DESARROLLO EN LA OPTIMIZACION EN EL PROCESO DE FORJADO

INDICE

I. INTRODUCCIÓN 3

II. MARCO TEÓRICO 5

III. METODO PARA LA OPTIMIZACIÓN 6

IV. RESULTADOS 8

V. CONCLUSIONES 10

I. INTRODUCCIÓN

Los procesos de conformado por deformación plástica (PCDP) representan en

la actualidad la mejor opción para elaborar piezas dotadas de la gran variedad de formas y tamaños exigidos por la industria, con la ventaja adicional de la consecución de la mejora de las propiedades mecánicas y el refinamiento de la estructura del material a conformar.

El conformado de piezas por deformación plástica es una de las grandes familias de procesos empleadas para fabricar productos metálicos. Sin embargo, el conformado plástico es quizás el más antiguo y el que ha soportado un mayor desarrollo. Desde los inicios, en los que se trabajaban materiales como el oro y el cobre mediante martillado alrededor del 8000 a.C. hasta nuestros días, la evolución en el número de procedimientos para conformar el metal, y el profundo conocimiento de los mismos, ha llevado a este tipo de conformación de materiales a ser uno de los más extendidos en la industria.

De entre los procesos de conformado por deformación plástica se pueden distinguir entre otros, aquellos que logran la deformación del material a partir de esfuerzos de compresión directa. Dentro de este grupo, el proceso de forja será el que constituya la base de aplicación del método desarrollado en la presente tesis.

Los procesos de forja pueden ser comprendidos con la ayuda de una serie de acercamientos teóricos. La teoría de la plasticidad provee usualmente de una serie de relaciones con las que determinar la fluencia del material, a la vez que proporciona una estimación de las fuerzas y de la energía necesarias para lograr tal deformación. Para estimar de una forma suficientemente precisa los citados requerimientos de fuerzas y energía es fundamental una selección correcta del coeficiente de rozamiento presente en el proceso de deformación.

En procesos de conformado plástico de metales como son los de forja, un elemento simple es deformado plásticamente entre dos matrices hasta obtener la configuración final deseada. Este tipo de conformado es clasificado usualmente en dos categorías: por un lado aquellas operaciones que deforman piezas masivas, y por otro las que se denominan como conformado de chapa para formas de espesor reducido. En ambos tipos de procesos, las superficies del metal y las herramientas están en contacto, teniendo el rozamiento existente entre ellos una influencia capital en la fluencia del material [Semiatin, 1988].

Usualmente, la deformación se realiza a temperatura elevada, lo que proporciona dos ventajas adicionales. Por un lado, el material, que en la presente tesis se aplicará a los metales y con la inicial idealización de comportamiento rígidoplástico perfecto, modifica su estructura produciéndose un ablandamiento del mismo, por lo que la fuerza requerida para la deformación será menor. Por otra parte, la recristalización del material se realiza a una mayor velocidad.

Entre las décadas de los años 60 y 90 del siglo pasado, la formulación de sofisticados análisis matemáticos ha permitido el desarrollo de modelos de comportamiento de los diferentes procesos de deformación, con lo cual se han alcanzado productos de alta calidad a la par de incrementar la eficiencia en esta tipología de industria mecánica.

Los modelos teóricos son tradicionalmente encuadrados en dos grandes familias, la de los métodos numéricos por una parte, y la formada por los métodos analíticos por otra. De entre los modelos que pertenecen a este segundo grupo, el método definido como teoría de campos de deslizamiento, es aplicado frecuentemente para obtener información del estado de esfuerzos que origina la deformación a partir del establecimiento de unos campos de fluencia del material definidos previamente en base a la experiencia. Hasta la fecha, y debido a la tradicional complejidad en la determinación de estos campos de velocidades se ha extendido el uso, para modelizar la deformación, de métodos numéricos basados, entre otros, en el empleo de elementos finitos.

La simplificación de estos campos posibilita la implantación de el método analítico de análisis límite, y en especial en el de el límite superior, en el que se asume un campo de velocidades compatible cinematicamente sin consideración del estado de esfuerzos.

En general, los métodos teóricos utilizados para predecir fuerzas y otras variables se basan en ciertas hipótesis simplificadoras (condiciones ideales) que desvían en cierto grado la resolución de un problema real. Sin embargo, en cuanto la pieza adquiere cierta complejidad, los métodos fallan. Por este motivo, normalmente los valores calculados presentan notables discrepancias con los medidos de forma experimental. Un motivo de esta variación es el relacionado con el gradiente de la temperatura de trabajo desarrollado durante el proceso de deformación.

Por lo tanto, aunque a partir de estas consideraciones, se pueda establecer que el conformado por deformación plástica tiene una importancia radical en la industria, el grado de desarrollo de ciertos métodos analíticos teóricos no ha ido en concordancia con el nivel de operatividad exigido en la fabricación.

Como ha sido mencionado con anterioridad, dentro del conjunto de los PCDP, la línea de actuación a seguir por la presente tesis se centrará en aquellos en los que por parte del material se establece un flujo de tipo no estacionario, es decir, aquellos en los que la zona de contacto herramienta-pieza varía en función del tiempo de ejecución del proceso, y de ellos, la forja.

II. MARCO TEÓRICO

La forja, al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión.

Este proceso de fabricación se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes: por presión, de forma continua utilizando prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizando martillos pilones.

Hay que destacar que es un proceso de conformado de metales en

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