Abordar el efecto de recuperación durante la simulación y el conformado de aceros de ultra alta resistencia para la industria automotriz

Tipos de recuperación elástica de los aceros AHSS/UHSS

Los aceros AHSS/UHSS presentan dos tipos de recuperación elástica: uno que se produce en el radio durante el conformado y otro que se produce en el plano, creando el ‘arrugamiento’ de la pared lateral. La resistencia del acero, el módulo de Young y el endurecimiento en frío influye en la cantidad de recuperación elástica.

Cuando se realiza una simulación de tensión en el radio, no es posible utilizar solo el diagrama límite de conformado, ya que traza la capa central del acero y, por lo tanto, puede ser bastante baja, por ejemplo, del 1% o 2%. Al trazar todas las capas, incluidas las exteriores, es posible descubrir una deformación plástica mucho mayor, por ejemplo, del 11% o superior.

Para comparar los resultados simulados de recuperación elástica de los aceros AHSS/UHSS escaneando una pieza conformada real, SSAB creó un diseño de parachoques con el fin de someter a prueba modelos fabricados en distintos materiales. Utilizando un sencillo modelo de endurecimiento isotrópico Hill 90, la recuperación elástica prevista del parachoques se correlacionó bastante bien con la pieza conformada real. Y se obtuvo un resultado similar utilizando un modelo de endurecimiento isotrópico BBC2005 (buena correlación con la pieza real). Si se utilizan modelos de endurecimiento cinemático, es importante recordar que sus parámetros influirán enormemente en el comportamiento de recuperación elástica: con los parámetros adecuados, los modelos cinemáticos ofrecerán una muy buena correlación con la pieza real. Por lo tanto, al realizar simulaciones es especialmente importante utilizar datos de medición muy buenos para materiales de acero AHSS/UHSS de mayor resistencia.

La geometría de la pieza influye en gran medida en la recuperación elástica. Por ejemplo, un sencillo perfil laminado en U presenta una recuperación elástica mucho más alta (arrugamiento de pared lateral) que un perfil laminado en U doble, antes de cualquier compensación de la recuperación elástica para cualquier de los diseños. Esto se debe a que el perfil laminado en U doble tiene radios que van en direcciones opuestas, por lo que las recuperaciones elásticas se ‘anulan’ más o menos entre sí.

Para compensar la recuperación elástica en un solo perfil laminado en U, si utiliza acero AHSS que sea, por ejemplo, de fase dual de 600 MPa o 800 MPa, podría intentar estirar la pared de la pieza, después usar un radio más agudo y, por lo tanto, influir mejor en la deformación de la pared. Pero con calidades de acero gigapascal de mayor resistencia (1000 MPa o más) necesitará otra solución. Podría tener una leva en el interior de la herramienta para cambiar la dirección de conformado y luego variar la fricción, llevando una variación de la pieza en, por ejemplo, más de 0,7 mm hasta un máximo de 0,5 mm. En el seminario web sobre recuperación elástica se muestra un vídeo de este proceso de conformado de varios etapas.

Aplicación BendCalc de SSAB y modelo de materiales para estimar la recuperación elástica en el plegado puro

La aplicación para teléfonos BendCalc de SSAB es el primer software que predice la recuperación elástica real en el plegado puro de materiales de acero AHSS/UHSS. Entre los ajustes se incluye la selección de la calidad de acero Docol^®, el ángulo final deseado, geometría, nivel de fricción y otras condiciones de configuración. BendCalc se puede descargar de forma gratuita desde la App Store o Google Play.

El modelo teórico sobre el que se basa BendCalc es el siguiente. En primer lugar, SSAB realizó ensayos de plegado en condiciones de fricción libre, similares al procedimiento de ensayo de plegado de la VDA 238-100, para trazar la curva de fuerza en relación con la longitud (o posición) de la pasada. Después, estos datos se trasladaron al momento de la sección transversal y ángulo de plegado, tomando nota cuidadosamente de la geometría para la configuración del plegado.

Al aplicar el momento estimado también es posible calcular continuamente la forma actual del ángulo de curvatura de las bridas de la pieza, así como el ángulo de contacto entre la pieza en bruto y la cuchilla. Todos estos ángulos individuales influyen por separado en la cantidad final de recuperación elástica del acero AHSS/UHSS. El modelo de BendCalc concuerda en gran medida con un gran número de ensayos de plegado realizados internamente por SSAB, lo que le permite introducir la configuración de su geometría para calcular la recuperación elástica, la longitud de la carrera, la fuerza máxima y otros parámetros.

Estabilizar el conformado de aceros AHSS/UHSS mediante las calidades de herramienta recomendadas

SSAB cuenta con más de 40 años de experiencia en soluciones de acero HSS para herramientas. Nuestros conocimientos se basan en resultados de producción reales de nuestros clientes, así como en la asistencia a diferentes proyectos de I+D que estudian series a largo plazo. Le animamos a que descargue nuestro folleto ‘Soluciones de mecanización para aceros avanzados de alta resistencia’ de 40 páginas donde se proporcionan recomendaciones específicas para acero para herramientas.

En las operaciones de conformado, los mecanismos de fallo de las herramientas pueden incluir agarrotamiento, desgaste y deformación plástica, mientras que las operaciones de troquelado también pueden incluir fallos por desbarbado y agrietamiento. Con unos métodos no óptimos para el acero para herramientas, se puede acumular fricción con el tiempo, aumentando el efecto de recuperación elástica y provocando que las piezas queden fuera de tolerancia. Otro problema puede ser el desbarbado de la herramienta durante el troquelado, lo que ofrece como resultado unos bordes cortados deficientes que generan el riesgo de que se produzcan fracturas repentinamente en las bridas.

SSAB ofrece una orientación muy específica sobre el estampado para las calidades de aceros AHSS/UHSS Docol^® para herramientas con durezas ≥ 60 HRC para evitar la plastificación, además de recomendar tratamientos de superficie (recubrimientos). Los mayores costes iniciales de estos aceros para herramientas de alto rendimiento se verán compensados con creces por la reducción de las paradas de producción y los costes de reacondicionamiento/mantenimiento de las herramientas.

El estampado de calidades de acero AHSS/UHSS de mayor resistencia significa presiones más altas y un mayor riesgo de agarrotamiento. Para garantizar unas condiciones de fricción estables, se aconseja diseñar una pieza para la herramienta y utilizar acero para herramientas con recubrimiento PVD/CVD o Duplex. Antes de añadir el recubrimiento, el proceso de pulido es muy importante. Pulir el acabado de la superficie hasta al menos R_a < 0,2 µm y n zonas muy críticas, hasta R_a 0,05 μm para evitar grietas, agarrotamiento y un aumento de la fricción.

Para el conformado en frío y el troquelado de calidades de acero AHSS/UHSS, considere el acero para herramientas Toolox^® de SSAB con capacidad de endurecimiento de superficie para recubrimiento PVD, láser, inducción y nitruración. El acero Toolox^® presenta menos fricción debido a su alto nivel de limpieza a nivel microscópico, una muy alta relación de amortiguación debido a su resistencia a las vibraciones, su alta resistencia a la fatiga y su alta resistencia al desbarbado y agrietamiento.