Modelado eficaz de frenos en simulaciones de estampado

Para conseguir el proceso de conformado óptimo de una pieza estirada sin ninguna rotura o arruga, es necesario controlar el flujo del material durante la operación de embutido. Este control a menudo se consigue usando frenos en combinación con una fuerza de pisado. Durante el diseño de proceso, se modifica la posición, la longitud y la fuerza del freno para producir una pieza estampada óptima con el mínimo uso de material. También durante la puesta a punto los frenos se pueden modificar manualmente para obtener el proceso deseado. En general, cuando usamos frenos, se tienen que tener en consideración muchos aspectos para conseguir condiciones óptimas de conformado.

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El uso intensivo de frenos así como la necesidad de realizar varias modificaciones requiere un método estructurado para modelar los frenos en una simulación de conformado. La modificación de este tipo de modelos de simulación debería ser rápida y fácil y no debería influir significativamente en el tiempo de computación.


Con el último lanzamiento AutoFormplus R6, AutoForm Engineering presentó un método para modelar eficazmente el comportamiento de los frenos.

La metodología consiste en:

  • Generación de frenos en 3D
  • Allanado de frenos
  • Comportamiento preciso del freno
  • Regeneración geométrica del freno


Generación de frenos en 3D
Para la generación de frenos en 3D, es necesario considerar dos aspectos: posición y geometría del freno. Primero, la posición del freno se define por medio de una curva en la ubicación del freno. Esta curva representa el centro del freno. Segundo, la geometría del freno se define basada en un perfil 2D en la sección transversal del freno. Finalmente el perfil del freno se modela en las superficies de la herramienta en la ubicación de la curva del mismo

 

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Ubicación del freno definida por una curva: la imagen representa la fuerza de restricción, indicada por pequeñas flechas

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Sección de herramientas de embutición con una generación de frenos en 3D basada en la curva y el perfil. 

 

Allanado de frenos
Los frenos pueden influir en la forma de la chapa después de cerrar el pisador y pueden producirse arrugas. La aparición de las arrugas en la simulación sólo se puede detectar usando frenos geométricos. Estos frenos geométricos también permiten mayor exactitud en la determinación del contorno de chapa debido a que se tiene en cuenta el material usado en el freno. Los frenos geométricos se usan, por lo tanto, durante el cierre del pisador, cuando el tiempo de cálculo es relativamente corto. Después del cierre del pisador, el área de frenado se allana y se usa el freno lineal durante el proceso de embutición. Todavía siguen presentes tras el allanado de frenos efectos como la entrada de chapa y la aparición de arrugas.

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Los frenos geométricos se usan durante el cierre del pisador.

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El área de frenado se aplana en la simulación de embutición y se modela el comportamiento del freno como un freno lineal. 

 


Comportamiento preciso del freno
El freno lineal adaptable es un sofisticado modelo de freno lineal que usa condiciones de proceso actuales en el cálculo de los efectos del freno. Los factores del freno de restricción y apertura (fR y fU) se recalculan constantemente durante la simulación basándose en los siguientes parámetros:

  • La geometría del freno, la cual está influenciada por la distancia vigente entre las herramientas. La distancia puede cambiar durante la simulación como resultado de la apertura de la herramienta, llevando a la reducción de los efectos del freno.
  • El espesor actual de la chapa.
  • Las propiedades locales del material (endurecimiento). Si, por ejemplo, la chapa se endurece antes de la entrada del freno, entonces aumentará la fuerza de restricción que el material genera en el freno.
  • Las fuerzas planas (tensiones de membrana) causadas por la presión de pisado o por la restricción en área de freno doble.


Esto significa que, al igual que sucede en la realidad, los efectos del freno pueden cambiar en cualquier momento en el proceso de embutición. Una de las mayores ventajas del modelo de freno lineal adaptable es, por tanto, que una vez el usuario define la geometría del freno, todos los factores listados arriba automáticamente se consideran en el cálculo. No hay necesidad de hacer ajustes manualmente de las condiciones de restricción como con doble freno o áreas inclinadas del pisador.


Regeneración geométrica del freno
La regeneración geométrica es una opción que permite invertir el allanado de los frenos geométricos al final de la operación de embutición. En algunos casos, es necesario reintroducir la geometría de los frenos para tener en cuenta, por ejemplo:

 

    • La influencia de la rigidez estructural de la pieza en su forma después del springback que sigue a la operación de embutición
    • Cualquier influencia de la forma del freno durante la colocación de la chapa en la operación secundaria

 

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Chapa al final del embutido

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Chapa al final de la embutición después de la regeneración geométrica 

 


Observación final
Para incorporar eficazmente los efectos de los frenos durante la simulación de estampado, se recomienda usar el modelo de freno lineal adaptable en combinación con la funcionalidad de allanado. Si hay que simular también operaciones secundarias de conformado, el modelo de freno lineal adaptable tendría que usarse en combinación con los pasos de allanado y regeneración geométrica.


Fuente : Autoform

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