ES2203523T3 - Procedimiento para transformar un perfil de partida o pieza de trabajo similar y perfil para ello. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para transformar un perfil de partida o una pieza de trabajo similar que presenta un espacio perfilado por medio de un proceso de transformación por doblado y por medio de una alta presión interna generada en el espacio perfilado sellado por un medio operativo que puede hacerse circular, obteniéndose un perfil final, especialmente para transformarlo hasta que el perfil final se aplique a la pared de un espacio de moldeo, caracterizado porque, antes de la transformación por alta presión interna, se transforma el perfil de partida (10, 10a, 15, 16) en una sección transversal con propiedades de doblado favorables, a cierta distancia de sus extremos libres (13) y también transversalmente a su eje longitudinal (A), por medio de paredes de flanco del perfil de partida dobladas hacia dentro en sección transversal, por medio de formación de arrugas durante el doblado, por medio de aplastamiento o por medio de perfiles planos puestos de canto producidos en un procedimiento de extrusión.

Description

Procedimiento para transformar un perfil de partida o pieza de trabajo similar y perfil para ello.

La invención concierne a un procedimiento para transformar un perfil de partida o pieza de trabajo similar por medio de una alta presión interna generada en el espacio sellado del perfil por un medio operativo que puede hacerse circular, obteniendo así un perfil final, especialmente para transformarlo hasta que el perfil final se aplique a la pared de un espacio de moldeo. Además, la invención abarca un perfil con un espacio limitado por al menos una pared del perfil, como perfil de partida para la puesta en práctica de este procedimiento.

En la llamada transformación a alta presión interna (procedimiento IHU) se dilata un perfil hueco por efecto de una presión interna. Además, el perfil hueco puede ser impulsado posteriormente, así como ensanchado, recalcado o expandido, por medio de al menos un punzón que ataca en la pieza de trabajo (véase, por ejemplo, EP-A-0 770 435).

La patente DE 35 32 499 C1 es, a título de ejemplo, un dispositivo para ensanchar hidráulicamente un segmento de tubo utilizando una sonda cilíndrica a manera de espiga que puede introducirse en el tubo y que forma por medio de al menos dos anillos de sellado dispuestos a distancia uno de otro, con el segmento de tubo a ensanchar, un espacio anular que se llena con un medio de presión para efectuar el ensanchamiento. Antes de comenzar el proceso de ensanchamiento se solicitan radialmente con el medio de presión los dos anillos de sellado para sellar la rendija anular entre la sonda y el tubo. La alimentación del medio de presión al espacio anular se efectúa a través de al menos una ranura de alojamiento y se controla por medio de un anillo de sellado que sirve de cuerpo de válvula y que cierra una abertura situada entre la ranura de alojamiento y el espacio anular hasta que dicho anillo haya alcanzado su efecto de sellado por ensanchamiento elástico.

Esta transformación a alta presión interna o hidroformación encuentra cada vez más aceptación como procedimiento de fabricación económico para componentes de carrocerías en la construcción de automóviles. Como material de partida se utilizan aquí principalmente tubos de acero. En los últimos tiempos se han agregado al acero también materiales de aluminio como material de partida para procesos IHU. Análogamente al acero, existen procedimientos de fabricación en los que se emplean tubos de chapa de aluminio como material de partida; sin embargo, como alternativa, se pueden emplear también perfiles extruidos de aluminio. Estos no entran en consideración en el caso del acero por motivos económicos. El empleo de perfiles extruidos tiene la ventaja decisiva de que casi no se ponen límites a la configuración del perfil de partida.

En la transformación por doblado de tubos metálicos o perfiles extruidos se intenta en general configurar el proceso de doblado de tal manera que la sección transversal de partida de la pieza de trabajo se conserve en la pieza de trabajo que se doble después. Se pueden impedir entonces la formación de pliegues en el radio interior o la aparición de arrugas en el radio exterior. Se han desarrollado técnicas de diferentes clases para alcanzar este objetivo; a título de ejemplo, se relacionan algunos de tales procedimientos:

\bullet Doblado con estiramiento;

\bullet Doblado sobre un mandril;

\bullet Doblado en caliente.

En el caso de componentes hidroformados curvados, para cuya fabricación está previsto un proceso de doblado antes de una transformación a alta presión interna, se emplean también tales técnicas de doblado.

En conocimiento de estas particularidades, el inventor se ha fijado como objetivo un procedimiento de doblado alternativo para componentes hidroformados en el que se prescinda intencionadamente de aspirar en el proceso de transformación por doblado a una conformación o una obtención de forma que se aproxime lo más posible a la sección transversal que ha de formarse en último extremo.

El contenido de la reivindicación independiente conduce a la solución de este problema; las reivindicaciones subordinadas indican perfeccionamientos favorables.

Según la invención, antes de la transformación por alta presión interna se transforma el perfil de partida, a cierta distancia de sus extremos libres y también transversalmente a su eje longitudinal, en una sección transversal con propiedades de doblado favorables, especialmente una sección transversal plana o aproximadamente ovalada. Se ha visto que es favorable para esto que el perfil de partida - extruido, por ejemplo, a partir de una aleación de metal ligero o doblado a partir de chapa y ensamblado - se asocie a una herramienta con la zona a deformar y sea deformado por ésta en su sección transversal; además, el perfil de partida deberá doblarse en torno a esta zona después de la deformación transversal.

Está dentro del ámbito de la invención el montar el perfil de partida en una herramienta estacionaria y el deformarlo en su sección transversal y también doblarlo mediante una contraherramienta movible en traslación y rotación.

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Un perfil de partida ventajoso para el modo de proceder según la invención tiene una sección transversal aproximadamente de forma de H con dos cámaras aproximadamente paralelas y unidas una con otra. Las paredes de sus flancos deberán estar curvadas hacia dentro en sección transversal, mientras que las limitaciones interiores de las cámaras están formadas con entrantes moldeados a manera de acanaladuras.

En el presente caso, se trata de un procedimiento combinado de doblado-IHU para el que en principio no se han puesto límites en cuanto a la elección del material de partida; este último puede consistir en aluminio, acero u otros metales, y eventualmente también materiales no metálicos. Pueden diferenciarse aquí los métodos de doblado siguientes utilizables en combinación con procesos IHU:

\bullet Una deformación antepuesta para obtener una sección transversal con propiedades de doblado favorables;

\bullet Una transformación acompañante para obtener una sección transversal más favorable para el doblado durante el proceso de doblado;

\bullet Una configuración de secciones transversales favorables para el doblado en perfiles extruidos - preferiblemente de una aleación de aluminio - sin proceso de transformación antepuesto o acompañante.

El inventor fuerza deliberadamente la aparición de arrugas durante el doblado o aplasta la pieza de trabajo; eventualmente, configura de manera correspondiente perfiles extruidos ya en estado de partida como perfiles planos puestos de canto para conseguir de esta manera un pequeño momento de inercia de superficie, con lo que en el proceso de transformación por doblado resultan distorsiones plásticas correspondientemente pequeñas. Únicamente en el proceso IHU subsiguiente se lleva la pieza de trabajo a la forma definitiva.

En la combinación según la invención del proceso de doblado y el proceso IHU existe una clara separación de cometidos:

\bullet El proceso de doblado sirve para conformar la línea central del componente,

\bullet El proceso IHU sirve para conformar la sección transversal.

Por tanto, se pretende conseguir menos una simplificación del coste técnico para el doblado que más bien, sobre todo, una minimización del grado de transformación. En el proceso de doblado según la invención se reduce considerablemente el grado de transformación conseguido frente a un proceso de doblado según un procedimiento tomado del estado de la técnica. Es decir que con una técnica de doblado clásica en la que se aspira ya en el proceso de doblado a conseguir un contorno de sección transversal lo más próximo posible al resultado final deseado, se pueden lograr solamente en casos excepcionales unos resultados favorables con respecto a las distorsiones plásticas acumuladas al final de toda la secuencia del proceso de transformación. En contraste con esto, empleando la estrategia de doblado según la invención está disponible un poder de transformación residual mayor debido al menor grado de transformación en el proceso IHU subsiguiente.

El procedimiento de doblado según la invención para fabricar componentes IHU ofrece considerables ventajas:

\bullet Con el mismo material se pueden materializar transformaciones mayores en el proceso IHU, es decir que existe una mayor libertad para la configuración del contorno final de un componente IHU;

\bullet Resultan posibles componentes IHU con radios de doblado mucho menores para iguales dimensiones de la sección transversal.

Otras ventajas, características y detalles de la invención se desprenden de la descripción siguiente de ejemplos de ejecución preferidos y también de la consideración del dibujo; muestran en éste:

la figura 1, una vista en perspectiva de un perfil cuadrangular curvado;

las figuras 2, 3 y 4, tres croquis de pasos de un proceso de doblado, y

la figura 5, una vista en perspectiva ampliada del producto del proceso de doblado;

las figuras 6 y 7, dos croquis de un proceso de cálculo; las figuras 8, 9, 10, respectivamente, una sección transversal de un perfil previo para fabricar el perfil cuadrangular;

la figura 11, una vista en perspectiva de un perfil previo con la sección transversal de la figura 10; y

las figuras 12 a 15, cuatro croquis del desarrollo de la conformación del perfil cuadrangular.

A partir de un tubo cuadrangular 10 con una anchura b de 80 mm y una altura h de la sección transversal de 50 mm se ha fabricado durante un proceso de doblado con un proceso IHU subsiguiente una pieza angular 11 - que contiene segmentos de tubo 11_{q}, 11_{t} que discurren en ángulo recto uno con otro - con un radio de curvado interno R_{1} de 200 mm.

Las figuras 2 a 5 ilustran el doblado de un perfil de tubo 10_{a} de sección transversal redonda para obtener una pieza angular 11_{a} con un ángulo de curvatura q de 90º; en el transcurso de este procedimiento se introduce el perfil tubular 10_{a} entre dos herramientas 12, 12_{r} a manera de rodillos de modo que dicho perfil se aplica aquí tangencialmente a una herramienta 12 de esta pareja de herramientas en una posición algo por fuera de su eje longitudinal, después de lo cual la otra herramienta 12_{r} se aproxima como contraherramienta al perfil tubular 10_{a} por traslación en la dirección de cierre x. La herramienta móvil 12_{r} comienza ahora su recorrido en una dirección de rotación y en torno a la herramienta estacionaria 12 y arrastra entonces al segmento de tubo 11_{q} superior en las figuras 2 a 4 para sacarlo del eje longitudinal A del perfil tubular 10_{a}.

La representación de la figura 5 permite apreciar que el perfil tubular 10_{a} ha sido hundido durante el proceso de doblado en la zona de aplicación a la herramienta estacionaria 12. Esta zona deformada G determina distancias e, e_{1} con los cantos extremos 13 del perfil tubular 10_{a} y de la pieza angular 11_{a}, respectivamente. Su línea central vertical se ha designado con M.

El procedimiento de fabricación se ha basado - con referencia a las figuras 6 y 7 - en las consideraciones teóricas siguientes. Un segmento 14 del perfil tiene en el estado de partida según la figura 6 el radio de curvatura local R_{mA} y es doblado hasta el estado final 14_{a} según la figura 3 de modo que en este estado final se ajuste el radio de curvatura R_{mB}; los dos radios de curvatura R_{mA} y R_{mB} se refieren cada uno a las fibras neutras a la flexión de la sección transversal. En el supuesto de que durante el doblado no tenga lugar ninguna variación de la sección transversal, se obtiene para la dilatación \epsilon_{z} en un punto cualquiera a una distancia z de la fibra neutra:

\epsilon _{z} = \frac{l_{zB}-l_{zA}}{l_{zA}} = \frac{w_{2}(R_{mB}+z)-w_{1} (R_{mA}+z)}{w_{1}(R_{mA}+z)}

en donde l_{zA}, l_{zB} son las longitudes antes y después del proceso de doblado, w_{1} es el ángulo que encierra el segmento de tubo o de perfil 14 antes del doblado, y w_{2} es el ángulo encerrado después del doblado por el segmento de perfil 12_{a}.

Al producirse un doblado - sin un estiramiento superpuesto - se mantiene constante la longitud de la fibra neutra:

w_{2}R_{mB} = w_{1}R_{mA}

Después de la introducción y transformación se obtiene

\epsilon _{z} =\frac{z(R_{mA}-R_{mB})}{R_{mA}(R_{mA}+z)} \hskip0,5cm o \hskip0,5cm \epsilon _{z} =\frac{z(1-R_{mB}/R_{mA})}{R_{mB}(1+z/R_{mA})}

para las dilataciones en un punto cualquiera a la distancia z de la fibra neutra. Para el caso especial de un material de partida curvado (R_{mA} = \infty) resulta

\epsilon _{z} =\frac{Z}{R_{mB}}

Se obtienen valores extremos de la dilatación \epsilon _{z} para distancias extremas z a la fibra neutra. En el caso de secciones transversales simétricas con una anchura b es z_{max}= b/2 y, por tanto,

\epsilon _{z} =\frac{b(R_{mA}-R_{mB})}{R_{mB}(2R_{mA}+b)} \hskip0,5cm o \hskip0.5cm \epsilon _{z} =\frac{b(1-R_{mB}/R_{mA})}{R_{mB}(2+b/R_{mA})}

Con las ecuaciones (1) a (3) se pueden estimar, en las condiciones previas dadas, las dilataciones que se presentan en un tubo o perfil 14 - incluyendo las dilataciones máximas

- durante una transformación por doblado.

Por ejemplo, un perfil tubular 15 indicado como cilíndrico en sección transversal en la figura 1, con un diámetro d de 80 mm y un espesor de pared t de 2 mm, deberá ser doblado antes de un proceso IHU de tal manera que se obtenga un radio de doblado interior Ri de 200 mm. En un proceso de doblado usual se puede estimar la dilatación máxima en el radio exterior según la ecuación (3) anterior. Con las magnitudes de partida dadas

b = d = 80 mm; R_{mA} = \infty; R_{mB} = d/2 + 200 mm = 240 mm se obtiene el valor

\epsilon _{max} = 16,7%.

Para aminorar ahora las dilataciones máximas que se presentan en el proceso de doblado, se deforma la sección transversal del tubo antes del proceso de doblado de modo que resulte aproximadamente una sección transversal elíptica con una altura i de 112 mm y una anchura n de 48 mm, con los ejes principales indicados en M y Q. El perímetro de la sección transversal del perfil elíptico 15_{a}, aquí de 251,30 mm, se mantiene igual al del tubo circular o perfil de tubo 15.

En el vértice de la sección transversal elíptica se obtiene un radio de curvatura o de vértice r de 10 mm y - como se ha dicho - una anchura total n de sólo 48 mm después del hundimiento deformante descrito.

Debido a este hundimiento del perfil de tubo 15 se obtiene un máximo de carga en el vértice de la sección transversal. También se pueden estimar aquí las dilataciones máximas resultantes por medio de la ecuación (3); con

b = t = 2 mm; R_{mA} = d/2 = 40 mm; R_{mB} = r = 10 mm

se obtiene una dilatación periférica máxima de \epsilon_{max} = 7,3% a consecuencia del hundimiento del perfil de tubo o del tubo 15 en el vértice del perfil producido 15_{a} de sección transversal elíptica.

Debido a la anchura reducida de n = 48 mm, el estiramiento en el radio exterior en dirección periférica asciende solamente todavía a \epsilon_{max} = 10,0% durante el proceso de doblado subsiguiente. Con un proceso de doblado en el que se deforma previamente por hundimiento la sección transversal del tubo, se puede reducir así la dilatación máxima a aproximadamente la mitad en comparación con técnicas de doblado usuales.

Por tanto, dado que la utilización de una sección transversal circular en el proceso de doblado conduce a un grado de transformación relativamente alto, es mejor elegir aquí una sección transversal elíptica, pero ésta es a su vez desfavorable para la carga de una herramienta IHU indicada con 30 en las figuras 12 a 15; en efecto, esta herramienta 30 no puede cerrarse entonces sin aplastar la pieza de trabajo o perfil 14_{a} previamente doblado.

Con un perfil previo optimizado 16 - semejante a una "H" en sección transversal según la figura 10 - se logra al doblar el mismo grado de transformación que con la sección transversal elíptica. Sin embargo, se tiene, además, que la pieza de trabajo doblada se puede colocar sin problemas dentro de la herramienta IHU 30.

El perfil previo 16 colocado o plegado con una altura i_{l} de 50 mm y una anchura n_{l} de 48 mm es - como se ha dicho - de forma de H en sección transversal con dos cámaras verticales sustancialmente paralelas 18 cuyas paredes de flanco exteriores 20 están curvadas hacia dentro con respecto al eje principal horizontal Q. Las paredes interiores 22 de las cámaras son tramos de entrantes moldeados 24 a manera de acanaladuras de la pared del fondo 26 y de la pared del testero 28 del perfil previo 16. La distancia s de las partes más profundas de ambos entrantes moldeados 24 corresponde aproximadamente a un sexto de la altura i_{l} del perfil.

Tanto la anchura n_{l} de este perfil previo 16, que puede apreciarse en vista en perspectiva en la figura 11, como el perímetro de su sección transversal corresponden a las medidas pertinentes del perfil elíptico 14_{a} de la figura 9.

El perfil previo 16 producido por el procedimiento de extrusión se coloca según la figura 12 dentro de la herramienta 32 constituida por la herramienta inferior o parte de zócalo 30 y la herramienta superior o parte de tapa 36. De dicha herramienta se han esbozado solamente los contornos de las superficies de la herramienta inferior 32 con pared de fondo 33 y pared lateral 34, así como de la herramienta superior 36, que son relevantes para el proceso de transformación.

La figura 13 muestra el paso de ensanchar el perfil previo 16 con ayuda de un medio de presión que entra en su espacio interior 19. En el transcurso de este proceso de presión, el perfil previo 16 alojado en el espacio 38 de la herramienta se aplica por el lado interior a la pared del fondo 33 y a las paredes laterales 34 de la herramienta inferior 32, así como a la herramienta superior 36. El ensanchamiento de la pared del fondo 26 y de la pared del testero 28 es aquí bastante pequeño; el perfil previo 16 se despliega - casi de manera correspondiente a un acordeón - por efecto del medio de presión que entra en su espacio interior 19 y llena de esta manera el espacio 38 de la herramienta. Únicamente al final del proceso de desplegado se producen estiramientos durante la conformación del espacio 38 de la herramienta en las paredes 20, 26, 28 del perfil 16.

El tubo cuadrangular 10 o la pieza angular 11 producido en la herramienta 30 de la manera descrita se extrae después del espacio 38 de la herramienta (figura 15).

Claims (12)

1. Procedimiento para transformar un perfil de partida o una pieza de trabajo similar que presenta un espacio perfilado por medio de un proceso de transformación por doblado y por medio de una alta presión interna generada en el espacio perfilado sellado por un medio operativo que puede hacerse circular, obteniéndose un perfil final, especialmente para transformarlo hasta que el perfil final se aplique a la pared de un espacio de moldeo, caracterizado porque, antes de la transformación por alta presión interna, se transforma el perfil de partida (10, 10_{a}, 15, 16) en una sección transversal con propiedades de doblado favorables, a cierta distancia de sus extremos libres (13) y también transversalmente a su eje longitudinal (A), por medio de paredes de flanco del perfil de partida dobladas hacia dentro en sección transversal, por medio de formación de arrugas durante el doblado, por medio de aplastamiento o por medio de perfiles planos puestos de canto producidos en un procedimiento de extrusión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque durante el proceso de doblado se forma la línea central del componente y se deforma la sección transversal de este último por medio de alta presión interna.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el perfil de partida (10, 10_{a} 15, 16) se asocia a una herramienta (12, 12_{r}) con la zona (G) a deformar y es deformado por esta herramienta en su sección transversal.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque el perfil de partida (10, 10_{a}, 15, 16) se deforma por el método de extrusión.

5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque el perfil de partida (10, 10_{a}, 15, 16) se dobla y ensambla a partir de una chapa.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el perfil de partida (10, 10_{a}, 15, 16) se dobla en torno a dicha zona (G) después de la deformación en sección transversal.

7. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 6, caracterizado porque el perfil de partida (10_{a}) se aloja en una herramienta estacionaria (12) y se deforma en sección transversal y también se dobla por medio de una contraherramienta (12_{r}) movible en traslación (x) y en rotación (y).

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el perfil de partida (10_{a}, 15) se deforma en una zona (G) para obtener una sección transversal plana y, en su caso, aproximadamente ovalada.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se transforma el perfil (16), que es de sección transversal aproximadamente en forma de H y presenta al menos dos cámaras (18) aproximadamente paralelas y unidas una con otra.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque se transforma el perfil (16) con paredes de flanco (20) que están dobladas hacia dentro en sección transversal (figura 10).

11. Procedimiento según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque se transforma el perfil (16), cuyas limitaciones interiores (22) de las cámaras (18) están formadas por entrantes moldeados (24) a manera de acanaladura en las superficies de fondo y testero (26, 28).

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el perfil es un perfil extruido o un perfil (16) fabricado a partir de chapa que se transforma.