2.1-Selección de un caso de estudio
Para el caso que se desea estudiar se eligió como figura geométrica un cono truncado, esta es una figura geométrica sencilla la cual permite, según la literatura, estudiar los parámetros tecnológicos del proceso de estampado incremental por punto simple. Las dimensiones de la misma son: diámetro 62 mm, una profundidad de 6mm, un ángulo de 45o y un espesor de 0,55 mm. Ver figura 2.1
Figura 2.1: Cono truncado.
Estrategias para la generación de la trayectoria de la herramienta para el EI.
Existen varias alternativas disponibles para describir dicha trayectoria. Estas son: - Trayectoria de la herramienta en espiral.
En este método se obtiene un mejor acabado superficial de la pieza ya que disminuyen las rugosidades superficiales y se eliminan las marcas de la herramienta dejadas sobre la superficie del producto. La figura 2.2 muestra la trayectoria de la herramienta.
26 - Generación de la trayectoria por el contorno de la chapa de afuera hacia adentro. Esta técnica es la más utilizada pero tiene la desventaja de que deja huellas en los puntos de transición entre las diferentes secciones conformadas y crea además crestas en la superficie. La calidad superficial depende del radio de la herramienta, del incremento del paso, del ángulo de inclinación, del sistema de lubricación y de la velocidad del husillo. [12, 26, 27]
Para la programación de esta trayectoria es definido un plano llano sobre la chapa de metal antes de comenzar a conformarla, definido como plano x - y; ver figura 2.3.
Figura 2.3: Plano x – y definido para la programación de la trayectoria de la herramienta. [12]
- Utilización de las tecnologías CAD/CAM para el estampado incremental.
La programación CAD/CAM es un sistema tecnológico que permite el diseño y la elaboración de prótesis por ordenador. Mediante esta tecnología digital estamos en condiciones de diseñar y fabricar rehabilitaciones extremadamente precisas y de la más alta calidad con la utilización de los procesos de estampado incremental de chapas. Estas características nos permiten reducir enormemente el margen de error humano para conseguir porcentajes de éxito todavía más altos en los tratamientos que requieren piezas artificiales.
2.2 - Factores tecnológicos críticos que deciden sobre el proceso de estampado incremental para el caso de estudio.
Los factores tecnológicos críticos que deciden sobre el proceso de estampado incremental para el caso de estudio son la velocidad (rpm), incremento vertical, diámetro de la herramienta y trayectoria de la herramienta, que no por ser los más esenciales son los únicos que intervienen en el proceso.
Velocidad de rotación (RPM): La velocidad a la cual la herramienta está girando depende de factores como la calidad, tipo de herramienta, la dureza y maquinabilidad del material, se ha establecido como punto de partida para pruebas experimentales valores promedio de 3.000
27 rpm para ambos materiales (aluminio y acero), puesto que se recomienda trabajar con valores no mayores a 4.000 r pm.[28]
Avance: Es la velocidad relativa que se da entre la herramienta y la pieza. Luego de que la herramienta finaliza un primer recorrido, realiza un incremento entre plano y plano. Si ese incremento es pequeño no existirá mayor distancia entre planos y la figura podrá ser más detallada y pulida. Generalmente se especifica en mm/min, y se ha trabajado con valores de 2.000-3.500-5.000 mm/min, tanto para el aluminio como para el acero.[28]
Incremento vertical: La profundidad de corte o profundidad de pasada (p) es la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la herramienta; en otras palabras, es el incremento que se da en el eje z y determina la profundidad de la pieza luego de varios y progresivos incrementos. Habitualmente se expresa en milímetros (mm). Se ha trabajado en pruebas experimentales con profundidades entre 0,2-0,6 mm para el acero y 0,5-1 mm para el aluminio (Ver Figura 2.4).
Figura 2.4 Calidad superficial obtenida
Diámetro de herramienta: Se recomienda que el diámetro de la herramienta sea hasta 10 veces mayor que el espesor de la lámina metálica pero dependiendo de la geometría de la pieza y de los ángulos que tiene la misma, se puede trabajar con diámetros de herramientas menores.[28]
Ángulo de formabilidad: Es una característica muy importante en el proceso; el ángulo de formación estará determinado por la geometría de la pieza (Fig.2.5), el mayor ángulo de diseño, debe ser menor que el parámetro del material definido por el máx. , se ha trabajado con ángulos no mayores a los 70°, ya que según experiencia en procesos de deformación dieless-SPIF se han presentado rupturas de material en ángulos de formabilidad cercanos a los 90°, por ello la formación de ángulos semirrectos está limitada por las estrategias de manufactura a varias etapas de formación.[29]
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Figura 2.5: Ángulo de conformación.
Recorrido de herramienta (Tool-path): Es un factor muy importante ya que con este se determina el resultado final de la pieza. Este recorrido se basa en dividir un número n de planos que serán recorridos por la herramienta de trabajo con una profundidad específica, cada vez que termine su recorrido anterior. En esta etapa se define la entrada, las trayectorias que realizará la herramienta en los tres ejes de posicionamiento y la salida, al finalizar la manufactura de la pieza. [29]
2.3-Limitaciones del proceso relacionadas con la geometría de las piezas.
El EIPS es un método satisfactorio para la producción de formas complejas tridimensionales. La geometría del producto puede ser bastante libre, pero existen algunas limitaciones en función del espesor de la chapa y el equipamiento utilizado. El tamaño de la herramienta (diámetro) define los radios de redondeos mínimos, los cuales están dados por la mitad del diámetro de la herramienta. El tamaño de la herramienta depende del espesor de la chapa, ya que herramientas pequeñas y delgadas no son lo suficientemente fuertes para las fuerzas de conformación requeridas en chapas gruesas. La herramienta conforma solamente en la dirección Z. Esto hace imposible la conformación de manera libre de ángulos interiores. El ángulo de la pared de la chapa es limitado por el espesor, una mayor curvatura o ángulo de la pared de la chapa conlleva a un mayor espesor de la misma como se muestra en la figura 2.5. La conformabilidad del material también afecta el ángulo mínimo de la pared de la chapa. Ensayos de conformabilidad realizados por algunos investigadores han dado como resultado que el ángulo mínimo de la pared para chapas de acero es aproximadamente de 25º, para el aluminio puro de 20º y para el aluminio con tratamiento térmico de 30 - 35º. [13]
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2.4- Factores que influyen en la precisión de las piezas.
Varios parámetros afectan al proceso de estampado incremental con punto simple tal como se ha planteado anteriormente y, por tanto, desempeñan un papel importante en la precisión de las piezas a obtener. Se deberán resaltar entre ellos los parámetros del proceso (el diámetro de la herramienta, la profundidad entre los pasos, velocidad de rotación de la herramienta y el uso de lubricante), parámetros del material (endurecimiento por deformación, la anisotropía normal) y los parámetros relacionados con el diseño de la pieza a ser fabricadas (el espesor de la chapa, la geometría) [12]. Es bastante obvio que las modificaciones en el proceso de diseño se relacionan principalmente con la elección de los parámetros del proceso, mientras que la parte material y la geometría en general, no se puede modificar. Como consecuencia, la selección de los parámetros del proceso se deriva del mejor equilibrio entre las diferentes limitaciones. Las consideraciones anteriores destacan la cuestión de la idoneidad para el SPIF. En realidad, además del alto tiempo de procesamiento, el SPIF es hoy limitado por la falta de conocimientos disponibles que lo hace apto sólo para determinadas aplicaciones industriales, donde la satisfacción de una necesidad muy personalizada puede justificar las actividades de investigación necesarias para el proceso de puesta en marcha [30 y 31].
-Limitaciones de las piezas en relación a las variaciones del espesor.
Así como en otros procesos de conformado (forja, estampado convencional), existen valores máximos de ángulos que definen ciertas regiones de la pieza de trabajo, a fin de que sea posible su fabricación. Si se supera este valor, se vuelve muy frecuente una rotura o en el mínimo de los casos, una disminución drástica del espesor de la chapa, causando una baja resistencia mecánica localizada. [22]
El ángulo máximo de estampado λ está determinado por la relación entre el espesor de la chapa y su ángulo de conformación ψ, dado por la ecuación:
T1=T0 * sen (Ψ) Donde:
T0 - es el espesor original de la chapa.
T1- es el espesor final de la chapa en un determinado tiempo del proceso de conformación.
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- Limitaciones del proceso en relación a los materiales.
Existen varios materiales utilizados en el proceso de estampado incremental por sus propiedades de conformabilidad, pero en la mayoría de los casos el aluminio es el material más utilizado [3]. En general posee un límite de fluencia no tan pronunciado como la mayoría de los aceros (el límite de fluencia del aluminio puro es de aproximadamente 12,7 MPa). En el caso del acero dulce (que contiene menos de 0,06% de carbono cuya estructura es esencialmente ferrítica), la presencia del nivel de fluencia permite una fácil identificación de tensión de fluencia. Para el aluminio, esta tensión es identificada gracias a una deformación específica residual convencional de 0,2 % como puede ser observado en la siguiente (fig 2.6).
Figura 2.6: Curvas de tensión por deformación para acero y aluminio [22]
2.5 – Conclusiones Parciales del Capítulo II.
La utilización de este proceso nos permite lograr una mayor relación de embutición con respecto a otros procesos de deformación de chapas.
No existe un consenso entre los investigadores con respecto a la fluencia del incremento vertical sobre la conformabilidad del material.
Variando la inclinación de la chapa a lo largo de la profundidad se logra una mayor capacidad de estampado que si se utiliza una inclinación constante.
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Capítulo III: Ensayos experimentales del proceso de estampado incremental con