Nuevos tratamientos prolongan la vida útil de herramientas industriales, según una tesis defendida en la UPNA

El ingeniero Eneko Barba Areso ha diseñado nuevos tratamientos superficiales para herramientas de estampación en frío con el objetivo de reducir el desgaste y prolongar su vida útil. Este trabajo forma parte de un doctorado industrial desarrollado entre la Universidad Pública de Navarra (UPNA) y la multinacional de la automoción NUADI, especializada en la fabricación de componentes para sistemas de frenado. La compañía posee una fábrica en la Comunidad Foral (Arazuri), donde se localiza el centro de ingeniería de las cinco plantas con las que cuenta.

La estampación en frío es un proceso industrial que consiste en dar forma a una lámina metálica aplicando presión con un molde o troquel, sin necesidad de calentar el material. Esta técnica, habitual en sectores como la automoción, se utiliza para fabricar piezas con alta precisión y resistencia y reduce el desperdicio de material y los costes de producción. 

“En los procesos de estampación en frío, los aceros utilizados para las herramientas ya poseen una dureza y unas propiedades mecánicas sobresalientes —señala Eneko Barba—. El principal desafío en estos entornos no es la dureza del material base, sino su resistencia al desgaste, ya que la fricción y las condiciones de trabajo extremas pueden provocar fallos prematuros en las herramientas”.

La investigación de Eneko Barba se ha centrado en procesos de estampación que emplean chapas de “espesores elevados (entre 4,5 y 6,5 mm)”, un ámbito en el que las herramientas enfrentan grandes exigencias mecánicas y condiciones de trabajo extremas. Hasta ahora, los tratamientos superficiales existentes no han logrado adaptarse de forma óptima a cada proceso. Por eso, este trabajo ha sido “una oportunidad para diseñar tratamientos superficiales personalizados mediante la aplicación de metodologías computacionales avanzadas”, según el investigador.

Recubrimientos avanzados

Eneko Barba ha explorado diversas opciones de recubrimientos superficiales para las herramientas. En primer lugar, los recubrimientos DLC (Diamond-Like Carbon), que son capas ultrafinas de carbono. Tienen propiedades similares a las del diamante, como alta dureza y baja fricción, lo que los hace ideales para proteger herramientas y piezas mecánicas en la industria del automóvil. 

Según los resultados de la tesis doctoral, este tipo de recubrimiento DLC ha demostrado ser una alternativa eficaz debido a su bajo coeficiente de fricción, lo que reduce “hasta un 20 % las tensiones que soportan las herramientas”, aunque su dureza es inferior a la de otros recubrimientos metálicos tradicionales. Esta reducción no solo minimiza el desgaste, sino que también ayuda a proteger las herramientas, pues disminuye las cargas mecánicas y prolonga su vida útil. 

Además, el investigador ha analizado otras soluciones como los recubrimientos dúplex, que combinan diferentes capas de protección, y las formulaciones basadas en AlTiSiN (aluminio, titanio y silicio) y CrAlSiN (cromo, aluminio y nitrógeno), cuya alta dureza los convierte en opciones adecuadas para entornos de trabajo exigentes.

Simulaciones computacionales

Para validar la efectividad de los recubrimientos, Eneko Barba ha empleado simulaciones por elementos finitos, un método computacional que permite analizar el comportamiento de los materiales bajo condiciones reales de trabajo. Con esta metodología, ha evaluado la distribución de tensiones en las herramientas, los coeficientes de fricción y desgaste, la durabilidad de los materiales empleados y el efecto de la lubricación en el proceso de estampación, entre otros factores. Gracias a estos análisis, Eneko Barba ha diseñado tratamientos superficiales adaptados a las necesidades específicas de Nuadi, lo que se ha traducido en una optimización de los procesos productivos de esta empresa y unas soluciones más eficientes para la industria de la estampación en frío.

“La innovación desarrollada en esta tesis supone un salto cualitativo en el ámbito de la estampación en frío, donde la selección de tratamientos superficiales para procesos específicos ha sido hasta ahora un desafío —describe Eneko Barba—. La combinación de aceros de alta resistencia con recubrimientos DLC abre nuevas posibilidades para mejorar la eficiencia de los procesos y reducir el mantenimiento”.

La tesis de Eneko Barba, financiada por el Gobierno de Navarra por tratarse de un doctorado industrial, ha sido dirigida por dos investigadores de la UPNA: el catedrático José Antonio García Lorente, adscrito al Instituto de Materiales Avanzados y Matemáticas (INAMAT2), y el profesor titular Daniel Salcedo Pérez, que pertenece al Instituto de Smart Cities (ISC).