Optimización del proceso de fabricación de utillajes de conformado en caliente mediante el cálculo del mapa térmico de la pieza estampada

Abstract

El objetivo de este trabajo de investigación es desarrollar una metodología de optimización de superficiesde mecanizado de troquel mediante la predicción de deformaciones térmicas debidas a un mapa detemperaturas heterogéneo en la pieza y a su posterior enfriamiento en el ambiente.Actualmente para obtener las superficies de mecanizado de los troqueles de estampación en caliente separte de la geometría original del cliente. La forma deseada de la pieza final dependerá en gran manera dela superficie de mecanizado utilizada. La modificación de dicha superficie en los sucesivos ciclos decorrección será la que nos ayude a conseguir la forma final de pieza deseada. En los casos en los que lapieza estampada tenga un mapa de temperatura homogéneo el cálculo arriba descrito es suficiente paraobtener resultados óptimos de calidad de pieza sin necesidad de tener que hacer ciclos de corrección yaque no existirá una distorsión térmica debida al enfriamiento. Por otro lado, aquellas piezas que tienen unmapa de temperatura heterogéneo y por tanto una distorsión térmica durante el enfriamiento necesitaranun ciclo de prueba y error durante la fase de puesta a punto para obtener la superficie de mecanizadoóptima y así cumplir con los requisitos de cliente.Para corregir dichas distorsiones térmicas la operación empleada en los casos de menor desviación seráun retoque y pulido manual de la superficie, siendo necesario en los casos de mayor desviación repetir elmecanizado de la superficie de trabajo de troquel. Este proceso de prueba y error tiene un coste muyelevado además de un aumento en el periodo de maduración de los troqueles. La estimación de ladeformación térmica y su minimización y control permite conseguir la forma final más precisa,reduciendo e incluso eliminando las operaciones de acabado posterior ya sean manuales o mediantemáquinas de mecanizado.El modelo térmico del binomio troquel-pieza se basa en un cálculo térmico lineal. Por un lado, se tiene encuenta la transferencia de calor de la pieza al troquel mediante la modelización de la superficie decontacto entre ambas y por el otro, la transferencia de calor del troquel al agua de los canales derefrigeración. Tanto en la pieza, como el troquel, se considera también la transferencia de calor porradiación y convección. Mediante la obtención del mapa de temperaturas, después de la estampación, sepuede calcular las deformaciones térmicas finales en la pieza al enfriarse a temperatura ambiente. Laúltima etapa, una vez obtenido el mapa de deformación completo de la pieza, es realizar la ingenieríainversa para su aplicación en la superficie de mecanizado.El modelo se ha validado mediante la predicción del mapa de temperaturas y la deformación térmica enuna pieza estampada industrialmente. Los resultados obtenidos permiten determinar el mapa detemperaturas final de la pieza con un error menor al 10%.El presente trabajo de investigación se sitúa dentro del campo de la modelización de procesos desimulación de estampación, cuyo avance ha sido constante en los últimos años.