ANÁLISIS DEL PROCESO DE FORJA A TRAVÉS DE UN MODELO EXPERIMENTAL VERSUS UNA SIMULACIÓN VIRTUAL

ANÁLISIS DEL PROCESO DE FORJA A TRAVÉS DE UN MODELO EXPERIMENTAL VERSUS UNA
SIMULACIÓN VIRTUAL

ANDRÉS ARROYAVE RENGIFO
JOSÉ FABIAN CASTRO
JUAN D. ARROYAVE SERNA
NILSON NÁJERA RICARDO

Presentado a:
DIANA MARÍA LÓPEZ OCHOA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
FACULTAD DE MINAS
2013

1. DESARROLLO
En primera instancia se realizó una simulación de forma experimental,donde a partir de la
plastilina se simula las condiciones de un acero que está siendo forjado en caliente. Los
implementos usados para tal simulación empírica fueron una matriz y punzón de aluminio,
fabricados por fundición, y por supuesto plastilina en diferentes colores, que cumplía el papel de la
pre-forma en el proceso. Esta experiencia se dio en paralelo con una simulación de mismo procesoen el software Abaqus FEA, con la intención de comparar ambos resultados.
1.1. Condiciones
Ambos casos son asumidos como un proceso de forja en caliente. En el caso experimental la
plastilina tiene condiciones de fluencia parecidos al acero conformado en caliente, cuando
esta se somete a cierta cantidad de fuerzas. En lo que respecta a la simulación en el software,
el estado de conformaciónen caliente se da por medios de datos de temperatura ingresados,
así como los datos de esfuerzo–deformación establecidos en esta condición.
Las dimensiones dadas para la matriz son mostradas en la figura 1., y para el punzón en la
imagen 2.

Imagen 1. Vista en sección con medidas de la matriz

Imagen 2. Vista y medidas del punzón
2. MÉTODO DE SIMULACIÓN EXPERIMENTAL
El molde fue fundidoen aluminio y cumple con las dimensiones establecidas anteriormente,
además que sirve de copia del herramental usado en los procesos reales.

Imagen 3. Lado izquierdo: Punzón, lado derecho: Matriz.
Gracias a la maleabilidad propia de la plastilina se laminaron discos de aproximados 3 mm de
espesor. Estos con la intención de lograr capas de diferentes colores que al juntarse formarán lapreforma con las medidas deseadas. El hecho que tenga varios colores sirve como marcadores del
flujo, los cuales dan una idea de la direcciónes en que se desplaza el material cuando se está
deformando.

En las siguientes figuras se muestran las medidas en milímetros de la preforma y la misma ya
moldeada en plastilina. Se hicieron 3 preformas con diferentes colores cada/una, para poder
repetir elensayo, y evaluar si se presentaba el mismo compormiento en todas las preformas.

Imagen 4. Medidas en milímetros de la preforma

Imagen 5. Preformas usadas en los ensayos experimentales

En la imagen 7 y 8 se nota en la zona de la superficie superior la deformación es casi nula. Los
rasgos de deformación se notan más entre más cerca se esté de la superficie inferior. Este
fenómeno sedebe a que en la parte inferior se reduce de manera drástica el diámetro de la
preforma, en cambio en la superior no. Además que la geometría de la preforma tiene un
agujero en la parte central, lo que da lugar a la entrada del punzón sin que tenga que
deformar en esta zona.
En el centro de la pieza se nota un flujo un poco desordenado, pues las líneas de colores no se
mantienen horizontales.Este sector es el de más alta deformación porque esta parte de la
preforma tiene que soportar la carga de la punta del punzón y el cambio de sección (punta de
24,35 mm) que está en el fondo de la matriz. Asimismo se puede mencionar que las placas de
plastilina no fueron hechas con el mismo espesor en todo su diámetro, debido a que la
fabricación fue manual.

Imagen 6. Pieza final deformadaImagen 7. Vista longitudinal de una de las piezas

Imagen 8. Vista longitudinal de una de las piezas

En cada ensayo se varió la forma en que la plastilina interactuaba con el molde. Es decir, en el
primer se ingresó la preforma en el molde, dejando en contacto directo a la plastina con el
aluminio. Fue de mucha dificultad sacar la pieza pues estaba adherida al molde. En el segundo...