Sheet metal roll levelling optimization by means of advanced numerical models and development of new concepts for last generation materials

Resumen

Debido a las restricciones medioambientales y económicas impuestas en los últimos años, entre las prioridades actuales en el sector de automoción se encuentra el desarrollo de automóviles ligeros, lo cual está ligado directamente con la reducción del consumo de combustibles y la reducción de la generación de CO2. Una de las vías seleccionadas para alcanzar este objetivo ha sido la introducción de nuevos materiales en la estructura del vehículo, tratando siempre de mantener sus funciones y características específicas. Esto ha impulsado el desarrollo de nuevas familias de materiales que posean una elevada relación entre su resistencia y peso, como por ejemplo los aceros de alta resistencia. Sin embargo, aunque estos materiales satisfacen las propiedades mecánicas para un adecuado diseño, presentan unas características que hacen que su procesado sea más complejo si se compara con el procesado de los aceros convencionales. Debido a su elevada resistencia requieren elevadas fuerzas y potencias durante los procesos, además de presentar una elevada recuperación elástica. Por ello, además del diseño, desarrollo y fabricación de estos materiales, también es necesario el análisis de la viabilidad de los propios procesos de conformados asociados a la fabricación de componentes con estos materiales. En este contexto, el presente trabajo se centra en el proceso de aplanado, que es el proceso responsable de producir chapas metálicas libres de defectos y tensiones internas para su posterior procesado. La complejidad de este proceso y la necesidad de adaptarlo al uso de estos nuevos materiales, junto con la demanda de la disminución de sus costes asociados, ha impulsado el desarrollo de esta tesis, cuyos objetivos son: 1. Generar conocimiento sobre el proceso de aplanado mediante el desarrollo de herramientas de simulación que permitan optimizar el proceso. En el marco de este objetivo también se busca la generación de una herramienta rápida y eficiente capaz de dar una respuesta a las necesidades industriales 2. Crear nuevos conceptos de aplanado adaptados a los nuevos materiales existentes en el mercado En la primera sección de esta tesis se ha realizado un análisis en profundidad del proceso de aplanado por rodillos con el objetivo de determinar las carencias de esta tecnología. De esta sección se han obtenido dos conclusiones principales. Por un lado, la importancia de desarrollar herramientas de simulación precisas dada la elevada sensibilidad de este proceso a los distintos parámetros, evitando así los largos y costosos métodos de prueba y error. Y por otro, la necesidad de mejorar el rango de capacidad de estas máquinas para poder adaptarlas a las exigencias de los nuevos materiales. En la segunda sección de esta tesis se han desarrollado tres herramientas de simulación, de mayor a menor complejidad: un modelo de elementos finitos, un modelo semi-analítico y un modelo analítico. Los dos primeros permiten un análisis en mayor profundidad del proceso y por ello están destinados a una fase de optimización de las instalaciones. Sin embargo, el modelo analítico es una versión mucho más simplificada con el fin de ofrecer una primera aproximación de los parámetro del proceso en un tiempo reducido. Todos los modelos han sido validados experimentalmente. Finalmente, se ha desarrollado un nuevo concepto de aplanado que permite adaptar las instalaciones convencionales de aplanado a las nuevas exigencias de los materiales. Este concepto se ha desarrollo apoyándose en resultados experimentales y se ha validado en aplanadoras industriales.