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Ledesma Orozco Elías R., Castillo Hinojosa Israel, Reveles Arredondo Juan Fco.
Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Guanajuato
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§ Objetivo. § Diseño del dado para hidroformado. § Fabricación de los componentes del dado. § Pruebas experimentales. § Simulación en LS DYNA. § Comparativo. § Conclusiones.
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Realizar un comparativo numérico-experimental de un proceso de hidroformado para obtener la tapa lateral de un tanque de almacenamiento de hidrogeno.
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Hidroformadodeláminacondado.
Hidroformadodeláminaconpunzón.
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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”.
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DADO
PISADOR
TAPA
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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
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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.
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ImportacióndentrodeMastercam
Generacióndetrayectoriasdelaherramienta
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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.
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DADO
GUIAS
TAPA
PISADOR
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Paso 2: Paso 1:
Paso 3: Paso 4:
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Pieza obtenida con 2000 psi de presión
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Mediciones en la máquina de coordenadas. Zonas de medición.
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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.
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• Elementode4nodosconcapacidadesdemembranaydedoblado.• Elelemento9ene12gradosdelibertadencadanodo:translación,velocidady
aceleraciónenlasdireccionesX,YyZ.• Cargasnormalesyenelplanosonpermi9das.• Permitehaceranálisisexplícito-implícitoparaanalizarelgradode“Springback”.• Puedetenerhasta100puntosdeintegración,seoptóporusar5.• Ademásdelahorrode9empodecómputo,otradelasventajasdeusarelelemento
SHELL163eselhechodequeesteelementoeselúnicosobreelcualesposibleusarelre-mallado.
• Yaquelasláminas9enenuncomportamientoortotrópicodebidoalaformaenquesonfabricadas,fuenecesariousarunmodelodematerialtransversalmenteanisotrópicoFLD,quesolopuedeserusadoconesteelemento.
SHELL 163
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Diagrama FLD
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EsfuerzosdeVonMises(psi).
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Porcentajedereducción(%)
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Espesoresfinales(pulgadas)
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Springbackmáximode0.0053plg
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Fuerzamínimarequerida=2047.3lb
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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
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• ElpaqueteLSDYNAesunabuenaopciónparasimularprocesosdeconformadodeláminastalescomohidroformado,estampado,doblado,troquelado,etc.
• ConLSDYNAesposibleobtenerlosparámetrosdinámicosnecesariosparallevaracabounconformadodeláminastalescomofuerzadelpisador,fuerzadepunzón,presióndehidroformado,etc.
• ElmodelotransversalmenteanisotrópicoFLDeslamejoropciónparamodelarunconformadodelámina.
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