Ledesma Orozco Elías R., Castillo Hinojosa Israel, Reveles Arredondo Juan Fco.

Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Guanajuato

§  Objetivo. §  Diseño del dado para hidroformado. §  Fabricación de los componentes del dado. §  Pruebas experimentales. §  Simulación en LS DYNA. §  Comparativo. §  Conclusiones.

Realizar un comparativo numérico-experimental de un proceso de hidroformado para obtener la tapa lateral de un tanque de almacenamiento de hidrogeno.

Hidroformadodeláminacondado.

Hidroformadodeláminaconpunzón.

La forma de la cavidad del dado para hidroformado se tomo del diseño del tanque de almacenamiento de hidrógeno apoyado por CONCYTEG (numero de convenio: 06-16-k117-31), el cual se pretende construir a escala 1:4, como parte del proyecto “Fabricación y Pruebas de un tanque de almacenamiento de hidrógeno para su uso en un automóvil”.

DADO

PISADOR

TAPA

Parámetro Valor Unidad

Material base para piezas rectangularesL1=5.1875

pulgL2=7.6875

Diámetro equivalente (De) 7.1256 pulg

Diámetro interior equivalente (Ded) 4.8338 pulg

Claro entre dado y punzón (c) 0.055 pulg

Criterios para embutido

DR=1.47

r=0.32

t/De=0.007

Altura de embutido (hR) 1.5 pulg

Radio de curvatura del dado inferior (rd) 0.25 pulg

Fuerza de embutido (Fe) 37500.5273 lb

Presión de hidroformado 1948.1501 psi

Fuerza de sujeción (Fh) 16613.4375 lb

Precarga del tornillo (Fi) 10193.62 lb

Par de torsión de apriete (T) 127.42 lb.ft

Dado inferior, esfuerzo máximo 57956 psi, desplazamiento máximo 0.005”.

Dado superior, esfuerzo local máximo 54765 psi, desplazamiento máximo 0.004298”.

La presión de trabajo empleada en el proceso de hidroformado es de 3000 psi, para el análisis de cada parte del troquel se empleó una presión de 7500 psi considerando un factor de seguridad 2.5. Se revisaron los esfuerzos equivalentes de Von-Mises, comparando estos con un esfuerzo de fluencia del material (Acero 1018) de 53700 psi.

ImportacióndentrodeMastercam

Generacióndetrayectoriasdelaherramienta

Descripción Pieza Material

2 placas de 9.25inX7.25inX1.75in Dado inferior y superior Acero 1018

1 placa de 7.75inX5.25inX0.5in Pisador Acero 1018

1 redondo de 0.75in Guías Coldroll 1018

Tabla Material para la construcción del dado.

DADO

GUIAS

TAPA

PISADOR

Paso 2: Paso 1:

Paso 3: Paso 4:

Pieza obtenida con 2000 psi de presión

Mediciones en la máquina de coordenadas. Zonas de medición.

Prueba 1 2 3 4 5 6 7 8

A 0.0435 0.0445 0.0445 0.0435 0.044 0.0445 0.044 0.044

B 0.048 0.047 0.047 0.047 0.057 0.047 0.047 0.046

C 0.0435 0.0445 0.044 0.044 0.0445 0.044 0.0445 0.044

D 0.047 0.046 0.046 0.046 0.056 0.047 0.045 0.046

E 0.044 0.0445 0.0445 0.044 0.0445 0.044 0.044 0.044

F 0.045 0.046 0.047 0.0465 0.058 0.047 0.048 0.046

G 0.0435 0.0445 0.044 0.044 0.045 0.0445 0.044 0.044

H 0.045 0.0465 0.046 0.045 0.057 0.046 0.045 0.046

I 0.0429 0.0437 0.0437 0.0426 0.0441 0.0427 0.0439 0.0427

J 0.0455 0.0459 0.0452 0.0448 0.0458 0.0436 0.0444 0.0452

K 0.441 0.0450 0.0449 0.0450 0.0453 0.0426 0.0443 0.0437

L 0.0435 0.0449 0.0432 0.0423 0.0431 0.0411 0.0441 0.0413

M 0.0433 0.0438 0.0436 0.0436 0.0440 0.0405 0.0439 0.0433

N 0.0450 0.0463 0.0457 0.0455 0.0449 0.0433 0.0441 0.0446

Ñ 0.0443 0.0459 0.0449 0.0453 0.0453 0.0395 0.0438 0.0448

O 0.0441 0.0447 0.0439 0.0425 0.0439 0.0441 0.0429 0.0428

P 0.045 0.0455 0.0452 0.0454 0.045 0.045 0.046 0.0452

Espesores de las pruebas en pulgadas.

•  Elementode4nodosconcapacidadesdemembranaydedoblado.•  Elelemento9ene12gradosdelibertadencadanodo:translación,velocidady

aceleraciónenlasdireccionesX,YyZ.•  Cargasnormalesyenelplanosonpermi9das.•  Permitehaceranálisisexplícito-implícitoparaanalizarelgradode“Springback”.•  Puedetenerhasta100puntosdeintegración,seoptóporusar5.•  Ademásdelahorrode9empodecómputo,otradelasventajasdeusarelelemento

SHELL163eselhechodequeesteelementoeselúnicosobreelcualesposibleusarelre-mallado.

•  Yaquelasláminas9enenuncomportamientoortotrópicodebidoalaformaenquesonfabricadas,fuenecesariousarunmodelodematerialtransversalmenteanisotrópicoFLD,quesolopuedeserusadoconesteelemento.

SHELL 163

Diagrama FLD

EsfuerzosdeVonMises(psi).

Porcentajedereducción(%)

Espesoresfinales(pulgadas)

Springbackmáximode0.0053plg

Fuerzamínimarequerida=2047.3lb

A B C D E F G H IEXPERIMENTAL(PLG) 0.044 0.046 0.044 0.046 0.044 0.046 0.044 0.046 0.043

LSDYNA(PLG) 0.046 0.047 0.046 0.047 0.046 0.047 0.046 0.047 0.045

ERROR(%) 4.55 2.17 4.55 2.17 4.55 2.17 4.55 2.17 4.65

J K L M N Ñ O P

EXPERIMENTAL(PLG) 0.045 0.044 0.041 0.043 0.045 0.045 0.043 0.045

LSDYNA(PLG) 0.047 0.046 0.043 0.045 0.047 0.047 0.045 0.046

ERROR(%) 4.44 4.55 4.88 4.65 4.44 4.44 4.65 2.22

•  ElpaqueteLSDYNAesunabuenaopciónparasimularprocesosdeconformadodeláminastalescomohidroformado,estampado,doblado,troquelado,etc.

•  ConLSDYNAesposibleobtenerlosparámetrosdinámicosnecesariosparallevaracabounconformadodeláminastalescomofuerzadelpisador,fuerzadepunzón,presióndehidroformado,etc.

•  ElmodelotransversalmenteanisotrópicoFLDeslamejoropciónparamodelarunconformadodelámina.