Aceros al Boro para el estampado en caliente de partes automotrices

Aceros al Boro para elestampado en caliente departes automotricesSimulación del proceso por medio delMétodo de Elemento FinitoAutores: Ambikapathy Naganathan, DeepakRavindran y Taylan Altan.Nota del editor: Este artículo discute los últimos avancesrealizados en la simulación del proceso de estampado encaliente. Un artículo en tres partes publicado en "StampingJournal", que proporciona una visión general del crecimiento deesta tecnología, apareció en diciembre de 2006, enero de 2007y febrero de 2007.El uso de aceros de ultra alta resistencia (UHSS por sus siglasen inglés) en la industria automotriz se ha incrementado en losúltimos años ya que los fabricantes tratan de mejorar laseguridad en las colisiones y reducir el peso. Partes comopillares-B, vigas de refuerzo para el impacto lateral y defensas,se fabrican cada vez mas de UHSS por el estampado encaliente. 1En el estampado en caliente, la silueta es calentada en un hornoa su temperatura de austenización (alrededor de 900° C), esformada en un conjunto de dados que son enfriadosinternamente y templada bajo presión a una velocidad mínimade enfriamiento de 27°C por segundo. Esta velocidad mínimade enfriamiento asegura la formación de martensita en la pieza,la cual le proporciona una resistencia de alrededor de1,500MPa.Las simulaciones por Elemento Finito (FE) del proceso deestampado en caliente pueden ayudar a los fabricantes apredecir cuales serán las propiedades finales de la pieza talescomo espesor, temperatura y distribución de dureza.Propiedades, Parámetros de las simulaciones por ElementoFinitoLa deformación mecánica, la transferencia de calor y laevolución de la microestructura ocurren simultáneamentedurante el estampado en caliente (observar Figura 1). Esto haceretadora la simulación del proceso por FE. La mayoría de losinvestigadores utilizan una combinación de diferentes códigosde FE para capturar lo que ocurre durante el estampado encaliente.Cuando se utiliza la simulación por FE, el hacer suposicionesadecuadas sin tener en cuenta los efectos de algunos de losparámetros de menor importancia puede ayudar a acortar eltiempo necesario para obtener resultados razonablementeprecisos. Sin embargo algunos parámetros se requieren comoentrada para los códigos de FE.Las propiedades esenciales del material incluyen la emisividad ylos esfuerzos de flujo como función de: la temperatura, ladeformación y la velocidad de deformación. También se requiereel modulo de Young, la razón de Poisson, la conductividadtérmica, la capacidad de calor especifico y el coeficiente deexpansión térmica, cada uno como función de la temperatura.Los parámetros esenciales del proceso son: la temperatura deaustenización final, el tiempo de transferencia de silueta, latemperatura de la silueta cuando inicia el formado, la carreradel dado contra tiempo, el coeficiente de transferencia de caloral contacto entre la silueta y la herramienta como función de lapresión y la distancia entre la herramienta y la superficie deldado; el coeficiente de fricción como función de la presión; latemperatura inicial de la herramienta para una simulación noisotérmica, la temperatura promedio de la herramienta parasimulaciones isotérmicas; la temperatura del medio refrigerantenecesario para enfriar los dados; la fuerza del pisador; la presiónde cierre de las herramientas; y el tiempo requerido para eltemple y enfriamiento por aire.En el proceso de estampado en caliente, las simulaciones deformado y temple son muy importantes, ya que la mayor partede la deformación y la transferencia de calor toman lugardurante estas dos operaciones.Simulación de FormadoEl "Center for Precision Forming" (CPF) está desarrollando unprocedimiento a base de FE para la simulación de lasoperaciones de estampado en caliente, aplicando el procesopara el diseño de varios dados para el estampado en caliente.Por ejemplo, CPF utilizó el DEFORM -3D para simular el formadode una simple forma de sombrero a partir de una silueta de22MnB5 con una temperatura inicial de 827°C 3 . Durante elexperimento, la temperatura se midió en el punto P utilizando untermopar (observar Figura 2). Después la medición de estetermopar fue comparada con la simulación.Figura 1: Los efectos de la deformación, la transferencia decalor y la evolución microestrucutral están interrelacionados. 2Figura 2: Utilizando el DEFORM - 3D, se simuló un ejemplo deuna forma de sobrero. 2Simulación de TempleDeterminar el tamaño optimo y la ubicación de los canales deenfriamiento es muy importante en el diseño de herramientaspara el estampado en caliente. Durante el diseño de los canalesde enfriamiento para partes complejas como un pilar-B, lassimulaciones de transferencia de calor pueden ser utilizadas ensecciones criticas en 2D, para determinar el tamaño y ubicaciónde los canales de enfriamiento muy rápidamente. Basándose enConsultores en conformado y Procesos de Manufactura S.A de C.V.Félix Gonzalez 1319 Ancón del Huajuco, Monterrey, NL 64820 Tel: (81) 14030103, (81) 8989-7902 , www.ConsultoresCPM.com.mx

los resultados obtenidos de las simulaciones 2D, laconfiguración inicial para los canales de enfriamiento puede serseleccionada para todo el material.La Figura 3 muestra la distribución de la temperatura en laherramienta y el material durante la simulación de temple parala sección elegida en un pilar-B después de 10 estampados encaliente.La simulación por FE para el estampado en caliente poseemuchos retos, tales como: La necesidad de datos confiables para el material deAcero al Boro Manganeso en los valores altos de lavelocidad de deformación. La incapacidad de códigos de formado para lasláminas de metal comercial para manejar lasimulación combinada térmica y mecánica. La predicción de las condiciones exactas de contactoentre la herramienta y el material. La deflexión elástica de los dados durante el formado yel temple. El cambio volumétrico causado por la evoluciónmicroestructural.El CPF, otro grupo de investigadores y compañías de softwareestán investigando estos problemas para desarrollarherramientas de software de diseño para mejorar el diseño delos dados y el proceso.Ambikapathy Naganathan y Deepak Ravindran soninvestigadores asociados graduados y Taylan Altan es profesor ydirector del "Center for Precision Forming", The Ohio StateUniversity, 339 Baker Systems, 1971 Neil Ave., Columbus, OH43210-1271, 614-292-9267, www.cpforming.org.1. T. Altan, “Hot-stamping boron alloyed steels for automotiveparts, part 1: Process methods and uses,” STAMPING Journal,December 2006, pp. 40-41.2. M. Eriksson, “Modelling of forming and quenching of ultrahigh strength steel components for vehicle structures,” Doctoralthesis, Lulea University of Technology, 2002.3. P. Akerstrom, “Modelling and simulation of hot stamping,”Doctoral thesis, Lulea University of Technology, 2006.4. N. Pierschel, A. Naganathan, and T. Altan, “Thermalsimulation and die design in hot stamping tools,” CPF Report No.CPF-5.5/10/02, ERC/ NSM, The Ohio State University, 2010.Traducción: Ing. Daniela Aguirre GuerreroRevisión Técnica: Dr. Víctor Hiram Vazquez LassoMayores informes: contacto@consultorescpm.com.mxFigura 3: Simulación de temple en una sección del pilar-B después de 10 estampados en caliente. 4Consultores en conformado y Procesos de Manufactura S.A de C.V.Félix Gonzalez 1319 Ancón del Huajuco, Monterrey, NL 64820 Tel: (81) 14030103, (81) 8989-7902 , www.ConsultoresCPM.com.mx