La formabilidad es la capacidad de una determinada pieza metálica de sufrir deformación plástica sin sufrir daños. La capacidad de deformación plástica de los materiales metálicos , sin embargo, está limitada hasta cierto punto, momento en el que el material podría sufrir desgarros o fracturas (roturas).
Los procesos afectados por la formabilidad de un material incluyen: laminado , extrusión , forjado , laminado , estampado e hidroconformado .
Un parámetro general que indica la formabilidad y ductilidad de un material es la deformación a la fractura que se determina mediante una prueba de tracción uniaxial (ver también tenacidad a la fractura ). La deformación identificada por esta prueba se define por el alargamiento con respecto a una longitud de referencia. Por ejemplo, se utiliza una longitud de 80 mm (3,1 pulgadas) para el ensayo uniaxial estandarizado de probetas planas, según EN 10002. Es importante tener en cuenta que la deformación es homogénea hasta el alargamiento uniforme. Posteriormente la tensión se localiza hasta que se produce la fractura. La deformación de fractura no es una deformación de ingeniería ya que la distribución de la deformación no es homogénea dentro de la longitud de referencia. Sin embargo, la deformación por fractura es un indicador aproximado de la conformabilidad de un material. Los valores típicos de la deformación por fractura son: 7% para materiales de ultra alta resistencia y más del 50% para aceros de resistencia dulce.
Un modo de falla principal es causado por el desgarro del material. Esto es típico de aplicaciones de formación de láminas. [1] [2] [3] Puede aparecer un cuello en una determinada etapa de formación. Esto es una indicación de deformación plástica localizada . Mientras que en la fase inicial de deformación estable tiene lugar una deformación más o menos homogénea en y alrededor de la siguiente ubicación del cuello, durante la fase de deformación casi estable e inestable casi toda la deformación se concentra en la zona del cuello. Esto conduce a un fallo del material que se manifiesta por desgarro. Las curvas de límite de formación representan la deformación extrema, pero aún posible, que puede sufrir un material en lámina durante cualquier etapa del proceso de estampado. Estos límites dependen del modo de deformación y de la relación de las deformaciones superficiales. La deformación superficial mayor tiene un valor mínimo cuando se produce una deformación por deformación plana, lo que significa que la deformación superficial menor correspondiente es cero. Los límites de formación son una propiedad material específica. Los valores típicos de deformación plana oscilan entre el 10% para grados de alta resistencia y el 50% o más para materiales de resistencia suave y aquellos con muy buena formabilidad. Los diagramas de límites de formación se utilizan a menudo para representar gráfica o matemáticamente la formabilidad. Muchos autores reconocen que la naturaleza de la fractura y, por lo tanto, los diagramas de límites de formación son intrínsecamente no deterministas, ya que se pueden observar grandes variaciones incluso dentro de una sola campaña experimental. [4]
Una forma clásica de conformación de láminas es la embutición profunda , que se realiza estirando una lámina mediante una herramienta de punzonado que presiona la región interior de la lámina, mientras que el material lateral sostenido por un portapiezas se puede estirar hacia el centro. Se ha observado que los materiales con una capacidad de embutición profunda excepcional se comportan de forma anisotrópica (ver: anisotropía ). La deformación plástica en la superficie es mucho más pronunciada que en el espesor. El coeficiente de Lankford (r) es una propiedad específica del material que indica la relación entre la deformación en ancho y la deformación en espesor en el ensayo de tracción uniaxial. Los materiales con muy buena embutibilidad profunda tienen un valor r de 2 o inferior. El aspecto positivo de la conformabilidad con respecto a la curva límite de conformación ( diagrama de límites de conformación ) se ve en las trayectorias de deformación del material que se concentran en el extremo izquierdo del diagrama, donde los límites de conformación se vuelven muy grandes.
Otro modo de falla que puede ocurrir sin desgarro es la fractura dúctil después de la deformación plástica ( ductilidad ). Esto puede ocurrir como resultado de una deformación por flexión o corte (en el plano o a través del espesor). El mecanismo de falla puede deberse a la nucleación y expansión del vacío a nivel microscópico. Pueden aparecer microfisuras y macrofisuras posteriores cuando la deformación del material entre los huecos ha superado el límite. En los últimos años se ha centrado una amplia investigación en la comprensión y el modelado de la fractura dúctil . El enfoque ha sido identificar los límites de conformación dúctil utilizando varias pruebas a pequeña escala que muestran diferentes relaciones de deformación o triaxialidades de tensión. [5] [6] Una medida eficaz de este tipo de límite de formación es el radio mínimo en aplicaciones de perfilado (la mitad del espesor de la lámina para materiales con buena y tres veces el espesor de la lámina para materiales con baja conformabilidad).
El conocimiento de la conformabilidad del material es muy importante para el diseño y diseño de cualquier proceso de conformado industrial. Las simulaciones que utilizan el método de elementos finitos y el uso de criterios de conformabilidad como la curva límite de conformado ( diagrama de límite de conformado ) mejoran y, en algunos casos, son indispensables para ciertos procesos de diseño de herramientas (consulte también: Simulación de conformado de chapa y Análisis de conformado de chapa). ).
Uno de los principales objetivos del Grupo Internacional de Investigación sobre Embutición Profunda ( IDDRG , desde 1957) es la investigación, el intercambio y la difusión de conocimientos y experiencias sobre la formabilidad de materiales en láminas.