Geometrical accuracy improvement in flexible roll forming process by means of local heating

Resumen

Ibilgailuen pisua gutxitzeko joera garbia izan da azken hamarkadan, ingurugiroarekiko legediak eta arrazoi ekonomikoak bultzatuta. Helburu horrek ibilgailuen egitura nagusien ikerkuntza bi norantza nagusitan bideratu du. Batetik, material arinen azterketan eta garapenean, eta bestetik, material berri horiek eraldatzeko prozesu berritzaleen ikerkuntzan. Alde batetik, erresistentzia espezifiko handiko materialeen erabilerak ibilgailuen pisuaren jaitsiera eta ezaugarri estrukturalen hobekuntza ekarri du. Halere, material hauek oso konformabilitate baxua eta errekuperazio elastiko handia dutenez, zaila egiten da geometrikoki forma egokia duten profilak ekoiztea. Arrazoi horiek guztiak direla eta, ekonomikoa den eta kontsumitzaileari egokituriko fabrikazio prozesu berrien garapena beharrezkoa egiten da. Ingurumari honetan, eta eskakizun guzti horiei erantzuna emateko, profilaketa arruntaren abantaila guztiak eta sekzio aldakorreko profilak sortzeko aukera uztartzen dituen prozesu berria sortu da, profilaketa aldakorra. Halere, profilaketa aldakorra oraindik garapen prozesuan izanik, prozesua berarenak diren akats geometriko bereziak konpontzeko beharra dago. Horregaitik, doktorego tesi honetan, akats geometriko horiek gutxitzeko helburuarekin, termikoki lagunduriko profilaketa aldakorra izeneko irtenbide termiko-mekanikoa proposatzen eta ikertzen da. Hiru ikerketa lerro nagusi jarraitu dira helburu hori lortzeko asmotan. Ikerkuntza lan honen lehenengo atalean, erresistentzi altuko hiru altzairuren (MS1200, CP800 eta DP600) eta altzairu arrunt baten (DC01) karakterizazio mekanikoa burutu da, trakzio saiakuntza kausiestatikoak burutuz. Material horiek doktoradutza tesian zehar garatu diren eredu matematikoak egiaztatzeko erabili dira. Bestalde, CP800 altzairua, termikoki lagundutako profilaketa aldakorreko esperimentazioa burutzeko aukeratua izanik, tenperatura altuetan ere mekanikoki karakterizatu da. Tenperaturak mikroegituran duen eragina eta eman daitezkeen deformazio mekanismoak aztertzeko asmotan, tenperatura altuetan entseatutako probetak mikroskopio optikoaz eta X-izpien difrakzioaz aztertu dira. Bigarrengo atalean, profilaketa arruntaren eta termikoki lagundutako profilaketa aldakorraren eredu matematikoak garatu eta egiaztatu dira. Eredu matematikoen emaitzak helburu horretarako sortu den profilatzeko makina arrunt batetan buruturiko entsegu esperimentalen emaitzekin aldaratu dira. Bestalde, entsegu hauek profilaketa prozesuan materialaren gogortasunak nola eragiten duen aztertzeko ere balio izan dute. Azkenik, termikoki lagunduriko profilaketa aldakorreko entsegu esperimentalak burutu dira, Proform Europear proiektuan zehar garatutako profilaketa aldakorreko makinan. Lortutako emaitzek akats geometrikoen hobekuntza adierazgarri bat erakusten dute, sekzio aldakorreko perfila termikoki lagundua izan denean.En este contexto fue desarrollado el perfilado flexible o de sección variable, donde se combinan todas las ventajas del perfilado convencional, permitiendo la fabricación de perfiles con secciones cambiantes a lo largo de su dirección longitudinal de forma contínua. Sin embargo, al ser un proceso de fabricación todavía en proceso de desarrollo, existen errores geométricos característicos del proceso que deben de ser resueltos. Por todo ello, en la presente tesis se propone y estudia la disminución de los errorres geométricos creados durante la fabricación de perfiles flexibles mediante un proceso térmico-mecánico, llamado perfilado flexible asistido térmicamente. Tres han sido las principales vías de investigación llevadas a cabo para este objetivo: En un primer apartado, se ha caracterizado el comportamiento mecánico de tres tipos chapas de acero de ultra alta resistencia (MS1200, CP800 Y DP600) y chapas de acero de embutición convencional (DC01), mediante ensayos de tracción uniaxial cuasi-estáticos. Estos materiales, han sido empleados para validar los modelos numéricos desarrollados durante la tesis doctoral. Por otro lado, el material CP800, elegido para realizar ensayos de perfilado flexible asistido térmicamente, se ha caracterizado mecánicamente a altas temperaturas. Con el objetivo de determinar los cambios microestructurales e identificar los posibles mecanismos de deformación a altas temperaturas, se han analizado la microestructura de las probetas ensayadas mediante microscopia óptica y difracción de rayos X. En un segundo apartado, se han desarrollado y validado modelos de simulación numérica del proceso de perfilado y perfilado flexible asistido térmicamente. Los resultados de los modelos numéricos han sido contrastados mediante ensayos experimentales realizados en la perfiladora convencional desarrollada para este objetivo. Por otro lado, los ensayos de perfilado convencional han servido para determinar la influencia de la resistencia del material en los diferentes parámetros de perfilado analizados. Los resultados de la simulación del proceso de perfilado asistido termicamente han servido para optimizar el proceso y la estrategia de calentamiento utilizada. En un último apartado, se han realizado ensayos de perfilado asistido térmicamente, en la perfiladora flexible desarrollado en el seno del proyecto Europeo Proform. Los resultados obtenidos, muestran una significativa disminución del error en la base del perfil, cuando el perfil flexible ha sido asistido térmicamente.