Conformado incremental asimétrico de chapa de Ti-6AI-4V en caliente: fundamentos y desarrollos para la fabricación de pieza aeronáutica

Abstract

a tecnología ¿Single Point Incremental Forming¿ (SPIF) muestra un gran potencial para producir competitivamente series pequeñas de piezas de diversas aleaciones metálicas. Sin embargo, pese a las ventajas que presenta, esta tecnología no está aún industrializada y tiene todavía muchos puntos de mejora. Entre ellos cabe destacar la necesidad de soluciones específicas para procesar materiales de baja formabilidad a temperatura ambiente y el desarrollo de técnicas que mejoren los resultados finales de precisión geométrica.En este contexto, los objetivos principales del presente trabajo de tesis doctoral han sido profundizar en el conocimiento que actualmente existe sobre la tecnología SPIF para conformar Ti-6Al-4V en caliente demanera satisfactoria y desarrollar y evaluar tecnologías para fabricar componentes complejos de chapa atendiendo a criterios de precisión geométrica.Así, por un lado, el trabajo se ha centrado en los fundamentos y el desarrollo de la tecnología para conformar Ti-6Al-4V en caliente. Para ello, en primer lugar, se ha caracterizado la formabilidad del Ti-6Al-4V mediante ensayos experimentales de SPIF, analizando la influencia de los parámetros de proceso (temperatura, paso y velocidad de avance de la herramienta) sobre la formabilidad del material. En segundo lugar, se ha realizado un estudio sobre los ciclos de temperatura adecuados para calentar y enfriar el material. Este estudio ha servido para identificar un procedimiento de calentamiento óptimo de la chapa, el rango de temperatura de conformado recomendable y un procedimiento de enfriamiento óptimo de la pieza. Además, se ha realizado una evaluación de propiedades post-conformado de piezas de Ti-6Al-4V fabricadas mediante SPIF. Al tratarse de una tecnología novedosa, esta evaluación es necesaria para conocer cuál es el estado final del material y la integridad superficial conseguida. En sectores como el aeronáutico o el de automoción, el conocimiento del estado final del material se considera imprescindible para poder validar una tecnología.En cuanto al equipamiento para deformar Ti-6Al-4V mediante SPIF en caliente, dos de los elementos clave que se deben tener en cuenta son el tipo de herramienta y el sistema de calentamiento empleados. En este sentido, durante el trabajo de tesis se han desarrollado y validado tanto una herramienta tipo rueda de material cerámico como un sistema automatizado para controlar la temperatura de la chapa durante todas las fases del proceso (etapas de calentamiento, conformado y enfriamiento).Finalmente, el presente trabajo ha planteado dos enfoques diferentes para mejorar la precisión geométrica de las piezas. En este sentido, por un lado, se ha aplicado y evaluado el potencial técnico de un modelo de predicción y corrección del springback (o recuperación elástica), desarrollado por Khan et al. [Khan, 2015] y que previamente solo se había aplicado con piezas de geometría sencilla y fabricadas en frío. Por otro lado, se ha desarrollado y validado una solución para eliminar las desviaciones geométricas por sobredeformación que se producen en el perímetro de la pieza debido a la acción de la herramienta y a la falta de una matriz de apoyo.