Análisis numérico de la conformabilidad de chapa de AISI304-H111 en procesos de conformado convencional e incremental mediante DEFORM™-3D

Abstract

El principal objetivo de este proyecto es la creación de diversos modelos numéricos para placas de acero AISI304-H111 conformadas mediante procesos de Nakazima, Stretch-Bending y conformado incremental mono-punto (SPIF), validándolos en términos de deformaciones con los resultados experimentales obtenidos previamente por el grupo de investigación del Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación del Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación de la Universidad de Sevilla. Una vez se hayan validado los modelos, los resultados de éstos se trasladarán al espacio de la triaxialidad para realizar un análisis más en profundidad, con el objetivo de clarificar las diferencias entre los procesos de conformado convencional e incremental. Los modelos se realizarán en DEFORM™-3D, conocido por ser un software robusto basado en la mecánica de los elementos finitos (FEM), que usa cálculo implícito y tiene una gran aplicación industrial. El documento está estructurado en cinco secciones principales. Comienza comentando los distintos métodos de conformado de chapas, tanto incremental (ISF) como convencionales, explicando también las bases de la triaxialidad, para acabar estableciendo los principales objetivos del proyecto y revisando los antecedentes experimentales. La segunda es un escueto análisis de varios ensayos experimentales realizados para caracterizar de forma más precisa el material, obteniendo una ley de comportamiento en forma de nube de puntos La tercera sección es un conciso manual paso a paso que explica cómo usar DEFORM™-3D, concretamente cómo crear el modelo numérico para los procesos de conformado convencional de Nakazima, así como las diferencias puntuales para la creación de los modelos para los procesos de Stretch-Bending y SPIF realizados en este proyecto. En la cuarta sección, se exponen los resultados y se analizan en términos de deformaciones, para compararlos con los resultados experimentales previamente mencionados, validando así los modelos. Finalmente, en la quinta sección se trasladan los resultados al espacio de la triaxialidad, analizándolos en dicho espacio para exponer las diferencias entre los procesos de conformado convencional e incremental.

The main objective in this project is to create several numerical models for AISI304-H111 formed sheets, specifically Nakazima, Stretch-Bending, and Single-Point Incremental (SPIF) processes, and validate them in strain terms with experimental data previously obtained by the group of Manufacturing at the Department of Mechanical Engineering and Manufacturing at the University of Seville. Once the models will have been validated, their results will be transferred to the Triaxiality Space, to carry out a deeper analysis, to clarify the differences between incremental and conventional forming processes. The models will be carried out on DEFORM™-3D, which is known for being a robust FEM-based software, having a great industrial application and using implicit computation. The document is structured in five main sections. It starts by commenting different forming methods, both ISF and conventional methods, also explaining the fundamentals of the triaxiality, to finish by establishing the main objectives of the project, and reviewing the backgrounds. The second section is a short analysis of several experimental tests, made to characterize the material, obtaining a stress-strain curve in the form of a point cloud. The second section is a concise step by step manual guide to show how to use DEFORM™-3D, specifically how to create a numerical model for the Nakazima forming processes, as well as the small differences for creation of the models for the Stretch-Bending and incremental forming processes carried out in this project. In the fourth section the results were exposed and analysed in strain terms, in order to compare them with the previously commented experimental results, validating the models. Finally, in the fifth section, the results are transferred to the Triaxiality Space, being analysed there to expose the differences between the conventional and incremental forming processes.