for greater formability and the elimination of residual stresses, resulting in safer and higher-quality components.CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN 16 1 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 18 1.1 RESÚMENES ARTÍCULOS RELACIONADOS CON EL CONFORMADO EN CALIENTE 18 1.1.1 EFECTOS DE LA AUSTENITA RETENIDA EN EL COMPORTAMIENTO DE LA FRACTURA DE UN NUEVO ACERO TEMPLADO A PRESIÓN 18 1.1.2 INVESTIGACIONES SOBRE EL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR INTERFACIAL (IHTC) DURANTE EL CONFORMADO EN CALIENTE DEL ACERO DE ULTRA ALTA RESISTENCIA CON RECUBRIMIENTO DE AL-SI 18 1.1.3 ESTUDIO DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR INTERFACIAL Y SU EFECTO EN EL ENFRIAMIENTO USANDO CONFORMADO EN CALIENTE DEL AA7075 19 1.1.4 CARACTERIZACIÓN DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR INTERFACIAL EN LA CONFORMACIÓN EN CALIENTE DE ALEACIONES DE TITANIO 19 1.1.5 MEDICIONES EXPERIMENTALES DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR (HTC) DURANTE EL TEMPLE EN MATRIZ DEL CONFORMADO EN CALIENTE DEL ACERO AL BORO A ALTAS TEMPERATURAS 20 1.1.6 COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS PARA CALCULAR EL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR INTERFACIAL EN EL CONFORMADO EN CALIENTE 20 1.1.7 ESTUDIOS EXPERIMENTALES DE ESTRICCIÓN Y LÍMITES DE FRACTURA DE LÁMINAS DE ACERO AL BORO EN CONDICIONES DE CONFORMADO EN CALIENTE 21 1.1.8 EL ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS DEL DAÑO DÚCTIL DURANTE EL CONFORMADO EN CALIENTE DE ACERO 22MNB5 22 1.1.9 SIMULACIÓN NUMÉRICA DE CONFORMADO EN CALIENTE DEL ACERO AL BORO TEMPLABLE 22 1.1.10 CONFORMADO EN CALIENTE DE PIEZAS DE ACERO DE ULTRA ALTA RESISTENCIA 22 1.1.11 ENSAYOS DE LABORATORIO Y DISEÑO DE APLICACIÓN INDUSTRIAL DEL CONFORMADO EN CALIENTE DE COMPONENTES A MEDIDA DE 22MNB5 POR CALENTAMIENTO DE PARTICIÓN 24 1.1.12 MÉTODO DE VALORACIÓN DE LOS EFECTOS DE LOS PARÁMETROS DEL PROCESO DE CONFORMADO EN CALIENTE SOBRE LAS PROPIEDADES DEL PRODUCTO UTILIZANDO UN SIMULADOR DE CONFORMADO EN CALIENTE 24 1.1.13 APLICACIÓN DEL PROCESO DE CONFORMADO EN CALIENTE PARA FABRICAR UNA PIEZA AUTOMOTRIZ Y SU ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS CONSIDERANDO LA PLASTICIDAD DE LA TRANSFORMACIÓN DE FASE 24 1.1.14 EFECTO DE LA TEMPERATURA DE LA HERRAMIENTA Y LA VELOCIDAD DEL PUNZÓN EN EL CONFORMADO EN CALIENTE DE ACERO DE ULTRA ALTA RESISTENCIA 25 1.1.15 CALENTAMIENTO POR CONTACTO DIRECTO PARA EL TEMPLADO DE MOLDES DE CONFORMADO EN CALIENTE 25 1.1.16 CARACTERIZACIÓN DE LA MICROESTRUCTURA DE GRANOS FINOS CERCA DE LA SUPERFICIE CORTADA EN CALIENTE FORMADA DURANTE EL PROCESO DE CONFORMADO EN CALIENTE 26 1.1.17 MECANISMOS DE FRICCIÓN Y DESGASTE DURANTE EL CONFORMADO EN CALIENTE DEL ACERO ENDURECIDO EN PRENSA REVESTIDO CON AL-SI 27 7 1.1.18 DISEÑO DE PROCESO BASADO EN CAE PARA MEJORAR LA CONFORMABILIDAD EN CONFORMADO EN CALIENTE CON ENFRIAMIENTO PARCIAL 27 1.1.19 CONFORMADO EN CALIENTE DE UNA SOLA ETAPA DE PIEZAS DE ACERO DE ULTRA ALTA RESISTENCIA QUE CONSISTE EN CALEFACCIÓN POR RESISTENCIA, FORMACIÓN, CORTE Y TEMPLE EN MATRIZ 27 1.1.20 UN PROCESO DE CONFORMADO EN CALIENTE DE DISEÑO RECIENTE, JUNTO CON UN PROCESO Q&P NO ISOTÉRMICO, PARA MEJORAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO QP980 COMERCIAL 28 1.1.21 EFECTO DEL TRATAMIENTO TÉRMICO EN LA SOLDABILIDAD DE LA CHAPA CONFORMADA EN CALIENTE RECUBIERTA CON AL-SI USIBOR® 1500P 28 1.1.22 EVOLUCIÓN DE LA MICROESTRUCTURA DEL RECUBRIMIENTO DE ALEACIÓN DE ZINC-NÍQUEL DURANTE EL CONFORMADO EN CALIENTE DE ACEROS CON ADICIÓN DE BORO 29 1.1.23 ANÁLISIS EXPERIMENTAL Y NUMÉRICO DEL RENDIMIENTO DE ENFRIAMIENTO POR REFRIGERANTE BIFÁSICO USANDO R1234YF PARA EL TEMPLE DE PIEZAS EN EL CONFORMADO EN CALIENTE 29 1.1.24 CARACTERÍSTICAS DE FRAGILIZACIÓN POR HIDRÓGENO DEL ACERO 22MNB5 CONFORMADO EN CALIENTE 30 1.1.25 MODELADO DE LA FRICCIÓN EN EL CONFORMADO EN CALIENTE 30 1.1.26 PREDICCIÓN NUMÉRICA DEL LÍMITE DE CONFORMACIÓN PARA LA OPTIMIZACIÓN DE LA FORMA DE LA PIEZA INICIAL EN EL CONFORMADO EN CALIENTE DE AA7075. 32 1.1.27 MEJORA DE LA TEMPLABILIDAD Y SIMPLIFICACIÓN DEL CONTROL MEDIANTE EL MANDRIL DE HIELO EN EL CONFORMADO EN CALIENTE DE PIEZAS HUECAS DE ACERO DE ULTRA ALTA RESISTENCIA 32 2 MARCO TEÓRICO 34 2.1 TEORÍAS, MÉTODOS Y TECNOLOGÍA NUMÉRICA DE FORMADO EN FRÍO Y EN CALIENTE DE CHAPA METÁLICA 34 3 METODOLOGÍA 87 3.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA METODOLOGÍA 87 3.2 MATERIALES 87 3.2.1 ACERO AL BORO 22MNB5 87 3.2.2 VH13IM 93 3.2.3 VTMPLUS 95 3.3 SIMULACIÓN EN ANSYS STUDENT 96 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 121 4.1 MOLDE MANUFACTURADO EN ACERO VTMPLUS Y CHAPA METÁLICA CONFORMADA DE ACERO AL BORO121 4.1.1 CHAPA METÁLICA 22MNB5 CON MOLDE DE ACERO VTMPLUS 121 4.1.2 PUNZÓN DE ACERO VTMPLUS 127 4.1.3 BASE MATRIZ MANUFACTURADA EN ACERO VTMPLUS 134 4.2 MOLDE MANUFACTURADO EN ACERO VH13IM Y CHAPA METÁLICA CONFORMADA DE ACERO AL BORO 140 4.2.1 CHAPA METÁLICA 22MNB5 CON MOLDE DE ACERO VH13IM 140 4.2.2 PUNZÓN MANUFACTURADO DE ACERO VH13IM 147 4.2.3 BASE MATRIZ MANUFACTURADA DE ACERO VH13IM 154 4.3 RESUMEN RESULTADOS 160 8 5 CONCLUSIONES 163 BIBLIOGRAFÍA 164 ANEXOS 167PregradoIngeniero(a) de Manufactur