La técnica del Conformado Electromagnético, o Electro Magnetic Forming (EMF) radica en almacenar una energía en forma eléctrica para posteriormente realizar una descarga en un corto periodo de tiempo (20-150 μs) a través de una bobina. La pieza de chapa a conformar (tubular o plana) se coloca a pocos milímetros (1-4 mm) de la bobina que al recibir la corriente de descarga genera unas corrientes inducidas en ella. Al tratarse de corrientes de dirección opuestas y variables en el tiempo, se generan entre ellas unas fuerzas de repulsión magnética que hacen que la pieza a conformar se deforme.
El Conformado Electromagnético es un proceso de transformación de chapa enmarcado dentro de los denominados métodos de alta velocidad. Con el término “alta velocidad” se hace referencia a la velocidad de deformación que toma la pieza durante su proceso de conformado. Mientras las velocidades de deformación en los procesos tradicionales de conformado mecánicos o en prensa no superan los 5 m/s, para estos procesos de conformado a alta velocidad pueden oscilar entre 50 y 350 m/s [1].
A pesar de ser una técnica conocida ya desde los años 1930 y empleada desde los años 60, es ahora, a raíz de la implantación de políticas de seguridad y eficiencia que orientan las pautas globales de desarrollo, cuando se le está dando un nuevo impulso.
Las principales ventajas de esta tecnología con respecto a los procesos convencionales de estampación son:
1.- Cambio en el modo de deformación del material debido a la alta velocidad de deformación. Los efectos inerciales derivados conducen a:
- Reducción de arrugas
- Mejora de lo límites de deformación (Figura 1)
- Cambio de los caminos de deformación.
2.- Grandes presiones locales. De lo que se deriva:
- Reducción del springback
- Mejora en la reproducción final de huella o matriz
3.- Mejora de costes:
- Reducción del coste del utillaje al necesitar sólo una huella
- No hay contacto entre útil y pieza, por tanto reducción de desgaste.
A pesar de aportar grandes ventajas también presenta una serie de desventajas:
- No resulta muy apropiada para grandes alturas de embutición
- Limitado ciclo de vida de las bobinas
- Apropiada para materiales de elevada conductividad eléctrica.
En el presente artículo se presentan diversos estudios realizados por el centro tecnológico LABEIN-Tecnalia dentro de un proyecto de investigación subvencionado internamente en el ámbito del proyecto “Conformado electromagnético y conformado láser para componentes ligeros de automoción y aeronáuticos.
Descripción del proceso
En la Figura2 se muestra un diagrama esquemático del principio físico que gobierna el proceso.
Una cantidad importante de energía es almacenada (entre 5 y 200 Kj) en el banco de capacitores, utilizando para ello grandes voltajes (entre 3.000 y 30.000 voltios). El banco es descargado a través de un circuito de baja inductancia hasta el actuador o bobina (Figura 3).
Debido a las cantidades de energía descargadas instantáneamente se desarrollan grandes corrientes en la misma. El circuito eléctrico equivalente del sistema puede caracterizarse como un RLC y es por ello que la corriente posee forma sinusoidal amortiguada (Figura 4).
Las corrientes pico obtenidas pueden ser de entre 10.000 y 1.000.000 de amperios y el tiempo de transición entre el valor mínimo y máximo es del orden de decenas de microsegundo. Esta corriente crea a su vez un fuerte pulso magnético transitorio en el entorno de la bobina.
La pieza metálica colocada en los alrededores de la bobina está sometida a la acción del campo magnético, y como constata la ley de Faraday, se crea una diferencia de potencial que lleva a que se desarrollen corrientes parásitas de gran intensidad en la pieza en modo análogo a como el circuito primario de un transformador los provoca en el secundario. De acuerdo a la ley de Lenz estas corrientes circularán en sentido opuesto a las corrientes que lo crearon. Estas corrientes parásitas crean a su vez un componente magnético de gran intensidad. Los campos producidos son opuestos y se genera una repulsión entre actuador y pieza metálica.
La presión de origen magnético en la pieza es lo suficientemente grande como para que se produzca la deformación plástica de la pieza. La acción de repulsión hace que se ejerza una presión localizada y acelere la pieza en una fracción de tiempo mínima pudiéndose llegar a alcanzar velocidades superiores a los 200m/s.
La característica fundamental es que a la pieza se le imparte una gran velocidad en muy corto espacio de tiempo, estando la distribución de velocidad determinada por la distribución de presión que se consiga mediante los actuadores (bobinas inductoras) pertinentes.
Desarrollar un sistema resonante de alta frecuencia es clave para el éxito de la operación. Si la frecuencia de oscilación eléctrica es baja no se inducirán corrientes parásitas de elevado valor por lo que la fuerza de repulsión generada será muy baja. La frecuencia de resonancia esta directamente relacionada con los parámetros RLC del sistema, favoreciendo una baja capacitancia e inductancia el proceso.
La conductividad del material es un parámetro clave. Materiales de conductividad limitada demandan mayores frecuencias de oscilación para un conformado óptimo. Es por eso que materiales como el aluminio y cobre presentan a priori ventajas que determinados aceros no poseen.
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