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La Ciencia del Formado
Por: STUART KEELER
Velocidad de formado y Formabilidad—Parte 2
os antecedentes relativos a la
sensibilidad en la velocidad de
deformación (descrita por el valor
m) y sobre como afecta la elongación
local fue presentada en la columna
anterior. Un valor positivo de m
produce mayor resistencia en la placa
metálica a medida que aumenta la
velocidad de deformación. En
contraste, un valor negativo de m es
disminuye la resistencia a medida que
aumenta la velocidad de deformación.
Loa aceros bajos en carbón de uso
común en el taller de prensas tienen un
valor m positivo. Además, el trabajo de
investigación sobre estos aceros realizado
por D. Chatfield y R. Rote en el
documento SAE 740177 (1974) de la
Investigación Nacional del Acero
(National Steel Research) mostró que los
valores n y m son proporcionales. En la
medida en que la fuerza original del
acero aumentaba, ambos valores – n y
m- disminuían. Por ende, la mayoría de
los especialistas en conformados
simplemente ignoraban el valor m y se
enfocaban solo en el valor n. Si usted
solo se dedica al conformado de placa de
acero baja en carbón, este método no
debe representarle mayor problema.
Las propiedades mecánicas le
presentan una idea sobre si una placa
metálica tiene un valor de n positivo o
negativo. Un valor m positivo extiende la
elongación post uniforme, la cuál es una
superficie relativamente plana sujeta a
un esfuerzo superior al punto máximo
de carga. La elongación totales mucho
mayor que la elongación uniforme. Por
ejemplo, en la Fig. 1, un acero para
embutidos con aleación de aluminio
(Aluminum Killed Draw Quality Steel,
AKDQ) tiene un valor m de +0.012 m,
un valor n de +0.23, un 25 por ciento de
elongación uniforme y un 42 por ciento
de elongación total. Un acero de alta
resistencia de baja aleación tiene un valor
m de +0.005 m, un valor n de +0.16, un
L
Durante toda su carrera de cinco
décadas, Stuart Keeler se ha dedicado
a llevar la ciencia al taller de prensas.
Algunos de sus grandes logros incluyen
su descubrimiento de los Diagramas de
Límite de Formado (FLD) y el desarrollo
del análisis de retícula circular (Circle
Grid Analysis). Como un
reconocimiento a su exitosa aplicación
de la ciencia en el formado de placa
metálica, fue electo Miembro de la
American Society of Metals en 1979 y
Miembro de la Sociedad de Ingenieros
Automotrices (SAE) en 1990. En 1992,
Stuart recibió el prestigiado premio
William Hunt Eisenman que le fue
otorgado por la ASM International por
sus aplicaciones prácticas en la ciencia
de materiales. Aunque se encuentra
“oficialmente” retirado, el Sr. Stuart se
mantiene en actividad dentro de la
comunidad mundial de formado en
placa metálica.
Keeler Technologies LLC
P.O. Box 283
Grosse Ile, MI 48138
Fax: 734/671-2271
E-mail: [email protected]
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METALFORMING / Enero 2007
17 por ciento de elongación uniforme y
un 24 por ciento de elongación total. El
beneficio clave de un valor m positivo –
al igual que el valor n – es la habilidad
para minimizar la altura del gradiente de
deformación ante la presencia de un
gradiente de esfuerzos.
Muchos aluminios de formado alto
muestran el efecto opuesto debido a
que sus valores de m con frecuencia
son negativos. El flujo de esfuerzos
disminuye a medida que aumenta la
velocidad de deformación. El aluminio
2036-T4 en la Figura 1 tiene un valor
m de -0.005, un valor n de 0.20, un 19
por ciento de elongación uniforme y
un 21 por ciento de elongación total.
Las aleaciones de aluminio con un
valor m negativo muestran una grande
e inmediata caída del esfuerzo en
carga máxima. A diferencia del acero,
las elongaciones uniforme y total son
casi iguales para una elongación post
uniforme cercana a cero.
Otra diferencia entre el acero y el
aluminio es el diagrama de límite de
formado (Forming-Limit Diagram,
FLD), que se muestra en la Figura 2. La
mayoría de los aluminios de formado
alto tienen un FLD de aproximadamente
60 por ciento al de su equivalente en
acero. Carecen del valor m necesario
para demorar el cuello que precede a la
falla. Por ende, el diseño de la pieza y del
herramental para estirar el aluminio
debe compensar por los dos factores
relativos a la fuerza equivalente del
acero - elasticidad reducida permisible
según lo especificado por la FLD y, un
aumento en la altura del gradiente de
deformación y de su correspondiente
deformación pico superior. Por tal
motivo, los fabricantes de aluminio
deben emplear técnicas significativas de
proceso para re distribuir la deformación
y minimizar los gradientes de
deformación.
Un objetivo que es obvio para los
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La Ciencia del Formado
El Esfuerzo mayor (por ciento)
75
Enfasis de ingeniería, Ksi
100
HSLA Acero
n = 0.16
m = 0.005
60
80
70-30 Bronce
n = 0.46
m=0
2036-T4 Aluminio
n = 0.20
m = –0.005
A-K Acero
n = 0.23
m = 0.012
60
45
40
30
AKDQ Acero
n = 0.23
m = 0.012
20
2036–T4 Aluminio
n' = 0.20
m = -0.005
15
–20
0
20
40
El Esfuerzo secundario (por ciento)
0
0
10
20
30
Esfuerzo de ingeniería, in./in.
40
50
Fig. 1—Ejemplos de curvas de esfuerzo–deformación realzan la
importancia de ambos valores m y n en la obtención de valores altos de
elongación uniforme (indicado por la flecha apuntando hacia abajo) y la
elongación total.
60
Fig. 2—Ejemplos de una curva limite de
formado para acero y aluminio muestran la
reducida cantidad permisible de estiramiento
para el aluminio.
Propiedades de la Aleación de Aluminio 5083-0
productores de aluminio, sería el de
aumentar el valor m desde un valor
negativo hasta el de un valor positivo.
Un investigación importante realizada
por R. Ayers et al de GM Research en
el documento SAE No. 780180 (1978)
sugirió que el conformado con
temperatura de ciertas aleaciones de
aluminio mejoraría la formabilidad
sustancialmente, logrando en
consecuencia, un exitoso conformado
de estampados a temperaturas
elevadas, lo cuál no podría lograrse a
temperatura ambiente.
Recientemente, el efecto del valor m
ha sido bien documentado en el
excelente documento 2005 SAE No.
2005-01-1388 hecho por Paul Krajewski
de GM R&D and Planning. Sus
experimentos mostraron que las mejores
aleaciones que responden al conformado
con temperatura son las de la serie 5xxx.
Los datos de uno de los aluminios con
grado/templado que se muestran en la
tabla, capturan el efecto total.
Aumentar la temperatura del
formado con temperatura aumenta el
valor m, el cuál a su vez aumenta la
elongación total del aluminio. El
aumento principal en la elongación total
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METALFORMING / Enero 2007
Temperatura de Prueba, ºC
Valor m
Elongación Total, %
25
-0.02
25
150
+0.07
60
200
+0.08
90
250
+0.11
145
se puede atribuir al aumento en la
elongación post uniforme. Para
estampados muy difíciles, los
conformadores de aluminio deben ahora
evaluar el balance económico entre el
costo del material/proceso y el aumento
en la formabilidad. Al menos ahora ya
cuentan con una opción bien entendida.
Un bronce 70-30 (Figura 1) tiene un
valor m de cero y un valor n promedio
de 0.46. la elongación post uniforme es
de solo 3 por ciento. A pesar de su muy
alto valor n, la elongación total es de solo
53 por ciento. Al comparar los valores
del bronce con los del acero AKDQ
mencionado antes, el valor n en el
bronce es el doble que el del acero pero
la elongación total es solo del 53 por
ciento en comparación con el 42 por
ciento del acero debido al valor cero de
m. si los investigadores pudiesen
encontrar una forma de aumentar el
valor m en el bronce 70/30, la
formabilidad de este bronce aumentaría
dramáticamente.
El efecto del valor m y su
correspondiente elongación post
uniforme pueden verse y medirse en
una prueba de tensión. En un
estampado, esto se traduce en la
habilidad de una placa metálica para
prevenir gradientes de deformación
altamente localizados y de
adelgazamiento que causan fallas en los
estampados en profundidades de diseño
bajo. Los valores de m son pequeños,
pero juegan un papel mayor cuando se
comparan las capacidades de diferentes
aleaciones de metal para el conformado
de estampados sujetos a dobleces o
estiramientos severos.
Desafortunadamente, su importancia
no es ampliamente conocida o
MF
utilizada.
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