Advanced numerical models for rubber pad diaphragm forming process simulation

Résumé

De forma convencional, los productos de chapa se fabrican empleando troqueles rígidos, lo que implica que deben estar completamente alineados y encajar perfectamente entre sí. Este tipo de tecnología ha sido ampliamente utilizada en el conformado de productos de chapa, permitiendo la fabricación de grandes lotes de piezas de forma rápida y continua. Por otro lado, las herramientas utilizadas en estos procesos son costosas y se requieren largos tiempos para la reconfiguración. Los procesos convencionales son, por tanto, muy útiles en sectores donde se fabrican piezas con alta cadencia, lo que amortiza el tiempo de preparación y el coste de los utillajes, como ocurre en la industria de la automoción. Sin embargo, en el caso de los productos de chapa que demanda el sector aeronáutico, generalmente se demanda una mayor variedad de geometrías y en menor cantidad, por lo que estos procesos no son adecuados. Debido a estas necesidades particulares del sector aeronáutico surgen los procesos de conformado con goma. En este tipo de procesos, en lugar de utilizar un conjunto de troqueles rígidos, utilizan únicamente un troquel, y como contraparte, una herramienta de goma flexible, que puede ser compatible con diferentes matrices. El proceso de conformado mediante diafragma de goma, es un proceso de conformado con goma que, a diferencia de las tecnologías convencionales en este campo, utiliza una combinación de una herramienta flexible, una herramienta rígida y un fluido a presión para obtener las piezas. En este proceso, un diafragma de goma es empujado por la acción de un fluido a presión, que al deformarse presionará la chapa contra el troquel, obligándola a adquirir la geometría de dicho troquel. Por su naturaleza, este proceso está especialmente diseñado para la fabricación de múltiples series cortas de piezas, siendo el sector aeronáutico la industria objetivo. En comparación con los procesos de conformado convencionales, en los que se utilizan herramientas rígidas y en torno a los cuales se ha desarrollado una extensa bibliografía y experiencia a lo largo de los años, el proceso de conformado mediante diafragma de goma, se encuentra en un estado mucho más preliminar. Sumado a esto, a pesar de que la simulación de procesos de conformado más convencionales está muy avanzada y está activamente implementada en los medios productivos, la inclusión de la goma, ha hecho que las simulaciones de procesos de conformado con goma se hayan quedado atrás. Gran parte de la industria que utiliza este proceso no utiliza simulaciones numéricas o utiliza el mismo tipo de modelos que se utilizarían para los procesos de hidroconformado. Los puntos centrales de este trabajo serán, por un lado, el análisis del comportamiento hiperelástico de las gomas y los diferentes efectos que sobre ellas se producen, así como evaluar cómo interactúan con los demás elementos durante el proceso y como afectan al resultado de la pieza final. Por otro lado, la obtención de una caracterización avanzada de las propiedades mecánicas de la chapa y el coeficiente de fricción durante el proceso. De esta forma, el desarrollo de modelos de simulación avanzada y la caracterización de todos los elementos que intervienen en el proceso, así como su correcto modelado, será un elemento clave para entender mejor esta tecnología, y aumentar el conocimiento en torno al proceso, con el objetivo final de optimizar el trabajo diario con este tipo de conformado.