D. Discretization Algorithm
1. Explore Gate Sizes Close to the Continuous Solution
3.1- Selección de las herramientas de conformación.
Según la bibliografía consultada generalmente la forma de la herramienta utilizada es de tipo cilíndrica con punta semiesférica, con diámetros que pueden variar según la geometría de la pieza a conformar. O sea, para piezas con radios pequeños se usan herramientas con radios pequeños y para piezas con superficies libres de detalles pequeños se pueden utilizar herramientas con mayor diámetro. Cuanto mayor es el diámetro de la herramienta mayor puede ser el incremento vertical durante el proceso de conformación, manteniéndose una calidad superficial aceptable y una reducción significativa del tiempo de conformación. En nuestro caso se utilizara una herramienta con forma cónica de punta semiesférica, con un diámetro de 18 mm. La cual tienen una influencia directa sobre varios parámetros en el proceso tales como el acabado superficial y la distribución de tensiones en la región que está siendo conformada.
La herramienta fue obtenida por un proceso de maquinado, cuya secuencia de maquinado se expresa en el anexo 1. Después de maquinada la herramienta se le realizó el tratamiento térmico en un horno, se empleó una afiladora para cortarle el moño tecnológico y por último un rectificado en la punta con el objetivo de dar un acabado que favorezca al proceso para mejorar su calidad superficial y aumentar la resistencia al desgaste. El material utilizado para la fabricación de la herramienta fue de acero AISI 4140. (Ver figura 3.1).
Tabla 3.1: Componentes del acero AISI 4140.
Carbono(C) Cromo(Cr) Silicio (Si) Magnesio (Mn) Molibdeno (Mo) Azufre (S) Fosforo (P) 0.38-0.43% 0.80-1.10% 0 .15-0.30% 0.75- 1% 0.15- 0.25% 0.04% 0.35%
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Figura 3.1: Herramienta de conformación obtenidas mediante el proceso de maquinado.
3.2- Máquina – herramienta empleada en el proceso.
Según la literatura consultada, para este proceso se utilizan máquinas – herramienta por control numérico lo cual no deja exento las máquinas – herramienta convencional. En nuestro caso se emplea una Fresadora CNC ZAYER 1700 AF 3V de mando programado la cual presenta movimiento en los tres ejes de coordenada. La misma se encuentra en la empresa EINPUD “1ro de mayo” en el taller de moldes y troqueles.
Fresadora CNC ZAYER 1700 AF3V:
• Eje X = 1320 mm • Eje Y =610 mm • Eje Z = 610 mm • Máxima rpm 1800
3.3- Dispositivo de fijación de la chapa a conformar.
Para este ensayo se utilizaron dos platillos circulares con los cuales sujetan la chapa entre los dos platos y de manera que sean prensados mediante tornillos, luego el dispositivo es fijado con bridas en la mesa de la fresadora CNC (Anexo 2). Este dispositivo desempeña diversos papeles durante el proceso de conformación. Es el responsable de la
33 fijación, posicionamiento en algunos casos y de la aplicación de las fuerzas de tracción de la chapa.
Figura 3.2: Dispositivo de fijación de la chapa.
3.4- Influencia de la velocidad de conformación en los valores de acabado superficial.
Materiales y métodos.
Para este ensayo fue utilizada una chapa de aluminio 3003 con un espesor de 0.55 mm y una composición como se muestra en la tabla 3.2. En estos procesos es necesaria la lubricación de la chapa para disminuir las fuerzas de fricción entre la punta de la herramienta y la chapa y disminuir la generación de calor. El lubricante utilizado en este ensayo fue aceite hidráulico. De los parámetros que influyen en el proceso de estampado incrementa por punto simple (EIPS), se decidió en este trabajo, ver la influencia de la velocidad de conformación en función de la acabado superficial obtenida, la misma relaciona dos factores que son la velocidad de rotación de la herramienta y el avance. Se mantuvo fijo el incremento vertical de la herramienta y la trayectoria de la herramienta.
Tabla 3.2: Componentes del Aluminio 3003.
Fe Cu Silicio (Si) Magnesio
(Mn) Zn Aluminio
0.7 0,05-0,20 0.6 1,0-1,15 0.10 El resto
- Primer ensayo: Variación de la velocidad de avance.
En este primer ensayo se analizará la velocidad de avance de la herramienta manteniendo el incremento vertical y la velocidad de rotación de dicha herramienta constante. Se tomaron dos valores de velocidad de avance (800mm/min; 1200 mm/min) manteniéndose
34 constante el incremento vertical (1mm) y la velocidad de rotación (1000 rpm). Los resultados medidos se presentan en el siguiente gráfico.
Figura 3.3: Influencia de la velocidad de avance vs acabado superficial.
Como se puede observar para un mismo diámetro de la herramienta de conformación, un incremento de la velocidad de avance afecta negativamente la calidad superficial de la pieza a conformar. Esto es provocado por el aumento de la fricción entre la herramienta y la chapa, lo que genera temperaturas mayores rompiendo la película de lubricante afectando la calidad superficial.
- Segundo ensayo: Variación de la velocidad de rotación.
En este ensayo, similar al anterior, se decidió analizar la variación de las RPM y su influencia en el acabado superficial fijando el incremento vertical y la velocidad de avance de la herramienta. Se tomaron dos valores de velocidad de rotación (1000 y 1500 rpm respectivamente) manteniéndose constante el incremento vertical (1mm) y la velocidad de avance (1200 mm/min). Los resultados medidos se presentan en el siguiente gráfico.
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Figura 3.4: Influencia de la velocidad de rotación vs rugosidad superficial.
Como se puede constatar, a diferencia del ensayo anterior, para un mismo diámetro de la herramienta de conformación, un incremento de la velocidad de rotación favorece la calidad superficial de la pieza a conformar.
Analizando los dos ensayos en conjunto se puede apreciar que ambos parámetros estudiados afectan el acabado superficial de la pieza, pero de forma diferente, por lo que se debe buscar un compromiso entre ambos para obtener piezas con la calidad adecuada.
3.5- Conclusiones parciales del Capítulo III.
- Un aumento de la velocidad de rotación trajo consigo un mejor acabado superficial de la superficie.
- Un aumento de la velocidad de avance influye negativamente en la calidad superficial de la pieza conformada.
- Se lograron obtener resultados aceptables que permitieron reflejar la aplicación de este proceso de EIPS en la empresa EINPUD “1ro de mayo”.
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Conclusiones generales.
1. Con respecto a otros procesos convencionales, el estampado incremental nos permite obtener mayores valores de conformabilidad del material ya que las fuerzas de conformación son menores debido a que solo se deforma plásticamente una pequeña zona de la pieza.
2. Entre los parámetros del proceso de estampado incremental por punto simple, la herramienta de conformar es la que presenta mayor influencia; su tamaño, forma, su velocidad, desplazamiento y el incremento vertical definen la conformabilidad, acabado superficial, limitaciones geométricas y tiempo de conformado del producto final.
3. Una adecuada lubricación de la superficie de contacto entre la herramienta y la chapa depende del tipo material y la temperatura de trabajo, favoreciendo el acabado superficial de la pieza.
4. Se presenta un modelo teórico para el cálculo de fuerza de conformado en función de las propiedades del material y las componentes de deformación.
5. El proceso de estampado incremental por punto simple es vialmente económico para la fabricación de lotes pequeños comparado con otros procesos de estampado convencional.
6. Es posible la introducción y aplicación del proceso de Estampado Incremental por Punto Simple (EIPS) en las condiciones del taller de moldes y troqueles de la Empresa EINPUD “1ro de mayo”.
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Recomendaciones.
1. Profundizar en los aspectos teóricos del parámetro “incremento vertical” para determinar su influencia en la conformabilidad del material.
2. Profundizar en los estudios sobre el fenómeno de fricción entre la herramienta y la chapa metálica.
3. Garantizar una mayor preparación técnica del personal para la realización del proceso EIPS en la Empresa EINPUD “1ro de mayo”.
4. Realizar estudios sobre la influencia de la trayectoria de la herramienta sobre la chapa metálica en el proceso, ya que esto no se ha tenido suficientemente en cuenta en la actualidad.
5. Simular el proceso EIPS variando los diferentes factores que influyen sobre el mismo y verificarlo con casos reales.
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Anexos. Anexo 1:
Para la herramienta de Ø 18 mm en la punta: A. Colocar al plato, centrar y fijar.
1. Refrentar a una longitud de 259 mm.
2. Cilindrar en desbaste desde Ø 50 mm hasta Ø 46 mm a una longitud de 150 mm. 3. Cilindrar en desbaste desde Ø 46 mm hasta Ø 41 mm a una longitud de 130 mm. 4. Cilindrar en desbaste desde Ø 41 mm hasta Ø 33 mm a una longitud de 113 mm. 5. Cilindrar en desbaste desde Ø 35 mm hasta Ø 21 mm a una longitud de 71 mm. 6. Perfilar cono en desbaste.
B. Invertir, colocar al plato, centrar y fijar. 7. Refrentar a dar longitud final de 257 mm.
8. Cilindrar en desbaste desde Ø 50 mm hasta Ø 32 mm a una longitud de 110 mm. 9. Perfilar cono en desbaste.
10. Perfilar cono en acabado. 11. Taladrar agujero de Ø 20 mm. 12. Perfilar rosca interior.
C) Invertir, colocar al plato, centrar y fijar. 13. Cilindrar en acabado en Ø 20 mm. 14. Cilindrar en acabado en Ø 32 mm. 15. Cilindrar en acabado en Ø 40 mm. 16. Cilindrar en acabado en Ø 45 mm. 17. Perfilar cono en acabado.
Anexo 2:
Anexo 3:
Figura a.2: Herramienta fabricada para el proceso.