Análisis numérico de la conformabilidad de chapas de AA2024 - T3 en procesos de conformado incremental mono - punto usando DEFORM - 3D

Abstract

El método de los elementos finitos es un método numérico muy usado en ingeniería para la resolución de problemas complejos . DEFORM™ - 3D es un software de elementos finitos de carácter robusto y basado en cálculo implícito, que tiene además una gran aplicación industrial. En este Trabajo de Fin de Grado se ha modelado en DEFORM™ - 3D un proceso de conformado incremental mono - punto o SPIF (del inglés Single Point Incremental Forming ) para chapas de aleación de aluminio AA2024 - T3, con objeto de determinar los estados de tensiones y deformación alcanzados en el proceso. Los resultados obtenidos se han comparado con datos experimentales correspondientes a una serie de estudios previos realizados en el seno del grupo de investigación del Área de Ing eniería de los Procesos de Fabricación del Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación de la Universidad de Sevilla. Además, se han analizado los límite de conformado en dichas chapas de AA2024 - T3 en función del diámetro del punzón en SPIF, estudiánd ose el nivel de deformaciones al cual ocurre el fallo al aplicar distintos criterios de daño acumulado durante el conformado del material. Los resultados experimentales previos se obtuvieron mediante la medición de las deformaciones utilizando el sistema ó ptico ARGUS ® . En este trabajo se h izo uso de estos resultados así como de las mediciones de la reducción de espesor en la zona de fallo que sirvieron para determinar los puntos de fractura en SPIF. Para la comparación de los resultados numéricos y experime ntal también se hizo uso de resultados previos de las deformaciones límites en ensayos tipo Nakazima , que sirvier on para calcular el diagrama l ímite de conformado o FLD del material . El documento comienza describiendo las características y aplicaciones del conformado incremental , sus principales ventajas y los principales mecanismos de deformación que se observan en SPIF . A esto le sigue un sucinto manual en el que se explica de manera sencilla como realizar un modelo númerico en DEFORM™ - 3D , continuando con los modelos concretos realizados para simular el proceso usando herramientas de 20 y 10 mm de diámetro. F inalmente, se exponen y analizan los resultados obtenidos , que son comparados con los resultados experiment ales previos . Cabe destacar que en las sim ulaciones numéricas se obtienen nivel es de deformaciones principales similares a los experimentales para las profundidades de herramienta a las que se produce el fallo en la realidad . Además los resultados evidencian que el daño acumulado proporcionado por el criterio de Ayada proporciona valores cercanos al daño crítico, por lo que parece que este criterio de daño permite predecir mejor el fallo del material que otros criterios analizados

The Finite Element Method (FEM) is a numerical method wi dely used in the resolution of complex engineering problems. DEFORM™ - 3D is robust FEM - based software based in implicit calculation, which also has a large industrial application. In t h is project a Single Point Incremental Forming (SPIF) process has been modeled in DEFORM™ - 3D for AA2024 - T3 sheets, with the aim of determining stress/strain states in this process. The results obtained have been compared with experimental data corresponding to previo us work carried out within the group of Manufacturing at the Department of Mechanical Engineering and Ma nufacturing at the University of Seville . Moreover, the limit strain states of AA2024 - T3 in SPIF has been analised for the different tool radii consider ed, and the level of deformation at failure has been studied applying a series of accumulated damage criteria . The p revious experimental results were obtained by measuring the deformations using the optical system ARGUS®. In this paper the use of these res ults as well as the measurements of the thickness reduction in the failure zone that served paragraph Determine the points of fracture in SPIF is made. For the comparison of numerical and experime ntal results, previous results of limits deformations in Na kazima tests were used too, which served to c alculate forming limit diagram or FLD of the material. The document begins by describing the characteristics and applications of increme ntal forming, its main advantages and main mechanisms of deformation that were observed in SPIF. A concise hand book follows which explains in simple terms how to perform a numerical model in DEFORM ™ - 3D , continuing with the concrete models used in this project to simulate the process using t ools with 20 and 10 mm of diameter. Finally, the results were exposed and analyzed, in order to compared them wit h previous experimental results commented. I t's worthy to distinguish that in the num erical simulations similar principal deformation levels are obtained for the tool experimen tal d epths wh ere failure occurs in reality. In addition, the simulations shows that the accumulated damage criterion of Ayada provides close results to the critical damage values, so it seems that this criterion of damage allows predict the failure of t he material better than the other criteria analyzed