Formabilidad

La conformabilidad es la capacidad de una pieza de metal determinada de sufrir una deformación plástica sin sufrir daños. Sin embargo, la capacidad de deformación plástica de los materiales metálicos está limitada hasta cierto punto, en cuyo caso el material podría sufrir desgarros o fracturas (roturas).

Los procesos afectados por la formabilidad de un material incluyen: laminado , extrusión , forjado , laminado , estampado e hidroconformado .

Un parámetro general que indica la conformabilidad y ductilidad de un material es la deformación por fractura , que se determina mediante un ensayo de tracción uniaxial (véase también tenacidad a la fractura ). La deformación identificada mediante este ensayo se define por el alargamiento con respecto a una longitud de referencia. Por ejemplo, se utiliza una longitud de 80 mm (3,1 pulgadas) para el ensayo uniaxial estandarizado de muestras planas, de conformidad con la norma EN 10002. Es importante señalar que la deformación es homogénea hasta un alargamiento uniforme. Posteriormente, la deformación se localiza hasta que se produce la fractura. La deformación por fractura no es una deformación de ingeniería, ya que la distribución de la deformación no es homogénea dentro de la longitud de referencia. No obstante, la deformación por fractura es un indicador aproximado de la conformabilidad de un material. Los valores típicos de la deformación por fractura son: 7 % para material de resistencia ultraalta y más del 50 % para acero de resistencia moderada.

Un modo de falla principal es causado por el desgarro del material. Esto es típico para aplicaciones de conformado de láminas. ^{[1] [2] [3]} Un cuello puede aparecer en una determinada etapa de conformado. Esto es una indicación de deformación plástica localizada . Mientras que una deformación más o menos homogénea tiene lugar en y alrededor de la ubicación del cuello posterior en la etapa de deformación estable temprana, casi toda la deformación se concentra en la zona del cuello durante la fase de deformación cuasi estable e inestable. Esto conduce a una falla del material manifestada por desgarro. Las curvas de límite de conformado representan la deformación extrema, pero aún posible, que puede sufrir un material de lámina durante cualquier etapa del proceso de estampado. Estos límites dependen del modo de deformación y la relación de las deformaciones superficiales. La deformación superficial principal tiene un valor mínimo cuando se produce la deformación por deformación plana, lo que significa que la deformación superficial menor correspondiente es cero. Los límites de conformado son una propiedad específica del material. Los valores típicos de deformación plana varían desde el 10% para grados de alta resistencia y el 50% o más para materiales de resistencia leve y aquellos con muy buena conformabilidad. Los diagramas de límite de conformado se utilizan a menudo para representar gráfica o matemáticamente la conformabilidad. Muchos autores reconocen que la naturaleza de la fractura y, por lo tanto, los diagramas de límite de conformado son intrínsecamente no deterministas, ya que se pueden observar grandes variaciones incluso dentro de una única campaña experimental. ^[4]

Una forma clásica de conformado de chapa es la embutición profunda , que se realiza mediante el embutido de una chapa mediante una herramienta de punzón que presiona sobre la región interior de la chapa, mientras que el material lateral sujeto por un portapiezas se puede estirar hacia el centro. Se ha observado que los materiales con una capacidad de embutición profunda excepcional se comportan de forma anisotrópica (véase: anisotropía ). La deformación plástica en la superficie es mucho más pronunciada que en el espesor. El coeficiente de Lankford (r) es una propiedad específica del material que indica la relación entre la deformación en anchura y la deformación en espesor en el ensayo de tracción uniaxial. Los materiales con una capacidad de embutición profunda muy buena tienen un valor r de 2 o inferior. El aspecto positivo de la conformabilidad con respecto a la curva límite de conformado ( diagrama de límite de conformado ) se ve en las trayectorias de deformación del material que se concentran en el extremo izquierdo del diagrama, donde los límites de conformado se vuelven muy grandes.

Otro modo de fallo que puede ocurrir sin ningún desgarro es la fractura dúctil después de la deformación plástica ( ductilidad ). Esto puede ocurrir como resultado de la flexión o deformación por cizallamiento (en el plano o a través del espesor). El mecanismo de fallo puede deberse a la nucleación y expansión de huecos a nivel microscópico. Pueden aparecer microfisuras y macrofisuras posteriores cuando la deformación del material entre los huecos ha superado el límite. En los últimos años, una amplia investigación se ha centrado en la comprensión y el modelado de la fractura dúctil . El enfoque ha sido identificar los límites de formación dúctil utilizando varias pruebas a pequeña escala que muestran diferentes relaciones de deformación o triaxialidades de tensión. ^{[5] [6]} Una medida eficaz de este tipo de límite de formación es el radio mínimo en aplicaciones de formación de rollos (la mitad del espesor de la chapa para materiales con buena y tres veces el espesor de la chapa para materiales con baja formabilidad).

El conocimiento de la conformabilidad de los materiales es muy importante para el diseño y la disposición de cualquier proceso de conformado industrial. Las simulaciones mediante el método de elementos finitos y el uso de criterios de conformabilidad como la curva límite de conformado ( diagrama límite de conformado ) mejoran y, en algunos casos, son indispensables para ciertos procesos de diseño de herramientas (véase también: Simulación de conformado de chapa metálica y Análisis de conformado de chapa metálica ).

Uno de los principales objetivos del Grupo Internacional de Investigación en Embutición Profunda ( IDDRG , desde 1957) es la investigación, el intercambio y la difusión de conocimientos y experiencias sobre la conformabilidad de materiales en láminas.