I+D en conformación por deformación
Los expertos B. Cavallini, L. Puigpinós y G. Quintana, del centro tecnológico Ascamm, nos relatan en estas líneas cuáles son las tecnologías más comunes en la conformación por deformación. Además, nos hablan de tecnologías nuevas y muy prometedoras para el sector como el proceso de ITF y de las conclusiones del proyecto ProTuBend, que ofreció la posibilidad de estudiar el proceso, caracterizarlo, hacer algunas pruebas preliminares para determinar la viabilidad técnica y económica del proceso de conformado incremental de tubo, y finalmente permitió diseñar y fabricar la primera máquina prototipo para realizar el proceso.
¿Cuáles son las tecnologías de deformación existentes y sus aplicaciones industriales más comunes?
Existen muchas tecnologías convencionales de conformación por deformación. Estas tecnologías utilizan la plasticidad del material para generar formas y geometría mediante la aplicación de deformaciones permanentes, es decir, trabajando en la zona plástica de la curva tensión-deformación. La plasticidad permite a los materiales deformarse de forma permanente e irreversible, sufriendo cambios de forma y dimensiones sin romper ni fisurarse. En líneas generales, se conforma el material mediante presiones o esfuerzos de tracción, compresión, flexión o torsión y las tecnologías o procesos convencionales más utilizados son los de embutición, estampación, laminado, forja, extrusión, doblado, curvado, repulsado, estirado, trefilado, etc., para conseguir diferentes tipologías de pieza para sectores tan distintos como la automoción, construcción, hostelería, energía, transporte, mobiliario urbano, equipos industriales, etc.
¿Qué proyectos se llevan a cabo en Ascamm en el ámbito de la deformación?
En Ascamm Centro Tecnológico hemos desarrollado una actividad creciente de investigación aplicada orientada a la industria en los últimos años. Dicha actividad incluye proyectos propios para la generación de conocimiento de primer nivel en el ámbito de las tecnologías industriales (23 patentes), proyectos de I+D bajo contrato y proyectos colaborativos con otras empresas y entidades, incluyendo la posibilidad de explotación conjunta de resultados.
¿Y dentro de las tecnologías de conformación por deformación?
Hemos trabajado y desarrollado proyectos de investigación principalmente en el ámbito del conformado incremental de chapa, incremental sheet forming (ISF) o dieless forming, tecnología basada en la deformación local del material para generar geometría y que no requiere de grandes desarrollos en matricería para obtener primeras piezas. Y también participamos en el desarrollo del proceso de conformado incremental de tubos, incremental tuve forming (ITF), en un proyecto europeo con varios socios llamado ProTuBend. Las dos tecnologías ISF e ITF, son tecnologías de rapid manufacturing muy interesantes y competitivas para series cortas.
¿Hacia dónde cree que se dirigen las tendencias en los procesos de la deformación?
Las principales tendencias actuales en los procesos de deformación se dirigen hacia el mayor conocimiento del proceso y los modos de falla del material y hacia la monitorización y control de proceso gracias a los desarrollos en sensorística e inteligencia artificial y modelos predictivos de los últimos años. También la combinación de procesos trabajando a la vez o de forma simultánea, está resultando una tendencia interesante en los últimos años.
Háblenos de las nuevas tecnologías de producción de tubos de acero de alta resistencia.
En el proceso de conformado incremental de tubos (ITF), un tubo es empujado con un pistón a través de un cabezal de repujado compuesto de varios rodillos que giran a su alrededor conformando el diámetro de la sección transversal del tubo, a partir de la aplicación de deformaciones plásticas locales con su movimiento. Estos rodillos de conformación, que giran alrededor del tubo y conforman el diámetro con su posición e interferencia, tienen una velocidad de rotación ajustable a las necesidades del proceso y del material. Después de pasar por este primero cabezal y seguidamente, el tubo deformado entra en la estación de curvado dónde se modifica su curvatura con un cabezal adecuado. Gracias a la superposición de procesos y esfuerzos es posible trabajar con materiales difíciles de conformar cómo los aceros de alta y ultra-alta resistencia.
¿Qué permite el proceso?
El proceso de ITF permite realizar tubos con diámetros variables a lo largo de su eje longitudinal con importantes ventajas en la fase de diseño. Es posible fabricar piezas tubulares plenamente optimizadas de forma fiable y económica permitiendo nuevos diseños en muchos tipos de aplicaciones: bienes de equipo, gran consumo, equipos industriales, mobiliario personal y urbano, etc.
A grandes rasgos, ¿cuáles han sido los resultados del proyecto europeo Protubend?
ProTuBend permitió estudiar el proceso, caracterizarlo, hacer algunas pruebas preliminares para determinar la viabilidad técnica y económica del proceso de conformado incremental de tubo, y finalmente permitió diseñar y fabricar la primera máquina prototipo para realizar el proceso. En el momento de finalización del proyecto la máquina prototipo se había comenzado a probar. El proceso de ITF es intrínsecamente complejo al tratarse de la concatenación de dos procesos, substancialmente disparejos que se ejecutan a velocidades muy distintas.
¿Y cuáles son sus aplicaciones?
Son muy diversas ya que conformando tubos de alta o muy alta resistencia, es posible reducir espesores, reducir la cantidad de material y, por lo tanto, el peso. Modificando el diámetro del tubo, es posible aumentar inercias en zonas de compromiso manteniendo la seguridad a partir de un diseño optimizado según cargas, etc. Con el proceso de ITF se puede afrontar la fabricación de elementos estructurales no existentes hasta día de hoy de modo que es posible conceptualizar estructuras más ligeras gracias al procesado de materiales de alta resistencia, con funcionalidad optimizada para sectores de altas exigencias.
¿En qué ha consistido la investigación de la máquina de Deformación Incremental de Tubo (ITF)?
Ascamm participó en el proyecto como conocedor del procesos de conformado incremental pero previamente no conocíamos la Tecnología ITF. Principalmente trabajamos en la caracterización del proceso, en aquellos momentos, poco desarrollada, mediante métodos analíticos y análisis con el método de los elementos finitos. De este modo, tuvimos en consideración muchos factores distintos.
¿Cuáles?
Parámetros de proceso (cinemática, uso de lubricantes, velocidad de rotación del cabezal de repujado, avance lineal del tubo, avance del tubo por revolución del cabezal de repujado, etc.); características geométricas de los elementos de repujado y curvado, posición relativa, rigidez, material, forma, runout, etc.; fenómenos del proceso como las variaciones de fuerzas, fricción, vibraciones, inestabilidades, etc., y características del propio tubo (material, diámetro inicial y final, espesor, longitud, etc.). La relación entre todos estos factores es de difícil cuantificación debido a las relaciones causa-efecto que existen entre muchos de ellos.
Fundación Privada Ascamm es un centro tecnológico orientado a la producción y diseño industrial. Es una referencia en Europa en materia de generación de tecnología patentada (9 familias de patentes de aplicación industrial) para la obtención de productos con alto valor añadido y lograr soluciones para mejorar estrategias y gestión de la innovación en la empresa. Las actividades de investigación se organizan bajo cuatro grandes paquetes: Desarrollo total de productos, procesos de fabricación y tecnologías de producción, procesamiento de nuevos materiales basado en el conocimiento de las tecnologías.
En el entorno de Ascamm, se han creado 6 empresas spin-off de base tecnológica: NeoSurgery y Hexascreen, orientados a aplicaciones para el sector biomédico; Plastiasite, relacionada con aplicaciones TIC; Ultrasion, para soluciones industriales basadas en ultrasonidos; Torrot Eléctric, para movilidad eléctrica urbana, y lentes QPO, para la fabricación de ópticas de plástico.
