Numerical analysis of the cross wedge rolling process (CWR) for a stepped shaft

Análisis numérico del proceso de laminado en cuña cruzada (CWR) para un eje escalonado

El artículo presenta los resultados de la modelización numérica de un proceso complejo de CWR para producir un eje escalonado. El modelado se realizó utilizando el software comercial Simufact.Forming basado en el método de los elementos finitos (MEF). El análisis numérico permitió determinar los cambios de forma de la pieza, las distribuciones de deformación y temperatura, así como las variaciones de las fuerzas que actúan sobre la herramienta. Los resultados numéricos demuestran que los ordenadores personales pueden utilizarse hoy en día para modelizar incluso los casos más difíciles del proceso CWR, en los que se tienen en cuenta las formas complejas de las herramientas y los fenómenos térmicos que se producen durante el conformado.

INTRODUCCIÓN

La laminación en cuña cruzada (CWR) es una técnica de fabricación en la que los productos se forman por la acción de herramientas en forma de cuña. Las herramientas se montan en rodillos o en placas planas o cóncavas de la laminadora. La tecnología CWR se utiliza para fabricar piezas axisimétricas, principalmente ejes y árboles escalonados, así como preformas para productos forjados en prensa alargados.

El laminado en cuña transversal ofrece una serie de ventajas, como un alto rendimiento de la producción, un aprovechamiento eficaz del material, unas propiedades de alta resistencia de los productos, un proceso respetuoso con el medio ambiente, un bajo consumo de energía y automaticidad [1, 2]. A pesar de las ventajas mencionadas, el proceso CWR no encuentra, sin embargo, la debida aplicación en la producción de piezas de maquinaria. Esto se debe a que es difícil diseñar una herramienta que garantice que el proceso es correcto, ya que cambiar los ángulos de la herramienta incluso en un grado mínimo puede provocar deslizamientos incontrolados, necking (rotura) o agrietamiento del material. Por esta razón, el diseño de nuevas tecnologías basadas en CWR sólo lo llevan a cabo equipos de investigación afiliados a fabricantes de trenes de laminación. Sin embargo, cuando se trata de productos de formas complejas, incluso estos equipos llegan a soluciones finales mediante aproximaciones sucesivas, por el método de la pista y el error. De ahí que el diseño de herramientas que garanticen la fabricación de productos de la calidad requerida sea un proceso largo y costoso, lo que, obviamente, no deja de repercutir en el número de nuevas tecnologías implantadas. Ya en 1993 Fu y Dean [3] predijeron que el interés por la tecnología CWR aumentaría con el desarrollo de técnicas numéricas que permitieran modelizar procesos complejos de conformado de metales bajo un estado de deformación tridimensional. En tales condiciones, la corrección de la solución aplicada puede verificarse en el espacio virtual de un ordenador mediante simulaciones numéricas.