APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

En aquest treball de final de grau es presenta l'estudi realitzat sobre el límit de conformació del procés de laminació cònica quan aquesta es realitza en dues etapes. Els materials seleccionats per a aquest estudi corresponen a dos aliatges d'alumini (7075 i 6082), que convencionalment endureixen per precipitació (“aging”). L'objectiu principal és determinar l'angle mínim en què es poden conformar els aliatges d'alumini seleccionats mitjançant el procés de laminació cònica, que es planteja dividir en dues etapes. La primera on es determina l'angle mínim amb el que es pot laminar una peça en una sola passada, i la segona on es parteix d'una preforma prèviament laminada i se li dóna una segona passada amb un angle menor a l'angle mínim trobat a la primera etapa. Així mateix, entre les dues etapes es planteja realitzar diferents tractaments tèrmics per recuperar una mica de ductilitat en el material i així facilitar la segona passada. De manera complementaria es fan assaigs de microduresa en diverses etapes del procés per monitoritzar l'evolució de les propietats mecàniques. Amb la realització del present treball es va trobar que el límit en el procés de laminació cònica en una sola etapa va ser de 11° i 7° per a l'aliatge 7075 i 6082, respectivament. Mentre que el límit en tots dos aliatges per a la laminació cònica en dues etapes va ser de 5°. La condició que va presentar la major duresa en els dos aliatges, va ser la laminada a la primera etapa amb un angle de 15° seguit d'un tractament tèrmic de solubilitzat, i a continuació una segona etapa amb 5° just després del solubilitzat i envelliment natural.

En el presente trabajo de final de grado se presenta el estudio realizado sobre el límite de conformado del proceso de laminación cónica cuando se realiza en dos etapas. Los materiales seleccionados para dicho estudio corresponden a dos aleaciones de aluminio (7075 y 6082), que presentan endurecimiento por precipitación (envejecimiento). El objetivo principal es determinar el ángulo mínimo al cual se puede conformar las aleaciones de aluminio seleccionadas mediante el proceso de laminación cónica, cuando este se realiza en dos etapas. La primera donde se determina el ángulo mínimo con el cual se puede laminar una pieza en una sola pasada, y la segunda donde se parte de una preforma previamente laminada y se le da una segunda pasada con un ángulo menor al ángulo mínimo encontrado en la primera etapa. Así mismo, entre ambas etapas se plantea realizar diferentes tratamientos térmicos para recuperar algo de ductilidad en el material y así facilitar la segunda pasada. De manera complementaría se realizan ensayos de microdureza en diversas etapas del proceso para monitorear la evolución de las propiedades mecánicas. Con la realización del presente trabajo se encontró que el límite en el proceso de laminación cónica en una sola etapa fue de 11° y 7° para la aleación 7075 y 6082, respectivamente. Mientras que el límite en ambas aleaciones para la laminación cónica en dos etapas fue de 5°. La condición que presentó la mayor dureza en ambas aleaciones fue la laminada en la primera etapa con un ángulo de 15° seguido de un tratamiento térmico de solubilizado, tras el cual se realizó una segunda etapa con 5° y se dejó envejecer naturalmente.

L'objectiu principal d'aquest treball és l'estudi de la influència que té el radi d'atac de la rulina al procés de conformat incremental de metalls conegut com a laminació cònica. S'ha laminat cònicament discs d'acer 316L, amb un espessor inicial de 1.5 mil·límetres, a diferents velocitats de rulina i forces amb l'objectiu d'obtenir els límits del conformat. S'han avaluat els límits de conformabilitat amb radis de 1, 2, 3 y 4 mil·límetres. Durant l'estudi, la resta de paràmetres s'han mantingut constant. Un dels paràmetres que té més influència a la laminació cònica és l'angle del mandril, el qual s'ha establert a 15º, essent aquest el valor generalment acceptat dins la literatura com el límit del procés. Com a part complementaria de l'estudi, s'ha tingut en compte la influencia del radi d'atac de la rulina amb l'acabat superficial i la distribució de duresa a l'espessor de les peces laminades. S'ha trobat que, amb els paràmetres de l'estudi, el radi d'atac de la rulina que ofereix una major zona de conformabilitat és de 3 mm, seguit del de 2 mm i finalment el de 4 mm. Així mateix, s'ha trobat que el radi d'atac de 1 mil·límetre es troba per sota les condicions recomanades per la realització del procés de laminació cònica de forma exitosa. Per altra banda, s'ha observat que a major radi d'atac, s'obté un acabat més uniforme i la força que necessita el conformat és major que en la resta de radis d'atac. Finalment, s'ha observat una major duresa a la superfície pròxima a la zona de contacte del disc amb la rulina i, comparant les dureses entre peces laminades amb diferents radis d'atac, no s'han observat grans diferències.

El objetivo principal de este trabajo es el estudio de la influencia que tiene el radio de ataque de la rulina en el proceso de conformado incremental de metales conocido como laminación cónica. Se ha laminado cónicamente discos de acero 316L, con espesor inicial de 1.5 milímetros, a varias velocidades de avance de rulina y fuerza con el objetivo de obtener los límites de conformabilidad. Se han evaluado los límites de conformabilidad con radios de ataque de 1, 2, 3 y 4 milímetros. Durante el estudio, el resto de parámetros se han mantenido constantes. Uno de los parámetros que mayor influencia tiene en la laminación cónica es el ángulo del mandril, el cual se estableció en 15°, siendo este valor comúnmente aceptado en la literatura como el límite del proceso. Como parte complementaria del presente estudio, se toma en cuenta la influencia del radio de ataque de la rulina en el acabado superficial y la distribución de la dureza en el espesor de las piezas laminadas. Se ha encontrado que, con los parámetros del estudio, el radio de ataque de rulina que ofrece una mayor zona de conformado es de 3 mm, seguido del de 2 mm y finalmente el de 4 mm. Así mismo se ha encontrado que el radio de ataque de 1 milímetro está por debajo de las condiciones recomendadas para realizar el proceso de laminación cónica de manera exitosa. Por otra parte, se ha observado que, a mayor radio de ataque, se obtiene un acabado más uniforme y la fuerza que requiere el conformado es mayor que con el resto de radios de rulina. Finalmente, se ha observado una mayor dureza en la superficie cercana a la zona de contacto con la rulina y si comparamos la dureza entre piezas laminadas con diferentes radios de ataque, no se han observado grandes diferencias.

Les tensions residuals son tensions presents a una peça d'un material, sense l'aplicació d'un esforç extern. La presencia d'aquestes tensions pot suposar canvis en la integritat estructural de les peces, afectant a les propietats a fatiga i d'altres. Actualment hi ha diferents mètodes para analitzar i extreure el valor de les tensions residuals o internes. En aquest treball es desenvolupa el mètode de “holedrilling” amb la modificació de DIC. Per tant, el principal objectiu del treball es extreure els valors de tensions internes de provetes laminades amb geometria cònica. En primer lloc, abans d'aplicar el mètode comentat sobre les provetes laminades, es realitza una validació a provetes sotmeses a tracció i un cop comprovat que els resultats són els esperats, es procedeix amb les provetes laminades. El mètode consisteix en realitzar una perforació , fet que causarà una relaxació en les tensions i modificaran les dimensions del forat. Analitzant la deformació produïda i mitjançant les corresponents equacions, s'extreu el valor de tensions residuals. Per a analitzar les deformacions, s'utilitza el software VIC-3D, que mitjançant fotografies del abans i el després de la perforació i, amb l'ajuda d'un patró de pintura a nivell superficial, retorna el valor de deformació al voltant del forat. Per altre banda, es desenvolupen simulacions amb el software Abaqus, i d'aquesta forma, es poden comparar els valors de la simulació amb els experimentals. En aquest cas, la majoria dels valors de tensions residuals extrets mitjançant la simulació són semblants als calculats experimentalment.

Las tensiones residuales son tensiones presentes en una pieza de un material sin la necesidad de la aplicación de un esfuerzo externo. La presencia de estas tensiones internas puede suponer cambios en la integridad estructural de las piezas, afectando a las propiedades a fatiga, por ejemplo. Actualmente hay diferentes métodos para analizar y extraer los valores de las tensiones residuales o internas. En este trabajo se desarrolla el método de “hole-drilling” con la modificación de DIC. Por tanto, el principal objetivo del trabajo es extraer los valores de tensiones residuales de probetas laminadas con geometría cónica. En primer lugar, antes de aplicar el método comentado sobre las probetas laminadas, se realiza una validación con probetas sometidas a tracción y, una vez comprobado que los resultados son los esperados, se procede con las probetas laminadas. El método consiste en realizar una perforación, hecho que causará una relajación de las tensiones y modificarán las dimensiones del agujero. Analizando la deformación producida y mediante las correspondientes ecuaciones se extraen los valores de tensiones residuales. Para analizar las deformaciones, se utiliza el software VIC-3D, que mediante fotografías del antes y después del agujero, y con la ayuda de un patrón de pintura a nivel superficial, devuelve el valor de deformación alrededor del agujero. Por otro lado, se han desarrollado simulaciones con el software Abaqus, y de este modo, comparar los valores de la simulación con los experimentales. En este caso, la mayoría de los valores de tensiones residuales extraídos en la simulación, son parecidos a los calculados experimentalmente

Los procesos de conformado incremental simétricos tales como trefilado, laminación cilíndrica, laminación cónica, repulsado, encolado, forjado rotatorio, conformado por flujo de llantas, etc.,tienen una amplia gama de aplicaciones en industrias tales como: automotriz, aeroespacial, ventilación, iluminación, tuberías de petróleo y gas, proceso de materiales a granel, productos químicos y médicos, etc. La mayoría de estos procesos se rigen por un enfoque de prueba y error y es necesario trabajadores altamente calificados. Como intento de superar esto y tener un mejor conocimiento del proceso introduciendo asimismo criterios científico surge este trabajo. Este proyecto se centra en la “laminación cónica incremental” del acero DC-04, un acero muy utilizado por su alta ductilidad. Para ello se ha utilizado una máquina de laminación incremental a escala de laboratorio. Los objetivos específicos han sido: a) determinar loslímites de conformado basado en el ángulo de ataque del rodillo (RAA por sus siglas en inglés), b) correlacionar la deformación plástica con la dureza de piezas producidas con éxito y c) diseñar e imprimir en 3D un prototipo para medir tensiones residuales de muestras laminadas. Para determinar los límites de conformado se ejecutaron varias pruebas de laminación cónica y se construyeron mapas de procesamiento a partir de ellas. Se han identificado zonas de formación seguras que conducen a una combinación óptima de parámetros: ángulo del mandril y velocidad de avance, que dan como resultado piezas laminadas con éxito. Además, se encontró que las zonas de formación seguras son óptimas cuando se implementa un RAA perpendicular a la superficie de los mandriles. Por otro lado, para correlacionar la deformación plástica con la dureza, se realizaron ensayos de tracción y medición de microdureza y se obtuvo una relación lineal, descrita por: 𝐻���𝑉��� = 63.5 𝜀���𝑒���𝑓���𝑓��� + 135.4. Finalmente, los prototipos para medir tensiones residuales fueron diseñados en SolidWorks e impresos por la impresora “Ender 3”. Después de varias pruebas, se obtuvieron con éxito tres prototipos para las muestras laminadas con mandriles de 15 °, 13 ° y 11 °.

Els processos de conformat incremental simètrics com ara trefilat, laminació cilíndrica, laminació cónica, repusatge, retallada, encolat, forjat rotatori, conformat per flux de llantes, etc., tenen una àmplia gamma d'aplicacions en indústries com ara: automotriu, aeroespacial, ventilació, il·luminació, canonades de petroli i gas, procés de materials a granel, productes químics i mediqes, etc. La majoria d'aquests processos es regeixen per un enfocament de prova i error i és necessari treballadors altament qualificats. Com a intent de superar això i tenir un millor coneixement del procés incloent-hi criterir científics es que s'ha plantejat aquest treball. Aquest projecte se centra en la “laminació cònica incremental” de l'acer DC-04, un acer molt utilitzat per la seva alta ductilitat. Per a això s'ha utilitzat una màquina de laminació incremental a escala de laboratori. Els objectius específics han estat: a) determinar els límits de conformat basat en l'angle d'atac de la rulina (RAA per les seves sigles en anglès), b) correlacionar la deformació plàstica amb la duresa de peces produïdes amb èxit i c) dissenyar i imprimir en 3D un prototip per a mesurar tensions residuals de mostres laminades. Per a determinar els límits de conformat es van executar diverses proves de laminació cònica i es van construir mapes de processament a partir d'elles. S'han identificat zones de formació segures que condueixen a una combinació òptima de paràmetres: angle del mandril i velocitat d'avanç, que donen com a resultat peces laminades amb èxit. A més, es va trobar que les zones de formació segures són òptimes quan s'implementa un RAA perpendicular a la superfície dels mandrils. A més, per a correlacionar la deformació plàstica amb la duresa, es van realitzar assajos de tracció i mesurament de microduresa i es va obtenir una relació lineal, descrita per: 𝐻��𝑉�� = 63.5 𝜀��𝑒��𝑓��𝑓�� + 135.4. Finalment, els prototips per a mesurar tensions residuals van ser dissenyats en SolidWorks i impresos per la impressora “Ender 3”. Després de diverses proves, es van obtenir amb èxit tres prototips per a les mostres laminades amb mandrils de 15 °, 13 ° i 11 °.