Diagrama de límite de formación - Forming limit diagram
Un diagrama de límite de conformado , también conocido como curva de límite de conformado , se utiliza en el conformado de chapa para predecir el comportamiento de conformado de la chapa. El diagrama intenta proporcionar una descripción gráfica de las pruebas de falla de materiales, como una prueba de domo perforado.
Para determinar si una región determinada ha fallado, se realiza una prueba mecánica. La prueba mecánica se realiza colocando una marca circular en la pieza de trabajo antes de la deformación, y luego midiendo la elipse posterior a la deformación que se genera a partir de la acción en este círculo. Al repetir la prueba mecánica para generar un rango de estados de tensión, el diagrama de límite de conformabilidad se puede generar como una línea en la que se inicia la falla (ver también conformabilidad ).
Descripción
Los semiejes de la elipse formados en este círculo permiten medir la deformación relativa en dos direcciones primarias, conocidas como direcciones mayor y menor, que corresponden a los semiejes mayor y menor de la elipse. Bajo el supuesto de deformación independiente de la trayectoria, las deformaciones relativas alcanzarán un valor crítico en el que ocurren las deformaciones. A través de mediciones repetidas, la forma de la curva se puede obtener experimentalmente. Alternativamente, se puede generar un diagrama de límite de conformabilidad mapeando la forma de un criterio de falla en el dominio del límite de conformabilidad. Independientemente de cómo se obtenga el diagrama, el diagrama resultante proporciona una herramienta para determinar si un proceso de conformado en frío dado dará como resultado una falla o no. Dicha información es crítica en el diseño de procesos de conformado y, por lo tanto, fundamental para el diseño de procesos de conformado de chapa. Mediante el establecimiento de diagramas de límites de conformado para una variedad de aleaciones, el ingeniero de procesos puede hacer coincidir el proceso de conformado y el comportamiento de la aleación en el momento del diseño de la metalurgia.
Determinación moderna
Con la disponibilidad y el uso del sistema óptico de medición de deformación en combinación con el procesamiento de datos digitales, la formación de curvas límite se puede adquirir de una manera más automática y productiva en comparación con la forma clásica descrita anteriormente. Este procedimiento ha sido estandarizado y está contenido en un documento ISO (12004).
Para obtener una curva límite de formación completa, se dibujan probetas con diferentes geometrías con un punzón (por ejemplo, con un diámetro de 100 mm) hasta que se produce la fractura. La fricción es casi nula mediante el uso de un sistema tribo complejo con láminas y grasa entre la hoja y la herramienta. Mediante el uso de un sistema óptico de medición de deformaciones, las trayectorias de deformaciones espaciales se evalúan inmediatamente antes de que falle la probeta. Utilizando un método de interpolación para la variación de deformación entre el área severamente deformada y el cuello (los límites de esta área se calculan mediante un cambio de signo de la segunda derivada de la distribución de deformación) se obtienen los valores de deformación mayor y menor. Utilizando un valor promedio para varias evaluaciones de sección transversal y 3 muestras de prueba para la misma geometría, se identifica un par de deformaciones (un punto en el diagrama de límite de formación) como límite de formación.
Algunos autores reconocen que la naturaleza de la fractura y la conformabilidad es intrínsecamente no determinista, ya que se pueden observar grandes variaciones incluso dentro de una sola campaña experimental. Por lo tanto, se han introducido los conceptos de formación de bandas límite y formación de mapas límite.
Parámetros de influencia
Las curvas de límite de formación (FLC) para cuatro grados de chapa de acero se muestran en la figura adjunta. Todas las curvas límite de formación tienen esencialmente la misma forma. Existe un mínimo de la curva en la intersección con el eje de deformación principal o cerca de él, el límite de formación de deformación plana. Con la definición del inicio del estrechamiento local (por ejemplo, la fuerza de la membrana alcanza un valor extremo) y el supuesto de una ley de endurecimiento según Hollomon (σ = K ε n ) se puede demostrar que el límite de formación de deformación plano teórico correspondiente es idéntico a el coeficiente de endurecimiento por deformación , n. No hay efecto de espesor. Teniendo en cuenta la sensibilidad a la velocidad de deformación del material, que es obvia en el acero, junto con el espesor de la hoja, se puede explicar el hecho de que los límites de formación prácticos, obtenidos mediante el uso del método descrito anteriormente, se encuentran muy por encima de los límites de formación teóricos. Así, los parámetros básicos de influencia para los límites de conformación son, el exponente de endurecimiento por deformación , n, el espesor inicial de la hoja, t 0 y el coeficiente de endurecimiento por velocidad de deformación , m. El coeficiente de Lankford , r, que define la anisotropía plástica del material, tiene dos efectos sobre la curva límite de formación. En el lado izquierdo no hay influencia excepto que la curva se extiende a valores más grandes, en el lado derecho, los valores r crecientes reducen los límites de formación.
Método MK
Existe un método ampliamente utilizado para el cálculo de FLC, introducido por Marciniak en 1967. Supone una banda inclinada en la pieza de chapa plana investigada con un espesor menor que denota una imperfección. Con este modelo, las deformaciones límite se pueden calcular numéricamente. La ventaja de este método es que se puede utilizar cualquier modelo de material y también se pueden obtener límites para el conformado no proporcional. Sin embargo, existe un inconveniente. Los límites de formación calculados son sensibles al valor de imperfección. Con el supuesto de un modelo de material sensible a la velocidad de deformación, se pueden obtener límites de formación realistas que se encuentran por encima de las deformaciones límite teóricas. Básicamente, con este método de cálculo se generan curvas límite de conformado suave para materiales para los que solo existe un valor experimental. En las actas de una conferencia celebrada en Zúrich en 2006 y la conferencia Numisheet en 2008 se ofrece una buena descripción general del estado del arte sobre los métodos de cálculo de FLC.
Uso de FLC
Durante muchos años, se han utilizado curvas límite de formación para evaluar la conformabilidad del material laminar. Se han aplicado en la etapa de diseño de herramientas utilizando el método de elementos finitos como herramienta de simulación que se utiliza ampliamente en un entorno de producción.