2 1 3 4 SIMULACIÓN DE PROCESOS DE CONFORMADO Ejemplo: FISURA EN UN PISTÓN FORJADO DE ALUMINIO Bonnemezón Alfredo1; Abate Germán1; Perez, Daniela1; Martynenko Vitaliy 1; Riu Facundo1; Martinez Krahmer, Daniel1 1 Centro de Investigación y Desarrollo en Mecánica, Unidad Técnica Máquinas y Herramientas, Instituto Nacional de Tecnología Industrial. E-mail: mkrahmer@inti.gob.ar CONCEPTO Los métodos de simulación numérica se basan en discretizar (dividir) el volumen de la pieza a forjar, en pequeños volúmenes simples (cubos, tetraedros). El software utiliza modelos matemáticos especialmente desarrollados para los procesos de deformación plástica. Fijada la geometría de la matriz, la forma y material a forjar, el tipo de máquina, y las condiciones de borde (temperatura del material, temperatura de precalentamiento, velocidad, coeficiente de fricción), el software resuelve las ecuaciones que describen el problema matemático, y a través de los volúmenes elementales podemos conocer como resultan las distintas variables de salida (por ejemplo temperatura, llenado de matriz), en todo el volumen de la pieza. Material Aluminio AA 7075 Diámetro: 90 mm Alto: 32 mm Características de la implementación de estos sistemas: Modelos para la simulación Relevamiento metrológico Modelizado en CAD Incorporaciónal simulador Fresado de Terminación Ayudan a reducir el tiempo de desarrollo, ya que, los productos cada vez duran menos en el mercado (ciclo de vida más corto). Nos independiza del proceso prueba-error. Requieren de una inversión inicial significativa y de personal calificado, sujeto a una capacitación continua. Necesitan de un especialista en forja. Colaboran en la mejora de competitividad de los procesos. Caso desarrollado: Análisis de una fisura en un pistón forjado de aluminio mediante simulación (secuencia de lectura 1,2,3 y 4) 2 Modelo utilizado en la simulación 1 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se recopilaron mediante una entrevista con el fabricante los datos de fabricación del pistón. Datos de proceso utilizados Máquina Utilizada Prensa hidráulica de 500 t. Velocidad del maso 0,03 m/s Material a conformar Aleación de Aluminio AA7075 Tamaño del material de partida Diámetro: 90 mm – Altura 32mm. Temperatura del material de partida 475°C Temperatura de punzón y matriz 300 a 315°C Rozamiento Según la bibliografía: 0,3 Una vez ubicados los modelos realizados en CAD y establecidas las condiciones de borde, se corre la simulación. Para acortar los tiempos de procesamiento, si la pieza es simétrica, puede simularse solo una fracción (en este caso ¼). RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN 3 Los resultados arrojados por la simulación muestran una fisura en cada uno de los cuartos de la zona inferior del pistón: Las líneas de flujo muestran que las diferencias de espesores en el alma del pistón, producen que el material ascienda por los sectores mas anchos de la matriz a mayor velocidad, lo cual genera un pliegue en la zona (defecto que se ve en las fotografías). Fisuras en el modelo simulado Fisuras en las zonas del alma con menor espesor 4 SOLUCIÓN PROPUESTA Con el fin de homogeneizar la velocidad de desplazamiento del material, se utilizó un espesor uniforme en el alma del pistón. En la figura de la derecha puede observarse el flujo de material resultante de la modificación propuesta simulada, en donde el defecto no se presenta. Perfil de temperaturas y Flujo de material en el diseño modificado CONCLUSIONES La utilización de herramientas de simulación numérica para el diseño o resolución de problemas en piezas forjadas, permite analizar en detalle las posibles causas de defectos, plantear estrategias para su resolución y durante ese proceso, no invertir recursos en pruebas costosas en la planta de producción. En conclusión cuando el diseño de una pieza forjada es asistido por simulación, los ajustes para el proceso de producción definitivo y sus costos asociados, son mínimos.