BR112019020364A2 - elemento estrutural para automóveis e método para produção do mesmo - Google Patents

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Abstract

esse elemento estrutural (100) para automóveis inclui um produto moldado por prensagem (110). o produto moldado por prensagem (110) inclui duas seções de paredes verticais (111) e uma chapa superior (112) que liga as duas seções de paredes verticais (111). a seção saliente (113) é formada em pelo menos parte da chapa superior (112), a mencionada seção saliente compreendendo sobrepor e salientar chapa de aço que continua a partir da chapa superior (112). a seção saliente (113) se salienta a partir da chapa superior (112) de modo a: facear o interior do produto moldado por prensagem (110); e se estender ao longo da direção longitudinal do produto moldado por prensagem (110). como resultado desse tipo de elemento estrutural, é fornecido um elemento estrutural para automóveis tendo características que são altas em um teste de dobramento de três pontos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ELEMENTO ESTRUTURAL PARA AUTOMÓVEIS E MÉTODO PARA PRODUÇÃO DO MESMO.
Campo técnico [001] A presente invenção refere-se a um elemento estrutural para automóveis e a um método para produção do mesmo.
Antecedentes da técnica [002] O chassi de um automóvel é formado de uma variedade de elementos estruturais ligados entre si. A maioria dos elementos estruturais são formados, cada um, pela conformação por prensagem de uma chapa de aço. Nos últimos anos, um elemento estrutural para automóveis (elementos de comprimento contínuo, em particular) precisa ter uma boa característica de teste de dobramento de três pontos para um desempenho aumentado de segurança na colisão. Para esse fim, foram feitas várias propostas.
[003] Por exemplo, a Literatura de Patente 1 (Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2008-265609) e a Literatura de Patente 2 (Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2008-155749) descrevem, cada uma, em relação aos desenhos, um elemento de absorção de impacto incluindo uma porção em que a chapa de aço é dobrada três vezes.
[004] A Literatura de Patente 3 (Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2011-67841) apresenta uma peça tendo uma seção transversal em forma de chapéu que tem um grande número de arestas como um exemplo de uma peça que fornece alta segurança na colisão. A Literatura de Patente 4 (Publicação de Pedido de Patente Japonesa No. 2013-27894) descreve uma peça de estrutura que inclui uma seção de reforço formada em uma porção em que a seção de parede superior é conectada às seções de parede vertical. A seção de reforço é formada de uma seção dobrada circularmente tendo uma
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2/26 forma tubular.
[005] A Literatura de Patente 5 (Patente Japonesa No. 5,375,086) descreve um chassi de estrutura oca formado por conformação por cilindros. O chassi de estrutura oca tem, uma seção de borda que recebe uma carga compressiva, e a seção de borda é provida com uma barra de suporte interna tão dobrada que as seções dobradas são do bradas umas contra as outras na forma de uma montanha.
Lista de citações
Literatura de Patente [006]
Literatura de Patente
Publicação de
Pedido de
Patente
Japonesa No. 2008-265609 [007]
Literatura de Patente
Publicação de
Pedido de
Patente
Japonesa No. 2008-155749 [008]
Literatura de Patente
Publicação de
Pedido de
Patente
Japonesa No. 2011-67841 [009]
Literatura de Patente
Publicação de
Pedido de
Patente
Japonesa No. 2013-27894 [0010]
Literatura de Patente 5 Patente Japonesa No. 5,375,086
Sumário da invenção
Problema técnico [0011] Usar um elemento estrutural que tenha boas características em um teste de dobramento de três pontos permite um aumento no desempenho da segurança na colisão de um automóvel e uma diminuição no peso do automóvel. Um novo elemento estrutural tendo uma boa característica em um teste de dobramento de três pontos é, portanto, exigido atualmente. Sob a situação descrita acima, um objetivo da presente invenção é fornecer um elemento estrutural que tenha uma boa característica em um teste de dobramento de três pontos.
Solução para o problema
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3/26 [0012] Um elemento estrutural de acordo com uma modalidade da presente invenção é um elemento estrutural para automóveis incluindo um produto conformado por prensagem formado e de uma única chapa de aço e que tem uma seção transversal aberta. O produto conformado por prensagem inclui duas seções de paredes verticais e uma seção de chapa superior que liga as duas seções de paredes verticais entre si. Pelo menos parte da seção de chapa superior é fornecida com uma seção saliente que é a chapa de aço que se estende desde a seção de chapa superior e dobrada contra si mesma de modo a se salientar. A seção saliente se salienta da seção de chapa superior na direção do interior do produto conformado por prensagem e se estende ao longo da direção longitudinal do produto conformado por prensagem.
[0013] O método de produção de acordo com outra modalidade da presente invenção é um método para produzir o elemento estrutural para automóveis de acordo com a modalidade descrita acima. O método de produção inclui uma primeira etapa de conformar um produto pré-formado incluindo duas primeiras seções que forma m as duas paredes verticais, duas segundas seções que formam a seção de chapa superior, e uma terceira seção que forma a seção a-saliente pela deformação de uma chapa de aço de esboço única e uma segunda etapa de conformar as duas seções de paredes verticais, a seção de chapa superior, e a seção saliente pela conformação por prensagem do produto pré formado. A terceira seção é disposta entre as duas segundas seções e se destaca das segundas seções na direção do interior do produto pré-formado. A segunda etapa inclui uma etapa (i) de colocar dois punções móveis no interior do produto pré formado de maneira tal que os dois punções móveis imprensem a terceira seção e uma etapa (ii) de conformar a seção saliente empurrando-se os dois punções móveis externamente através das duas primeiras seções para permitir
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4/26 que os dois punções móveis imprensem a terceira seção.
Efeitos vantajosos da invenção [0014] De acordo com a presente invenção, é fornecido um elemento estrutural que tenha uma boa característica em um teste de dobramento de três pontos. Usar o elemento estrutural de acordo com a presente invenção permite um aumento no desempenho de segurança na colisão de um automóvel e uma diminuição no peso do automóvel.
Breve descrição dos desenhos [0015] A FIG. 1 é uma vista em perspectiva mostrando através de diagrama um exemplo de um elemento estrutural de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0016] A FIG. 2 mostra através de diagramas a seção transversal do elemento estrutural mostrado na FIG. 1.
[0017] A FIG. 3 é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas outro exemplo do elemento estrutural de acordo com a presente modalidade.
[0018] A FIG. 4A é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas outro exemplo do elemento estrutural de acordo com a presente modalidade.
[0019] A FIG. 4B é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas outro exemplo do elemento estrutural de acordo com a presente modalidade.
[0020] A FIG. 4C é uma vista em perspectiva mostrando através de diagramas um exemplo do elemento estrutural de acordo com a presente modalidade que tem a seção transversal mostrada na FIG. 4B.
[0021] A FIG. 4D é uma vista em perspectiva mostrando através de diagramas outro exemplo do elemento estrutural de acordo com a presente modalidade tendo a seção transversal mostrada na FIG. 4B.
[0022] A FIG. 4E é uma vista de seção transversal mostrando
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5/26 através de diagramas outro exemplo do elemento estrutural de acordo com a presente modalidade.
[0023] A FIG. 4F é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas outro exemplo do elemento estrutural de acordo com a presente modalidade.
[0024] A FIG. 5 é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas um exemplo de um produto pré-formado produzido em um método de 'produção de acordo com a presente modalidade.
[0025] A FIG. 6A mostra através de diagramas o estado no qual se inicia a segunda etapa.
[0026] A FIG. 6B mostra através de diagramas um estado intermediário da segunda etapa.
[0027] A FIG. 6C mostra através de diagramas o estado do fim da segunda etapa.
[0028] A FIG. 7A é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas uma amostra 2 de acordo com um exemplo da presente invenção considerada na simulação no Exemplo 1.
[0029] A FIG. 7B é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas uma amostra 3 de acordo com o exemplo da presente invenção considerada na simulação do Exemplo 1.
[0030] A FIG. 7C é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas uma amostra 1 de acordo com o exemplo comparativo considerada na simulação do Exemplo 1.
[0031] A FIG. 7D é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas uma amostra 4 de acordo com o Exemplo Comparativo considerada na simulação no Exemplo 1.
[0032] A FIG. 8 mostra através de diagramas um teste de dobramento de três pontos simulado no Exemplo 1.
[0033] A FIG. 9 mostra gráficos mostrando um exemplo de resultados da simulação no Exemplo 1.
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6/26 [0034] A FIG. 10 mostra gráficos mostrando outro exemplo dos resultados da simulação no Exemplo 1.
[0035] A FIG. 11A é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas um exemplo da deformação da amostra 1 no teste no Exemplo 1.
[0036] A FIG. 11B é uma vista de seção transversal mostrando através de diagramas um exemplo de deformação da amostra 2 no teste no Exemplo 1.
Descrição de modalidades [0037] Como resultado de estudos intensos, o inventor da presente invenção descobriu recentemente que uma estrutura específica melhora as características em um teste de dobramento de três pontos. A presente invenção é baseada na nova descoberta.
[0038] Uma modalidade da presente invenção será descrita abaixo. A descrição a seguir será feita da modalidade da presente invenção em relação a um exemplo, mas a presente invenção não é limitada ao exemplo descrito abaixo. Na descrição a seguir, numerais específicos e materiais são apresentados por meio de exemplo em alguns casos, mas outros materiais e numerais que fornecem os efeitos da presente invenção podem ser usados. Na presente especificação, o termo seção transversal significa a seção transversal perpendicular à direção na qual m produto conformado por prensagem (P) se estende (direção longitudinal) a menos que descrito particularmente de forma diferente.
(Elemento estrutural para automóveis) [0039] O elemento estrutural de acordo com a presente modalidade é um elemento estrutural para automóveis. O elemento estrutural inclui um produto conformado por prensagem de uma chapa de aço única e que tem uma seção transversal aberta. O elemento estrutural e o produto conformado por prensagem são referidos na descrição a se
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7/26 guir como um elemento estrutural (S) e um produto conformado por prensagem (P) em alguns casos.
[0040] O produto conformado por prensagem (P) inclui duas seções de parede verticais e uma seção de chapa superior que une as duas seções de paredes verticais entre si. Pelo menos parte a seção de parede superior é fornecida com uma seção saliente que é uma chapa de aço que se estende desde a seção de chapa superior e então dobrada de modo a se salientar. Na descrição a seguir, a seção saliente é referida como uma seção saliente (Q) em alguns casos. A seção saliente (Q) se salienta da seção de chapa superior na direção do interior do produto conformado por prensagem (P) e se estende ao longo da direção longitudinal do produto conformado por prensagem (P).
[0041] O interior do produto conformado por prensagem (P) significa a área circundada pelas duas seções de paredes verticais, a seção de chapa superior, e um plano imaginário que conecta as bordas das duas seções de paredes verticais entre si.
[0042] O produto conformado por prensagem (P) pode ser formado pela deformação de uma chapa de aço única (chapa de aço de esboço). A chapa de aço de esboço, que é o material do produto conformado por prensagem, será descrita mais adiante.
[0043] A seção transversal do produto conformado por prensagem (P) excluindo a seção saliente (Q) pode incluir uma porção em forma da letra U tendo um fundo aproximadamente plano. Em um caso em que o produto conformado por prensagem (P) inclui seções de flange, a seção transversal do produto conformado por prensagem (P) excluindo a seção (Q) pode ter uma forma aproximada de um chapéu.
[0044] Do ponto de vista de segurança na colisão e redução de peso, a chapa de aço que forma o produto conformado por prensagem (P) preferivelmente tem alta resistência à tração. A resistência à tração
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8/26 da chapa de aço pode ser de 340 MPa ou mais (por exemplo, 490 MPa ou mais, 590 Mpa ou mais, 780 Mpa ou mais, 980 Mpa ou mais, ou 1200 Mpa ou mais). O limite superior da resistência à tração não é limitado a um valor específico e pode ser 2500 Mpa ou menos.
[0045] O produto conformado por prensagem (P) tem tipicamente uma forma alongada como um todo. As seções de parede verticais, a seção de chapa superior, e as seções de flange que serão descritas mais adianta, cada uma se estende ao longo da direção longitudinal do produto conformado por prensagem (P). A seção saliente (Q) pode ser formada sobre todo o produto conformado por prensagem (P) na direção longitudinal ou apenas em parte do produto conformado por prensagem (P) na direção longitudinal.
[0046] A seção de chapa superior conecta as duas seções de paredes verticais entre si. Por outro ponto de vista, a seção de chapa superior é uma seção de parede lateral que conecta as duas seções de paredes verticais entre si. Portanto, na presente especificação, a seção de chapa superior e a seção de parede lateral podem ser usadas alternadamente. Em um caso em que o produto conformado por prensagem (P) é disposto de modo que a seção de parede lateral (seção de chapa superior) faceie para baixo, a seção de parede lateral pode também ser chamada de seção de chapa de fundo. Na presente especificação, entretanto, a seção de parede lateral é referida como a seção de chapa superior com um caso em que a seção de parede lateral faceia para cima tomada como referência.
[0047] O ângulo entre a seção de chapa superior e cada uma das seções de paredes verticais é tipicamente 90° ou um valor próximo desse. O ângulo pode ser menor que 90° mas é tipicamente 90° ou mais ou pode estar na faixa de 90° a 150°. Os dois ângulos entre as duas seções de paredes verticais e a seção de chapa superior podem diferir entre si, mas sã preferivelmente aproximadamente iguais entre
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9/26 si (a diferença entre eles cai em até 10°) ou podem ser iguais entre si. [0048] As chapas de aço dobradas umas contra as outras para formar a seção saliente (Q) estão tipicamente em contato próximo entre si. Um vão entre as chapas de aço, se presente, é um vão muito estreito, e o tamanho do vão é, por exemplo, 1 mm ou menos, preferivelmente 0,5 mm ou menos. Alguns produtos conformados por prensagem da técnica relativa têm, cada um, um recesso em forma de entalhe formado na seção de chapa superior, mas a seção saliente (Q) na presente modalidade difere de tal recesso em forma de entalhe.
[0049] A seção de chapa superior é fornecida tipicamente com apenas uma seção saliente (Q). É, entretanto, notado que a seção de chapa superior pode ser fornecida com várias seções salientes (Q). A seção saliente (Q) é tipicamente formada assim para se salientar perpendicularmente à seção da chapa superior.
[0050] A largura WQ da seção saliente (Q) pode estar em uma faixa de 0,05 a 0,95 vezes a altura HT das seções de paredes verticais ou pode estar na faixa de 0,05 a 1,50 vezes a altura HT. Em um caso em que o fator de multiplicação é maior que 1,0, a largura WQ é maior que a altura HT das seções de paredes verticais. A largura WQ e a altura HT serão descritas em relação à FIG. 2.
[0051] A seção saliente (Q) pode ser formada no centro da seção de chapa superior na direção da sua largura. A seção saliente (Q) pode, ao invés, ser formada em uma posição diferente a partir do centro da seção de chapa superior na direção da sua largura.
[0052] Agora foi definida a largura da seção de chapa superior com WT, e é considerado que a seção saliente (Q) é separada por uma distância L o centro CT da seção de chapa superior na direção da sua largura. Na consideração, a distância L pode estar na faixa de 0,05 a 0,45 vezes a largura WT. A largura WT e a distância L serão descritas em relação à FIG. 3.
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10/26 [0053] As chapas de aço dobradas entre si para formar a seção saliente (Q) podem ser fixadas umas às outras. Por exemplo, as chapas de aço dobradas entre si para formar a seção saliente (Q) podem ser soldadas umas às outras ou podem ser fixadas umas às outras usando-se um outro método. Exemplos de soldagem podem incluir a soldagem a resistência por pontos, soldagem a laser, e soldagem a arco.
[0054] O produto conformado por prensagem (P) pode incluir duas seções de flange que se estendem desde as bordas das duas seções de paredes verticais, respectivamente. Nesse caso, a seção transversal do produto conformado por prensagem (P) excluindo a seção saliente (Q) tem, por exemplo, uma forma aproximada de um chapéu. As seções de flange tipicamente se estendem em uma direção aproximadamente paralela à seção de chapa superior.
[0055] O elemento estrutural (S) de acordo com a presente modalidade pode também incluir outro elemento. O outro elemento será, daqui em diante, referido como um elemento (M) ou outro elemento (M) em alguns casos. O elemento M é fixado ao produto conformado por prensagem (P). O método para fixar o elemento (M) não é limitado a um método específico e pode ser soldagem ou outro método de fixação. Exemplos de soldagem podem incluir os exemplos descritos acima.
[0056] O elemento (M) pode ser então fixado ao produto conformado por prensagem (P) de modo que o produto conformado por prensagem e o elemento (M) formem uma seção transversal fechada. Em outras palavras, o elemento (M) pode fechar a abertura do produto conformado por prensagem (P) que tem uma seção transversal aberta. Por exemplo o elemento (M) pode ser então fixado às duas seções de flange do produto conformado por prensagem (P) de modo que o produto conformado por prensagem (P) e o elemento (M) formem uma
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11/26 seção transversal fechada. Por outro ponto de vista, o elemento (M) pode ser então fixado em duas seções de flange do produto conformado por prensagem (P) de modo que o produto conformado por prensagem (P) e o elemento (M) formem um chassi oco.
[0057] O elemento (M) pode ser uma chapa metálica ou pode, por exemplo, ser uma folha de aço. O elemento (M) pode ser formado de uma chapa de aço que forma o produto conformado por prensagem (P). O elemento (M) pode ser um elemento em forma de chapa chamado de contrachapa ou um produto conformado submetido à conformação por prensagem. Por exemplo o elemento (M) pode ter uma forma do mesmo tipo do produto conformado por prensagem (P) incluindo duas seções de flange. Nesse caso, as duas seções de flange do produto conformado por prensagem (P) e as duas seções de flange do elemento (M) podem ser fixadas umas às outras.
[0058] O elemento estrutural (S) de acordo com a presente modalidade pode ser um para-choque, uma soleira lateral, uma coluna central, uma coluna A, um trilho de teto, um arco de teto, um reforço de linha de cintura (beltline), ou uma viga de impacto de porta. O elemento estrutural (S) pode, ao invés, ser outro elemento estrutural para automóveis.
(Método para produção do elemento estrutural para automóveis) [0059] Será descrito abaixo um método de produção de acordo com a presente modalidade. O método de produção é um método para produzir o elemento estrutural (S) de acordo com a presente modalidade. Um item descrito em relação ao elemento estrutural (S) de acordo com a presente modalidade é aplicável ao método de produção de acordo com a presente modalidade, e nenhuma descrição em duplicidade será, portanto, feita em alguns casos. Similarmente, um item descrito em relação ao método de produção de acordo com a presente modalidade é aplicável ao elemento estrutural (S) de acordo com a
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12/26 presente modalidade.
[0060] O método de produção de acordo com a presente modalidade inclui uma primeira etapa e uma segunda etapa. A primeira etapa é a etapa de formar um produto conformado incluindo duas primeiras seções que formam as duas seções de paredes verticais, duas segundas seções que formam a seção de chapa superior, e uma terceira seção que forma a seção saliente pela deformação de uma única chapa de aço de esboço. Tipicamente, no produto pré-conformado, nenhuma fronteira clara está presente entre as primeira a terceira seções. A primeira etapa não é limitada a uma etapa específica e pode ser executada usando-se a conformação por prensagem conhecida.
[0061] A segunda etapa é a etapa de conformar as duas seções de paredes verticais, a seção de chapa superior, e a seção saliente pela conformação por prensagem do produto pré-conformado. O interior do produto pré-conformado significa a área correspondente ao interior do produto conformado por prensagem (P) descrito acima.
[0062] A segunda etapa inclui uma etapa (i) e uma etapa (ii). A etapa (i) é a etapa de colocar dois punções móveis no interior do produto pré-conformado de maneira tal que os dois punções móveis imprensem a terceira seção. Em um exemplo, os dois punções móveis são dispostos de modo a se estenderem ao longo das primeira e segunda seções.
[0063] A etapa (ii) é a etapa de formar a seção saliente empurrando-se os dois punções móveis externamente através das duas primeiras seções para permitir que os dois punções móveis imprensem a terceira seção. A segunda etapa é assim executada para produzir o produto conformado por prensagem (P). O produto conformado por prensagem (P) produzido executando-se a segunda etapa pode também sofrer processamento posterior.
[0064] Na descrição a seguir, a chapa de aço que é um material
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13/26 de partida (chapa de aço de esboço) é referida como esboço em alguns casos. O esboço é tipicamente uma chapa de aço plana e tem uma forma plana de acordo com a forma do produto conformado por prensagem (P) a ser conformado. A espessura e as propriedades físicas do esboço são selecionadas de acordo com as características exigidas para o produto conformado por prensagem. A espessura do esboço pode estar na faixa, por exemplo, de 0,4 a 4,0 mm ou de 0,8 a 2,0 mm. A espessura da parede do produto conformado por prensagem (P) é determinada pela espessura do esboço e pela etapa de processar o esboço e pode cair dentro da faixa de espessura do esboço apresentada por meio do exemplo na descrição.
[0065] O esboço é preferivelmente uma chapa de aço de alta tensão (material de alta tensão) que tem uma resistência à tração de 340 MPa ou mais (por exemplo, 490 MPa ou mais, 590 MPa ou mais, 780 MPa ou mais, 980 MPa ou mais, ou 1200 MPa ou mais). Para reduzir o peso do elemento estrutural, o esboço preferivelmente tem alta resistência à tração, mais preferivelmente tem uma resistência à tração de 590 MPa ou mais (por exemplo, 980 MPa ou mais ou 1180 MPa ou mais). O limite superior da resistência à tração do esboço não é limitado a um valor específico e é, por exemplo, 2500 MPa ou menos. A resistência à tração do produto conformado por prensagem (P) é tipicamente igual a ou maior que a resistência à tração do esboço e pode cair dentro da faixa apresentada por meio do exemplo na descrição. Em um caso em que o elemento (M) é formado de uma chapa de aço, a espessura e a resistência à tração da chapa de aço podem ser selecionadas entre aquelas que caiam dentro das faixas apresentadas por meio do exemplo na descrição.
[0066] No caso em que a chapa de aço de esboço (esboço) tem a resistência à tração de 590 MPa ou mais, a segunda etapa pode ser executada usando-se estampagem a quente (prensagem a quente).
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No caso em que o esboço tem alta resistência à tração, a prensagem a frio tende a fazer a parte da extremidade frontal da seção saliente fraturar. Para evitar o problema no caso em que seja usado o esboço tendo a resistência à tração de 590 MPa ou mais (780 MPa ou mais, por exemplo), a segunda etapa é preferivelmente executada usandose estampagem a quente. A segunda etapa pode, naturalmente, ser executada usando-se estampagem a quente também em um caso em que seja usado um esboço tendo uma resistência à tração menor que 590 MPa. No caso em que a estampagem a quente é executada, um esboço tendo uma composição conhecida adequada para a estampagem a quente pode ser usado.
[0067] Em um caso em que o esboço tem a resistência à tração de 590 MPa ou mais e uma espessura de parede de 1,4 mm ou mais, é particularmente preferível executar a segunda etapa usando-se estampagem a quente para evitar que a seção saliente frature. Pela mesma razão, em um caso em que o esboço tem a resistência à tração de 780 MPa ou mais e uma espessura de parede de 0,8 mm ou mais, é particularmente preferível executar a segunda etapa usandose estampagem a quente. Uma chapa de aço aquecida, que tem a ductilidade aumentada, é improvável de fraturar mesmo em um caso em que o esboço tem uma espessura de parede de 3,2 mm desde que a segunda etapa seja executada usando-se estampagem a quente.
[0068] O grau de deformação na primeira etapa não é tipicamente tão grande. A primeira etapa pode, portanto, ser executada usando-se trabalho a frio (prensagem a frio, por exemplo) independentemente da resistência à tração do esboço. O trabalho a frio permite a formação precisa do produto conformado por prensagem. O trabalho a frio também permite a omissão da etapa de aquecimento do esboço, com o que a produtividade é aumentada. É, entretanto, notado que a primeira etapa pode ser executada usando-se trabalho a quente (estampagem
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15/26 a quente, por exemplo) como requerido. Dentre as primeira e segunda etapas, pelo menos a segunda etapa é preferivelmente estampagem a quente. Em um exemplo preferível, a primeira etapa é executada usando-se trabalho a frio, e a segunda etapa é executada usando-se estampagem a quente.
[0069] Um exemplo da estampagem a quente será descrito abaixo. Para executar a estampagem a quente, uma peça de trabalho (esboço do produto pré-conformado) é inicialmente aquecida até uma temperatura de resfriamento brusco predeterminada. A temperatura de resfriamento brusco é uma temperatura maior que o ponto de transformação A3 (mais especificamente 0 ponto de transformação AC3), no qual a peça de trabalho é austenizada e pode, por exemplo, ser 910°C ou mais. A peça de trabalho aquecida então sofre 0 trabalho de prensagem usando-se uma máquina de prensagem. Uma vez que a peça de trabalho tenha sido aquecida, uma grande deformação é improvável de fazer a peça de trabalho fraturar. Quando a peça de trabalho sofre 0 trabalho de prensagem, a peça de trabalho é rapidamente resfriada. O resfriamento rápido resfria a peça de trabalho no trabalho de prensagem. A peça de trabalho pode ser resfriada resfriando-se a ferramenta de prensagem ou pulverizando-se água através da ferramenta de prensagem na direção da peça de trabalho. O procedimento da estampagem a quente (tal como aquecimento e trabalho de prensagem) e um equipamento usado para executar a estampagem a quente não são limitados a um procedimento ou equipamento específico, e um procedimento e um equipamento conhecidos podem ser usados.
[0070] A presente modalidade da presente invenção será descrita abaixo em relação aos desenhos. Modalidades descritas abaixo são apresentadas por meio de exemplo, e pelo menos parte das configurações das modalidades a seguir podem ser substituídas por qualquer uma das configurações descritas acima. Nos desenhos a seguir, por
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16/26 ções similares têm o mesmo caráter de referência, e não será feita nenhuma descrição duplicada em alguns casos. Além disso, nos desenhos a seguir, um vão é desenhado entre as chapas de aço dobradas entre si para formar a seção saliente para facilidade de entendimento em alguns casos. É, entretanto, notado que as chapas de aço dobradas entre si para formar a seção saliente estão tipicamente em contato próximo entre si. Similarmente, um vão é desenhado entre duas chapas de aço fixadas entre si em alguns casos.
(Primeira modalidade) [0071] Em uma primeira modalidade, será descrito um exemplo do elemento estrutural (S). A FIG. 1 é uma vista em perspectiva mostrando através de diagramas um elemento estrutural 100 de acordo com a primeira modalidade. A FIG. 2 mostra através de diagramas a seção transversal do elemento estrutural 100 perpendicular à sua direção longitudinal. Na descrição a seguir, o lado superior (lado que faceia a seção de chapa superior) na FIG. 2 é referido com o lado superior de um produto conformado por prensagem, e o lado inferior (lado que faceia as seções de flange) na FIG. 2 é referida como o lado inferior de um produto conformado por prensagem, em alguns casos. No exemplo mostrado nas FIGURAS 1 e 2, o elemento estrutural (S) é formado apenas do produto conformado por prensagem (P), e o produto conformado por prensagem (P) inclui seções de flange. O elemento estrutural (S) de acordo com a presente modalidade, entretanto, pode incluir outro elemento, (M) e pode não incluir nenhuma seção de flange.
[0072] O elemento estrutural 100 (elemento estrutural (S)) inclui um produto conformado por prensagem 110 (produto conformado por prensagem (P)). O produto conformado por prensagem 110 é formado de uma única chapa de aço. O produto conformado por prensagem 110 inclui duas seções de paredes verticais 111 e uma seção de cha
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17/26 pa superior 112, que liga as duas seções de paredes verticais entre si. A seção de chapa superior 112 é fornecida com uma seção saliente 113 (seção saliente (Q)), que é a chapa de aço que se estende desde a seção de chapa superior 112 e então dobradas de modo a se salientar. O produto conformado por prensagem 110 também inclui dias seções de flange 114, que se estendem a partir das bordas das duas seções de paredes verticais 111, respectivamente.
[0073] O produto conformado por prensagem 110, que inclui as duas seções de flange 114, fornece o efeito de evitar que as seções de paredes verticais 111 na vizinhança das seções de flange 114 caiam fora quando uma carga age na seção de chapa superior 112. Em outras palavras, se o produto conformado por prensagem 110 não inclui nenhuma seção de flange 114, todas as seções de paredes verticais came fora, e a resistência do produto conformado por prensagem 110 é improvável de aumentar. Isto é, em um caso em que o produto conformado por prensagem 110 é, por exemplo, uma soleira lateral, a característica de colisão do produto conformado por prensagem 110 é improvável de aumentar.
[0074] A seção saliente 113 se salienta a partir da seção de chapa superior 112 na direção do interior do produto conformado por prensagem 110 e se estende ao longo da direção longitudinal do produto conformado por prensagem 110. A seção saliente 113 se salienta a partir aproximadamente de uma porção central da seção de chapa superior 112 aproximadamente perpendicularmente à seção de chapa superior 112.
[0075] A largura WQ da seção saliente 113 (comprimento sobre o qual a seção saliente 113 se sobressai da seção de chapa superior 112) e a altura HT das seções de paredes verticais 111 podem satisfazer a relação (razão) descrita acima. A altura HT das seções de paredes verticais 111 é o comprimento a partir da borda de cada uma das
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18/26 seções de paredes verticais 111 até a seção de chapa superior 112 como mostrado na FIG. 2.
[0076] As FIGURAS 1 e 2 mostram um exemplo no qual a seção saliente 113 é formada aproximadamente no centro da seção de chapa superior 112. É, entretanto, notado que a seção saliente 113 pode ser formada em uma posição diferente do centro da seção de chapa superior 112, como mostrado na FIG. 3. A seção saliente 113 mostrada na FIG. 3 é separada pela distância L a partir do centro CT da seção de chapa superior 112 na direção da largura.
[0077] O elemento estrutural 100 pode incluir outro elemento 120 (outro elemento (M)) em adição ao produto conformado por prensagem 110. As FIGURAS 4A a 4F mostram exemplos do elemento estrutural incluindo outro elemento 120. Nos elementos estruturais 100 mostrados nas FIGURAS 4A a 4F, o elemento 120 é assim fixado ao produto conformado por prensagem 110 de modo que o elemento conformado por prensagem 110 e elemento 120 formem uma seção transversal fechada.
[0078] O elemento estrutural 100 mostrado na FIG. 4A inclui um elemento em forma de chapa 120. O elemento 120 é fixado às duas seções de flange 114 do produto conformado por prensagem.
[0079] O elemento estrutural 100 mostrado na FIG. 4B inclui um elemento 120 tendo aproximadamente uma seção transversal em forma de chapéu. O elemento 120 é um produto conformado por prensagem e inclui duas seções de flanges 124. As seções de flange 114 do produto conformado por prensagem 110 e as seções de flange 124 do elemento 120 são assim fixadas entre si que o interior do produto conformado por prensagem 110 e o interior do elemento 120 se faceiam.
[0080] A FIG. 4C é uma vista em perspectiva mostrando um exemplo do elemento estrutural 100 tendo a seção transversal mostra
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19/26 da na FIG. 4B, e a FIG. 4D é uma vista em perspectiva mostrando outro exemplo do elemento estrutural 100 tendo a seção transversal mostrada na FIG. 4B. No exemplo mostrado na FIG. 4C, a seção saliente 113 é formada sobre todo o produto conformado por prensagem 110 na sua direção longitudinal. No exemplo mostrado na FIG. 4D, a seção saliente 113 é formada sobre apenas uma parte do produto conformado por prensagem 110 na sua direção longitudinal.
[0081] O elemento estrutural 100 mostrado na FIG. 4E inclui dois produtos conformados por prensagem 110. Um dos dois produtos conformados por prensagem 110 pode ser tomado como outro elemento 120. As seções de flange 114 dos dois produtos conformados por prensagem 110 são fixados entre si de modo que os interiores dos dois produtos conformados por prensagem 110 se faceiem.
[0082] O produto conformado por prensagem 110 do elemento estrutural 100 mostrado na FIG. 4F não inclui seções de flange 114. O elemento 120 inclui duas seções de paredes verticais 121 e uma seção de chapa superior 122, que liga as seções de paredes verticais entre si. No exemplo mostrado na FIG. 4F, as seções de paredes verticais 111 do produto conformado por prensagem 110 são fixadas às seções de paredes verticais 121 do elemento 120 de modo que as seções de chapa superior estejam localizadas no mesmo lado das seções de paredes verticais.
[0083] As FIGURAS 4A a 4F ilustram um caso em que a seção saliente 113 é formada em uma porção central da seção de chapa superior 112. É, entretanto, notado que a seção saliente 113 pode ser formada em uma posição diferente da porção central da seção de chapa superior 112, como mostrado na FIG. 3.
(Segunda modalidade) [0084] Em uma segunda modalidade, será descrito um exemplo do método de produção de acordo com a presente modalidade. A segun
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20/26 da modalidade será descrita em relação a um caso em que o produto conformado por prensagem 110 mostrado nas FIGURAS 1 e 2 é produzido. É, entretanto, notado que outro produto conformado por prensagem pode ser produzido da mesma maneira. No caso em que o elemento estrutural 100 inclui o elemento 120, o elemento 120 pode ser fixado ao produto conformado por prensagem 110 em um método arbitrário.
[0085] Será descrito abaixo um método para produção do produto conformado 110. Inicialmente uma chapa de aço de esboço única é deformada para formar um produto pré-conformado 210 mostrado na FIG. 5 (primeira etapa). O produto pré-conformado 210 inclui duas primeiras seções 211, que formam as duas seções de paredes verticais 111, duas segundas seções 212, que formam a seção de chapa superior 112, uma terceira seção 213, que forma a seção saliente 113, e duas quartas seções 214, que formam as duas seções de flange 114. A Terceira seção 213 é disposta entre as duas segundas seções 212 e se destacam das duas segundas seções 212 na direção do interior do produto pré-conformado 210. O produto pré-conformado 210 pode ser formado em conformação por prensagem típica.
[0086] O produto pré-conformado 210 é então conformado por prensagem para formar as duas seções de paredes verticais 111, a seção de chapa superior 112, e a seção saliente 113 (segunda etapa). A segunda etapa será descrita abaixo.
[0087] A FIG. 6A mostra o equipamento de conformação por prensagem 300 usado na segunda etapa. O equipamento de conformação por prensagem 300 inclui os dois punções móveis 301, dois moldes deslizantes 302, um molde superior 303, e uma chapa 304. Os punções móveis 301 deslizam na chapa 304 na direção horizontal. Os moldes deslizantes 302 também se movem na direção horizontal. Os moldes deslizantes 302 podem ser movidos por uma estrutura de co
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21/26 mando conduzidos por um movimento para baixo do molde superior 303. Os moldes deslizantes 302 podem, ao invés, ser movidos por um ativador, tal como um cilindro hidráulico.
[0088] Na segunda etapa o produto pré-conformado 210 é inicialmente colocado no equipamento de conformação por prensagem 300 (etapa (i)), como mostrado na FIG. 6A. Na etapa (i), os punções móveis 301 são dispostos no interior do produto pré-conformado 210 de modo a imprensar a terceira seção 213. No exemplo mostrado na FIG. 6, os dois punções móveis 301 são dispostos ao longo da primeira seção 211 e da segunda seção 212.
[0089] A etapa (ii) é então executada. A FIG. 6B mostra um estado intermediário da etapa (ii), e a FIG. 6C mostra o estado no final da etapa (ii). A seção saliente 113 é formada empurrando-se os dois punçoes móveis 301 a partir de posições for a das duas primeiras seções 211 para permitir que os dois punções móveis 301 imprensem a terceira seção 213 (etapa ii), como mostrado nas FIGURAS 6B e 6C. Fazer os moldes deslizantes 302 empurrarem as primeiras seções 211 empurra os punções móveis 301. Nesse ponto, as primeiras seções 211 são prensadas entre os punções móveis 301 e os moldes deslizantes 302 e se movem nesse estado.
[0090] A Terceira seção 213 prensada entre os dois punções móveis 301 é dobrada para formar a porção saliente 113, como mostrado na FIG. 6C. Para executar a etapa (ii), o molde superior 303 é baixado para empurrar as segundas seções 212, o que forma a seção de chapa superior 112, como mostrado na FIG., 6C.
[0091] O produto conformado por prensagem 110 é assim produzido. No caso em que a segunda etapa é executada usando-se estampagem a quente, o produto pré-conformado 210 é aquecido até uma temperatura predeterminada antes da segunda etapa. O aquecimento é executado, por exemplo, aquecendo-se o produto pré
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22/26 conformado 210 em um aquecedor. Posteriormente, na pré-conformação executada pelo equipamento de conformação por prensagem 300, o produto pré-conformado 210 é resfriado durante a operação de prensagem. A conformação por prensagem e o resfriamento rápido são assim executados. Nesse caso, um molde de prensagem refrigerável é usado como molde de prensagem do equipamento de conformação por prensagem 300. Tal molde de prensagem é conhecido. O produto pré-conformado 210 pode ao invés ser resfriado fazendo-se molde de prensagem pulverizar água ao produto pré-conformado 210. [0092] Em um caso em que o produto conformado por prensagem 110 inclui uma pluralidade de seções salientes 113, o produto préconformado 210 inclui terceiras seções 213, cujo número corresponde ao número de seções salientes 113. Nesse caso, três ou mais punções móveis podem ser usados. Cada uma das terceiras seções prensada entre dois punções móveis adjacentes forma a seção saliente correspondente 113.
Exemplos [0093] A presente invenção será descrita em maiores detalhes em relação a Exemplos.
(Exemplo 1) [0094] No Exemplo 1, o elemento estrutural (S) de acordo com a presente modalidade sofreu uma simulação de teste de dobramento de três pontos. A simulação é executada usando-se um software de FEM (método do elemento finito) de uso comum produzido por Livermore Software Technology Corporation, nome do modelo: LS-DYNA). [0095] A FIG. 7A é uma vista de seção transversal de uma amostra 2 de acordo com o Exemplo da Invenção da presente invenção usado na simulação no Exemplo 1. O elemento estrutural 100 mostrado na FIG. 7A é formado do produto conformado por prensagem 110 e o elemento em forma de chapa 120 soldado às seções de flange 114
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23/26 do produto conformado por prensagem 110. A amostra mostrada na FIG. 7A é dimensionada como segue. Na amostra 2, a seção saliente 113 é formada no centro da seção de chapa superior 112 e também é formada por todo o produto conformado por prensagem 110 na sua direção longitudinal.
- Largura WQ da seção saliente: 15 mm
-altura HT de seções de paredes verticais: 60 mm
- Distância WT entre duas seções de paredes verticais (largura da seção de chapa superior): 80 mm
- Largura do elemento 120: 120 mm
- Raio de curvatura nos cantos Ra e Rb: 5 mm
- Comprimento do produto conformado por prensagem na direção longitudinal: 800 mm [0096] A FIG. 7B é uma vista de seção transversal de uma amostra 3 de acordo com o Exemplo da Invenção da presente invenção. A mostra 3 difere da amostra 2 apenas pelo fato de que as chapas de aço que formam a seção saliente 113 são soldadas entre si através de uma seção de soldagem 113a.
[0097] Uma amostra 1 mostrada através de diagramas na FIG. 7C e uma amostra 4 mostrada através de diagramas na FIG, 7D são consideradas como Exemplos Comparativos. A amostra 1 é formada do produto conformado por prensagem 10 e um elemento em forma de chapa 20 soldado às seções de flange 114 do produto conformado por prensagem 10. O produto conformado por prensagem 10 inclui duas seções de parede verticais 11, uma seção de chapa superior 12, que liga as duas seções de paredes verticais 11 entre si, e seções de flange 14. A seção de chapa superior 12 do produto conformado por prensagem 10 é também fornecido com uma seção saliente 13, que se salienta na direção do interior do produto conformado por prensagem 10. As chapas de aço que formam a seção saliente 13 não são, entretan
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24/26 to, dobradas entre si, e a seção saliente 13 tem uma forma de ranhura comum todo. A FIG. 7C mostra os tamanhos da amostra 1. O caracter de referência R na FIG. 7C denota o raio de curvatura. A amostra 4 é considerada como sendo um elemento formado em conformação por cilindros e que tem uma seção transversal fechada oca. A amostra 4 é, portanto, formada de uma chapa de aço única. A seção saliente 13 é formada no centro da seção de chapa superior 12 de um produto conformado por cilindros 40 e por todo o produto conformado por cilindros 40 na sua direção longitudinal. A seção saliente do produto conformado por prensagem 40 tem a mesma forma que a amostra 2 de acordo com o Exemplo da Invenção da presente invenção.
[0098] É considerado que as amostras 1 a 4 são formadas, cada uma, de uma chapa de aço tenso uma espessura de 1,4 mm e uma resistência à tração de 1500 Mpa. É também considerado que as seções de flange de cada um dos produtos conformados por prensagem (produto conformado por prensagem 110, 10) e outro elemento (elemento 120, 20) são fixados entre si por soldagem por pontos (a intervalos de 40 mm). A simulação foi então executada em consideração da quebra da zona de soldagem por pontos e a ruptura do seu material. A amostra 4 (produto conformado por cilindros 40) é considerada como não tendo costura.
[0099] A FIG. 8 mostra através de diagramas um método para executar um teste de dobramento de três pontos usado na simulação. O teste de dobramento de três pontos foi executado colocando-se a amostra em dois pontos de apoio 1 e causando-se um impacto 2 para empurrar a amostra a partir de cima (lado que faceia a seção de chapa superior de cada amostra). As setas nas FIGURAS 7A a 7D indicam a direção na qual o projétil 2 colide com a amostra.
[00100] No teste de dobramento de três pontos, a distância S entre os dois pontos de apoio 1 foi ajustada para 400 mm. O raio de curvatuPetição 870190097142, de 27/09/2019, pág. 58/74
25/26 ra dos pontos de apoio 1 foi ajustado para 30 mm. A velocidade de colisão do projétil 2 foi ajustada para 7,5 km/h. A largura do projétil 2 (comprimento na direção perpendicular ao plano de visão da FIG. 8) foi ajustada de modo a ser maior que a largura da seção de chapa superior da amostra.
[00101] AS FIGURAS 9 e 10 mostra resultados da simulação. Os resultados da simulação executada na amostra 4 estão mostrados apenas na FIG. 10. O eixo horizontal da FIG. 9 representa a quantidade de deslocamento. A quantidade de deslocamento é a distância sobre a qual o projétil 2 se move após o projétil 2 entrar em contato com a amostra. O eixo vertical da FIG. 9 representa a carga que age no projétil 2. A FIG. 10 mostra os valores máximos da carga.
[00102] A FIG. 10 mostra que as cargas produzidas nas amostras 2 e 3 no Exemplo da Invenção da presente invenção são mais que aquelas nas amostras 1 e 4 no Exemplo Comparativo, indicando mais resistência contra a colisão.
[00103] As FIGURAS 11A e 11B mostram foras de seções transversais da amostra 1 (Exemplo Comparativo) e da amostra 2 (Exemplo da Invenção da presente invenção) em um caso em que a quantidade de deslocamento é 40 mm. Na seção transversal da amostra 1 mostrada na FIG. 11 A, a distância entre o fundo da seção saliente 13 e o elemento 20 foi de 21,6 mm. Na seção transversal da amostra 2 mostrada na FIG. 11B, a distância entre a seção de chapa superior 112 e o elemento 20 foi de 29,5 mm. Os resultados mostram que a amostra 2 tem um grande momento de inércia de área. Isto é, os resultados sugerem que a amostra 2 no presente exemplo tem alta resistência contra colisão comparado com a amostra 1 no Exemplo Comparativo.
Aplicabilidade industrial [00104] A presente invenção é aplicável a um elemento estrutural para automóveis.
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Lista de sinais de referência
100: Elemento estrutural
110: Produto conformado por prensagem
111: Seção de parede vertical
112: Seção de chapa superior
113: Seção saliente
114: Seção de flange
115: Seção saliente
120: Outro elemento

Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Elemento estrutural para automóveis, caracterizado pelo fato de que compreende um produto conformado por prensagem formado de uma única chapa de aço e tem uma seção transversal aberta, em que o produto conformado por prensagem inclui duas seções de paredes verticais, e uma seção de chapa superior que liga as duas seções de paredes verticais entre si, pelo menos parte da seção de chapa superior é fornecida com uma seção saliente que é a chapa de aço se estendendo desde a seção de chapa superior e dobrada contra si mesma de modo a se salientar, e a seção saliente se salienta desde a porção de chapa superior na direção do interior do produto conformado por prensagem e se estende ao longo da direção longitudinal do produto conformado por prensagem.
  2. 2. Elemento estrutural para automóveis de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção saliente é formada no centro da seção de chapa superior na direção da sua largura.
  3. 3. Elemento estrutural para automóveis de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as porções da chapa de aço dobradas entre si para formar a seção saliente são soldadas entre si.
  4. 4. Elemento estrutural para automóveis de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o produto conformado por prensagem inclui duas seções de flange se estendendo desde as bordas das duas seções de paredes verticais, respectivamente.
  5. 5. Elemento estrutural para automóveis de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que
    Petição 870190097142, de 27/09/2019, pág. 61/74
    2/2 também compreende outro elemento, onde o mencionado outro elemento é fixado às duas seções de flange de modo que o produto conformado por prensagem e o mencionado outro elemento formem uma seção transversal fechada.
  6. 6. Método para produção do elemento estrutural para automóveis como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende:
    uma primeira etapa de formar um produto pré-conformado incluindo duas primeiras seções que formam as duas seções de paredes verticais, duas segundas seções que formam a seção de chapa superior, e uma terceira seção que forma a seção saliente pela deformação de uma chapa de aço de esboço única; e uma segunda etapa de formar as duas seções de paredes verticais, a seção de chapa superior, e a seção saliente pela conformação por prensagem do produto pré-conformado, onde a terceira seção é disposta entre as duas segundas seções e se destaca das segundas seções na direção do interior do produto pré-conformado, e a segunda etapa inclui uma etapa (i) de colocar dois punções móveis no interior do produto pré-conformado de tal forma que os dois punções móveis imprensem a terceira seção, e uma etapa (ii) de formar a seção saliente empurrando-se os dois punções móveis externamente através das duas primeiras seções para permitir que os punções móveis imprensem a terceira seção.
  7. 7. Método de produção de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que dentre as primeira e segunda etapas, pelo menos a segunda etapa é estampada a quente.
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