Segundo Seminario de Forja Conceptos innovadores para el sector de la Forja argentina. Miguelete, 29 de Abril de 2016

Transcripción

1 Segundo Seminario de Forja Conceptos innovadores para el sector de la Forja argentina Miguelete, 29 de Abril de 2016

2 Tratamiento de defectos en piezas forjadas por simulación numérica Disertante: G. Abate

3 Validación de una herramienta de simulación Objetivo: Corroborar que el comportamiento mostrado por el software se corresponda con los fenómenos físicos que deseamos analizar.

4 Cuál es el mecanismo para validar una herramienta de simulación computacional? Análisis de una pieza forjada real Reproducción de defectos en base a: CAD 3D matrices Material de partida Temperatura de forja Precalentamiento Máquina de forja

5 Qué sucede si lo alcanzamos? Comprendemos el proceso Podemos mirar dentro de la matriz, y estamos en condiciones de empezar a proponer cambios y probarlos. Vamos a analizar casos reales!!!!!

6 Reproducción de defectos: Pliegue en pistón forjado de aluminio Pistón forjado de aluminio A partir de la muestra, recibida se realizó el relevamiento de la geometría, y a partir de ella, se efectuó el modelo 3D mediante un software de CAD. CAD Punzón superior

7 Reproducción de defectos: Pliegue en pistón forjado de aluminio Una vez ubicados los modelos realizados en CAD y establecidas las condiciones de borde, se corre la simulación. Representación del conjunto Punzón Matriz Inferior - Tejo Para acortar los tiempos de procesamiento, si la pieza es simétrica, puede simularse solo una fracción.

8 Reproducción de defectos: Pliegue en pistón forjado de aluminio Resultados: mapas de temperaturas

9 Reproducción de defectos: Pliegue en pistón forjado de aluminio Los defectos que se observan en la simulación resultaron muy parecidos a los encontrados en la pieza real. Por otro lado, y dado que, tanto la pieza final, como el material de partida son simétricos, los pliegues se presentaron en todos los cuartos (figura derecha).

10 Reproducción de defectos: Pliegue en pistón forjado de aluminio Resultados: pliegue causado por dos frentes de flujo de material en direcciones concurrentes y a diferentes velocidades.

11 Velocidad de desplazamiento Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 11

12 Reproducción de defectos: Pliegue en pistón forjado de aluminio Mapa de temperaturas durante el conformado del pistón modificado Si la sección interior del pistón mantiene un espesor constante, la velocidad de desplazamiento del material es homogénea, y en consecuencia, el pliegue no se produce.

13 Velocidad de desplazamiento Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 13

14 Reproducción de defectos: Fisura en rebaba de brazo de suspensión La pieza es realizada en tres pasos, repartidor, preforma y final. En la preforma se observa una fisura que queda en la rebaba de la figura final. Sin embargo en la zona inferior de la foto puede verse que ese problema fue solucionado. Qué pasó entonces?

15 Reproducción de defectos: Fisura en rebaba de brazo de suspensión Repartidor con radios pequeños y saltos abruptos de sección, defecto observado: fisura/pliegue, en la unión entre las dos secciones de diferente diámetro.

16 Reproducción de defectos: Fisura en rebaba de brazo de suspensión Repartidor con radios mayores y cambios de sección graduales, sin incrementar el peso de corte. Defecto observado: falta de llenado en la zona de mayor diámetro.

17 Reproducción de defectos: Tuerca unión doble Distintos materiales de partida / Defectos / Rebaba

18 OBJETIVOS, Tuerca unión doble Transferencia de conocimiento a las forjas locales Caracterización de defectos Selección adecuada del material de partida

19 INTRODUCCION, Tuerca unión doble En este trabajo, se simuló con Simufact.Forming el proceso de forja en caliente de una tuerca utilizada en cañerías de petróleo, la misma fue cedida por "CAFOR".

20 Pieza con defectos Tuerca unión doble forjada en caliente Tuerca union doble 3" Tuerca union doble 4"

21 CARACTERIZACIÓN DE DEFECTOS Falta de llenado en el diámetro interior Falta de llenado en los extremos de los salientes Vista inferior

22 CARACTERIZACIÓN DE DEFECTOS Falta de llenado en el diámetro interior Pliegue perimetral Vista inferior Vista superior

23 Método experimental Pieza forjada Tuerca petrolera de 3" Material: SAE 1022 Diámetro exterior: 150 mm Diámetro interior: 116 mm Máximo Radio: 125 mm Peso de la tuerca rebabada: 6,1 kg

24 Método experimental Maquinaria: prensa de fricción Capacidad nominal: 1000 t Energía máxima: 112 kj Velocidad máxima del maso: 420 mm/s Eficiencia durante el golpe: 0,9

25 Método experimental Datos de entrada utilizados en la simulación Coeficiente de fricción: 0,3 en el aplastado 0,4 en el conformado Temperatura del material: 1200 C Precalentamiento de la matriz: 180 C

26 Proceso de conformado Material de partida 76,2 mm 88,6 mm 101,4 mm Recalcado 15 % 25 % 50 % 15 % 15 %

27 Proceso de conformado Material de partida Ø 88,9 mm Ø 101,6 mm Ø 120 mm Recalcado 15 % 25 % 50 % 15 % 15 %

28 n Método experimental Geometría del material de partida Alto (mm) Grado de deformación(%) Area de preforma(mm 2 ) 1 Square 76, Square 76, Square 76, Square 86, Square 101, Round 88, Round 88, Round 88, Round 101, Round 120,

29 Resultados y discusión Geometría de la rebaba Preforma rectangular Preforma cilíndrica

30 RESULTS AND DISCUSSION Corrida 1 (Rectangular; 76.2 mm; 15%) - Defectos Problemas de llenado Pliegues Vista superior Vista inferior Vista superior

31 Resultados y discusión Corrida 7 (redondo; 88.9 mm; 25%) - Defectos Problemas de llenado Pliegues Vista superior Vista inferior Vista superior

32 Resultados y discusión

33 Resultados y discusión

34 Resultados y discusión Evolución del pliegue Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Comparación de defectos Vista superior

35 Resultados y discusión

36 Resultados y discusión Flujo de material Flujo de material durante el proceso de conformado, velocidad y dirección (vista superior).

37 Resultados y discusión Flujo de material Flujo de material durante el proceso de conformado, velocidad y dirección (vista inferior).

38 Resultados y discusión Corrida 1 Preforma rectangular: 76,2 mm 15 % recalcado Área: 5681 mm 2 Corrida 3 Preforma rectangular: 76,2 mm 50 % recalcado Área: 9138 mm 2

39 88,9 mm 15 % aplastamiento 6200 mm 2 101,6 mm 15 % Aplastamiento 8500 mm mm 15 % aplastamiento mm 2 88,9 mm 50 % aplastamiento 9300 mm 2

40 Resultados y discusión Defectos de llenado Comparación de defectos Vista superior Vista inferior

41 Presión de contacto Corrida 1 Preforma cuadrada: 76,2 mm 15 % Aplastamiento Área: 5681 mm 2 Corrida 3 Preforma cuadrada: 76,2 mm 50 % Aplastamiento Área: 9138 mm 2

42 Presión de contacto Presión de contacto: 88,9 mm 15 % Aplastado 6200 mm 2 101,6 mm 15 % Aplastado 8500 mm mm 15 % Aplastado mm 2 88,9 mm 50 % Aplastado 9300 mm 2

43 Conclusiones Los defectos encontrados en la simulación coinciden con los existentes en la pieza real. En consecuencia, la tuerca de 4 fue realizada a partir de una barra de sección circular y sin preforma

44 Conclusiones 3 inch petroleum nut Los defectos encontrados en la simulación no coinciden exactamente con la pieza real, con lo cual creemos que fue realizada a partir de un material de sección cuadrada y probablemente con un repartidor.

45 CONCLUSIONES Es posible mediante esta herramienta realizar INGENIERÍA INVERSA sobre piezas comerciales, no fabricadas en el país, con el aliciente de poder incluir mejoras, incluso sobre el proceso original, conociendo de antemano, los mecanismos de generación de los posibles defectos de fabricación y los esfuerzos involucrados.

46 Caso de análisis de falla por sobrecarga: Acuñado de monedas de curso legal Las monedas de curso legal en Argentina son fabricadas en una aleación de cobre denominada CuAlNi y acuñadas en frío. El valor nominal de la moneda (extrínseco) debe ser mayor al propio valor del metal (intrínseco) que lo constituye

47 Caso de análisis de falla por sobrecarga: Acuñado de monedas de curso legal La empresa decide cambiar le material del cospel a un SAE 1010 Consecuencia: Cospel original CuAlNi Cospel de reemplazo SAE 1010 Rotura prematura de los punzones a cargo de la deformación plástica

48 Caso de análisis de falla por sobrecarga: Acuñado de monedas de curso legal Número Perfil (µm) L (µm) De acuerdo con las mediciones realizadas, el acuñado presenta una profundidad máxima aproximada de 80mm, en cada cara de la moneda.

49 Caso de análisis de falla por sobrecarga: Acuñado de monedas de curso legal Carga: 65 t Cospel de aleación base Cobre Carga de acuñado necesaria obtenida por simulación para lograr un grabado de 80 µm en CuAlNi Resultados: mapas de temperaturas

50 Caso de análisis de falla por sobrecarga: Acuñado de monedas de curso legal Carga: 105 t Cospel de Acero SAE 1010 Carga de acuñado necesaria obtenida por simulación para lograr un grabado de 80 µm en acero Resultados: mapas de temperaturas

51 Conclusiones En relación a la simulación del acuñado, el cambio del material del cospel ha provocado un incremento muy significativo de la carga, afectando esta situación drásticamente a la duración de los punzones (según los técnicos de la planta de acuñado la duración pasó de de monedas con el cospel de aleación de cobre, a monedas con el cospel con núcleo de acero). Es decir que, el cambio de cospel, ha resultado determinante en los problemas de calidad del acuñado de las monedas, en la marcada disminución de la duración de los punzones, e incluso, en el caso de insistir en su utilización, terminará afectando negativamente sobre el desgaste de las acuñadoras.

52 Muchas Gracias! Av. General Paz 5445 B1650WAB San Martín Buenos Aires, Argentina (54 11)

53 Resumen del Seminario NUEVAS IDEAS

54 Pin-on disk y compresión de anillo para determinar el coeficiente de rozamiento. Los defectos de forjado se pueden reproducir por simulación => es posible corregirlos. Las fuerzas laterales se pueden estimar. La cantidad de golpes, la presión de contacto, la velocidad de deslizamiento y el tiempo de contacto tienen una marcada influencia sobre el desgaste.

55 Rugosidades más altas pueden ayudar a reducir el desgaste (comentar láser). Las zonas más comprometidas desde el punto de vista del desgaste, pueden obtenerse por simulación computacional (presión de contacto). Preformas fundidas, extruidas en caliente y soldadas por fricción.

56 Muchas Gracias! Av. General Paz 5445 B1650WAB San Martín Buenos Aires, Argentina (54 11)