Análisis experimental y simulación numérica del proceso de conformado de láminas metálicas delgadas mediante la aplicación de un láser de baja potencia
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2011
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Abstract
En este trabajo se realizó un análisis experimental y numérico del conformado de chapas de acero inoxidable mediante un láser de baja potencia. En una primera etapa se realizó en el laboratorio el conformado de chapas de acero inoxidable AISI 302 para distintas configuraciones de potencia, de 20 a 67 W, y velocidad de avance del haz láser, 30 y 5 mm/s. Se obtuvieron ángulos de doblado de 0.2 a 10.3º.
En las simulaciones se usó un modelo de elementos finitos del tipo termomecánico acoplado. Se llevó a cabo la simulación del conformado láser para dos materiales, acero AISI 304 y AISI 302. Para el primer material, se usó como parámetros de entrada la potencia, velocidad, diámetro del haz, medidas de la chapa y propiedades termomecánicas reportadas por Cheng y Lin (2001), mientras que para el segundo material se usó los parámetros de uno de los casos experimentales. Los resultados obtenidos de la simulación incluyen el campo de temperatura y de deformación plástica equivalente en todos los pasos de tiempo de la simulación, entre otros.
Con los resultados de ambas simulaciones se validó exitosamente el modelo termomecánico, tanto la forma de la chapa doblada como el ángulo de doblado son similares a los obtenidos experimentalmente. Aparte de la energía que efectivamente se transfiere del láser al material, las variables que tienen más impacto en el conformado son el límite elástico, la conductividad térmica (ambos en el rango de temperatura entre 600 a 900 ºC) y el coeficiente de absorción.
En las simulaciones se usó un modelo de elementos finitos del tipo termomecánico acoplado. Se llevó a cabo la simulación del conformado láser para dos materiales, acero AISI 304 y AISI 302. Para el primer material, se usó como parámetros de entrada la potencia, velocidad, diámetro del haz, medidas de la chapa y propiedades termomecánicas reportadas por Cheng y Lin (2001), mientras que para el segundo material se usó los parámetros de uno de los casos experimentales. Los resultados obtenidos de la simulación incluyen el campo de temperatura y de deformación plástica equivalente en todos los pasos de tiempo de la simulación, entre otros.
Con los resultados de ambas simulaciones se validó exitosamente el modelo termomecánico, tanto la forma de la chapa doblada como el ángulo de doblado son similares a los obtenidos experimentalmente. Aparte de la energía que efectivamente se transfiere del láser al material, las variables que tienen más impacto en el conformado son el límite elástico, la conductividad térmica (ambos en el rango de temperatura entre 600 a 900 ºC) y el coeficiente de absorción.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2011