Hidroformado

Este proceso se basa en la patente de la década de 1950 para el hidromoldeo de Fred Leuthesser, Jr. y John Fox de la Schaible Company de Cincinnati, Ohio en los Estados Unidos. ^{[ 2 ]} Originalmente se utilizó en la producción de boquillas de cocina. Esto se hizo porque, además del fortalecimiento del metal, el hidromoldeo también producía piezas menos "granulosas", lo que permitía un acabado del metal más fácil. ^{[ 3 ]} En el hidroconformado de láminas hay conformado con vejiga (donde hay una vejiga que contiene el líquido; ningún líquido entra en contacto con la lámina) e hidroconformado donde el fluido entra en contacto con la lámina (sin vejiga). El conformado con vejiga a veces se llama flexforming. ^{[ 4 ]} El flexforming se utiliza principalmente para producciones de bajo volumen, como en el campo aeroespacial. ^{[ 5 ]} El conformado con el fluido en contacto directo con la pieza se puede hacer con un punzón sólido macho (esta versión a veces se llama embutición profunda hidromecánica ^{[ 6 ]} ) o con una matriz sólida hembra. En el proceso de embutición profunda hidromecánica, la pieza se coloca sobre un anillo de embutición (sujetapiezas) encima de un punzón macho. A continuación, una cámara hidráulica rodea la pieza y una presión inicial relativamente baja la asienta contra el punzón. Posteriormente, el punzón se eleva dentro de la cámara hidráulica y la presión aumenta hasta 100 MPa (15 000 psi), lo que da forma a la pieza alrededor del punzón. Finalmente, se libera la presión, se retrae el punzón, se eleva la cámara hidráulica y el proceso concluye.

Entre estas técnicas, el ensayo de abombamiento hidráulico permite un mayor endurecimiento por deformación del material en lámina mediante operaciones de estiramiento específicas y proporciona una mayor precisión de forma para piezas complejas. Por lo tanto, al seleccionar el material adecuado y los parámetros de conformado para el estudio de abombamiento hidráulico de la lámina, se pueden determinar las curvas límite de conformado (FLC).

Significado

• El ensayo de abombamiento hidráulico es más apropiado para las operaciones de conformado de chapa metálica, ya que el modo de deformación es biaxial en lugar de uniaxial. Además, proporciona curvas de fluencia para los materiales con un rango extendido de niveles de deformación plástica de hasta el 70 % antes de que se produzca la rotura.
• Resulta útil generar las curvas de carga direccionales (FLC) que servirán como entrada de referencia fiable para el solucionador explícito como LS-DYNA. Estas FLC obtenidas se utilizan como entrada de curva de carga para dichos solucionadores en el análisis.
• Los FLC también son los más adecuados para identificar la zona exacta para las operaciones de conformado sin verse afectados por el estrechamiento localizado y otros posibles defectos durante el proceso.
• Las pruebas de abombamiento hidráulico serían útiles para calcular el coeficiente de endurecimiento por deformación "n" (es decir, el coeficiente de endurecimiento por trabajo) del material, para determinar la capacidad del material para ser conformado.
• Un enfoque sencillo y versátil.
• Se puede utilizar una distribución controlada de la presión sobre la superficie de la pieza durante el conformado para "controlar" el espesor de la lámina y retrasar la formación de estrangulamientos localizados.
• El uso de herramientas de superficie de forma única ahorra tiempo y costes en su fabricación. La ausencia de contacto rígido de la herramienta en una superficie también reduce la fricción y, por lo tanto, los defectos superficiales, lo que da como resultado un buen acabado superficial.

En el hidroformado de tubos existen dos prácticas principales: alta presión y baja presión . En el proceso de alta presión, el tubo se introduce completamente en una matriz antes de su presurización. En baja presión, el tubo se presuriza ligeramente a un volumen fijo durante el cierre de la matriz (antes conocido como proceso Variform). Históricamente, el proceso se patentó en la década de 1950, ^{[ 7 ]} pero se extendió industrialmente en la década de 1970 para la producción de grandes juntas en forma de T para la industria del petróleo y el gas. Hoy en día se utiliza principalmente en el sector automotriz, donde se pueden encontrar numerosas aplicaciones industriales. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Con el auge de la bicicleta eléctrica, se ha convertido en un método preferido por los fabricantes de bicicletas eléctricas. En particular, los tubos inferiores y superiores se fabrican preferentemente mediante hidroformado para alojar la batería de la bicicleta eléctrica. Las aplicaciones más recientes en la industria de la bicicleta son los manillares hidroformados para mejorar la aerodinámica y la ergonomía. En el hidroconformado de tubos, se aplica presión en el interior del tubo, el cual se sujeta mediante matrices con las secciones transversales y formas deseadas. Al cerrar las matrices, los extremos del tubo se sellan con punzones axiales y el tubo se llena con fluido hidráulico . La presión interna puede alcanzar varios miles de bares, lo que provoca que el tubo se ajuste a las matrices. El fluido se inyecta en el tubo a través de uno de los dos punzones axiales. Estos punzones son móviles y su acción es necesaria para proporcionar compresión axial y alimentar el material hacia el centro del tubo en expansión. También se pueden incorporar contrapunzones transversales en la matriz de conformado para formar protuberancias con una relación diámetro/longitud pequeña. Los contrapunzones transversales también se pueden utilizar para perforar la pieza al final del proceso de conformado.

El diseño del proceso ha sido en el pasado una tarea desafiante, ya que el modelado analítico inicial solo es posible para casos limitados. ^{[ 10 ]} Los avances en FEA y FEM en los últimos años han permitido que los procesos de hidroformado se diseñen de manera más amplia para una variedad de piezas y materiales. A menudo, se deben realizar simulaciones FEM para encontrar una solución de proceso factible y definir las curvas de carga correctas: presión vs. tiempo y avance axial vs. tiempo. ^{[ 11 ]} En el caso de piezas de hidroformado de tubo más complejas, el tubo debe precurvarse antes de cargarlo en la matriz de hidroformado. El doblado se realiza secuencialmente a lo largo del tubo, doblando el tubo alrededor de discos de doblado (o matrices) a medida que se alimenta la longitud del tubo. El doblado puede hacerse con o sin mandriles. Esta complejidad adicional del proceso aumenta aún más la dependencia de FEM para el diseño y la evaluación de los procesos de fabricación. La viabilidad de un proceso de hidroconformado debe tener en cuenta las propiedades iniciales del material del tubo y su potencial de variación, junto con el proceso de doblado, la presión hidráulica durante todo el proceso de conformado, incluyendo o no la alimentación axial, para poder predecir la conformabilidad del metal.

• Antenas satelitales de hasta 6 metros de diámetro, como las utilizadas en el Allen Telescope Array . ^{[ 14 ]}
• Carcasa de la luminaria y reflector

• Muchos vehículos de motor tienen componentes fabricados con tubos hidroformados, siendo el primer componente automotriz producido en masa la viga de soporte del panel de instrumentos para la minivan Chrysler de 1990. ^{[ 15 ]}
  • La técnica se utiliza ampliamente en la fabricación de soportes para motores. El primero producido en masa fue para el Ford Contour y el Mystique en 1994. ^{[ 15 ]} Otros ejemplos de una larga lista incluyen el Pontiac Aztek , ^{[ 16 ]} el Honda Accord ^{[ 17 ]} y el bastidor perimetral alrededor del motor de la motocicleta Harley Davidson V-Rod . ^{[ 18 ]}
  • Otras aplicaciones importantes del hidroformado en el sector automotriz incluyen componentes de suspensión y soportes de radiador.
  • Diversos componentes del bastidor del vehículo, siendo el primero producido en masa el Chevrolet Corvette de 1997. ^{[ 19 ]} Una selección de muchos ejemplos son las versiones actuales de las tres principales camionetas pickup de Estados Unidos: la Ford F-150 , la Chevrolet Silverado y la Ram , que tienen largueros de bastidor hidroformados, ^{[ 19 ]} el Pontiac Solstice de 2006 ^{[ 20 ]} y el bastidor de acero dentro del vehículo utilitario John Deere HPX Gator. ^{[ 21 ]}
• El proceso se ha popularizado recientemente para la fabricación de armazones de sillas de ruedas de aluminio y aros de manillar, lo que hace que las sillas de ruedas sean más rígidas y ligeras, y los aros de manillar más ergonómicos. ^{[ 22 ]}
• Este proceso se ha popularizado para la fabricación de cuadros de bicicleta de aluminio. El primer cuadro fabricado comercialmente fue el de la bicicleta Giant Manufacturing Revive, que se lanzó al mercado en 2003.
• El tubo de latón de los saxofones Yamaha .