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DEFORMTM Aplicación #253

Simulación de Corte Fino (Fine Blanking) Antecedentes Para permanecer competitivos los fabricantes se deben esforzar producir componentes de alta calidad y a un costo más bajo. El uso de sistemas que emplean el método de elementos finitos (FEM) para el desarrollo y diseño e productos ha ido en aumento, especialmente para investigar y optimizar un producto o proceso. Es posible reducir los plazos para obtener nuevos componentes por medio del uso de sistemas de elementos finitos. Cuando se aplica al conformado de metales, el FEM es una herramienta útil. Muchas compañías líderes tienen casi dos décadas de experiencia con aplicaciones industriales. Se ha demostrado su éxito en la predicción del flujo de material, defectos de formado, requerimientos de carga y tensiones en las herramientas. En lo que se refiere al recorte de siluetas y el punzonado las aplicaciones son menos maduras. Hasta recientemente no era práctico incluir la predicción de fractura dúctil en una herramienta de simulación capaz de analizar deformaciones plásticas grandes. Problema: El recorte de silueta y el punzonado son operaciones de corte. Esto implica deformaciones elásticas y plásticas, así como la fractura dúctil del material. El material es tensionado entre dos filos de corte y ocurre la fractura desde la iniciación de poros, crecimiento y fusión subsecuente de agujeros. El proceso se lleva a cabo a través del espesor del material con la deformación localizada en una banda de corte. Debido a las grandes deformaciones implicadas se requiere de un programa de FEM especializado en

conformado de metales aplicaciones prácticas.

para

Después del proceso, el objeto a sido dividido en objetos discretos, como se muestra.

La modelación bidimensional (2D) axisimétrica o de deformaciones planas es razonable para un amplio rango de láminas, placas, discos o arandelas. Claro que para obtener una solución exacta, la malla debe ser fina en la región donde ocurre la fractura. En áreas alejadas de la región de la fractura, los elementos pueden ser relativamente bastos para reducir el tiempo de simulación.

El Comportamiento de material puede ser modelado de distintas maneras, que van desde la ecuación exponencial hasta el uso de valores experimentales para el esfuerzo de fluencia. Se han llevado a cabo estudios de la simulación de recorte en AISI-1045 fierro [1], aceros laminados en frio [2], SAE 1137 [3] y SAE 1524 [3]. Las propiedades adicionales de material que se requieren son un criterio de fractura dúctil y un valor de daño crítico asociado (CDV). Varios modelos de fractura dúctil están implementados en el sistema DEFROM y se pueden revisar en [1]. Algunos modelos de daño se muestran a continuación.

Simulación:

Cockcroft &Latham:

Una configuración de pieza de trabajo/dado típico al principio de una simulación de recorte se muestra. Observa el gradiente de. tamaño de los elementos . Para propósitos prácticos, una simulación de recorte puede incluir un gran rango de tamaños de elementos, con razones de tamaño tan altas como 25:1 o 100:1.

Rice &Tracy:

Oyane:

Estos criterios han sido usados en un gran rango de estudios de fractura y están bien documentados en la literatura. El criterio de McClintock también ha sido usado, con el valor crítico de daño calculado a partir de los datos de esfuerzo deformación.. Esta expresión es aun más compleja loa anteriores. El CDV de los materiales se puede establecer a través de la simulación de la fractura a través de pruebas simples de tensión o comprensión y correlacionando la predicción del daño con la iniciación de grieta en un experimento. Resultados: Se corrieron dos simulaciones para estudiar el proceso con o sin el uso de un botador de resortes (pisador de silueta). El botador presiona el material hacia abajo contra la matriz. Sin el botador, la parte estaba libre para flexionarse y alejarse del dado. Esta diferencia influencia el comportamiento de fractura durante la deformación y la forma final de la orilla de corte.

Conclusion: Conclusion El sistema de DEFORM es capaz de simular los procesos de recorte de silueta y punzonado. punzonado Estas capacidades están incluidas en el sistema y no requieren de programación adicional. adicional Para aplicaciones de investigación e es posible desarrollar diferentes modelos de daño e implementarlos en DEFORM™ por medio de subrutinas de usuario. Mientras que la determinación del CDV de los materiales se está est convirtiendo en algo común, aun requiere un buen entendimiento de los procesos. Por otra lado, los métodos usados son muy simples y directos. directos Referencia:

Operación con botador (pisador)

Operación sin botador (pisador (pisador)

Conforme el daño se excede el CDV del material, la fractura inicia y se propaga por el espesor. Los elementos finitos describe con precisión el perfil resultante para superficie de la fractura. Al variar la holgura entre punzón y matriz, la superficie de la a fractura cambia de perfil y la zona de corte aumenta o disminuye. Una correlación excelente entre la simulación y el experimento a sido publicado [2].

1. Kim, Yamanaka & Altan, Prediction and Elimination of Ductile Fracture In Cold Forgings Using FEM Simulations. 2. Taupin, Breitling, Wu & Altan, Material Fracture and Burr Formation in Blanking – Results of FEM Simulations and Comparisons with Experiments. 3. Hoffmann, Santiago-Vega Santiago & Vazquez, Prevention of Ductile Fracture in Forward Extrusion. 4. Cockcroft & Latham, Ductility and The Workability of Metals.

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La parte teórica del la orilla después del ocultado y secciones cruzados que corresponde experimentalmente, mostrando la superficie mostrada