Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería...

Trabajo de Fin de Grado

Grado en Ingeniería Aeroespacial

Análisis experimental de deformaciones límites en

conformado incremental mono-punto de chapas de

AISI 304 con herramientas de pequeño diámetro

Autor: José Manuel Carmona Romero

Tutor: Gabriel Centeno Báez

Dep. Ingeniería Mecánica y de los Materiales

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2014

Trabajo de Fin de Grado

Grado en Ingeniería Aeroespacial

Análisis experimental de deformaciones límites en

conformado incremental mono-punto de chapas de

AISI 304 con herramientas de pequeño diámetro

Autor:

José Manuel Carmona Romero

Tutor:

Gabriel Centeno Báez

Profesor Contratado Doctor

Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, Junio de 2014

Proyecto Fin de Carrera: Análisis experimental de deformaciones límites en conformado

incremental mono-punto de chapas de AISI 304 con herramientas de pequeño diámetro

Autor: José Manuel Carmona Romero

Tutor: Gabriel Centeno Báez

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes

miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, junio de 2014

El Secretario del Tribunal

Dedicatoria

A mis padres

Agradecimientos

A todos los miembros del grupo de Ingeniería de los Procesos de Fabricación del

Departamento de Ingeniería Mecánica y de los Materiales por su interés por la

evolución del trabajo.

A mi tutor Gabriel Centeno, por su tiempo, dedicación y entusiasmo, que han hecho

que sienta verdadero interés y motivación por el trabajo.

Resumen

Con éste proyecto se trata de ampliar y dar un enfoque distinto a trabajos anteriores

sobre el estudio experimental de los límites de conformabilidad en chapas de acero

AISI 304 deformadas mediante conformado incremental mono-punto, en inglés Single-

point incremental forming (SPIF) y la influencia de diversos parámetros en el proceso,

como son el diámetro de la herramienta, la profundidad por pasada y la velocidad de

giro de la herramienta. Para ello, se han analizado los ensayos con diámetros de

herramienta de 6 mm, incluyendo ensayos de tracción-flexión (strech-bending) con

diámetro de herramienta similar y comparando los resultados con los obtenidos en la

tesis fin de máster de Carlos Suntaxi Guallichico (Junio de 2013) para diámetros de

herramienta de 10 y 20 mm.

Para ello, se realiza un estudio de las deformaciones mediante los sistemas ópticos de

medida ARGUS® y ARAMIS®, además de mediciones directas al microscopio en las

zonas de fallo de las probetas a fin de determinar las deformaciones de fractura. A

través del primero se obtienen las deformaciones principales alcanzadas en los ensayos

de SPIF para distintos valores del diámetro de la herramienta, la penetración por

pasada y la velocidad de giro de la herramienta. Con el segundo programa se realizan

los ensayos de strech-bending con diámetro de punta de herramienta de 5 mm,

comparándose los resultados con los obtenidos en SPIF.

Finalmente se analizan los resultados de las deformaciones límites obtenidas por SPIF y

se comparan respecto del diagrama de límite de conformado convencional obtenido a

partir de ensayos tipo Nakazima.

Abstract

This project intends to enlarge and give a different focus to previous research work on

the setting of the forming limits of AISI 304 stainless steel metal sheets deformed by

Single-Point Incremental Forming (SPIF), analyzing the influence of a series of process

parameters, such as the tool diameter, the step down and the spindle speed. With this

aim, a series of tests using a 6 mm diameter forming tool have been carried out. On the

other hand, stretch-bending tests using a similar tool diameter were also carried out in

order to compare their results with those obtained in the Master Thesis of Carlos

Suntaxi Guallichico (2013), who focused on 10 and 20mm tool diameters.

With this purpose, the analysis of principal strains was performed by high-performance

optical measurement systems ARGUS® and ARAMIS®, besides the direct thickness

measurements along the crack by microscope in order to determine fracture strains. The

former measurement system ARGUS® was used to evaluate the principal strains in

SPIF within the principal strains space, while the latter digital image correlation (DIC)

system ARAMIS® allowed to evaluate principal strains for stretch-bending tests. The

strain evolutions in SPIF and Stretch-bending were then analyzed and compared.

Finally, the forming limits obtained by SPIF were analyzed and compared with

conventional forming limit diagram (FLD) obtained from Nakazima tests.

ÍNDICE GENERAL

1 Introducción ........................................................................................................................ 21

1.1 Antecedentes............................................................................................................... 22

1.2 Objetivos..................................................................................................................... 22

1.3 Diagramas de límite de conformado ........................................................................... 23

1.4 Ensayo de estirado tipo Nakazima.............................................................................. 27

1.5 Procesos de conformado incremental ......................................................................... 29

1.6 Conformado incremental mono punto ........................................................................ 30

1.6.1 Componentes básicos ............................................................................................. 30

1.6.2 Ventajas y desventajas ............................................................................................ 31

1.6.3 La herramienta de conformado ............................................................................... 31

1.6.4 El utillaje ................................................................................................................ 32

1.6.5 Equipos para conformado incremental ................................................................... 33

1.6.6 Diagramas de límite de conformado en SPIF ......................................................... 35

1.7 Medición de deformaciones........................................................................................ 37

1.7.1 Método de patrón de círculos ................................................................................. 37

1.7.2 Sistema ARGUS® ................................................................................................... 38

1.7.3 Sistema ARAMIS® ................................................................................................. 42

2 Desarrollo experimental ...................................................................................................... 45

2.1 Deformaciones límite por deformación incremental .................................................. 45

2.1.1 Ensayos en SPIF ..................................................................................................... 45

2.1.2 Captura de imágenes ............................................................................................... 47

2.1.3 Procesamiento de imágenes con ARGUS® ............................................................. 48

2.1.4 Deformaciones límite ............................................................................................. 50

2.2 Obtención del Diagrama de límite de conformado ..................................................... 52

2.2.1 Equipo para la experimentación ............................................................................. 52

2.2.2 Preparación de probetas .......................................................................................... 54

2.2.3 Mediciones con ARAMIS® .................................................................................... 56

2.3 Determinación de deformaciones en fractura vía reducción del espesor .................... 57

2.3.1 Puntos de fractura en SPIF ..................................................................................... 58

2.3.2 Puntos de fractura de los ensayos Nakazima .......................................................... 63

3 Conformabilidad en conformado incremental mono-punto (SPIF)..................................... 64

3.1 Introducción ................................................................................................................ 64

3.2 Deformaciones límite en SPIF .................................................................................... 64

3.3 Deformaciones límite en Strech-Bending ................................................................... 68

3.4 Diagrama de límite de conformado ............................................................................ 69

4 Conclusiones y desarrollos futuros ..................................................................................... 72

5 Bibliografía. ........................................................................................................................ 75

Índice de figuras

Figura 1: Diferentes estados de las deformaciones principales .................................................. 24

Figura 2: Curva representativa de los diferentes mecanismos de fallo ...................................... 24

Figura 3: FLD para materiales muy dúctiles y poco dúctiles ..................................................... 26

Figura 4: Curva límite de conformado (Silva et al. 2011) .......................................................... 27

Figura 5: Esquema de un ensayo tipo Nakazima ........................................................................ 28

Figura 6: Probetas entalladas en ensayos tipo Nakazima ........................................................... 28

Figura 7: Configuraciones del conformado incremental ............................................................ 30

Figura 8: Esquema del SPIF ....................................................................................................... 31

Figura 9: Herramienta de conformado incremental .................................................................... 32

Figura 10: Utillaje de sujeción de la chapa ................................................................................. 33

Figura 11: Maquina CNC de grandes dimensiones y carga ....................................................... 33

Figura 12: Maquina dedicada para SPIF .................................................................................... 34

Figura 13: Robotic Incremental Sheet Metal Forming ............................................................... 34

Figura 14: Plataforma Stewart .................................................................................................... 35

Figura 15: Formas cónicas para ensayos en SPIF ...................................................................... 35

Figura 16: Puntos de fractura según paso en profundidad (Micari, 2004) ................................. 36

Figura 17: Patrón de círculos antes y después de la deformación .............................................. 37

Figura 18: Principio de fotogrametría ........................................................................................ 39

Figura 19: Patrón de puntos estandarizados ............................................................................... 39

Figura 20: Chapa en estado inicial y final .................................................................................. 40

Figura 21: Puntos codificados de referencia espacial ................................................................. 40

Figura 22: Patrón de puntos antes y después de la deformación ................................................ 41

Figura 23: Modo de visualización .............................................................................................. 41

Figura 24: Visualización de resultados ....................................................................................... 42

Figura 25: Patrón estocástico ...................................................................................................... 42

Figura 26: Facetas antes y después de la deformación ............................................................... 43

Figura 27: Unidad sensora de ARAMIS® ................................................................................... 43

Figura 28: Imagen estéreo de la probeta ..................................................................................... 44

Figura 29: Representación de las facetas y la superposición ...................................................... 44

Figura 30: Dispositivo experimental SPIF montado en una fresadora CNC Kondia® ............... 46

Figura 31: Elemento dispuesto previo a la medición con ARGUS® .......................................... 48

Figura 32: Problemas frecuentes ARGUS®………………………………………………………………...……....51

Figura 33: Deformación mayor en secciones medida por ARGUS®……………………………..52

Figura 34: Deformaciones principales en una sección central……………………………........….52

Figura 35: Evolución de las deformaciones principales en SPIF………………………………….53

Figura 36: Máquina de ensayos de embutación universal……..……………………………...…...54

Figura 37: Probetas para los estados: uniaxial, deformación plana y biaxial……...……...….….55

Figura 38: Pintura de fondo para el patrón…………………………………………………….….....55

Figura 39: Patrón estocástico sobre las probetas……………………………………………………56

Figura 40: Punzón…………………………………………………….……………...…………………………….…………56

Figura 41: Probetas ensayadas…………………………………………………………………………………………..57

Figura 42: Medida de la deformación mayor en secciones…………………………………………......…….56

Figura 43: Reducción máxima del espesor………………………………………………………………….…..…..57

Figura 44: Deformaciones principales para una sección…………………………………………….………...57

Figura 45: Estimación de deformación en la fractura ..................................................... ………………………58

Figura 46: Bordes en la zona de fractura lado-A……………………………………………………60

Figura 47: Zona inicio y fin de crecimineto de grieta probeta nº28 cara-A………………………60

Figura 48: Zona inicio y fin de crecimineto de grieta probeta nº28 cara-B ………………...……61

Figura 49: Medida del espesor en una sección perpendicular………………………………..……61

Figura 50: Evolución de las grietas………………………………………………………………...…62

Figura 51: Funcionamiento Herramienta………..……………………………………………...……63

Figura 52: Medición de espesores……………..…………………………………………...…………64

Figura 53: Tendencia deformaciones con φ=6mm …………………………………………………66

Figura 54: Tendencia deformaciones con φ=10mm ……….……………………………….………66

Figura 55: Tendencia deformaciones con φ=20mm ………….……………………………………67

Figura 56: Tendencia deformaciones por diámetros ………….…………………….………...……68

Figura 57: Defromaciones Strech-bending varios diámetros…………..…….……………………69

Figura 58: SPIF vs Strech-bending φ=6mm ………………………………………………...………70

Figura 59: SPIF vs Strech-bending φ=10mm ……………………………..………………...………71

Figura 60: SPIF vs Strech-bending φ=20mm ………………………………………..………...……71

Figura 61: Tendencias FFL varios diámetros ………………………………..………..………….…71

Índice de tablas

Tabla 1 Parámetros de ensayos del SPIF .................................................................................... 47

Tabla 2 Características de la máquina de ensayos de embutición .............................................. 53

21

1 Introducción

El aumento de la conformabilidad de chapas metálicas mediante procesos de conformado

incremental (incremental sheet forming ISF), particularmente en el conformado incremental

mono punto (single point incremental forming SPIF), ha sido estudiado experimentalmente por

muchos autores de la comunidad de conformado en los últimos años como en: Emmens et al.

(2009) Jeswiet et al. ( 2010) o Silva et al ( 2011) entre otros. Por un lado, la revisión exhaustiva

analiza una serie de mecanismos que afectan a la mecánica de deformación y que tiene una

influencia en retrasar el fallo en el ISF. Estos mecanismos, en orden de importancia, son, entre

otros, el efecto beneficioso de los esfuerzos de flexión y corte, las tensiones de contacto, el

esfuerzo cíclico y las tensiones hidrostáticas. De hecho, el efecto de flexión, se ha señalado,

Emmens et al. (2011), como parámetro dominante en la prevención de formación del cuello en

el ISF antes de la fractura y que permite llegar a deformaciones muy por encima de la curva de

límite convencional de formación (forming limit curve FLC).

En los procesos de conformado de chapa metálica, se pueden esperar dos tipos de fallos: el

controlado por la estricción, donde todas las capas llegan a ser plásticamente inestables y el

controlado por la fractura en las capas externas. En el conformado incremental, el cambio entre

el primer y segundo modo de fallo se observa a medida que el radio de la herramienta de

conformado disminuye. De hecho, algunos estudios recientes permiten concluir que el modo de

fallo antes descrito, depende del parámetro t/R, de la relación entre el espesor de la chapa t y del

radio de la herramienta de conformación R, como han señalado Vallellano et al. (2010) y

Stoughton et al. ( 2011) en procesos de estirado con flexión (stretch-bending), y por Silva et al.

(2011) en el caso del SPIF.

En este sentido, Centeno et al. (2012) sugirieron también la importancia de cuantificar la

mejora de la capacidad de conformación en ISF, debido al efecto de flexión por medio de la

relación t/R.

Análisis experimental de deformaciones límites en chapas de acero AISI 304 en conformado incremental

22

Este trabajo trata de mejorar el nivel de comprensión de los efectos de flexión en forma gradual

a través de un análisis experimental de la conformabilidad en SPIF de chapas de acero AISI

304. Para ello, se realizarán una serie de ensayos de SPIF usando varios diámetros de

herramienta (tool diameters) y de pasos de profundidad (step downs) con y sin giro de la

herramienta. La conformabilidad global del material se estudiará mediante la realización de un

mallado de patrones circulares en las probetas indeformadas, utilizando una metodología

similar a la utilizada en Centeno et al. (2012 b). Los resultados muestran la importancia del

efecto de la flexión en la mejora de la capacidad de conformación en SPIF, en comparación con

los procesos convencionales de estampado.

1.1 Antecedentes

El grupo de investigación de Ingeniería de los Procesos de Fabricación del Departamento de

Ingeniería Mecánica de la Universidad de Sevilla, investiga desde hace varios años el

conformado de chapas metálicas, más específicamente la influencia de la flexión en los

procesos de conformado. Bajo esta línea de investigación, en años anteriores se ha desarrollado

una metodología para estimar los diagramas límite de conformado tanto en ensayos de estirado

como ensayos de estirado con flexión. La validez de dicha metodología se debe constatar para

un amplio tipo de materiales, entre estos los aceros y en especial el acero AISI 304 empleado en

la industria química en general, alimentación, refinerías, industria lechera, etc.

1.2 Objetivos

Objetivo general

Analizar experimentalmente las deformaciones límites en chapas de acero AISI 304 en

conformado incremental y en estirado con flexión para pequeños diámetros de punzón.

Objetivos específicos

1. Revisar el estado del arte de los procesos de conformado incremental a través de las

publicaciones especializadas en el tema.

2. Establecer la metodología de medición de deformaciones en las chapas.

3. Obtener las deformaciones límite de conformado para el acero AISI 304 en SPIF con

herramienta de 6 mm de diámetro y en stretch-bending de 5 mm.

4. Comparar dichas deformaciones experimentales respecto a los límites del conformado

convencionales obtenidos a partir de ensayos Nakazima.

5. Establecer la influencia de los parámetros del proceso incremental en las deformaciones

límites que se han obtenido.


23

1.3 Diagramas de límite de conformado

La conformabilidad de una chapa metálica se define, generalmente, como la habilidad que tiene

el metal para deformarse hasta la forma deseada sin producirse la fractura o la reducción

excesiva del espesor por estricción. Cualquier tipo de metal sólo puede deformarse bajo estas

condiciones hasta unos valores límites, los cuales son representados por los diagramas de

límites de conformado.

La conformabilidad está relacionada con el estado de deformaciones (Marciniak 2002),

definida como la combinación de las deformaciones principales: ε1, ε2 y ε3. La suma de estas se

asume igual a cero por la conservación de volumen. Solamente son necesarias dos de ellas para

especificar el estado de las deformaciones. La relación entre estas dos deformaciones se expresa

convencionalmente como

12

Algunos valores de β describen situaciones de particular interés, por ejemplo:

β = 1, en este caso ε1 = ε2, la deformación es constante en todas las direcciones. Este se

refiere al estado equi-biaxial. (equi-biaxial)

β = 0, en este caso no hay deformación en la segunda dirección principal, ε1 = 0 y es

llamado deformación plana (plane-strain)

β = -0.5, es el estado de la prueba de tensión en un material isotrópico y se denomina

uniaxial (uniaxial)

β = -1, en este caso ε1 + ε2 = 0 y consecuentemente ε3 = 0; no hay cambio en el espesor.

Este estado se observa en las bridas de la embutición profunda y por ello este estado se

denomina embutición profunda (deep-draw).


24

Figura 1: Diferentes estados de las deformaciones principales

Al realizar ensayos en estados diferentes de deformaciones, se hace evidente que el fallo de la

chapa ocurre siempre a diferentes niveles de deformación, creándose una curva de fallo como la

mostrada en la Figura 2. En ella se observa que algunos caminos llegan antes a la llamada curva

de estricción (Necking). En el fallo por estricción, existe un adelgazamiento localizado del

espesor de la chapa. Sin embargo, al tomar otros caminos se puede llegar a otra curva llamada

de fractura dúctil (Fracture). El que se produzca uno u otro mecanismo de fallo dependerá del

material en estudio y del camino de deformaciones al que esté sometido el mismo.

Figura 2: Curva representativa de los diferentes mecanismos de fallo


25

El diagrama anterior es lo que se conoce con el nombre de “Diagramas Límites de

Conformado” (Forming limit diagram FLD), desarrollados por Keeler (1965) y Goodwin

(1968). Son herramientas muy útiles para la evaluación de la capacidad de conformado de las

chapas metálicas. Se utilizan en todas las fases de la producción de un producto de chapa, por

ejemplo, en la simulación con elementos finitos durante el diseño de un producto y para diseñar

el proceso de conformado, en las pruebas con las herramientas conformadoras y en el control de

calidad durante el proceso de producción.

El FLD consiste en una gráfica que representa la deformación principal mayor, ε1, frente a la

menor, ε2, y que muestra una línea denominada “Curva Límite de Conformado” (Forming limit

curve FLC), la cual divide los estados de deformación entre aquellos que permiten el correcto

conformado de la chapa y los que producen el fallo de la misma. La FLC proporciona una

medida simple de la severidad del conformado. En la práctica, se modifica el diseño de la

matriz o el punzón o el proceso de conformado hasta que las deformaciones en todos los puntos

de la chapa están dentro del margen de seguridad que proporciona la FLC.

Dependiendo del tipo de fallo, se puede distinguir el inicio de la estricción localizada (FLC) y

el principio de la fractura dúctil (FFL). La Figura 3, muestra la evolución típica de las FLC y

FFL observadas en los experimentos. Como puede apreciarse, la FLC normalmente presenta

una curva en forma de V, decreciente en el lado de la izquierda (β = dε2/dε1 <0 ) y creciente en

el lado de la derecha (β≥0), también llamada región de estirado biaxial. Las tendencias de la

FFL dependen de la ductilidad del material. De esta forma, para chapas con una ductilidad

relativamente alta, la FFL tiende a tener una forma lineal, como se ve en la Figura 3(a). En

cambio, los materiales con relativa baja ductilidad exhiben una FFL mucho más compleja,

Figura 3(b). En estos casos, la FFL también muestra una forma parecida a una curva en V,

ligeramente creciente en la región de estirado y acercándose a la FLC las trayectorias de

deformación biaxial (β =1).


26

Figura 3: FLD para materiales muy dúctiles y poco dúctiles

En la actualidad, tanto la evaluación numérica del proceso de conformado de chapa como la

estimación numérica del FLD, son tareas importantes en la industria de conformado de chapa.

Entre otras cosas, estas tareas necesitan de la utilización de un criterio adecuado de fallo que

tenga en cuenta el material que se está conformando y el proceso de conformado que se está

utilizando.

En la literatura científica existe una amplia variedad de criterios de fractura dúctil. Algunos

estudios han demostrado que los criterios de fractura continua (criterios integrales) predicen

satisfactoriamente la FFL lineal. No obstante, estos criterios no son capaces de reproducir la

FFL observada para chapas metálicas de baja ductilidad, con una curva bien en forma de V o

bien en forma compleja, en la región de estirado. En estos casos, se ha comprobado que los

criterios de fallo basados en la tensión tangencial, como el de Tresca o Bressan, proporcionan

una buena aproximación a la FFL experimental en un rango amplio de relaciones de

deformación.

Estos diagramas se obtendrán realizando una serie de ensayos, entre ellos: ensayos de tensión,

de estiramiento (streching) y de flexión (streching-bending). Un ejemplo de los resultados de

estos ensayos se muestra en la Figura 4.


27

Figura 4: Curva límite de conformado (Silva et al. 2011)

1.4 Ensayo de estirado tipo Nakazima.

Este ensayo consiste en tomar una probeta, previamente preparada, y colocarla en el prensa

chapas. Luego, se coloca la matriz encima y se sujeta todo el sistema (prensa chapas-matriz).

Con el sistema ya cerrado se hace subir un punzón hemisférico de ø=100mm, el cual debe

lubricarse antes de empezar el ensayo, se sube a una velocidad determinada y se deforma la

probeta hasta el fallo. En la Figura 5, se puede observar este tipo de montaje, donde observamos

adicionalmente un cordón de estirado (draw-bead) en el prensa chapa, el cual impide el

deslizamiento de la chapa.


28

Figura 5: Esquema de un ensayo tipo Nakazima

Este ensayo de estirado es el más utilizado. De hecho, se toma como referente en la norma

ISO12004-2, la cual estandariza la obtención de las curvas límites de conformado en

laboratorios, tanto los parámetros del ensayo como la metodología para detectar el inicio de la

estricción localizada. Esta parte de la Norma ISO 12004 especifica las condiciones de ensayo

que se han de utilizar cuando se determina la curva del límite de conformado a temperatura

ambiente y utilizando trayectorias de deformación lineal.

El material que se considera es plano, metálico y de espesor comprendido entre 0.3 mm y 4

mm, siendo para el acero un valor aconsejado de 2.5mm. También se estandariza el resto de

condiciones de ensayo, como pueden ser el tipo de lubricación, la velocidad del punzón, las

direcciones de los ensayos o las geometrías de las probetas. Para el caso de la geometría, se

recomiendan probetas entalladas (Figura 6) con una parte central calibrada, de longitud superior

al 25% del diámetro del punzón (para un punzón de 100 mm, con longitud del eje

preferentemente entre 25 y 50 mm y un radio de acuerdo entre 20 y 30 mm).

Figura 6: Probetas entalladas en ensayos tipo Nakazima

Fuente: Wilko C. Emmens. Formability (2011), pág. 103

Matriz

Prensa-chapa

Punzón

Chapa

Cordón de

estirado


29

1.5 Procesos de conformado incremental

Actualmente, se dispone de nuevos métodos de conformado incremental de chapa (Incremental

sheet forming ISF) con los cuales es posible realizar piezas fabricadas por encargo o lotes de

pequeñas cantidades de producción, con un ciclo muy corto entre el diseño y la fabricación.

Schmoeckel (1992) predijo que con el aumento en la automatización de equipos de conformado

de metal, se convertirían en procesos más flexibles, lo cual ha sucedido.

La idea de formar gradualmente una chapa con una sola herramienta de punto, fue patentado

por Leszak (1967) antes que fuera técnicamente factible. Hoy en día, existen nuevos procesos

en los que la chapa se deforma plásticamente en un punto local, permitiendo que la producción

de piezas de chapa complejas sea verdaderamente flexible. Esto puede realizarse ya sea en

pequeños lotes, por lotes con plazos de entrega cortos o en la producción de prototipos rápidos

utilizables dentro de un día. Los nuevos procesos son más atractivos debido a que la fabricación

de piezas de chapa metálica puede lograrse en cualquier instalación que disponga de una

fresadora CNC de tres ejes.

La inspiración para los procesos emergentes se encuentra generalmente en métodos de

formación tradicionales. Estos procesos convencionales están típicamente limitados en lo que

se refiere a geometría de la pieza alcanzable y requieren herramientas específicas y matrices.

Tanto el hardware como el software de CNC han alcanzado un estado de madurez que permiten

el desarrollo de nuevos procesos de conformado de chapa. Los nuevos métodos de conformado

dan la posibilidad de crear instalaciones de conformado flexibles, sin matrices, capaces de

producir superficies de formas complejas, con la aplicación de herramientas genéricas. El

objetivo final es “dar forma sin matriz”.

Se han explorado muchas variaciones de conformado incremental, incluyendo el uso de un

chorro de agua, rodillos o herramientas de martilleo con vibración, pero aun así la herramienta

más utilizada es un indentador sólido semiesférico. Las dos configuraciones más comunes son:

single-point incremental forming (SPIF) y two-point incremental forming (TPIF) (Figura 7). En

el SPIF, una chapa sujetada alrededor de sus bordes es ensayada con una sola herramienta,

mientras que en TPIF se requiere de una matriz parcial o total y una segunda herramienta móvil

que sigua la trayectoria de la herramienta principal. En ambos casos, las trayectorias de las

herramientas más comunes son contornos o espirales de aumento de la profundidad, siguiendo

el perfil del producto.


30

Figura 7: Configuraciones del conformado incremental

A pesar de una extensa investigación del ISF durante la última década, el mecanismo de

deformación no se conoce. La comprensión del mecanismo de deformación es importante para

permitir desarrollar modelos numéricos precisos del proceso en el control de la trayectoria y

para el diseño de la herramienta, así como para una comprensión de los elevados límites de

deformación observados en ISF en comparación con el estampado tradicional.

1.6 Conformado incremental mono punto

1.6.1 Componentes básicos

La Figura 8 representa los componentes básicos del proceso. La trayectoria de la herramienta se

genera en un centro de mecanizado CNC y es utilizado para formar progresivamente la chapa

de un componente. Durante el proceso, no hay ninguna matriz de apoyo que soporte la

superficie posterior de la lámina.

Una característica del SPIF es que la herramienta se desplaza mientras deforma la chapa.

Existen dos casos: (1) el husillo contiene la herramienta y se desplaza sin rotación, (2) el husillo

gira de modo que la herramienta de formación se desplaza sobre la superficie de la lámina. El

control de esta variable controla el calentamiento de la chapa durante la deformación. La

herramienta de formación tiene una forma semiesférica, y es presionada contra el material a fin

de causar la deformación. La fuente más obvia de calefacción es la fricción. A medida que la


31

herramienta se desplaza sobre la superficie de la pieza de trabajo, esta también gira con un

determinado número de revoluciones por minuto.

Figura 8: Esquema del SPIF

1.6.2 Ventajas y desventajas

Las ventajas de SPIF son las siguientes

Producción de piezas directamente desde un archivo CAD

No hay necesidad de una matriz positiva o negativa

Los cambios de diseño pueden ser fácil y rápidamente realizados

Aumento de la capacidad de conformación material

Se puede realizar en una máquina convencional de CNC

Debido a la naturaleza incremental del proceso, las fuerzas son pequeñas

Dimensión de las partes sólo limitadas por la máquina herramienta

Se puede lograr un buen acabado superficial

En cuanto a las desventajas, se presentan las siguientes:

Tiempo más largo de procesamiento en comparación con la embutición profunda

convencional

Se limita a pequeños lotes de tamaño de producción

La formación de ángulos rectos debe ser alcanzado mediante varias fases

Geometría menos precisa, en particular en los radios de flexión convexa y bordes

Ocurre recuperación elástica, aunque se puede minimizar con el uso de algunos

algoritmos de corrección

1.6.3 La herramienta de conformado

El elemento principal es la herramienta sólida de punta hemisférica que asegura un contacto

continuo en un punto de la chapa donde se deforma plásticamente el material (Figura 9). Las


32

herramientas son diseñadas y fabricadas por los usuarios, pues aún no son se dispone de una

amplia variedad en el mercado. En los ángulos de pared muy inclinados, puede llegar a ser

necesario el uso de un vástago de herramienta menor que el diámetro del extremo esférico. El

contacto entre el vástago y la chapa se evita de esta manera. Esto debe tenerse en cuenta para la

generación de la trayectoria.

Figura 9: Herramienta de conformado incremental

Una vez se establece una forma de la herramienta, con un radio específico para la cabeza

semiesférica, se deben decidir qué materiales usar para la fabricación de la herramienta. En la

mayoría de los casos, un acero para herramientas es adecuado para la mayoría de aplicaciones.

Para reducir la fricción y aumentar la vida útil de la herramienta, esta puede ser recubierta o

incluso hecha de carburo cementado. El desgaste de la herramienta puede llegar a ser una

consideración importante, teniendo en cuenta que la lubricación puede ayudar a reducir el

desgaste.

La amplia gama de diámetros de herramienta utilizadas comprende desde pequeños diámetros

de 6 mm hasta grandes diámetros de 100 mm para la fabricación de piezas grandes, los cuales

requieren de mucha más potencia debido al mayor ángulo de contacto. El diámetro usado

depende del radio cóncavo más pequeño requerido. También tiene una influencia sobre la

calidad de la superficie y/o el tiempo de fabricación

1.6.4 El utillaje

En primer lugar, se necesita de un soporte o utillaje rígido (blankholder), necesario para sujetar

los extremos de la chapa y evitar los movimientos relativos de esta (Figura 10). Para el caso del

TIF, la plataforma que sujeta la chapa debe poder deslizarse sobre guías en la dirección vertical.


33

Figura 10: Utillaje de sujeción de la chapa

1.6.5 Equipos para conformado incremental

En general, todas las máquinas CNC de tres ejes (Figura 11) son válidas para llevar a cabo el

SPIF. Las altas velocidades, grandes volúmenes de trabajo y rigidez son favorables. Las

máquinas de fresado están disponibles en diferentes diseños, que difieren en el volumen de

trabajo, máxima velocidad de avance, máxima carga, rigidez y costo

Figura 11: Maquina CNC de grandes dimensiones y carga

Fuente: http:// Gantry-CNC-Milling-Machine.html

Hasta el momento, sólo un fabricante produce una máquina especialmente diseñada para este

propósito (Hirt, 2004), ver Figura 12. Cuenta con altas velocidades de avance, volúmenes de

trabajo de tamaño medio y está equipado con un pisador móvil controlado. Se basa en la


34

tecnología desarrollada en Amino, et al. (2002) incluyendo una patente de Aoyama, et al.

(2000)

Figura 12: Maquina dedicada para SPIF

http://www.aminonac.ca/product_e_dieless.asp

Además de estas, se dispone de otros conjuntos de máquinas. Algunas pueden ser utilizadas

para formas reentrantes. Actualmente, se están probando robots industriales ( Figura 13)

que tienen un gran volumen de trabajo, controladores rápidos, baja rigidez y fuerzas

máximas admisibles. Varios institutos están tratando de aplicar los robots al conformado

incremental como: Schafer et al.(2004) y Meier et al. (2005). Este método de conformado

está en desarrollo y parece prometedor. Un caso especial de una aplicación de robots, es

que en lugar de una herramienta rígida que se mueva continuamente, existe la

conformación incremental a golpe de martillo. En este caso, la punta de la herramienta de

formación tiene un movimiento oscilante rápido que da la forma deseada a la chapa.

Figura 13: Robotic Incremental Sheet Metal Forming

Fuente http://amarkalo.blogspot.com.es/


35

La plataforma Stewart (Stewart, 2005) ofrece infinitos grados de libertad (Figura 14). No se

está utilizando, pero tiene un gran potencial, sobre todo si se compara con las fresadoras de

cinco ejes.

Figura 14: Plataforma Stewart

Fuente: http://www.uia.no/en/content/view/full/172797

1.6.6 Diagramas de límite de conformado en SPIF

Los “Diagramas de límites de Conformado” son tradicionalmente una de las herramientas

utilizas para decidir si un material de un espesor particular puede formarse mediante un proceso

de embutición profunda. Esto ha sido aplicado a la deformación incremental. Se pueden

observar diferentes trabajos basados en diagramas límite de conformado en ISF, como por

ejemplo Filice et al. (2002), Micari (2004), Hirt et al. (2003) y Young et al. (2005), cada uno

de los cuales desarrolla una geometría esencialmente cónica.

Figura 15: Formas cónicas para ensayos en SPIF


36

Los cuatro parámetros de interés por lo general son: el espesor de la lámina (thickness), el

desplazamiento vertical Δz (step down), la velocidad de giro y el tamaño de la herramienta.

El step down tiene una influencia significativa sobre la capacidad de conformado y la rugosidad

de la superficie. Con el aumento de Δz, la chapa se somete a condiciones de deformación más

severas. Pruebas realizadas por Micari ( 2004) en aluminio AA 1050-O, de 1 mm de espesor

con configuración de cono, muestran que la conformabilidad de la chapa disminuye como

consecuencia directa del aumento de Δz.

Figura 16: Puntos de fractura según paso en profundidad (Micari, 2004)

El aumento de la velocidad angular del cabezal o husillo puede aumentar la capacidad de

formación. Este aumento de la capacidad de conformación se debe tanto a un calentamiento

local de la lámina como a una reducción positiva por efectos de fricción en la interfaz de la

herramienta-lámina. Hay un aspecto negativo, ya que la herramienta de formación se desgasta

más rápidamente y, además, los lubricante tienden a quemarse creando así problemas de

seguridad y medioambientales.

Un papel importante lo juega el diámetro de la herramienta, donde un pequeño radio tiende a

concentrar la zona de deformación en la chapa bajo la herramienta, mientras mayores radios

consiguen distribuir las deformaciones sobre un área más extensa. A medida que el radio de la

herramienta de conformación aumenta, el proceso se vuelve más similar al estampado

tradicional, reduciendo de este modo los límites de conformabilidad.


37

1.7 Medición de deformaciones

1.7.1 Método de patrón de círculos

El método consiste en imprimir en una chapa sin deformar de espesor t0, un patrón de círculos

de diámetro conocido d0. Esta impresión se realiza por grabado electroquímico sobre la

superficie a medir. Al deformarse la chapa durante el proceso de conformado, los círculos se

convierten en elipses y sus ejes coinciden con las direcciones de las deformaciones principales

(Figura 17). Estas se calculan entonces midiendo los valores de d1, d2 y t directamente o con

aplicaciones ópticas de medición que se describen más adelante.

Las deformaciones principales al final del proceso son:

0

3

0

22

0

11 lnln

t

t

d

d

d

d

Figura 17: Patrón de círculos antes y después de la deformación

Las ventajas de estos mallados son que se pueden aplicar y medir en el laboratorio después de

haber sido deformado el material, independientemente de donde hayan sido deformados, ya que

no están limitados por el área de trabajo. Una limitación es que se necesita de una cuadrícula

perfecta. Esto significa que cualquier irregularidad en la red crea pequeños errores en el

resultado final. Como consecuencia, la resolución está limitada, y por tanto, las pequeñas

deformaciones son difíciles de medir.

Otro enfoque es el uso de patrones irregulares, pero esto se utiliza, preferiblemente, en

situaciones en las que el proceso de deformación se pueda controlar mediante una cámara en

todo momento. Esto limita la aplicabilidad, pero permite medir deformaciones muy pequeñas, y

también estudiar el progreso durante todas las fases intermedias.

(1)


38

Estos procedimientos proporcionan las deformaciones mayores y menores en la superficie. La

deformación del espesor se puede obtener bien por medición directa del espesor, o a partir de

las deformaciones de la superficie, usando el criterio de volumen constante del material. Sin

embargo, estas deformaciones son sólo las principales en ausencia de cizalladura, o más

concretamente si los dos lados de la chapa no se han movido una con respecto a otra.

1.7.2 Sistema ARGUS®

ARGUS® es un sistema de medición óptico de deformación en 3D sin contacto (GOM, 2013)

que permite determinar los cambios en la forma de componentes de chapa metálica ensayada.

Proporciona las coordenadas 3D de la superficie del componente, así como la distribución de

las deformaciones principales en la superficie y la reducción del espesor del material. En el

Diagrama de límite de conformado, las deformaciones medidas se comparan con las

características del material.

ARGUS® apoya los procesos de optimización de conformado de chapa metálica por medio de:

Rápida detección de áreas críticas de deformación

Solución de problemas complejos de conformado

Verificación de simulaciones numéricas

Verificación de modelos de elementos finitos

Creación de curvas de límite de conformado

El principio de funcionamiento del sistema ARGUS® se basa en la fotogrametría, también

llamado teledetección. Este método permite calcular una geometría tridimensional sobre la base

de un conjunto de imágenes bidimensionales. Debido a que el sistema ARGUS® trabaja en

escalas de grises, las fotografías deben ser en blanco y negro. La ubicación de los puntos

espaciales de un objeto se determina mediante el uso de una triangulación de haces de luz

direccionales. Esto puede ser explicado por la Figura 18, donde se da una representación

esquemática del principio de fotogrametría.


39

Figura 18: Principio de fotogrametría

En esta figura, el punto A(x, y, z) está determinado por dos imágenes. Cada imagen está tomada

desde una cierta posición y dirección de visualización en el espacio. Esta posición y orientación

está dada por el sistema de coordenadas de la cámara X'Y'Z'. El origen del sistema de

coordenadas de la cámara corresponde al objetivo de la cámara, con el eje z perpendicular a la

lente y la superficie sensible a la luz. La distancia entre el origen del sistema de coordenadas de

la cámara y el centro de la superficie sensible a la luz, debe considerarse como la longitud focal

de la cámara. Con esta información es posible construir una línea que pasa por el punto A' en la

superficie sensible a la luz y el origen del sistema de coordenadas de la cámara

Para medir las deformaciones en la superficie del objeto es necesaria un mallado de puntos que

esté claramente visible en el objeto. La malla regular de puntos debe estar grabada en la chapa

sin deformar (Figura 19). Al conformar la chapa, la rejilla se deforma conjuntamente con ella, y

por tanto contiene la información necesaria de deformación (Figura 20). El grabado de la rejilla

de puntos es un proceso electroquímico, llamado marcado electrolítico. Podemos distinguir dos

tipos de ataque químico: el grabado negro (en caso de acero) o el grabado blanco (si el material

es aluminio).

ø1.5mm

ø1mm

ø0.5mm

Figura 19: Patrón de puntos estandarizados


40

Figura 20: Chapa en estado inicial y final

El sistema ARGUS viene con marcadores de código de barras circulares o puntos codificados,

(Figura 21). Estos marcadores se colocan en la región de interés y son necesarios para el cálculo

de la posición de la cámara con respecto al objeto para cada imagen. La posición de la cámara

se determina con precisión por el centro de cada marcador, mientras que los segmentos de

círculo alrededor del centro permiten que el software asigne un identificador único para el

marcador.

Figura 21: Puntos codificados de referencia espacial

A fin de calcular la deformación, el estado no deformado se compara con el estado deformado

(Figura 22). Por defecto, ARGUS® supone un patrón inicial exactamente regular, que está en un

plano y en que la distancia entre puntos es conocida. Esto se conoce como etapa de referencia

virtual (virtual reference stage). El software también es capaz de analizar varios estados de

deformación estática (etapas) dentro de un proyecto, en el que se puede ajustar cada etapa de

deformación como deformación de referencia en cualquier momento


41

Inicial

Deformado

Figura 22: Patrón de puntos antes y después de la deformación

Para permitir un completo campo de visión de las deformaciones, el programa cambia al modo

de rejilla (grid), una superficie de cuadrícula que está formada por los centros de los puntos

reconocidos. Cada punto de intersección de las líneas de la cuadrícula representa un punto de

medición 3D. A partir de las coordenadas 3D de los puntos del objeto, se calculan los

resultados actuales de la conformación y grosor de la chapa, teniendo en cuenta la geometría de

la pieza y los principios de la teoría de la elasticidad. Estos cálculos también pueden realizarse

para la línea central de la chapa en caso de que sea necesario aplicarlos a chapas de mayor

grosor y radios de menor tamaño.

Rejilla

Superficie

Figura 23: Modo de visualización

En primer lugar, la conformabilidad se representan mediante un patrón de colores en una malla

3D de hasta un millón de puntos. Unas etiquetas ayudan a visualizar puntos concretos de la

superficie de la pieza con sus valores de medición correspondientes.


42

Puntos identificados

Deformación mayor

Figura 24: Visualización de resultados

A partir de la conformación pueden crearse diagramas de límite de conformado (FLD) en los

que las curvas de límite de conformado (FLC) importadas permiten la evaluación del

comportamiento durante el conformado.

1.7.3 Sistema ARAMIS®

ARAMIS® es un sistema de medición óptico de deformaciones en 2D y 3D sin contacto (GOM,

2013). Analiza, calcula y registra deformaciones. ARAMIS® reconoce la forma de la superficie

del objeto de medición en imágenes de cámaras digitales y asigna coordenadas a los píxeles de

la imagen. La primera imagen en el proyecto de medición representa el estado no deformado

del objeto.

Durante la deformación de la probeta, se registran más imágenes. Entonces, ARAMIS®

compara las imágenes digitales y calcula el desplazamiento y la deformación de los objetos

característicos. Si la probeta a medir tiene sólo unos pocos objetos característicos, como es el

caso de superficies homogéneas, es necesario preparar dichas superficies por medio de métodos

adecuados por ejemplo, aplicando un patrón estocástico como puede ser por pintura de aerosol

negra sobre fondo blanco (Figura 25)

Figura 25: Patrón estocástico


43

ARAMIS® es especialmente adecuado para mediciones de deformación tridimensionales bajo

carga estática y dinámica con el fin de analizar las deformaciones y la tensión de componentes

reales. El principio fundamental de ARAMIS® está basado en el hecho de que la distribución de

valores de escala de grises en un área rectangular o faceta en el estado indeformado se

corresponde con los valores de escala de grises de la misma área en el estado deformado.

Figura 26: Facetas antes y después de la deformación

En general, la unidad sensora de ARAMIS® (Figura 27) es operada desde un soporte con el fin

de posicionar de manera óptima el sensor con respecto a la muestra. Para una configuración de

medición 3D, se utilizan dos cámaras (configuración estéreo, Figura 28) que se calibran antes

de medir.

Figura 27: Unidad sensora de ARAMIS®


44

Figura 28: Imagen estéreo de la probeta

La probeta a medir debe estar dentro del volumen de medición resultante (espacio calibrado

3D). Después de crear el proyecto de medición en el software, las imágenes se graban en

diversas etapas de carga. Después, se define el área a ser evaluada (computation mask) y se

determina un punto de inicio y se calcula el proyecto de medición. Durante los cálculos,

ARAMIS® observa la deformación de la muestra a través de las imágenes por medio de

diversos detalles de la imagen de forma cuadrada o rectangular (facetas). La Figura 29 muestra

facetas de 15x15 píxeles con un área superpuesta de 2 píxeles en la etapa 0.

Figura 29: Representación de las facetas y la superposición

En las diferentes etapas de carga, las facetas son identificadas y rastreadas por medio de las

estructuras individuales de niveles de grises. El sistema determina las coordenadas 2D de las

esquinas de las facetas y los centros resultantes. Utilizando métodos fotogramétricos, las

coordenadas 2D de una faceta observada por la cámara izquierda y las coordenadas 2D de la

misma faceta observada desde la cámara de la derecha, conduce a una coordenada común 3D.

Después de un cálculo exitoso, los datos pueden someterse a un procedimiento de post-

procesamiento a fin de, por ejemplo, reducir el ruido de la medición o suprimir otras

perturbaciones locales. El resultado de la medición está ahora disponible como vista 3D. Todas

las representaciones adicionales como datos estadísticos, secciones, informes, etc. se derivan de

los mismos.


45

2 Desarrollo experimental

La metodología seguida para obtener los límites de conformabilidad por SPIF y el diagrama del

límite de conformado para el AISI 304 se exponen en esta sección. Se describen tres partes:

primero, la captura y procesamiento de imágenes con ARGUS® de una serie de probetas

deformadas por SIPF a fin de obtener y analizar los límites de conformado por este proceso.

Segundo, la obtención del diagrama de límite de conformado realizando ensayos tipo Nakazima

y midiendo las deformaciones por el sistema óptico ARAMIS®. Y tercero, la determinación de

las deformaciones principales en fractura, a partir de la medida en la reducción del espesor

tanto por SPIF como de los ensayos Nakazima.

2.1 Deformaciones límite por deformación incremental

2.1.1 Ensayos en SPIF

El análisis de las deformaciones límite se han realizado sobre una serie de ensayos de SPIF en

chapas de acero AISI 304 de 0.8mm de espesor. Estos se realizaron en una máquina de fresado

de tres ejes Kondia® HS1000. Son parte del trabajo presentado en Centeno et al. (2011) y se

desarrollaron para determinar la conformabilidad bajo distintos niveles de flexión.

Como se observa en la Figura 30, la configuración experimental para pruebas de SPIF incluyen

una placa de sujeción (clamping plate), una placa de apoyo (backing plate) con un agujero

circular de 75 mm de diámetro, cuatro soportes (supports) y una placa de fondo (bottom plate).


46

Figura 30: Dispositivo experimental SPIF montado en una fresadora CNC Kondia®

Los recortes del material tenían dimensiones de 150 x 150 mm, siendo el área de trabajo

efectiva 120x120 mm. La geometría utilizada en este trabajo fue un tronco cónico con

generatriz circular. El diámetro inicial del tronco de cono se estableció en 70 mm, siendo el

ángulo de formación inicial de 20 º y el radio generatriz 40 mm. Los diámetros de herramientas

utilizadas fueron de 6, 10 y 20 mm, siendo el paso en profundidad ajustado a 0.2 y 0.5 mm para

cada caso. La rotación de la herramienta se tomó libre y a 1000 rpm. La velocidad de avance

utilizado para todas las pruebas fue ajustada a 3000 mm/min., utilizándose lubricante

(Houghton TD-52) para aplicaciones de laminación de metales

La Tabla 1 muestra los ensayos considerados para medir los límites de deformación. Los

parámetros de importancia son: Diámetro de la herramienta Dh, paso en profundidad Δz y

velocidad de giro de la herramienta S. El ensayo se ejecutó hasta el instante en el que el fallo se

había presentado


47

ENSAYO Dh

mm

Δz

(mm/pass)

S

rpm

Final depth

(mm)

Final angle

(º)

3 20 0.2 0 -23,8 69.83

5 20 0.5 0 -24.5 70.90

8 20 0.2 1000 -22.8 68.30

11 20 0.5 1000 -24.5 70.90

13 10 0.2 0 -28 76.13

18 10 0.5 0 -28 76.13

20 10 0.2 1000 -28.6 77.02

22 10 0.5 1000 -29.5 78.33

25 6 0.2 0 -28.8 77.31

26 6 0.5 0 -28 76.13

27 6 0.5 0 -28.5 76.87

28 6 0.5 0 -28 76.13

Tabla 1: Parámetros de ensayos del SPIF

2.1.2 Captura de imágenes

Antes de nada, se debe proceder con la adquisición de fotos de la probeta, las cuales serán

utilizadas para generar el mallado virtual sobre la pieza. En un primer momento, merece la pena

emplear un tiempo en realizar varias pruebas tomando fotos de la pieza sin colocar los patrones,

con el objetivo de verificar que se tiene un buen contraste y diferenciación entre las elipses del

patrón marcado en la probeta y el material de esta, ya que tras deformarse el material, estos

puntos del mallado se difuminan y en ocasiones resulta bastante complejo fotografiarlos

correctamente.

El procedimiento de captura de imágenes se realizó con una cámara NIKON D300S

(4288x2848 pixeles de resolución) instalada en un trípode. El enfoque se fijó entre unos 250 y

320 mm desde el lente de la cámara hasta la superficie de la pared del cono de la probeta,

colocando los patrones de escalas negro/blanco (coded marks) y todo el conjunto montado

sobre un plato giratorio (Figura 31). Para el primer y segundo ángulo de la cámara se tomaron

aproximadamente 40 fotografías y unas 10 para la vista superior con intervalos de giro del

plato. Es importante mencionar que se debe tener cuidado en todo momento de que las escalas

nunca se muevan con respecto a la probeta. De suceder, hay que repetir todo el proceso de

captura de imágenes.


48

No es necesario comprobar cada una de las fotografías que se realizan, pero si las primeras de

cada nivel, de esta forma se podrá evitar el tener que volver a realizar toda la toma de fotos de

un nivel en caso de no haber tomado un buen enfoque de la probeta con la cámara.

Figura 31: Elemento dispuesto previo a la medición con ARGUS®

2.1.3 Procesamiento de imágenes con ARGUS®

En primer lugar, se debe proceder a la creación del proyecto y seleccionar la distancia entre

puntos del mallado (en este caso 2 mm), así como la lente de la cámara utilizada.

A continuación, se seleccionará las escalas correspondientes al material y tipo de mallado, ya

sea tipo negro sobre gris (las que se han utilizado en estos ensayos) o blanco sobre negro.

Por último, se seleccionarán los ajustes relacionados con la precisión requerida y requisitos de

identificación de elipses en las fotografías. Para evitar una sobre-identificación de elipses por

parte de ARGUS, se tomará como diámetro mínimo de elipse un tamaño de dos pixeles.

El procesamiento del conjunto de imágenes se lleva cabo con el sistema óptico ARGUS®.

Como se explicó previamente, éste reconoce los centros de las elipses que se han formado a

partir del patrón de círculos y su posición en el espacio, lo que permite generar una malla de

puntos sobre la superficie en el estado deformado de la probeta. Es importante en este paso

cerrar la malla e interpolar las zonas que no fueron procesadas, principalmente donde se ha

dado el fallo.

A la hora de comenzar con la creación del mallado a partir de las fotos tomadas, se deberá tener

en cuenta las siguientes recomendaciones:

30º

60º

90º


49

- Intentar siempre generar el mallado automáticamente seleccionando un punto (a ser

posible uno donde la elipse haya sido reconocida correctamente por el programa). En caso de

no conseguir resultados, volver a intentarlo mediante el mallado a cuatro puntos. Cabe destacar

en este apartado, que se darán situaciones en que se tengan bien definidos los puntos vecinos

sobre los que se quieren realizar parte del mallado y que éste no pueda realizarse

automáticamente y que tampoco se obtengan resultados mallando a cuatro puntos. Es

importante saber que la selección del primer punto del mallado a cuatro puntos es fundamental

y dependiendo de cual se seleccione en primer lugar, se conseguirá crear la malla a su alrededor

o no. También se dan casos en los que, a pesar de no tener elipses claramente identificadas pero

si un punto sobre éstas, al utilizarlos para mallar el programa logra identificar la elipse (aunque

no cree el mallado). En estos casos es recomendable eliminar el mallado obtenido y volver a

intentarlo (esta vez ya con la elipse identificada)

- Tratar siempre de ir mallando desde la base de la pieza hacia arriba. Si se realiza el

mallado tanto por arriba como por abajo al mismo tiempo, puede darse el caso de que el

programa (por falta de puntos definidos), enlace ambos mallados saltándose esos puntos

intermedio o generando mallados ilógicos.

- A veces, el programa realiza mallados generando puntos de elipses donde no los hay o

con mucha desviación con respecto al centro de la elipse. Merece la pena en estos casos no

utilizar estos mallados, ya que inducirá a errores posteriores en sus puntos vecinos a la hora de

mallar. Lo recomendable es anotar el número de foto y continuar intentado mallar con otros

puntos y al final (si no se consigue mallar en esa zona con otras fotos y puntos) volver a dicha

foto y utilizar el mallado. Recordemos que se dispondrá de muchas fotografías, y un punto que

no esté bien identificado en una, puede estarlo en las siguientes, consiguiendo así mejores

mallados o evitando errores en éste.

- A la hora de auto-combinar las mallas, se debe tener especial cuidado en no utilizar

mallas incompatibles o con errores de mallado, puesto que una vez las combinemos no

podremos deshacer esto.

Si tras estos pasos no se consigue cerrar el mallado, siempre se podrán añadir nuevas fotos de

aquellas zonas donde no se haya podido identificar bien las elipses. Es recomendable analizar

bien qué zonas son las más conflictivas, tratar de añadir fotos de esa parte en específico y

volver a realizar la operación de mallado. Por ello, es aconsejable no mover los patrones de

escalas hasta saber con seguridad que se dispone de fotos válidas para completar el mallado. De


50

lo contrario, será necesario volver a realizar de nuevo todo el proceso de adquisición de fotos

sin poder utilizar las fotografías obtenidas anteriormente.

A continuación, se mostrarán una serie de fotografías tomadas del procesamiento y creación

del mallado de ARGUS® donde se pueden observar los errores y problemas antes descritos:

Figura 32: Problemas frecuentes ARGUS®

2.1.4 Deformaciones límite

Con la información contendida en la superficie generada se puede obtener, entre otros valores,

las deformaciones mayor y menor del estado plano en puntos cercanos a la zona de fallo. Se

crean 3 secciones separadas entre sí 2mm (tamaño más pequeño de la malla) que cruzan esta

zona desde el centro de la parte más alta del cono hasta una zona más baja donde las

deformaciones tengan un valor reducido (Figura 33)


51

Figura 33: Deformación mayor en secciones medida por ARGUS®

La distribución de las deformaciones mayor y menor a lo largo de cada sección se puede

representar como se indica en la Figura 34. El punto máximo de deformación en la dirección 1

corresponde al valor en fractura. Este valor es representativo debido a que el método en si es

discreto y que depende del tamaño del patrón de círculos (Marciniak et al., 2002).

Figura 34: Deformaciones principales en una sección central

Al representar las deformaciones principales de las tres secciones, se obtiene su evolución hasta

sus valores máximos. La Figura representa las deformaciones principales mayor y menor para

el caso de: =20, Δz = 0.5mm y S = 1000rpm.

ε1

ε2


52

Figura 35: Evolución de las deformaciones principales en SPIF

2.2 Obtención del Diagrama de límite de conformado

2.2.1 Equipo para la experimentación

La máquina de ensayos requerida debe ser capaz de sujetar las chapas, ejercer una fuerza para

deformarla y tener control sobre la velocidad de avance. En muchos casos se utiliza una prensa

común y se acondicionan matrices para poder realizar los ensayos. El equipo utilizado en la

experimentación es una máquina de ensayos de embutición universal ERICHSEN® (Figura

36). Sus características técnicas se describen de la Tabla 2.

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

Defo

rmació

n m

ayo

r [log]

Deformación menor [log]


53

Figura 36: Máquina de ensayos de embutición universal

La máquina cuenta con tres canales de medición analógicos los cuales permiten obtener los

datos de fuerza y desplazamiento del punzón, y controlar la fuerza de sujeción del prensa chapa

durante el ensayo. Además se puede tomar estas señales y sincronizarlas con las fotografías

tomadas por el sistema de correlación de imágenes digitales ARAMIS®, para poder relacionar

estas medidas con las deformaciones de cada fotografía.

Máquina de embutición

Marca Erichsen

Modelo 142-20

Rango de Velocidad para los ensayos 0 - 850 mm/min

Fuerza máxima del punzón 210 KN

Desplazamiento máximo del punzón 80 mm

Fuerza máxima de sujeción del prensa chapas 100 KN

No. de canales de medición analógicos 3

Tabla 2: Características de la máquina de ensayos de embutición


54

2.2.2 Preparación de probetas

Se han cortado probetas de la chapa de acero AISI 304 con tres geometrías que definen

distintos caminos de deformación para el diagrama de límite de conformado. El la Figura se

puede comprobar las diferentes dimensiones de estas probetas. Los estados de deformación son

en este orden: uniaxial (β = -0.4), deformación plana (β = -0.29) y biaxial (β = 1).

Figura 37: Probetas para los estados: uniaxial deformación plana y biaxial

La preparación consiste en la creación del patrón estocástico en blanco y negro. En la zona de

medición de la deformación se ha pintado un fondo blanco, resistente a las altas deformaciones

a las que va estar sujeta la chapa.

Figura 38: Pintura de fondo para el patrón

El patrón estocástico se crea con un fino rociado de aerosol de color negro mate sobre el fondo

blanco que previamente se ha secado. Según el nivel de deformación esperado, se deberá elegir

la intensidad del color negro sobre el blanco

Dirección de laminado


55

Figura 39: patrón estocástico sobre las probetas

El ensayo tipo Nakazima utiliza un punzón de diámetro 100mm que deforma el material (el

cual ha sido colocado entre la matriz y el prensa-chapa) al ascender. Este tiene un movimiento

ascendente y su velocidad ha sido establecida en 3.5mm/s

Figura 40: Punzón

A fin de reducir lo máximo el efecto del rozamiento entre el punzón y la chapa, se utiliza como

medio lubricante vaselina-teflón(PTFE)-vaselina. La probeta se coloca centrada en el

dispositivo de sujeción y cierre.

Punzón

Prensa-chapa


56

Figura 41: Probetas ensayadas

2.2.3 Mediciones con ARAMIS®

Las deformaciones medidas con el sistema ARAMIS® permiten determinar entre otros valores

las deformaciones principales en la fractura ε1f y ε2f en un instante muy cercano al de fractura.

La deformación ε3f se deduce por el criterio de conservación de volumen. Los puntos

representados como los de la Figura son los valores de deformación en secciones

perpendiculares a la fractura, separadas entre sí 2mm, sobre una longitud igual o mayor a 30mm

(Figura 42).

Figura 42: Medida de la deformación mayor en secciones


57

La sección central pasa por el punto de mayor reducción de espesor donde se inicia la fractura

(Figura ). Con la aplicación de la metodología ISO 12004-2:2008, se establecen los puntos de

estricción: ε1n, ε2n, y ε3n. Los valores mostrados en la Figura 44, son el promedio de los

resultados en cada sección.

Figura 43: Reducción máxima del espesor

Figura 44: Deformaciones principales para una sección

2.3 Determinación de deformaciones en fractura vía reducción del espesor

El procedimiento para encontrar los puntos en FFL se basa la medición de la reducción del

espesor tf en la zona de fractura. La deformación logarítmica se calcula teniendo en cuenta su

espesor inicial t0

ε1

ε2


58

0

3 lnt

t f

f

Considerando que la variación de la deformación menor después de la estricción es muy

próxima a cero, se estima que este valor es aproximadamente el que le corresponde en fractura,

es decir ε 2f ≈ ε 2n. Este principio se esquematiza en la ¡Error! No se encuentra el origen de la

referencia.

Figura 45: Estimación de deformación en la fractura

Por conservación de volumen ε1 + ε2 + ε3 = 0, para cualquier estado de deformaciones, se

determina finalmente el valor de ε1f con la ecuación

fnf 321

Este procedimiento se aplica tanto a las probetas en SPIF como las que han fallado en los

ensayos Nakazima.

2.3.1 Puntos de fractura en SPIF

Para seguir el procedimiento indicado en el punto 2.3, las probetas del SPIF se cortan por la

mitad, atravesando el punto donde es perceptible que se inició la fractura (Figura 46). El valor

de ε3, se determinan a partir de la medida de reducción del espesor en los cuatro bordes de la

grieta de cada lado formado al seccionar la probeta.


59

Figura 46: Bordes en la zona de fractura, lado A

Tras la realización de los ensayos con diámetro de herramienta de 6 mm, se procede a analizar

al microscopio las zonas de iniciación y de fin de crecimiento de la grieta para el caso de la

probeta número 28 [Δz=0.5 mm, φ=6 mm], para poder determinar con exactitud el

comportamiento del material en las cercanias de estas zonas.

Figura 47: Zona inicio y fin de crecimiento de grieta probeta nº28 cara-A

En la zona de iniciación de crecimiento de la grieta, puede observarse un necking incipiente,

además de una gran reducción de espesor con respecto a su valor inicial. Además, puede

comtemplarse una clara indentación de la herramienta en las últimas etapas de pasada.

A.2

A.1


60

En este caso, la fotografía de la cara–B2 se correspondería con la fotografía de la cara-A2, es

decir, con la zona de fractura. De igual forma, la fotografía de la cara–B1 se corresponde con la

zona de necking incipiente (fotografía de la cara–A1).

Figura 48: Zona inicio y fin de crecimiento de grieta probeta nº28 cara-B

A continuación, se procede a medir los espesores de la probeta en las zonas cercanas a la zona

de fallo, para así poder determinar los valores de los puntos de necking y fractura. Estos

espesores se medirán individualmente para cada borde como se muestra en la Figura 49.

Figura 49: Medida del espesor en una sección perpendicular


61

De los ensayos realizados con diámetro de herramienta de 6 mm, se analizaron también las

distintas evoluciones de las grietas antes las distintas condiciones de carga, obteniéndose así:

Figura 50: Evolución de las Grietas

Se puede observar que, conforme se va reduciendo el step down de la herramienta, se consigue

concentrar las deformaciones por niveles más próximos entre si (ya que la penetración por

pasada es menor), lo que permite una distribución de las deformaciones más uniforme,

progresiva y menos abrupta.

De esta forma, a mayor step down la rotura es más agresiva, con unas longitudes más cortas,

como se observa en las evoluciones de las grietas.

Con respecto a las evoluciones de las grietas, puede comprobarse que todas crecen en un mismo

sentido, a exepción de la probeta 27, cuyo crecimiento se desarrolla en sentido opuesto a las

demás. Eso es debido a que el instante en que se origina la grieta, y su posterior crecimiento, la

herramienta se encuentra en el siguiente nivel de profundidad de pasada que las demás,

creciendo por tanto la grieta en sentido opuesto.


62

El funcionamiento de la herramienta de ensayo se esquematiza en la Figura 51, para poder

entender más claramente el motivo de la evolución en sentido opuesto de la probeta 27:

Figura 51: Funcionamiento herramienta

En estos ensayos, el recorrido de la punta de la herramienta está programado manualmente en

código ISO e implementado en la máquina de ensayo. Es decir, el recorrido de la punta de la

herramienta es exactamente el mismo para todos los ensayos, variando únicamente el diámetro

de la herramienta utilizada. Debido a esto, la geometría final de las piezas ensayadas con

distintos diámetros no es la misma, produciendo mayores variaciones a medida que se aumenta

el diámetro.

A mayor diámetro de la herramienta de ensayo se obtendrá, en la cara exterior de la pieza

ensayada, un comportamiento más biaxial que con diámetros menores. De igual forma, para


63

ensayos con un mismo diámetro se observa que a mayor step down también se obtienen

comportamientos más proximos a equibiaxilidad

2.3.2 Puntos de fractura de los ensayos Nakazima

Tal como se hizo para los ensayos de SPIF, se deberán tomar mediciones al microscopio de los

espesores cercanos a las zonas de fallo de las probetas ensayadas en streching-bending, para

poder determinar así los puntos de necking y fractura y representarlos en las gráficas de las

evoluciones de las deformaciones.

Figura 52: Medición de espesores

El origen de crecimiento de la grieta se produce en la fotografía de la izquierda, observando una

zona de fractura con una estricción bastante acusada, la cual observarse más claramente en la

fotografía del lado derecho.

En comparación con los ensayos realizados en SPIF con un diámetro similar (6 mm), en strech-

bending observamos un menor efecto de la indentación de la herramienta durante el proceso de

conformado.


64

3 Conformabilidad en conformado

incremental mono-punto (SPIF)

3.1 Introducción

A continuación, se procede a representar los diagramas de conformado obtenidos de los

ensayos en SPIF y strech-bending, analizando además la influencia de la variación del diámetro

de punta de la herramienta de conformado y del paso de profundidad en el caso de incremental.

Se representarán las tendencias de evolución para ambos ensayos en función del diámetro de

herramienta utilizado y se representarán los puntos de necking y fractura obtenidos de las

mediciones de espesores de las probetas en las cercanías de las zonas de fallo de estas.

3.2 Deformaciones límite en SPIF

Tomando los resultados de los valores de las deformaciones calculados por ARGUS®, se puede

representar, en primer lugar, las gráficas de tendencia en función del step down para un mismo

valor, y finalmente la comparativa de las tendencias agrupadas por familias de diámetro:


65

Figura 53: Tendencia deformaciones con φ=6mm


Φ=6mm

Neckng Fractura

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

ε1

ε2

Φ=6mm Δz=0,5

Φ=6mm Δz=0,2

Φ=6mm Δz=0,5

Φ=6mm Δz=0,2

=1

FLC

=-1

FFL

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

ε1

ε2

Φ=10mm Δz=0.2

Φ=10mm Δz=0.5

Φ=10mm Δz=0.2

Φ=10mm Δz=0.5

=1=-1

FLC

FFL


66


Como puede observarse en las Figuras 53 a 55, para un mismo diámetro de herramienta, a

medida que se reduce el step down (de 0.5 a 0.2 mm/p), se obtienen unas deformaciones con un

nivel de ε2 ligeramente inferior y con mayor nivel de ε1, ya que al disminuir la penetración por

pasada se consigue una deformación más uniforme del material, al realizarse dicha deformación

más progresivamente (aunque esto no llega a ser un factor suficientemente significativo debido

a la proximidad de los resultados obtenidos). Si aumenta el step down, puede observarse una

mayor tendencia de comportamiento biaxial, en vez de un comportamiento próximo a

deformación plana, como es el caso de un Δz=0.2 mm/p. Este efecto puede observarse que se

potencia a medida que disminuimos el diámetro de la herramienta, como se puede verificar en

el caso de diámetro de 6mm.

Agrupando los valores de deformaciones por diámetros, sin tener en cuenta el step down

utilizado en el ensayo, se obtienen las siguientes líneas de tendencias:

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

ε1

ε2

Φ=20mm Δz=0,5

Φ=20mm Δz=0,2

Φ=20mm Δz=0,5

Φ=20mm Δz=0,2

=1=-1

FLC

FFL


67

Figura 56: Tendencia deformaciones por diámetros

Comparando los resultados obtenidos en los ensayos de herramienta con diámetro de 6mm con

los realizados con diámetros de herramienta mayores (φ=10mm, φ=20mm), puede comprobarse

que la reducción de éste tiende a concentrar las deformaciones en zonas mucho más localizadas,

exhibiéndose un comportamiento similar al de deformación plana, mientras que con diámetros

mayores se muestra un comportamiento más propio de deformación biaxial, lográndose unas

distribuciones mucho más uniformes a lo largo del material.

De esta forma, una vez se comparan los efectos del step down y del diámetro de la herramienta,

podemos concluir que el efecto del step down puede considerarse de segundo orden en

comparación con la diferencia de los valores de deformaciones recogidos debido al efecto de

reducción del diámetro de la herramienta, el cual si produce reducciones significativas de las

deformaciones a medida que éste disminuye.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

ε1

ε2

Φ=6mm

Φ=10mm

Φ=20mm

Φ=6mm

Φ=10mm

Φ=20mm

=1=-1

FLC

FFL


68

3.3 Deformaciones límite en Strech-bending

A continuación se procederá a analizar los resultados de deformaciones obtenidos mediante el

sistema de medición óptico ARAMIS para los ensayos de strech-bending con un diámetro de

herramienta de 5mm, comparándose además estas deformaciones con las obtenidas de las

probetas ensayadas con diámetros de herramienta de 10mm y 20mm, obteniendo así:

Figura 57: Deformaciones strech-bending varios diámetros

De la gráfica se puede comprobar cómo, a menor diámetro de la herramienta, se produce un

comportamiento más próximo a deformación plana, mientras a mayor diámetro, nos acercamos

a valores de comportamiento uniaxial. Esto se produce a valores de diámetro de la herramienta

pequeños, conjuntamente a una tendencia a la indentación de la herramienta, lo cual

proporciona unas evoluciones de deformaciones próximas a deformación plana, como ocurre en

el caso de diámetro de herramienta de 5mm. De esta manera, se puede comprobar cómo las

variaciones de deformaciones son mucho más acentuadas si comparamos con diámetros de

herramienta pequeños, por ejemplo: la pequeña diferencia de valores obtenidos entre los

ensayos realizados con diámetro de 10mm y 20mm y las mayores variaciones entre los ensayos

de diámetros de 10mm y 5mm.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

ε1

ε2

S-B Φ=20mm

S-B Φ=10mm

S-B Φ=5mm

=1=-1

FLC

FFL


69

3.4 Diagrama de límite de conformado

En lo que respecta a la comparación de los valores de deformación obtenidos en SPIF y strech-

bending, para unos mismos diámetros de herramienta y una vez obtenidos y representados los

puntos de necking y fractura, las gráficas (para un mismo diámetro de herramienta) se exponen

en las Figuras 58 a 60, para herramientas de diámetro 20, 10 y 6 mm respectivamente.

Figura 58: SPIF vs strech-bending diámetro de 6mm

Como se puede observar en las Figuras 58 a 60, los valores de deformación en SPIF para los

cuales se establecen los puntos de necking, corresponden a niveles de ε1 sensiblemente menores

de los obtenidos para los ensayos de strech-bending. En los ensayos de strech-bending,

podemos comprobar la temprana aparición de necking, mientras que en los ensayos de

incremental se consigue retrasar su aparición hasta valores de deformaciones mucho más

elevadas, por lo cual el periodo de transición entre el necking y la fractura se produce casi

inmediatamente, especialmente para los diámetros de herramienta más pequeños,

proporcionando unos valores de conformabilidad superiores.

A medida que se aumenta el radio de la herramienta, se puede observar cómo en los ensayos

realizados en SPIF y strech-bending proporcionan unos niveles de deformación de ε1 cada vez

más similares, obteniéndose así como de los niveles de deformación de ε1 de los puntos de

necking y fractura. Esto puede comprobarse en las Figuras 58 a 60.


70




71

Figura 61: Tendencias FFL varios diámetros

Una vez analizadas las Figuras 58 a 60, se podría obtener líneas de fractura para cada diámetro

lo que se representa en la Figura 61 como FFL La tendencia de dichas líneas de fractura para

diámetros concretos FFL tiende a disminuir su pendiente a medida que disminuye el diámetro,

e incluso llega a tomar valores de pendiente positiva como se comprueba en el caso de diámetro

de herramienta de 6mm. En otros trabajos de Atkins y coautores se expresa una evolución ideal

de la línea de fractura según la expresión siguiente:

1 2f f cte

Lo cual implica una pendiente teórica de “-1” de la línea de fractura FFL. En trabajos recientes

que tienen en cuenta la evolución del FFL se obtienen pendientes distintas a -1, como sucede

por ejemplo en el FFL obtenido en este trabajo a partir de ensayos Nakazima. Sin embargo, el

hecho de que la pendiente del FFL se haga cero o incluso positiva pone de manifiesto que

dichas líneas que unen los puntos de fractura para herramientas de igual diámetro divergen de la

evolución teórica del límite de fractura y no son en sí la línea límite de fractura del material

FFL, relacionada según los trabajos de Atkins con un límite energético propio del material.


72

4 Conclusiones y desarrollos futuros

4.1 Conclusiones

El presente trabajo analiza los límites de conformabilidad por SPIF de chapas de acero AISI

304 en determinadas condiciones de formación, para diámetros de herramienta de 6, 10 y 20

mm y unos pasos de profundidad de 0.2 y 0.5 mm/rev para cada uno de los diámetros. Los

diagrama de límites de conformado se han obtenido a partir de ensayos tipo Nakazima y

mediante la evaluación de las deformaciones con el sistema óptico ARAMIS®, además de

mediciones de reducción de espesor de la chapa en las zonas de fractura.

La conformabilidad se determinó mediante el uso del sistema digital de medición de

deformación 3D ARGUS®. Los resultados obtenidos permitieron cuantificar la mejora de la

conformabilidad debido al llamado efecto de flexión, inducida por el radio de la herramienta y

tomando como valores de diámetro de la herramienta 6, 10 y 20 mm. Por otra parte, el efecto

beneficioso en la capacidad de conformado obtenido por la disminución del paso Δz dentro de

un cierto rango, también ha sido constatado pero considerándose como efecto de segundo orden

en comparación con el efecto del diámetro de herramienta de conformado.

Se ha obtenido por último un diagrama límite de conformado (FLD) del material en el que se

representan las líneas experimentales de fractura (FFLs) para distintos niveles de flexión debido

al radio de punta de la herramienta, determinándose dichos FFLs para diámetros de punzón 20,

10 y 5-6 mm respectivamente, analizándose sus evoluciones en comparación con el FFL

convencional obtenido a partir de los ensayos Nakazima.


73

4.2 Desarrollos futuros

Se deberán llevar a cabo una serie de ensayos con espesores distintos, con el objetivo de

determinar el llamado “efecto de escala “y determinar hasta qué punto el espesor condiciona

los límites de conformabilidad de este material, así como el análisis de las deformaciones y sus

evoluciones en los procesos de SPIF y strech-bending en otro tipo de materiales, como pueden

ser las aleaciones de aluminio, ampliamente utilizadas en la industria aeronáutica.

Por otro lado, se deberían investigar y analizar diferentes metodologías de mallado de las

probetas, de captación de fotografías y posterior procesado con ARGUS para evitar los

problemas de mallado virtual surgidos con dicho programa, es decir, definir posibles

tratamientos para las probetas, el entorno adecuado para la toma de fotos (luminosidad,

distancia focal, balance de tonos…etc) , tratamiento de imagen de las fotografías obtenidas,

valores específicos de los parámetros de tamaño de elipses de ARGUS…etc, a fin de conseguir

un mayor contraste entre los puntos del mallado y el material. Esto contribuiría a reducir el

tiempo de trabajo necesario para analizar las probetas ensayadas, sobre todo en aquellas

probetas que exhiban elevadas deformaciones y donde se produzca una gran difuminación de

determinados puntos del mallado.

Por último se podría analizar la obtención de las líneas experimentales de fractura (FFLs) para

distintos niveles de flexión debido al radio de punta de la herramienta en otros materiales,

analizando si se produce la misma atenuación, o incluso inversión de la pendiente, en otros

materiales o para el mismo material y otros espesores de chapa.


74


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