Analysis of metal forming process of a hollowed gear shaft

Análisis del proceso de conformado metálico de un eje de engranaje hueco

En este artículo se presentan los resultados del análisis numérico de la conformación de un eje de engranaje hueco forjado, utilizado en la industria del automóvil. Las simulaciones numéricas del proceso se realizaron mediante el método de los elementos finitos (MEF) en condiciones de estado tridimensional de deformación con consideración de los fenómenos térmicos. Durante los cálculos se analizaron los parámetros geométricos de los productos obtenidos, se determinaron las distribuciones de las deformaciones y las temperaturas. También se indicaron los parámetros de fuerza del proceso. Como resultado de los trabajos de investigación realizados, se afirmó que es posible formar de forma rotativa piezas forjadas huecas axi-simétricas.

INTRODUCCIÓN

Los elementos huecos se caracterizan por unas propiedades de resistencia comparables a las de los productos macizos, especialmente en el caso de cargas de flexión y torsión, con una reducción simultánea de su masa. En consecuencia, las máquinas equipadas con elementos huecos son más ligeras que los elementos macizos tradicionales. De ahí que los equivalentes huecos de los productos macizos se apliquen más ampliamente. En la actualidad, los principales destinatarios de este tipo de piezas son las industrias automovilística y aeronáutica, en las que la disminución de la masa de construcción puede traducirse directamente en una mejora de la dinámica de las máquinas, la reducción del consumo de combustible, el aumento de la capacidad de carga y la reducción de las emisiones contaminantes. Además de numerosas ventajas de explotación, la aplicación de piezas huecas permite reducir los costes de fabricación (reducción del consumo de material y de los costes de trabajo). Sin embargo, esto es posible sólo en el caso de aplicación de tocho hueco (en forma de tubo o manguito) en el proceso de fabricación. Se utilizan muchos métodos de fabricación de elementos huecos, entre ellos los de mayor importancia: el mecanizado y el conformado de metales.

Las técnicas de mecanizado están relacionadas con la necesidad de eliminar determinadas capas de material. Esto provoca un gran consumo de material y energía y aumenta la carga de las máquinas. Debido a este hecho, se puede observar que el proceso de conformado de metal de productos huecos, en los que se deja un margen relativamente pequeño para el mecanizado final, es cada vez más popular [1]. La aplicación del proceso de conformado de metales no sólo permite reducir los costes de fabricación, sino que también aumenta las propiedades de resistencia de los productos debido a la distribución favorable de la estructura. Existen numerosos métodos de conformado metálico de piezas huecas bien conocidos y ampliamente aplicados. En la actualidad, los procesos de mayor importancia son: embutición, hilado, forja tradicional conectada con punzonado, estampado, forja rotativa, prensado interno a alta presión y prensado en frío conectado con perforación profunda.