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2021/1

DEFORMACIÓN DE CHAPA / 10 www.interempresas.net

ENTREVISTA A MANUEL BARROS, DIRECTOR GENERAL DE AMOB

EURECAT OFRECE SERVICIOS DE CARACTERIZACIÓN Y MODELIZACIÓN DENTRO DEL PROYECTO FORMPLANET

LA IMPORTANCIA DE SIMULAR EFICAZMENTE LA TRIBOLOGÍA DE UN PROCESO DE ESTAMPACIÓN

PLEGADO • PUNZONADO • LÁSER • DESBARBADO • PULIDO

SUMARIO

Director: Ibon Linacisoro Coordinación Editorial: Esther Güell Coordinación Comercial: Àngel Burniol, Víctor Zuloaga, Hernán Pérez del Pulgar, Yuri Barrufet

I+D

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Edita:

CORTE LÁSER

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Director: Angel Hernández Director Adjunto: Àngel Burniol Director Comercial: Marc Esteves

TCI Cutting, Mipesa y Versa Design colaboran en la bicicleta inteligente ZYCLE Smart ZBike

Director Área Industrial: Ibon Linacisoro Director Área Agroalimentaria : David Pozo Director Área Construcción e Infraestructura: DavidMuñoz Directora de Área Tecnología yMedioAmbiente: Mar Cañas Directora Área Internacional: Sónia Larrosa

EQUIPAMIENTO

Eurecat ofrece servicios de carac- terización y modelización dentro del proyecto FormPlanet

Metalmaq desarrolla un sistema de guiado láser para plegadoras 24

www.interempresas.net/info comercial@interempresas.net redaccion@interempresas.net

Hydro ya opera con su mayor prensa de extrusión en España

ENTREVISTA

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Director General: Albert Esteves Director de Desarrollo de Negocio : Aleix Torné

SOFTWARE

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Director Técnico: Joan Sánchez Sabé Director Administrativo: Jaume Rovira Director Logístico: Ricard Vilà Directora Agencia Sáviat: Elena Gibert Amadeu Vives, 20-22 08750Molins de Rei (Barcelona) Tel. 93 680 20 27 DelegaciónMadrid Av. Sur del Aeropuerto de Barajas, 38 Centro de Negocios Eisenhower, edificio 4, planta 2, local 4 28042 Madrid - Tel. 91 329 14 31

El nuevo RADAN proporciona el Nesting Ultimate para máquinas de punzonado

Entrevista a Manuel Barros, director general de AMOB

BISELADO

La preparación de soldaduras por chaflanado cizallado

ESTAMPACIÓN

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COMERCIO DE MOLDES Y MATRICES Las transacciones de moldes y matrices durante 2019 rompen la tendencia alcista de los últimos 7 años

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DelegaciónValladolid Paseo Arco del Ladrillo, 90 1er piso, oficina 2ºA 47008 Valladolid Tel. 983 477 201

La importancia de simular eficazmente la tribología de un proceso de estampación

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INDUSTRIA 4.0

Audiencia/difusión en internet y en newsletters auditada y controlada por:

Ibermática y Tekniker se alían en proyectos estratégicos de Industria 4.0 El futuro de la metalurgia y la Industria 4.0

BRUÑIDO

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Acabado mediante bruñido hidrostático por bola. Importancia de la integridad superficial

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D.L.: B-30.686/2012 ISSN Revista: 2014-8305 ISSN Digital: 2462-6090

Revista mensual

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I+D

Eurecat ofrece servicios de caracterización y modelización dentro del proyecto FormPlanet El centro tecnológico Eurecat ha empezado a ofrecer nuevos servicios innovadores a pymes y empresas del sector del conformado de chapa metálica, mediante una convocatoria abierta del proyecto europeo FormPlanet, para mejorar la caracterización de las propiedades de la chapa, estimar las propiedades finales de las piezas fabricadas y anticiparse a la formación de defectos en una etapa inicial del diseño, evitando así pérdidas de producción y facilitando los procesos de inspección de calidad.

De acuerdo con el director científico de Eurecat, Daniel Casellas, FormPlanet tiene como objetivo “abordar los nuevos retos que encara la indus- tria europea de manufactura de piezas de chapa metálica, en los que es imprescindible conocer con detalle y de forma rápida y pre- cisa las propiedades mecánicas y de conformabilidad, para permitir la introducción de nuevos materia- les de altas prestaciones, como los aceros y aluminios avanzados de alta resistencia” en diferentes sectores que utilizan o manufacturan piezas con chapa metálica, como el transporte (para reducir el peso de los vehículos), los electrodomésticos, la maquinaria, el packaging o la construcción. El proyecto tiene como finalidad “faci- litar a las empresas el acceso a nuevas tecnologías ofreciendo servicios que apoyen todos los pasos del desarrollo de piezas y productos innovadores en el sector de la chapa metálica”,

explica la directora de la Unidad de Materiales Metálicos y Cerámicos de Eurecat, Montse Vilaseca. “Las empresas que lo soliciten tendrán acceso a nuevas técnicas de caracteri- zación parametales avanzados de altas prestaciones, que permitirán superar las dificultades asociadas a sus proce-

Las empresas participantes recibirán nuevos servicios de

Daniel Casellas, director científico de Eurecat, explica que el proyecto FormPlanet “permitirá abordar los nuevos retos que encara la industria europea de manufactura de piezas de chapa metálica, en los que es imprescindible conocer con detalle y de forma rápida y precisa las propiedades mecánicas y de conformabilidad”.

caracterización y modelización y un apoyo técnico y asesoramiento valorado en un total de 140.000 euros

I+D

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FormPlanet impulsa la aplicación de materiales metálicos avanzados de alta resistencia en sectores como el transporte, los electrodomésticos y la construcción, entre otros.

sos de manufactura, lo que limitará las pérdidas de productividad debido a la formación de grietas y reducirá la necesidad de controles estrictos y sofisticados de inspección de cali- dad”, añade la coordinadora técnica de FormPlanet, Begoña Casas, inves- tigadora de la Unidad de Materiales Metálicos y Cerámicos de Eurecat. Según destaca Casas, los problemas de conformación de materiales de alta resistencia “no se pueden pre- decir durante la etapa de diseño del producto mediante las técnicas experimentales o computacionales tradicionales”. En este sentido, “la apli- cación de las nuevas metodologías resultará en un aumento del uso de materiales de chapa de alta resistencia para productos de alto valor añadido en diferentes aplicaciones”. Los servicios de FormPlanet incluyen metodologías nuevas y diferenciales de caracterización de metales, sistemas de inspección in situ y nuevas apro- ximaciones en simulación numérica, así como información sobre propieda-

resolverse con la oferta de FormPlanet y recibirán servicios técnicos, aseso- ramiento y visibilidad a través de los canales del proyecto. Después de la evaluación de las pro- puestas durante abril de 2021, a partir del mes de mayo se llevarán a cabo los servicios para las empresas selecciona- das, que se alargarán hasta noviembre. Las empresas validarán la eficacia de los planteamientos de modelización y caracterización de FormPlanet. El proyecto se enmarca dentro del programa Horizon 2020 de la Unión Europea y está avalado por un consor- cio europeo formado por tres centros de investigación (Eurecat, coordinador del proyecto, Fraunhofer IWU y COMTES FHT AS), dos universidades (Luleå Tekniska Universitet y Università di Pisa), tres empresas (LETOMEC, Granta DESIGN y APPLUS - LGAI Technological Center, SA), ocho empresas industriales (Centro Ricerche FIAT, ArcelorMittal, Arania, Estamp, Arcelik, ALUDIUM, AP&T y Lamera) y UNE como orga- nismo de normalización. n

Con FormPlanet las empresas podrán seleccionar el material óptimo, estimar las propiedades finales de las piezas, anticiparse a la aparición de defectos y evitar pérdidas de producción des avanzadas de materiales y otros servicios complementarios, como consultoría o formación a demanda. La convocatoria para recibir solicitudes está abierta y se alargará hasta el 31 de marzo de 2021 con hasta 140.000 euros en total de financiación para pymes y empresas. Los solicitantes pue- den proponer un problema que debe

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PLEGADO Y DOBLADO DE CHAPA

Entrevista a: MANUEL BARROS, DIRECTOR GENERAL DE AMOB

“Un día tendré amigos en los cuatro rincones del mundo, amigos que otros llaman clientes”. La frase, pronunciada por António Martins Oliveira Barros cuando, en 1960, fundó AMOB, era en realidad una profecía. Hoy, celebrando 60 años de existencia, la empresa de Louro, Vila Nova de Famalicão, es el cuarto mayor fabricante de dobladoras de tubos del mundo y se enorgullece de tener más de 12 mil máquinas instaladas en los cinco continentes. Todos ellos fabricados a las necesidades de cada cliente, o mejor, de cada amigo. Con motivo del aniversario de la empresa, hablamos con Manuel Barros, hijo del fundador, que hoy dirige el destino de la metalurgia.

“Nos enorgullece saber que nuestras máquinas se utilizan en prácticamente todos los sectores existentes”

Luísa Santos

PLEGADO Y DOBLADO DE CHAPA

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Para empezar… ¿Podría contarnos un poco la historia de AMOB? ¿Qué llevó a su padre, António Barros, a empezar a fabricar dobladoras de tubos? En los años 50, mi padre trabajaba como empleado en un pequeño taller que fabricaba pequeñas máquinas agrí- colas y, en su tiempo libre, dedicaba su tiempo a hacer pequeños arreglos. A lo largo de los años y de la vida ocasional, en uno de los proveedores de materia prima para sus arreglos, mi padre se encontró con la falta de calidad de las máqui- nas curvadoras de tubos y le dijo al propietario de ese taller, que sintió esa falta de calidad por la reacción de sus clientes, que podía hacer una máquina curvadora de tubos e incluso con mejor calidad que la que vendía su proveedor. Su proveedor le planteó el reto de construir esa máquina y él, por supuesto, aceptó. Así nació, en 1960, el proyecto AMOB (iniciales de su nombre - António Martins Oliveira Barros), con la transformación de su garaje en un taller. A lo largo de los años, el espacio dedicado a su actividad ha crecido hasta las instalaciones actuales, con unos 20.000 m 2 de superficie cubierta dotados de equipos de pro- ducción de la más alta tecnología, incluyendo centros de mecanizado, tornos, fresadoras CNC, así como tecnología de corte, punzonado, plegado, etc. para asegurar los más altos estándares de fabricación que tenemos hoy en día.

Hoy en día, AMOB es uno de los principales fabrican- tes del mundo de este tipo de equipos. ¿Qué factores han contribuido al éxito de la empresa? Sin duda, la pasión, la convicción, la dedicación y el espíritu empresarial, que sustentaron la fundación de AMOB, fueron y son los principales motores del éxito de esta empresa. Desde muy joven, mi padre me transmitió todos estos valo- res, que también lo hicieron crecer, la ambición de poder abrazar un día este proyecto con él. Afortunadamente sucedió y durante estos años he vivido este viaje con los mismos ideales que nos dejó. Para hacer siempre más, más perfecto, más adaptado a nuestro cliente y a las necesidades del futuro. Mi padre pronunció una vez una frase, que es la base actual del trabajo y la relación con el cliente de AMOB: “Un día tendré amigos en los cuatro rincones del mundo, ami- gos que los demás suelen llamar clientes”. Hoy transmito este lema a mis hijos, que comparten ya este proyecto conmigo, en constante aprendizaje y crecimiento pro- fesional, y estamos convencidos de que el camino que ha seguido AMOB y que ha proyectado para el futuro será cada vez más un fuerte motivo de reconocimiento y orgullo en todo el mundo.

Manuel Barros con sus dos hijos, Manuel António Barros e Inês Barros, que ahora forman parte de la dirección de la empresa.

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PLEGADO Y DOBLADO DE CHAPA

“En 2021 presentaremos más de diez nuevos modelos de máquinas”

En las instalaciones actuales, con unos 20.000 m 2 de superficie cubierta, AMOB tiene un equipo de producción de alta tecnología.

¿Cuáles son los principales mercados de destino de sus máquinas? El mercado ibérico es muy relevante para AMOB, ahí es donde empezamos hace sesenta años y nunca perdimos el enfoque de estar ahí con toda nuestra dedicación. A lo largo de los años, hemos entrado gradualmente en otros países como el Reino Unido, la República Checa, Polonia, Rusia, Italia, Francia. En los últimos años hemos visto una evolución creciente en los EE UU, que es sin duda un mercado con un potencial gigantesco. ¿Y cuáles son los principales sectores de clientes? Afortunadamente, AMOB está muy bien distribuida en la geografía y los sectores. No dependemos de uno o dos sectores, y estamos orgullosos de saber que nuestras máquinas se utilizan en prácticamente todos los secto- res existentes. Tomando el alfabeto y revisando todas las letras, podría enumerar al menos un sector por letra. Así, podemos decir que nuestras máquinas son transversa- les a todos los sectores, automotriz, naval, aeroespacial, mobiliario metálico, construcción y estructuras metáli- cas, entre otros. ¿Alguno de estos sectores ha adquirido un peso espe- cial en los últimos años? Tal vez el automóvil, porque es un sector que demanda mucha capacidad y mucha tecnología, aspectos en los que AMOB ha apostado mucho en los últimos años.

Sesenta años después, la idea de tener a cada cliente como amigo sigue siendo su lema... Por supuesto. En AMOB damos gran valor a las relacio- nes creadas con nuestros clientes porque creemos que, con esta relación, todo el proceso de negociación, venta y posventa funciona mucho mejor. Siempre elegimos dar lo mejor de nosotros para poder empezar a considerar a ese cliente, también nuestro amigo. ¿Puede darnos una idea de la capacidad de produc- ción actual de AMOB y el volumen de facturación? AMOB ha ido aumentando su capacidad de producción a lo largo de los años, no sólo mediante el incremento de los recursos humanos, sino también mediante grandes inversiones en maquinaria para aumentar la producti- vidad. Actualmente tenemos un volumen de negocios de unos 20 millones de euros, que esperamos aumente significativamente en los próximos años. ¿Qué peso tienen las exportaciones en la producción de la empresa? La tasa media de exportación en los últimos años se acerca al 90%. AMOB tiene, sin duda, un perfil de expor- tación, teniendo hoy en día máquinas instaladas en más de 90 países.

PLEGADO Y DOBLADO DE CHAPA

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¿Cuántas personas emplea AMOB en este momento? Actualmente empleamos a unas 160 personas. ¿Lapandemiadel COVID-19 está afectando su actividad? ¿En qué sentido? Afortunadamente, nos hemos visto poco

afectados si lo comparamos con lo que vemos a nuestro alrededor, tanto en las empresas portuguesas como en las del resto del mundo. El hecho de que produzcamos una amplia gama de productos, que vendamos a tantos países e incluso a tantos sectores diferentes, nos ha permitido mantener nuestra actividad prácticamente al mismo ritmo. Antes de la pandemia, la mayoría de los fabricantes europeos demáquinas-herramientas ya estaban expe- rimentando una caída de los pedidos como resultado de la ralentización de la industria automovilística y de factores geopolíticos como el Brexit o la guerra comercial entre China y los Estados Unidos. ¿Sintió AMOB también este descenso? Una vez más, pasamos por alto las consecuencias de todos estos factores, lo que nos permitió cerrar el año 2019 con resultados muy positivos. En AMOB hay una gran preocupación en la constante actualización de nuestros productos utilizando la última tecnología. Así, hemos invertido en los últimos años prin- cipalmente en máquinas 100% eléctricas, que, como muchos otros modelos, están en permanente análisis para asegurar la integración de la máxima tecnología que ofrece el mercado. Esta mejora es continua y en 2021 pre- sentaremos más de diez nuevos modelos de máquinas. En términos tecnológicos, ¿cómo ha evolucionado su equipo en los últimos años?

En los últimos años, AMOB ha invertido en la producción de máquinas 100% eléctricas.

¿Están sus máquinas listas para cumplir con los requi- sitos de la Industria 4.0? Sí, en los últimos tiempos hemos hecho fuertes inver- siones para integrar nuestras máquinas en la Industria 4.0. Nuestras máquinas son ahora capaces de comuni- carse con el más variado software ERP, lo que permite a nuestros clientes gestionar sus equipos y la producción de manera más eficiente. Para concluir, ¿qué proyectos tiene para el futuro? Los proyectos que tenemos para el futuro son, cada vez más, para poder incorporar más tecnología en nuestros productos para satisfacer las crecientes necesidades del mercado, que son cada vez más complejas y desafiantes. Como dije antes, estamos mejorando constantemente, y pronto presentaremos soluciones totalmente innova- doras. Convencidos además de que el fuerte equipo que forma la familia AMOB nos llevará a alcanzar rápidamente el liderazgo de la industria. n

Vista aérea de la fábrica de AMOB en Louro, Vila Nova de Famalicão.

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ESTAMPACIÓN

La importancia de simular eficazmente la tribología de un proceso de estampación El análisis tribológico de las superficies de estampación, tanto de los materiales como de las herramientas, es un desafío al que se enfrenta la industria de la automoción, desde los diseñadores hasta los fabricantes de piezas. Disponer de una información tribológica precisa puede ser la diferencia para incrementar notablemente la productividad. A través de un detallado estudio, la Universidad de Mondragón y AutoForm han realizado un análisis de la influencia de distintos sistemas tribológicos en los resultados de la estampación de varias piezas. Para definir estos sistemas se ha hecho uso de la herramienta TriboForm, un software de AutoForm que permite definir sistemas complejos en los que la fricción depende de múltiples factores.

Figura 1. Elementos que influyen en la sensibilidad a la fricción.

La creación de un sistema tribológico detallado requiere una serie de ensayos para la obtención de todos los paráme- tros que influyen en la fricción de un proceso. Empezando por un ensayo de tracción para obtener las características mecánicas del material, posteriormente hay que medir la rugosidad de las

superficies a nivel microscópico y rea- lizar un ensayo de fricción. Para este último ensayo se utiliza una réplica del material de las herramientas y distintas probetas del material de estampación. Aplicando distintas presiones y velocida- des se hace deslizar una probeta sobre la superficie de la réplica obteniendo de

esta manera distintos valores para la fricción. El software de TriboForm per- mite conjugar toda esta información en un único modelo, de forma que los valores de fricción correspondientes sean aplicados cuando se produzcan las condiciones que los generan en la simulación.

ESTAMPACIÓN

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Figura 2. Modelos topográficos de varias superficies.

Antes de comenzar a realizar estos análisis para caracterizar un sistema tribológico y que conllevan tiempo y recursos, es recomendable analizar si el proceso que se está simulando muestra algún tipo de sensibilidad a la fricción. Por este motivo, TriboForm realizó un pormenorizado estudio en el que concluyó que son tres facto- res los que principalmente influyen en la sensibilidad a la fricción de un proceso, se trata de: la complejidad de la pieza, el riesgo de fallo y el tipo de material y su espesor. Cuando se habla de la complejidad de la pieza, significa que las geometrías más grandes y con mayor número de detalle mostrarán una mayor sensi- bilidad a la fricción que las de menor tamaño. Otro de los factores estudia- dos fue el tipo de material, en este caso se vio que los materiales de alta resistencia muestran mucha menos sensibilidad que los que tienen unas características mecánicas inferiores. Finalmente, el elemento que demostró tener una mayor influencia es el riesgo de fallo. Esto quiere decir que en pie- zas cercanas a la rotura o en las que incluso se producen roturas es donde la fricción tiene una mayor influencia. Cabe señalar también que no tienen por qué cumplirse los tres factores simultáneamente para que los proce- sos muestren sensibilidad a la fricción. De la misma manera, por el hecho de cumplir con uno de los factores no significa que se esté ante un proceso sensible a la fricción.

El trabajo propuesto por la Universidad de Mondragón no solo supone utilizar un sistema tribológico para un conjunto de herramientas y busca ir un paso más allá. Para ello, se propone utilizar distintos sistemas tribológicos para dife- rentes zonas de cada herramienta. Se sabe que los procesos de fabricación de las herramientas generan distintas rugosidades en su superficie, lo que lleva a tener distintas condiciones de fricción para las distintas zonas y por consiguiente existirán diferentes siste- mas tribológicos conviviendo en una misma herramienta. Partiendo de esta premisa, el estudio intenta evaluar el efecto que tiene en una simulación la implementación de distintas con- diciones de fricción en distintas áreas de una misma herramienta. El primer paso fue la caracterización de los sistemas tribológicos. Para ello se utilizó una herramienta de referen- cia sobre la que se hicieron múltiples mediciones de la topografía de la

superficie en muchos puntos de la herramienta con el objetivo de cuanti- ficar la rugosidad superficial. Este tipo de mediciones se suelen realizar con unas resinas epoxi que tienen la capa- cidad de copiar las superficies a nivel microscópico. Posteriormente se hace unamediciónmicroscópica de la altura los picos y los valles de esa superficie. Según la zona de la superficie de la herramienta se hizo una división en la que se consideraron diferentes zonas planas y varios radios. Esta consideración se hizo en base a las características geométricas de la superficie y el aca- bado que se obtiene por el proceso de fabricación de la superficie. Para cada zona superficial se hicieron suficientes mediciones para obtener una carac- terización precisa de la topografía de

Figura 3. Ejemplo de división por zonas de una herramienta.

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ESTAMPACIÓN

pueden ver algunas de las zonas en las que se ha dividido. Cada uno de los colores muestra una zona diferente. Se puede apreciar con claridad la división que se ha realizado para diferenciar entre zonas de radio y zonas planas, así como la zona de los frenos. Una vez llegados a este punto, se generaron los modelos de los siste- mas tribológicos con el software de TriboForm. Para completar la infor- mación de las mediciones realizadas por la Universidad de Mondragón se utilizaron las librerías propias que incluye el programa. La generación de los sistemas tribológicos en TriboForm requiere introducir información relativa a la superficie de la chapa, el lubricante y la superficie de la herramienta. Para poder comparar los datos, se utilizó la librería de TriboForm para definir tanto el lubricante como los materiales y además para estos últimos se utilizó una rugosidad media. Con respecto a la superficie de las herramientas se utilizaron los valores experimentales. Por último, se expor- taron los sistemas tribológicos para poder utilizarlos en las simulaciones de los procesos de estampación. Por último, se realizaron las simula- ciones de referencia seleccionados dentro de AutoForm combinándolo con los archivos de fricción provenien- tes de TriboForm. Ya que la operación de embutición es donde la influencia de la fricción es más importante, sola- mente se ha simulado esta para todos los casos seleccionados. Las condicio- nes de las simulaciones han sido las mismas en todos los casos, siempre con el objetivo de poder comparar los resultados obtenidos. Se han rea- lizado varias simulaciones de cada uno de los ejemplos seleccionados para poder analizar la influencia del uso de distintos sistemas tribológi- cos en una misma operación frente a uno único o frente a un coeficiente de fricción constante.

Figura 4. Aplicación de un modelo de fricción de TriboForm en la embutición de una pieza.

la superficie. De entre todas las medi- ciones se obtuvo un valor medio de la rugosidad de cada zona que posterior- mente sería utilizado para modelizar el sistema tribológico. De cara al siguiente paso se hizo una selección de varias simulaciones de referencia con las que poder comparar y utilizar los datos de la información suministrada por la Universidad de simulación mostrará sensi- bilidad a la fricción. Por ello se utilizaron simulaciones de geometría compleja, como pueden ser los refuerzos de puerta o las aletas. Los mate- riales empleados fueron aceros de baja resistencia y aluminios. A continuación, se hizo una división de la geometría de las herramientas para poder asignar a cada zona el sis- tema tribológico más adecuado. Para poder utilizar sistemas tribológicos en la zona del freno, se han utilizado frenos geométricos en toda la simulación, ya que de esta manera se pueden selec- cionar sus superficies y convertirlas en una herramienta independiente. En la figura 3 se muestra una parte de una de las herramientas en la que se Mondragón. La selección se hizo en base a los criterios que se utilizan para saber si una

Disponer de una información tribológica precisa puede ser la diferencia

para incrementar notablemente la productividad

ESTAMPACIÓN

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Figura 5. Formability en un refuerzo de puerta con fricción constante (izda.) y modelo de fricción de TriboForm (dcha.).

Para calibrar la comparativa se hizo primero una simulación utilizando un coeficiente de fricción de 0,15 para los aceros y de 0,12 para el aluminio, y siguiendo las recomendaciones de AutoForm en términos de mallado cuando se utilizan frenos geométricos. Sobre la misma simulación se modi- ficaron las condiciones de fricción y se utilizó un sistema tribológico de TriboForm para la herramienta com- pleta. Después se utilizó la simulación en la que se habían dividido las herra- mientas en zonas y se simuló con un coeficiente de fricción constante en todas las zonas para comprobar que se obtenían los mismos resultados que con una única zona. A continuación, se repitió esta simula- ción con el mismo sistema tribológico utilizado anteriormente, pero para todas las zonas. Con esto se comprobó que los resultados no variaban, aunque se hiciesen modificaciones en las herra- mientas y así poder comparar con mayor fiabilidad los resultados entre utilizar una única herramienta y una herramienta dividida por zonas. Finalmente, se aplicaron en las simu- laciones los sistemas tribológicos obtenidos a través de las medicio- nes realizadas por la Universidad de Mondragón a las distintas zonas de las herramientas. Finalmente se hizo una comparativa de los resultados obtenidos entre las simulaciones para estudiar el efecto de las consideraciones hechas por

la Universidad de Mondragón y uti- lizar múltiples sistemas tribológicos en las herramientas de una misma operación. De forma general se pudo observar un cambio importante en el comportamiento de las simulaciones debido a que la influencia de la fric- ción es importante en ellas. Es además en el coeficiente de fricción donde se observan importantes diferencias entre simulaciones, ya que son los mode- los más complejos los que permiten considerar que la fricción sea mayor en las zonas donde menos presión se aplica y que sea mucho menor en las zonas de alta presión, como pueden ser los radios. También es esta fricción variable la que provoca resultados como el que se observa en la Figura 5, en la que se puede ver la variable de resultado Formability para una de las simulaciones utilizadas. A la izquierda se muestra la simulación conun coeficiente de fricción constante y a la derecha el resultado de utilizar sistemas tribológicos con una fricción variable. Después de este análisis se debe destacar la importancia de carac- terizar correctamente los sistemas tribológicos en las simulaciones de estampación. Analizar en primer lugar qué elementos tendrán influencia en la fricción y hacer los ensayos nece- sarios en caso de ser necesarios. El software de TriboForm juega un papel principal ya que es la herramienta que permite llevar esa información de forma fiable a las simulaciones.

La Universidad de Mondragón tiene una amplia experiencia en procesos de conformado adqui- rida mediante una continuada colaboración con empresas de transformación de chapa y forja a lo largo de las últimas décadas. Por un lado, la calidad científica de sus investigadores se encuen- tra avalada mediante ponencias internacionales, publicaciones en revista de prestigio y desarrollo de patentes. Sin embargo, la investigación que se realiza se caracteriza por su cercanía a la empresa y producto y a la practicidad de la misma. AutoForm ofrece soluciones para matricerías y troquele- rías durante toda la cadena de proceso y está reconocida como proveedor especializado en software para la factibilidad del producto, cálculo de cos- tes de herramienta y material, diseño de matriz y mejora del proceso virtual. Anticipar el comportamiento de un proceso de estampación puede ser determinante para conseguir una ratio de producción determinada o incluso que los costes estén dentro de los márgenes esperados. 

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BRUÑIDO

Proceso de fabricación que consiste en la deformación plástica en frío del material mediante la aplicación de una presión sobre la superficie de la pieza ACABADO MEDIANTE BRUÑIDO HIDROSTÁTICO POR BOLA. IMPORTANCIA DE LA INTEGRIDAD SUPERFICIAL

G. Gómez-Escudero, P. Fernández De Lucio, H. González Barrio, A. Calleja Ochoa y L.N. López de Lacalle Marcaide, del Dpto. de Ing Mecánica. Universidad del País Vasco (UPV/EHU); y O. Pereira Neto, A. Rodríguez Ezquerro y L.N. López de Lacalle Marcaide, del Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica. (UPV/EHU).

Uno de los sectores con más impor- tancia dentro de la industria es el de la tecnología médica. Concretamente, la fabricación de prótesis es una de las tendencias que está creciendo exponencialmente los últimos años debido al estilo de vida más sedentario de las sociedades industrializadas, así como la mayor esperanza de vida, se traduce en problemas principalmente de artrosis y osteoporosis [1] . Por ello, los esfuerzos en investigación en esta línea de trabajo cada vez cobranmayor peso en los centros de investigación con el fin de dar respuesta a las nece- sidades, no sólo de las empresas ya establecidas en el sector las cuales cada vez quieren aportar un mayor valor añadido a sus productos, sino a aquellas que quieren introducirse en este nicho de mercado que mueve una cantidad de 4.425 prótesis por cada 100.000 habitantes [2] . Dentro de la fabricación de prótesis existen distintos campos de trabajo que van desde piezas pequeñas relacionadas con implantes dentales hasta componentes de mayor tamaño entre los que cobran especial rele- vancia las prótesis de cadera y rótula,

siendo estos últimos los que soportan condiciones de trabajo más severas. Esto es debido a que este tipo de componentes, además de soportar un esfuerzo a compresión derivado del peso del cuerpo, están someti- dos a un proceso de fricción mientras andamos ya que forman parte de las articulaciones de la pierna [3] . Hay que tener en cuenta que uno de los aspectos más relevantes en este tipo de componentes es la fiabilidad ya que, para su colocación, el paciente debe someterse a una operación con sus consiguientes factores de riesgo. De hecho, hay que tener en cuenta que sólo en España se generan en prótesis de rodilla anualmente unos 350-450 rechazos a motivos de infec- ción [4] . Sin embargo, en Alemania de 170.000 cambios de rodilla que se pro- ducen anualmente, el 25% deberán ser sometidos a nuevas cirugías en los próximos años, no sólo por las propias infecciones iniciales, sino derivadas del desgaste de estas [5] . Por ello avanzar en conseguir prótesis para rodilla más robustos y fiables debe ser una de las metas de los centros de investigación de esta línea de aplicación.

En este artículo se propone la utilización del bruñido hidrostático por bola para su aplicación en aleaciones de Ti6Al4V. Para ello se describe en qué consiste esta técnica —que ya es utilizada en otros sectores como el ferroviario para aumentar la duración de sus componentes a fatiga— y cómo afecta a la integridad superficial de las piezas. Finalmente se mostrarán los resultados obtenidos de unas pruebas preliminares en Ti6Al4V con los que abrir una ventana a su estudio en componentes como prótesis de rodilla.

BRUÑIDO

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Figura 1. Esquema del proceso de bruñido.

Generalmente, las aleaciones que se suelen utilizar para fabricar prótesis de rodilla son aceros inoxidables, alea- ciones de cromo-cobalto o aleaciones de titanio [6] . Entre éstas, la aleación de titanio Ti6Al4V de grado 23 es una de las más utilizadas para la fabricación de este tipo de prótesis. Esta aleación se caracteriza porque tiene una alta capacidad de osteointegración com- binada con unas altas prestaciones mecánicas que satisface los requisitos de diseño. Sin embargo, avanzar en reducir el número de rechazos hasta lograr alcanzar valores cercanos al 0% es una meta a lograr a medio plazo. Este proceso de fabricación consiste en producir la deformación plástica en frío del material a través de la aplicación de una presión sobre la superficie de la pieza. De este modo, cuando la presión ejercida supera el límite elástico del material se logra que haya un desplazamiento del material sobrante de los picos de rugosidad hacia los valles de la misma. En la figura 1 se muestra una ilustración del proceso en sí. Como se puede observar en la Figura, la principal característica de este pro- ceso es que se reduce la rugosidad superficial de los componentes a los que se les aplica. Por otra parte, se generan tensiones residuales a com- 1. BRUÑIDO HIDROSTÁTICO POR BOLA

presión en la propia pieza, lo cual la combinación de estos dos factores se traduce en un aumento de la vida útil de componentes que están sometidos a esfuerzos constantes ciclos de carga/ descarga y fricciones, como es el caso de las prótesis de rodilla. Hay que destacar, que de entre los principales procesos de súper-acabado, el bruñido hidrostático por bola ofrece más ventajas frente al resto. La primera de ellas es la posibilidad de aplicar el propio proceso en la misma máquina en la que se ha realizado la operación de acabado previa. De esta forma, se reducen los tiempos de transporte y atado de la pieza además de redu- cir los errores de posicionamiento al cambiar el componente de máquina. Por otro lado, al ser un proceso de deformación y no de corte, la veloci- dad de la herramienta con respecto a la superficie de la pieza puede ser mucho mayor, lo que supone tiempos de proceso cortos en comparación a otras técnicas. Asimismo, el bru- ñido hidrostático por bola permite el acabado en máquinas de 5 ejes, lo que supone una idónea adaptación a superficies complejas como las de las prótesis. No obstante, para su aplicación en este tipo de superficies complejas hay que tener un know- how previo con el fin de conocer la influencia de los parámetros de trabajo sobre la pieza. Principalmente los dos parámetros a tener en cuenta es el

tamaño de la bola y la presión que se va a ejercer. Por ejemplo, un diámetro de bola grande en comparación con uno pequeño para la misma presión permite transmitir mayores fuerzas a la pieza y, con ello, mayores tensiones residuales y profundidad de las mis- mas. Sin embargo, un diámetro de bola grande deja una mayor huella en la superficie bruñida dejando peores aca- bados superficiales. Por consiguiente, los parámetros del bruñido se deben escoger en función de los requerimien- tos finales del componente a bruñir. Por ello, en la siguiente sección se muestran los efectos concretos que produce el bruñido hidrostático con bola en la integridad superficial de la pieza desde el punto de vista superfi- cial en sí y subsuperficial con el fin de poder acotar la mejora que realmente aporta este proceso a la fabricación de componentes protésicos. 2. INTEGRIDAD SUPERFICIAL El bruñido hidrostático con bola genera sobre la pieza un conjunto de efectos que modifican conside- rablemente la integridad superficial (IS) del componente. En ingeniería de superficies se conoce como integridad superficial al conjunto de propiedades, tanto superficiales como subsuperfi- ciales, que presenta la pieza tratada y que afectan de alguna manera al comportamiento funcional en ser- vicio. Hay muchas propiedades que se pueden considerar a la hora de

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BRUÑIDO

evaluar la integridad superficial de un componente. Field (1972) [7] hizo un resumen de las características más importantes a considerar. Partiendo de esa base, dependiendo del tipo de tratamiento aplicado y de la aplicación del componente, se deben analizar diferentes propiedades para evaluar la integridad superficial. En el caso del bruñido hidrostático con bola, los efectos generados por el proceso en cuanto a integridad superficial se cla- sifican en dos bloques: efectos sobre el acabado superficial y efectos subsu- perficiales, los cuales serán analizados a continuación. No obstante destacar que en cada uno de estos grupos se analizan diferentes propiedades, las cuales están resumidas en la tabla 1. El acabado superficial es una parte importante de la integridad super- ficial y normalmente presenta gran importancia en el comportamiento funcional de las piezas. Muchas de las propiedades funcionales del compo- nente dependen directamente de este factor, como por ejemplo la resistencia a fatiga, a desgaste, el comportamiento ante rozamiento, rodadura, lubricación, condiciones de estanqueidad, brillo y aspecto entre otros. Unos de los efectos más destacados del proceso 2.1. Efectos sobre el acabado superficial

de bruñido hidrostático por bola es su excelente acabado superficial, lo cual es un factor importante a tener en cuenta en las prótesis de rodilla. El grado de acabado superficial se cuantifica en base al análisis del perfil geométrico completo de la superficie. Normalmente se trata de un perfil plano de la superficie, obte- nido mediante el corte con un plano perpendicular a la superficie teórica y en la dirección de mayor desviación entre la superficie real y la teórica. Las técnicas clásicas de obtención de este perfil se basan en palpadores por contacto que registran las coordenadas de una serie de puntos y almacenan los datos relacionando el desplaza- miento longitudinal del palpador con el desplazamiento vertical, obteniendo de esta forma el perfil topográfico. El equipo de medida utilizado para tal fin se denomina rugosímetro. En los últi- mos años se han desarrollado nuevas tecnologías de obtención de perfiles tanto en 2D como en 3D, alguna de las más representativas son las técnicas de microscopia confocal. Se trata de equipos basados en técnicas ópticas capaces de obtener perfiles en 2D y 3D sin contacto y con tiempos de captura muy inferiores a los clásicos rugosímetros de contacto. Hay que destacar que una vez obtenido el per-

fil geométrico completo es necesario distinguir entre los errores de forma y ondulación y la rugosidad o textura superficial. Para ello es necesario reali- zar un filtrado del perfil completo en el que se utiliza la denominada longitud de corte ( λ c) para separar entre osci- laciones de longitud de onda larga o corta. Los valores recomendados de λ c dependiendo del nivel de rugosidad, o lo que es lo mismo, dependiendo del tipo de proceso, se presentan en la norma ISO 4288. Para rangos de rugosidades comunes en procesos de mecanizado, el valor recomendado es λ c = 0,8 mm. De esta forma, del perfil inicial completo se obtiene el perfil de ondulación, correspondiente a oscila- ciones con longitud de onda larga, y el perfil de rugosidad, correspondiente a longitudes de onda cortas. El perfil de ondulación es válido para analizar errores superficiales como defectos de forma y de ondulación. El perfil de rugosidades es el utilizado para obtener los parámetros de rugosidad que definen la textura superficial. En la figura 2 se muestra un ejemplo de adquisición de rugosidad superficial obtenido con unmicroscopio confocal Leica donde se ha aplicado el proceso de bruñido hidrostático con bola de diámetro 6 mm con dos presiones de trabajo distintas en un acero F114 [8] . 2.2. Efectos subsuperficiales En el proceso de bruñido hidrostático con bola, los efectos subsuperficiales producidos por la deformación plás- tica alcanzan profundidades de hasta 1 mm, dependiendo de la operación concreta y los parámetros del proceso. Principalmente los efectos que más se estudian son la deformación plástica generada, los cambios microestruc- turales, el incremento de dureza y la introducción de tensiones residuales de compresión. • Cuando la presión aplicada sobre la superficie de la pieza supera el límite elástico del material, se pro- duce la deformación plástica de

DATOS MÍNIMOS INTEGRIDAD SUPERFICIAL

DATOS ESTÁNDAR INTEGRIDAD SUPERFICIAL

DATOS EXTENDIDOS INTEGRIDAD SUPERFICIAL

Acabado superficial

Datos mínimos IS

Datos estándar IS

Ensayos mecánicos adicionales

Microestructura

Comportamiento a fatiga

Ensayos de fatiga extendidos para obtener datos de diseño

Comportamiento a corrosión

Microgrietas

Deformación plástica Comportamiento a desgaste Comportamiento a fricción, deslizamiento, etc.

Tensiones residuales y distorsión

Microdureza

…

Transformación de fase

…

Tabla 1. Diferentes niveles de análisis de la integridad Superficial (IS) [7].

BRUÑIDO

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Figura 2. Rugosidades superficiales obtenidas con el bruñido [8] .

3. BRUÑIDO DE TI6AL4V Una vez mostrado en qué consiste el proceso de bruñido, así como en materiales comunes es una técnica de súper-acabado que aporta gran- des ventajas a los componentes a los que se le aplica cabe estudiar si esto es extrapolable a las aleaciones uti-

la capa extrema del componente. El tamaño de grano disminuye y estos se deforman en la dirección de avance del bruñidor, generando cambios microestructurales en los componentes. • Existen varios mecanismos de endu- recimiento de materiales metálicos, sin embargo, en el caso del bruñido, el mecanismo predominante es el endurecimiento por deformación, también denominado acritud o endurecimiento por trabajo en frío, dado que la temperatura a la que ocurre es baja en relación a la temperatura de fusión del mate- rial. Este fenómeno se basa en el aumento de la dureza y resistencia de metales dúctiles a medida que son deformados plásticamente. • Otro de los efectos más importantes del proceso de bruñido es la intro- ducción de tensiones residuales de compresión en zonas cercanas a la superficie de la pieza. Se denomi- nan tensiones residuales o internas al estado tensional presente en el interior del material cuando éste no se encuentra sometido a car- gas externas u otras fuentes de tensiones, como por ejemplo los gradientes térmicos. Este estado tensional interno tiene su origen en los tratamientos mecánicos y térmicos utilizados en los diferentes procesos de fabricación del com- ponente y en ocasiones también puede ser generado debido a las cargas aplicadas en servicio.

En la figura 3, continuando con el ejem- plo del anterior subapartado se observa cómo al aplicar el bruñido hidrostático con bola realmente el tamaño de grano disminuye en la capa deformada, así como se aumenta la dureza subsu- perficial y se generan unas tensiones residuales de compresión.

Figura 3. Integridad subsuperficial obtenida con el proceso de bruñido con bola hidrostático [8] .

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BRUÑIDO

lizadas en componentes protésicos, las cuales se caracterizan por tener una dificultad añadida durante su mecanizado y acabado debido a sus superiores propiedades mecánicas (principalmente una mayor dureza combinada con una alta ductilidad). En el caso concreto de las prótesis de rodilla, estos parámetros deben ser ajustados para obtener rugosida- des superficiales que tengan valores inferiores de 0,10 μm en el caso de la rugosidad media (Ra) equivale a un acabado N3 según la norma ISO 1302:2002. Gracias a esto se logra que el desgaste a fricción disminuya. El acabado superficial es una parte importante de la integridad superficial y normalmente presenta gran importancia en el comportamiento funcional de las piezas No obstante, el proceso de bruñido además de obtener estos valores de forma más rápida que otros procesos introduce en el material tensiones de compresión que los otros procesos no, por lo que aumenta también su resis- tencia a fatiga. Por tanto, cuantificar el valor de las tensiones residuales obtenidas en función de la presión obtenida es esencial para poder cuantificar a futuro el aumento de productividad basada en los tiempos necesarios de ejecución, así como el aumento de la vida útil de las próte- sis de rodilla gracias a las tensiones residuales inducidas. En esta línea desde la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) se ha realizado una batería de ensayos en titanio Ti6Al4V con el fin de cuantificar las tensiones residuales obtenidas en función de la presión aplicada a la

Figura 4. Montajes experimentales

Figura 5. Tensiones residuales obtenidas.

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bola de bruñido hidrostático. Para ello se han mecanizado unas probetas en este material y se ha procedido a su bruñido con diferentes parámetros. 3.1. Montaje experimental Las pruebas se han realizado en un centro demecanizado de 5 ejes Kondia HS-1000. Para ello, inicialmente se han mecanizado tres probetas con unas dimensiones de 40x40x10 mm. Estas dimensiones han sido establecidas teniendo en cuenta la norma ASTM E837-13a. Una vez preparadas, se han amarrado al centro de mecanizado mediante una mordaza Lang Makro Grip y se ha procedido a su bruñido. Para el bruñido se ha utilizado un equipo de bruñido Ecorroll HGP 6.5 provisto de una bola cerámica de diámetro 6 mm. Las presiones anali- zadas fueron 100 bares y 200 bares, respectivamente. Estos valores fueron establecidos en base al know-how adquirido por el equipo de investiga- ción por experiencias anteriores con esta tecnología. Una vez realizado el bruñido se pro- cedió al estudio de las tensiones residuales con un equipo RS 200 provisto de una broca de diámetro 1,6 mm y galgas extensiométricas con las que obtener la variación del diámetro del micro-agujero realizado cuyo valor es registrado y convertido en tensiones por el programa H-drill. En la figura 4 se muestran los diferentes montajes experimentales.

PROYECTO PROCODA (PROCESOS DE ALTO VALOR BASADOS EN EL CONOCIMIENTO Y LOS DATOS)

Este proyecto nace gracias a la convocatoria de Elkartek 2019 del Gobierno Vasco para el apoyo a la realización de Investigación Colaborativa, lle- vada a cabo por las Entidades de Investigación, Desarrollo e Innovación integradas en la Red Vasca de Ciencia, Tecnología e Innovación de Euskadi. El consorcio que integra este proyecto incluye algunos de los cen- tros de investigación más importantes del territorio vasco, aunando conocimientos y experiencias con el fin común de dar soluciones a desafíos presentes tanto en la comunidad científica como industrial.

PROYECTO El objetivo concreto del proyecto PROCODA es investigar en el desarro- llo de nuevos procesos de fabricación complejos de alto valor añadido a través de una aproximación integral basada en la simulación, la monitorización y análisis de datos, configurando una plataforma de modelización híbrida y actuación flexible que permita a empresas fabricantes de máquinas y, en especial a sus usuarios optimizar drásti- camente sus procesos de fabricación, en todas las fases de desarrollo. Este proyecto propone dar un salto cuantitativo y cualitativo sobre el sentido de integrar en las máquinas diferentes sensores de manera distribuida, continua y global, permitiendo así que dichas máqui- nas sean capaces de proporcionar y gestionar de manera continua y en tiempo real información multivariable, tanto para procesos prin- cipales como secundarios. Se divide en tres líneas fundamentales: procesos multitasking, procesos de acabado y procesos asistidos; cada una con sus modelos predictivos, estrategias smart y demos- tradores representativos.

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BRUÑIDO

3.2. Resultados obtenidos En la figura 5 se muestran los resul- tados obtenidos. Como se puede observar, el material base muestra a lo largo de las medidas realizadas unos valores relativamente estables. En el caso de aplicar 100 bares de presión, las tensiones residuales ya son claramente de compresión, alcan- zando valores iniciales de 350 MPa en la dirección de avance del bruñido (dirección X) y de 1.000 MPa en la dirección perpendicular a la misma (dirección del fresado previo) hasta alcanzar los valores del material base cuando se alcanza una profundidad de más de 1 mm. En el caso de aplicar 200 bares de presión, el comporta- miento es análogo a la aplicación en 100 bares. No obstante, los valores aumentan en un 35% situándose en 1.500 MPa inicialmente en la dirección perpendicular a la de bruñido y un 16% alcanzando los 400 MPa en la dirección del fresado previo, hasta alcanzar el valor del material base pasado el milímetro de profundidad. Como se puede apreciar la diferen- cia entre aplicar 100 ó 200 bares es significativa ya que, en el caso de los

El proceso de bruñido introduce en el material tensiones de compresión, por lo que aumenta también su resistencia a fatiga

200 bares de presión, las tensiones residuales están cerca de la tensión de fluencia del material, lo cual puede resultar peligroso en caso de aplicarlo en un componente objeto de ciclos de carga y de descarga. Por tanto, de cara a su aplicación en prótesis de rodilla el uso de 100 bares es una presión más que suficiente para alcanzar un valor que suponga un aumento de la vida útil de este tipo de componentes. En este trabajo se ha expuesto en qué consiste el proceso de bruñido con bola hidrostático, a qué paráme- tros de la integridad superficial de la pieza afecta y cómo puede ser una técnica de súper-acabado aplicable a componentes biomédicos como las prótesis de rodilla. 4. CONCLUSIONES Y ACCIONES FUTURAS

Hay que tener en cuenta que, a día de hoy, el número de remplazos de éstas es relativamente alto y el objetivo es alcanzar valores cercanos al 0%. Por ello, cualquier operación que genere valor añadido por pequeño que sea, es necesaria. En este caso, la aplicación del bruñido hidrostático con bola no sólo logra la rugosidad superficial deseada de formamás rápida que otros procesos convencionales, sino que induce ten- siones residuales de compresión que puede hacer que aumente la vida útil de las prótesis de rótula. Por tanto, a la vista de este estudio inicial se abre una nueva línea en la que aplicar el bruñido a este tipo de componentes y someterles a ensayos de fatiga con el fin de cuantificar si ese aumento de vida es significa- tivo o no. n

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