Procesos de hidro-conformado (hidroforming). Actualidad y perspectivas (página 2)

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A continuación se puede ver una breve muestra del
proceso de
hidroconformado de una botella:

Fig. 1

Otra de las aplicaciones es el hidroconformado de chapa.
Uno de los métodos es
el de membrana. Este método
está centrado en la deformación de placas simples o
dobles usando para ello un medio fluido. La ventaja de usar
membranas es que el sellado que debemos realizar para que no se
escape el fluido es relativamente sencillo. Realmente no hay
necesidad de sellar el borde de la pieza contra la parte
presurizada. Además la fuerza de
cierre es fácil de controlar.

Una gran ventaja de estos métodos es la
flexibilidad en cuanto al cambio de
herramientas
que se produce rápidamente y permiten realizar la
embutición, el recorte y el calibrado (proceso de
hidroconformado sin un considerable flujo axial de material) en
un solo paso.

El hidroconformado también es una excelente
técnica de fabricación para construcciones ligeras
(aluminio,
aleaciones de
magnesio,..). Estos materiales
tienen normalmente unas capacidades de conformabilidad menores
que las que poseen los aceros, pero el proceso de hidroconformado
ofrece una oportunidad única de influenciar y controlar
las tensiones, deformaciones y la temperatura en
la pieza para incrementar los límites de
conformabilidad.

Las siguientes fotografías se corresponden con el
proceso de hidroconformado de chapa, donde la primera fotografía
corresponde al mallado de la matriz junto
con la chapa:

Fig. 2

Desarrollo

Aspectos del proceso

Un proceso básico para el hidro-conformado de
tubos (Fig. 3) se puede describir de esta manera: (1) tubos
rectos o pre-deformados se introducen primero en la matriz, (2)
luego la matriz se cierra por un proceso hidráulico que
puede conformar de manera mecánica el tubo durante el cierre; los
punzones de sellado cierran las extremidades del tubo y se inicia
el llenado. Durante el conformado, el material se expande por el
incremento de presión
del liquido que se realiza conjuntamente con el avance simultaneo
de los punzones de sellado. El material fluye hacia el interior
de las zonas de conformado y da la configuración final de
la pieza (3).

Un proceso típico de hidro-conformado
mecánico (Fig. 4) se puede describir como sigue: (1) la
chapa no deformada se sitúa en la matriz conjuntamente con
la lámina y se cierra la prensa, (2) se
aplica una presión inicial de pre-conformado para colocar
bien la chapa, (3) el punzón se mueve en dirección contraria a la presión
para deformar la chapa durante la primera etapa de conformado,
(4) la chapa se retira de la prensa y se le aplica un tratamiento
térmico para quitar las tensiones mecánicas del
material, (5) la segunda etapa del proceso produce la forma final
de la pieza.

Fig. 3

Fig. 4

Principales problemas

Los problemas se
representan en el mapa "Safety zones" (Fig. 1): demasiada
presión provoca rotura, tal y como indican las zonas en
azul oscuro (4), mientras que el avance excesivo de los punzones
induce a la aparición de arrugas (5).

Uso de la
modelación y simulación
en la mejora del proceso.

Sin embargo se trata de procesos
complejos, siendo ésta una de las razones por las cuales
la simulación es esencial en este sector. En el
hidro-conformado de tubos una definición correcta de la
forma pre-deformada es vital. Otro aspecto crítico viene
dado por la combinación de la presión interna con
el avance de los punzones de sellado que se encuentran en las
extremidades del tubo: demasiada presión causará
rotura mientras que un avance demasiado rápido de los
punzones provocará arrugas. El uso de CAE ayuda por lo
tanto a definir el proceso completo incluso antes de que los
primeros troqueles se hayan fabricado.

Aplicaciones

Un área especializada del hidro-conformado es la
embutición profunda de chapa para la industria
aeronáutica/aeroespacial. En tales aplicaciones una chapa
inicial, hecha generalmente de aleaciones de aluminio o titanio,
se conforma con la presión del fluido en una serie de
etapas, a veces incluso con alguna etapa intermedia de
tratamiento térmico. Hay dos técnicas
fundamentales en este campo: el conformado en cavidad, donde la
presión del fluido obliga a la chapa a meterse en la
cavidad de la matriz y el hidro-conformado mecánico, donde
se utiliza la acción
de un punzón en movimiento. En
ambos casos es muy importante el uso de una lámina de
poliuretano que se sitúa sobre la superficie de la chapa
en la zona de aplicación de la presión
hidráulica. La función de
esta lámina es eliminar arrugas y controlar el flujo de
material durante el conformado.

Actualidad y perspectivas

Para mejorar la eficiencia en
cuanto a trabajo y
ahorro de
combustible de los vehículos de hoy, las empresas
productoras de automóviles continúan buscando
nuevas medidas en el diseño
y fabricación para reducir el peso del vehículo y
la calidad del
mismo. Los chasis y sus componentes ofrecen grandes oportunidades
para la reducción considerable de su peso, con el proceso
de hidroconformado se puede alcanzar la máxima rigidez,
repetibilidad dimensional, reducción de las fatigas, y el
costo
mínimo por disminución de rebabas.(3)

Hidroconformado vs. Conformado Convencional

Algunas de las ventajas del hidroconformado sobre el
conformado convencional incluyen la reducción de peso,
repetibilidad dimensional, y mejora de la dureza y la rigidez
estructural.1 El hidroconformado parece ofrecer al chasis lo que
exactamente se esta buscando. Sin embargo, a pesar de los
beneficios del hidroconformado, estampar es todavía el
método más común para la obtención
del chasis y las partes estructurales en la industria
automotriz.

Comparado con el conformado convencional, el
hidroconformado es una tecnología
relativamente nueva y de alto riesgo. El
conocimiento limitado y falta de experiencia en los
componentes industriales del hidroconformado entorpecen la
adopción
de esta nueva tecnología. Por otra parte, en el interior
del proceso se utilizan altas presiones lo que requiere controles
de calidad severos así como herramientas endurecidas,
también los ensayos y
pruebas
tradicionales para desarrollar y perfeccionar los procesos de
hidroconformado de tubo pueden ser muy caros y tienden a consumir
mucho tiempo (aunque
prediciendo los problemas con el análisis mediante la técnica de
elementos finitos (FEA) las simulaciones pueden ayudar a reducir
estos riesgos
grandemente).

Importancia de la simulación mediante elementos
finitos.

Pueden simularse los procesos industriales de
fabricación, de chasis y partes mediante el proceso del
hidroconformado, usando los elementos finitos con
precisión. La simulación puede usarse para
diseñar, desarrollar, y perfeccionar el proceso del
hidroconformado. Aplicando la tecnología de la
simulación, pueden identificarse problemas potenciales,
como dobladuras o arrugas, antes de la construcción de la herramienta,
lográndose así una reducción del costo y el
tiempo de fabricación.(6)

La simulación puede usarse para desarrollar y
perfeccionar la relación entre la alimentacion final y la
presión en el proceso del hidroconformado.

Fig. 5

Conclusiones

El método para la conformación de chapas y
tubos mediante la utilización de un líquido llamado
hidroconformado o hydroforming, es hoy un método que se va
imponiendo en la industria del conformado, si todavía es
verdad que existen detractores también es verdad que
muchos ya valoran sus múltiples ventajas frente al
estampado convencional.

Bibliografía

Boletín trimestral de Quantech ATZ. Numero
4, Invierno 2002
S.-D. Liu, D. Meuleman, and K. Thompson;
"Analytical and Experimental Examination of Tubular
Hydroforming Limits," SAE Technical Paper 980449,
1998.
K. Hertell, "Six Steps to Hydroforming Production,"
Tube & Pipe Journal, Vol. 13, No. 4, June 2002, p.
54-57.
J. Liu and D. Hahan, "Optimization of Process and
Tool Development for Hydroformed Frame Rail Using FEM
Simulation," SAE Technical Paper 2000-01-0408,
2000.
J. Liu, "Tube Hydroforming Process Development with
the Aid of Computer Simulation," SAE Technical Paper
2001-01-1134, 2001.
A. Boehm, C. Hartl, and T. Abbey; "Process and Tool
Technology for Hydroforming: Case Studies & Technical
& Economical Considerations"; Innovations in Tube
Hydroforming Technology; Troy, MI, USA; June 13-14,
2000.

Datos del Autor:

Lázaro Humberto Suárez
Lisca

Pais: Cuba

Profesion: Profesor
Universitario

Estudios realizados:

Ingeniero Mecanico graduado en la Universidad
Central "Marta Abreu" de Las Villas, Santa Clara, Cuba
Asignaturas del programa de la
Maestría: Ingeniería Mecánica
Otros.

Publicaciones:

Procedimientos e instrucciones para garantizar la
calidad de la producción de las camisas de motores de
combustión interna. Conferencia
Internacional de IM 2002
La contaminación en la industria de la
fundición y métodos para el control de
la misma. Evento Medio
Ambiente Siglo XXI 2003
Factibilidad de Producción de hierro
fundido con el grafito esferoidal en las condiciones de una
fabrica cubana. XX CONGRESO COPIMERA 2005
Mezclas del moldeo aglutinadas con silicato
modificados y soplados con CO2. 2002
Influencia de las propiedades termo físicas en
la solidificación de una pieza fundida.2002
Monografía "Producciones de aleaciones
fundidas".2002