ES2230076T3 - Procedimiento para reducir el espesor de un producto de forma de chapa, y una herramienta de reduccion de espesor. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para reducir el espesor de un producto en forma de chapa, que está formado por una chapa metálica recubierta en al menos una cara con una capa de plástico, comprendiendo la herramienta de reducción de espesor una superficie conformadora a lo largo de la cual se mueve el producto con una capa de recubrimiento plástico durante la reducción de espesor, y formando la superficie conformadora un ángulo de aplicación con respecto a la dirección de movimiento del producto, caracterizado porque el ángulo de aplicación varía a lo largo de la longitud de la superficie conformadora, en la dirección de movimiento del producto que pasa sobre la superficie conformadora, siendo este ángulo de aplicación más pequeño en la zona inicial de la superficie conformadora que en la siguiente zona de la superficie conformadora.

Description

Procedimiento para reducir el espesor de un producto en forma de chapa, y una herramienta de reducción de espesor.

Esta invención se refiere a un procedimiento para reducir el espesor de un producto en forma de chapa, que está formado por una chapa metálica recubierta en al menos una cara con una capa de plástico, comprendiendo la herramienta para reducir el espesor de una superficie conformadora a lo largo de la cual se mueve el producto con la capa de recubrimiento plástico durante la reducción de espesor, y formando la superficie conformadora un ángulo de aplicación determinado con respecto a la dirección de movimiento del producto. Un procedimiento de esta naturaleza se utiliza ampliamente para la producción de una lata que comprende una base y un cuerpo tubular, aunque la invención no está limitada a esta aplicación particular.

El ángulo de aplicación constituye un parámetro importante en la reducción de espesor. Se ha encontrado que, con un ángulo de aplicación muy pequeño, la fuerza de extensión, es decir, la fuerza que actúa sobre la superficie conformadora transversalmente con respecto a la dirección de movimiento del producto, se hace muy alta. Por ejemplo, en el caso de la reducción de espesor, esto puede conducir a que se impongan cargas extremas sobre la corona utilizada en la reducción de espesor, que puede, consecuentemente, dañarse o incluso romperse.

Seleccionar un ángulo de aplicación mayor acarrea el riesgo de que la capa plástica se rompa y se desprenda de la chapa metálica. Ello es debido a que un ángulo de aplicación mayor hace que se ejerza una fuerza longitudinal mayor sobre la capa plástica en la dirección del movimiento, con el resultado de que la tensión en dicha capa plástica exceda el límite de fractura.

Se han elaborado previamente propuestas para hacer que el procedimiento sea más adecuado para trabajar con chapas metálicas recubiertas con plástico. En la patente europea EP 0.298.560, se propone el uso adicional de lubricación durante la reducción de espesor, y se proponen valores específicos para los ángulos de entrada para las sucesivas coronas de reducción de espesor. Sin embargo, existe una necesidad continuada de trabajar con mayores ángulos de entrada, con el objeto de ser capaces de conseguir un tiempo de servicio más largo para la herramienta de reducción de espesor. La presente invención ahora ofrece una solución que permite reducir el riesgo de que la capa plástica se rompa y se desprenda durante la reducción de espesor, de tal forma que se puedan usar ángulos de entrada mayores.

La invención se basa en hacer uso del hecho observado de que muchos materiales plásticos exhiben un límite de fractura más elevado durante el moldeado a medida que la presión sobre todas las caras aumenta. La figura incluida muestra los resultados de la correlación entre la velocidad de moldeado (d\varepsilon/dt en s^{-1}), representada en el eje horizontal, y la tensión de fluencia \sigma_{v} en MPa, representada en el eje vertical, y la presión dominante en todas las caras, P_{0}, en MPa. Esta figura se basa en un poli(etilentereftalato) (PET), con las líneas ilustrando los resultados del estudio modelo y las cruces indicando los resultados de los experimentos. Se puede ver claramente en esta figura que la tensión de fluencia es considerablemente más elevada a medida que aumenta la presión en todas las caras. El objeto de la invención es, por tanto, producir una presión elevada en todas las caras en la zona en la que se reduce el espesor de una chapa metálica recubierta, utilizando un ángulo de aplicación alto, sin que sea necesario aplicar una presión muy elevada a la instalación total de reducción de espesor.

La invención, por tanto, consiste en el hecho de que el ángulo de aplicación varía a lo largo la longitud de la superficie conformadora, en la dirección de movimiento del producto que pasa sobre la superficie conformadora, siendo el ángulo de aplicación más pequeño en una zona inicial de la superficie conformadora que en la zona posterior. El resultado de la medida es que, en la zona inicial con el ángulo de aplicación pequeño, se aplica una presión elevada en todas las caras en el material, y esta presión se mantiene durante el moldeado siguiente en la zona posterior con un ángulo de aplicación más elevado. En la zona en la que el moldeado tiene lugar de hecho, prevalece una elevada presión en todas las caras, aunque, no obstante, se aplica una fuerza de extensión relativamente pequeña sobre la superficie conformadora (por ejemplo, una corona de reducción de espesor).

La elevada presión que se genera en todas las caras de la capa plástica puede relajarse ligeramente en la cámara después de que se haya pasado la herramienta de reducción de espesor, hacia el fin de la zona con el ángulo de aplicación más elevado. Ello puede significar que la tensión de fractura a la tracción del material plástico se reduzca de nuevo en ese punto, provocando que se rompa y se desprenda de la herramienta de reducción de espesor. Por esta razón, se ha probado que es ventajoso que la superficie conformadora se encuentre en una zona final a un ángulo de aplicación de nuevo más pequeño que en la zona intermedia.

Se consigue también una mejora si la superficie conformadora, a continuación de la zona con el mayor ángulo de aplicación, comprende una zona conocida como zona de apoyo, con un ángulo de aplicación de 0º. La longitud de esta zona puede estar entre 0,3 y 1,5 mm.

En una posible aplicación de la invención, el ángulo de aplicación puede tener un valor fijo en cada una de dichas zonas. Sin embargo, bajo determinadas circunstancias puede ser preferible que el ángulo de aplicación cambie suavemente a lo largo de la longitud de la superficie conformadora. Ello previene cambios repentinos en la tensión del material cuyo espesor se va a reducir, de tal forma que, bajo determinadas circunstancias, la reducción de espesor puede hacerse más sucesivamente.

En la realización preferida de este cambio suave, las transiciones entre las zonas sucesivas, y/o las zonas en sí mismas, se desarrollan en forma de un arco de un círculo. Se obtienen buenos resultados si el radio de este arco está entre 0,1 y 10 mm de largo.

Particularmente, si se utiliza el procedimiento nuevo para la reducción de espesor de un producto, que al final toma la forma de una lata, es ventajoso que la herramienta de reducción de espesor comprenda una pluralidad de coronas para la reducción de espesor, del tipo de las descritas anteriormente. En particular, se ha probado que es ventajoso que entre el 60% y el 90% del adelgazamiento total se lleve a cabo por la correspondiente superficie conformadora en la zona que corresponde al mayor ángulo de aplicación, la zona conocida como principal. Una mejora adicional se obtiene si entre el 10% y el 30% del adelgazamiento total se lleva a cabo por la correspondiente superficie conformadora en la zona inicial. Además, es ventajoso si se utiliza también una zona final, que menos del 30% del adelgazamiento total se lleve a cabo por la correspondiente superficie conformadora en esta zona final.

Como se ha explicado anteriormente, es posible, cuando se utiliza el procedimiento nuevo de acuerdo con la invención, utilizar un ángulo de aplicación mayor, en particular en la zona intermedia principal, permitiendo la carga mecánica en la superficie conformadora, es decir, que se reduzca la corona de reducción de espesor. A pesar de este ángulo de aplicación mayor, es, en general, posible evitar que la capa de recubrimiento plástico ceda y se desprenda, utilizando una zona inicial y una zona final con un ángulo de aplicación más pequeño.

Cuando se utilizan varios plásticos en varios espesores y sobre varios tipos y espesores de chapas metálicas, las condiciones limitantes para el ángulo de aplicación en la zona intermedia, y el ángulo de aplicación y la longitud de la zona inicial y la zona final serán, en general, diferentes si se desea trabajar utilizando condiciones que sean óptimas para la reducción de espesor sin que exista ningún riesgo de que la capa plástica se fracture y se desprenda. Se ha encontrado que para varias aplicaciones materiales, las condiciones óptimas se pueden determinar mediante experimentos utilizando superficies conformadoras (por ejemplo coronas de reducción de espesor) en los que se varíen la longitud de la zona inicial y/o zona final.

Durante la reducción de espesor de una chapa metálica recubierta con plástico, se da la siguiente relación funcional para la tensión de fluencia \sigma_{v} (en MPa) en el plástico:

\sigma_{v} = \frac{3}{\sqrt{3 + \mu}}\left[\tau_{0} \ ln\left(2\sqrt{3} \ A_{0} \ \frac{d \varepsilon}{dt}\right)+ \mu P_{0}\right]

donde:

P_{0} es la presión dominante, en MPa, en todas las caras en el plástico;

\tau_{0} es el nivel base para la tensión de fluencia, en MPa;

\frac{d \varepsilon}{dt} es la velocidad de estiramiento del plástico moldeado, en s^{-1};

\mu es el parámetro libre unitario, que representa la sensibilidad del plástico a la presión;

A_{0} representa una constante temporal (en s), que está relacionada con el comportamiento de relajación del plástico.

Se ha encontrado que la reducción de espesor de un producto recubierto en forma de chapa a una elevada presión en ambas caras, P_{0}, sólo tiene lugar sucesivamente si los valores de los parámetros \mu, \tau_{0} y A_{0} del plástico utilizado para el recubrimiento satisface condiciones de contorno específicas. Estos valores deben ser como sigue:

\mu, \geq 0,03;

\tau_{0}\geq 0,60 MPa y

A_{0} \geq 2,0 \times 10^{19}s.

Es preferible utilizar plásticos en los que los parámetros sean como sigue:

\mu, \geq 0,047;

\tau_{0}\geq 0,90 MPa y

A_{0} \geq 3,0 \times 10^{19}s.

Se ha encontrado que lo que se conoce como temperatura de transición vítrea, T_{g}, del plástico es importante en la reducción de espesor de una chapa metálica recubierta de plástico. T_{g} es el punto de transición para las propiedades del intervalo amorfo en el plástico. En principio, por debajo de T_{g} es imposible el movimiento libre de la cadena principal del polímero. Por encima de T_{g}, esta libertad de movimiento es posible, permitiendo que la dureza del material disminuya órdenes de magnitud. Puesto que muchos plásticos son parcialmente cristalinos y esta parte retiene su resistencia hasta el punto de fusión, muchos materiales plásticos se pueden utilizar todavía muy bien hasta temperaturas muy por encima de T_{g}.

En el caso de la reducción de espesor, el nivel de T_{g} es importante porque el plástico debe tener aún una resistencia mecánica relativamente alta durante la reducción de espesor. Un plástico para recubrir con una baja T_{g} puede adquirir posiblemente suficiente resistencia, desarrollando una presión muy elevada en la herramienta de reducción de espesor. Sin embargo, justo fuera de esta zona de presión, el plástico es tan "lábil" que es inmediatamente presionado y raspado.

Durante el procedimiento de reducción de espesor, tiene lugar un considerable aumento de temperatura en el material adelgazado. Esta temperatura puede aumentar hasta aproximadamente 200ºC.

Se ha encontrado que el espesor de una chapa metálica recubierta de plástico se puede reducir con éxito si la T_{g} del plástico es suficientemente alta bajo varias condiciones. Se ha probado que la T_{g} a presión atmosférica T_{g,1 \ atm}, y la T_{g} cuando el plástico está sometido a una presión en todas las caras de 600 MPa, T_{g,600 \ MPa}, son particularmente importantes en este contexto. De acuerdo con la invención, T_{g,1 \ atm} y T_{g,600 \ MPa}, deben ser como sigue: T_{g,1 \ atm} \geq 30ºC y T_{g,600 \ MPa} \geq 200ºC. Preferentemente, T_{g,1 \ atm} debe ser como sigue: T_{g,1 \ atm} \geq 70ºC.

La invención también se refiere a una herramienta de reducción de espesor, en particular a una corona de reducción de espesor, que comprende un superficie conformadora, a lo largo del cual se pueda mover un producto tipo chapa durante la reducción de espesor, formando dicha superficie conformadora un cierto ángulo de aplicación con respecto a la dirección de movimiento del producto. Esta herramienta de reducción de espesor se caracteriza porque el ángulo de aplicación varía a lo largo de la longitud de la superficie conformadora, en la dirección de movimiento del producto, siendo este ángulo más pequeño en la zona inicial de la superficie conformadora que en la siguiente zona de la superficie conformadora.

Numerosas realizaciones preferidas de la herramienta de reducción de espesor, de acuerdo con la invención, se han explicado en la descripción precedente del procedimiento nuevo, al que se hace referencia en esta memoria.

Una realización particularmente preferida de la corona de reducción de espesor, de acuerdo con la invención, es también que esta corona de reducción de espesor está bajo una pretensión radial sobre su superficie circunferencial exterior, debido a una banda o alambre que se ha enrollado bajo tensión.

Las coronas de reducción de espesor son, en general, conocidas, ya que están asociadas a términos tales como ángulo de aplicación, zona principal y zona de apoyo.

Por tanto, no es necesario que las coronas de reducción de espesor discutidas se expliquen con más detalle en una descripción referida a las figuras.

Claims (21)

1. Un procedimiento para reducir el espesor de un producto en forma de chapa, que está formado por una chapa metálica recubierta en al menos una cara con una capa de plástico, comprendiendo la herramienta de reducción de espesor una superficie conformadora a lo largo de la cual se mueve el producto con una capa de recubrimiento plástico durante la reducción de espesor, y formando la superficie conformadora un ángulo de aplicación con respecto a la dirección de movimiento del producto, caracterizado porque el ángulo de aplicación varía a lo largo de la longitud de la superficie conformadora, en la dirección de movimiento del producto que pasa sobre la superficie conformadora, siendo este ángulo de aplicación más pequeño en la zona inicial de la superficie conformadora que en la siguiente zona de la superficie conformadora.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie conformadora en una zona final está de nuevo a un ángulo de aplicación más pequeño que en la zona intermedia.

3. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la superficie conformadora, a continuación de la zona con el mayor ángulo de aplicación, comprende una zona denominada zona de apoyo, con un ángulo de aplicación de 0º.

4. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque el ángulo de aplicación tiene un valor fijo en cada una de las zonas.

5. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque hay un cambio suave en el ángulo de aplicación a lo largo de la longitud de la superficie conformadora.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque las transiciones entre zonas sucesivas y/o dichas zonas en sí mismas se desarrollan en forma de un arco de un círculo.

7. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la herramienta de reducción de espesor comprende una pluralidad de superficies conformadoras.

8. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la herramienta de reducción de espesor comprende una pluralidad de coronas de reducción de espesor.

9. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el 60 a 90% del adelgazamiento total se lleva a cabo con la correspondiente superficie conformadora en la zona que se encuentra al mayor ángulo de aplicación, conocida como zona principal. 10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el 10 a 30% del adelgazamiento total se lleva a cabo con la correspondiente superficie conformadora en la zona inicial.

11. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque menos del 30% del adelgazamiento total se lleva a cabo con la correspondiente superficie conformadora en la zona final.

12. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la longitud de la zona inicial y/o la zona final, bajo condiciones idénticas, se ajusta de tal forma que el recubrimiento plástico no se desprenda de la chapa metálica, como resultado de la reducción de espesor.

13. Una herramienta de reducción de espesor, en particular una corona de reducción de espesor, que comprende una superficie conformadora, a lo largo de la cual se puede mover un producto tipo chapa durante la reducción de espesor, dicha superficie conformadora forma un ángulo de aplicación con respecto a la dirección de movimiento del producto, caracterizada porque el ángulo de aplicación varía a lo largo de la longitud de la superficie conformadora, en la dirección de movimiento del producto, siendo este ángulo más pequeño en la zona inicial de la superficie conformadora que en la siguiente zona de la superficie conformadora.

14. La herramienta de reducción de espesor de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizada porque la superficie conformadora en una zona final está de nuevo a un ángulo de aplicación más pequeño que en la zona inter-
media.

15. La herramienta de reducción de espesor de acuerdo con las reivindicaciones 13 ó 14, caracterizada porque entre la zona intermedia y la zona final existe una zona de apoyo con una longitud entre 0,3 y 1,5 mm.

16. La herramienta de reducción de espesor de acuerdo con las reivindicaciones 13-15, caracterizada porque el ángulo de aplicación tiene un valor fijo en cada una de las zonas.

17. La herramienta de reducción de espesor de acuerdo con las reivindicaciones 13-15, caracterizada porque hay un suave cambio en el ángulo de aplicación a lo largo de la longitud de la superficie conformadora.

18. La herramienta de reducción de espesor de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque las transiciones entre las zonas sucesivas, y/o las zonas en sí mismas, se desarrollan en forma de un arco de un círculo, con un radio de una longitud entre 0,1 y 10 mm.

19. La herramienta de reducción de espesor de acuerdo con las reivindicaciones 13-18, caracterizada porque la zona principal constituye entre 60 y 90% de la dimensión transversal de la superficie conformadora, transversalmente con respecto a su dirección longitudinal.

20. La herramienta de reducción de espesor de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizada porque la zona inicial constituye entre 10 y 30% de la dimensión transversal de la superficie conformadora.

21. La herramienta de reducción de espesor de acuerdo con las reivindicaciones 19 ó 20, caracterizada porque la zona final constituye menos del 30% de la dimensión transversal de la superficie conformadora.

22. La herramienta de reducción de espesor en forma de corona de reducción de espesor, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13-21, caracterizada porque esta corona de reducción de espesor está sometida a una pretensión radial en su superficie circunferencial exterior, debido a una banda o alambre que está enrollado bajo tensión.