ES2301035T3 - Procedimiento para la produccion de piezas componentes de automoviles. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para fabricar un componente de una carrocería de un vehículo que primeramente se remodela y, a continuación, se trata superficialmente con acción térmica, presentando el componente al menos un elemento estructural metálico y presentando el procedimiento las siguientes etapas: a)prever datos geométricos de herramienta de las herramientas que van a utilizarse para la remodelación, datos geométricos nominales del componente, así como tolerancias permitidas de estos datos geométricos nominales del componente, b)simular las etapas de proceso de la remodelación utilizando los datos geométricos de herramienta, así como calcular los datos geométricos del componente que cabe esperar posteriormente, c)comprobar si los datos geométricos del componente que han de esperarse se encuentran en el intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente, d)si en la etapa c) se ha constatado que los datos geométricos que han de esperarse del componente NO se encuentran en el intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente, modificar los datos geométricos de herramienta y generar datos geométricos de herramienta corregidos, y, a continuación, realizar nuevamente las etapas b) y c) utilizando los datos geométricos de herramienta corregidos, e)simular las etapas de proceso del tratamiento superficial con acción térmica, así como calcular los datos geométricos del componente que cabe esperar posteriormente, f)comprobar si los datos geométricos que han de esperarse del componente se encuentran dentro del intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente, g)si en la etapa f) se ha constatado que los datos geométricos que han de esperarse del componente NO se encuentran en el intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente, modificar los datos geométricos nominales del componente y generar datos geométricos corregidos del componente y, a continuación, realizar nuevamente las etapas b) a f) utilizando los datos geométricos corregidos del componente en lugar de los datos geométricos nominales del componente, h)comenzar con una producción del componente utilizando los datos geométricos corregidos del componente, así como los datos geométricos de herramienta corregidos.

Description

Procedimiento para la producción de piezas componentes de automóviles.

En el estado de la técnica se conocen procedimientos para fabricar componentes de automóviles en los que, partiendo de elementos estructurales mecánicos, tales como secciones de planchas de chapa u otros, se fabrica, utilizando pasos de remodelación, un componente de una carrocería de un vehículo. A continuación, el componente se trata a menudo superficialmente mediante acción térmica.

El documento EP1041130A2 muestra un sellado con plegado de los bordes de componentes de carrocería de vehículos, tales como, por ejemplo, de puertas, cubiertas traseras y delanteras o cubiertas de techos corredizos. El procedimiento empleado para ello se basa en un reticulado previo de la masa de sellado en la estructura en bruto de la carrocería mediante radiación UV. En una segunda etapa directamente sucesiva, se endurece por acción térmica el adhesivo de plegado del borde y la masa de sellado. Después, los componentes de la carrocería se someten a un endurecimiento a alta temperatura en un horno KTL (pintura por electrodeposición catódica o cataforesis).

Si se considera de forma más precisa la geometría del componente de automóvil así fabricado en las etapas de fabricación individuales, entonces se constata que éste cambia su forma considerablemente.

Así, se sabe que, debido a las propiedades elásticas de la chapa de metal empleada, en las etapas de remodelación se presentan efectos difícilmente previsibles, especialmente durante el plegado de los cantos (en inglés, "flanging"), durante el rebordeado previo (en inglés "pre-heming") y durante el rebordeado final (en inglés "final hemming"). Zhang G., Hao, H., Wu, X., Hu, S. J., Harper, K., y Faitel, W., 2000, en "An experimental investigation of curved surface-straight edge hemming", J. of Manufacturing Processes, vol. 2, nº 4, pp. 241-246, así como Zhang, G., Wu, X. y Hu, S. J., 2001 en "A study on fundamental mechanisms of warp and recoil in hemming", J. of Engineering Materials and Technology, vol. 123, nº 4, pp. 436-441, han realizado investigaciones que profundizan más sobre esto.

Como consecuencia, los componentes de la carrocería y, sobre todo, los capós, presentan desviaciones de su geometría nominal tras el rebordeado previo y final en herramientas de rebordeado con geometría nominal de las superficies activas de herramienta, es decir, la geometría de la herramienta empleada para ello corresponde a la geometría nominal del componente que va a rebordearse. Esto se atribuye sobre todo a los fenómenos "roll-in, roll-out, warp, recoil" (rebordeado, alabeo, retroceso).

Asimismo, tras el paso por el pintado cataforético por inmersión y tras el subsiguiente secado al horno, los componentes presentan nuevamente desviaciones considerables de su geometría nominal. Para estas desviaciones existen varias causas posibles. Así, durante la fabricación con remodelación (conformación por embutición profunda, recorte, re-embutición, rebordeado) en los capós, las tensiones propias aplicadas se descomponen. A esto se añade que posibles adhesivos de brida rebordeada y relleno inferior empleados tienen un comportamiento de dilatación térmica diferente del comportamiento de los componentes metálicos, hechos con frecuencia de acero. Finalmente, un endurecimiento del adhesivo provoca una "congelación" de la geometría del capó, que se diferencia en función de la dilatación térmica, al final del ciclo KTL. Las desviaciones de medida que se producen en el transcurso del pintado cateforético por inmersión y el secado al horno subsiguiente se compensan, cuando es posible, mediante costosas variaciones de producto y/o proceso que requieren mucho tiempo, así como, mediante un enderezado manual eventualmente necesario.

El objetivo de la invención es facilitar un procedimiento en el que se eviten los problemas del estado de la técnica.

Este objetivo se alcanza gracias al objeto de la reivindicación 1 independiente. De las reivindicaciones dependientes se desprenden configuraciones ventajosas.

Según la invención, primero se predeterminan datos geométricos de herramienta de las herramientas que van a utilizarse para la remodelación, datos geométricos nominales del componente y tolerancias permitidas de estos datos geométricos nominales del componente. A continuación, se simulan las etapas de proceso de la remodelación utilizando los datos geométricos de herramienta y se calculan los datos geométricos del componente que cabe esperar posteriormente.

Si una comprobación subsiguiente muestra que los datos geométricos del componente que han de esperarse no se encuentran en el intervalo de tolerancia permitido de los datos geométricos nominales del componente, entonces los datos geométricos de herramienta se modifican para obtener datos geométricos de herramienta corregidos hasta que, en una nueva realización subsiguiente de las etapas precedentes utilizando los datos geométricos de herramienta corregidos, se muestre que los datos geométricos del componente que han de esperarse se encuentran en el intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente.

Según la invención, sólo después se simulan las etapas de proceso del tratamiento superficial con acción térmica, calculándose entonces los datos geométricos del componente que han de esperarse. En este caso, por "tratamiento superficial con acción térmica" puede entenderse cualquier otro tratamiento posible en el que se genere o suministre calor, así, por ejemplo, también un sellado para plegado de borde de componentes de carrocerías de vehículos, tales como, por ejemplo, de puertas, cubiertas traseras y delanteras o cubiertas de techos corredizos, tal como se muestra en el documento EP1041130A2. En la reticulación previa allí empleada de la masa de sellado mediante radiación UV y en la siguiente acción térmica sobre el adhesivo de plegado de borde y la masa de sellado para el endurecimiento, se producen también distorsiones y dilataciones que, según la invención, sólo han de tenerse en cuenta en la segunda etapa de interacción. Esto sirve, sobre todo, para el endurecimiento por calor subsiguiente de los componentes de la carrocería en un horno KTL. Esta distribución de la optimización según la invención en dos o más etapas de iteración se ha mostrado muy conveniente. Esto se atribuye a que los fallos que han de esperarse de la remodelación del componente son de otra naturaleza distinta que los producidos por el tratamiento térmico subsiguiente. En correspondencia, los fallos que cabe esperar de la remodelación del componente se consideran en la primera etapa de iteración. Todas las demás etapas de iteración se refieren entonces a tratamientos posteriores del componente en los que ya no se realizan remodelaciones.

Si se determina que los datos geométricos del componente que han de esperarse NO se encuentran en el intervalo de tolerancia permitido de los datos geométricos nominales del componente, se modifican los datos geométricos nominales del componente, se generan datos geométricos corregidos del componente y, a continuación, se realizan nuevamente las etapas antes expuestas, utilizando, sin embargo, los datos geométricos corregidos del componente en lugar de los datos geométricos nominales del componente.

Resumiendo, puede decirse que aquí se realiza una iteración de dos etapas que conducen muy rápidamente a buenos resultados.

Sólo entonces se inicia una producción o producción en serie del componente utilizando los datos geométricos corregidos del componente, así como los datos geométricos de herramienta corregidos.

Según la invención, también pueden estar previstos ciclos de validación como producción individual del componente utilizando los datos geométricos nominales o, en caso necesario, los datos geométricos corregidos del componente, así como utilizando los datos geométricos de herramienta o, en caso necesario, los datos geométricos de herramienta corregidos. En este caso se comprueba si los datos geométricos reales del componente coinciden con los datos geométricos calculados. De esto pueden extraerse conclusiones sobre la calidad del procedimiento de simulación
empleado.

La invención evita reducir o minimizar las desviaciones de la geometría de los componentes de la carrocería respecto de la geometría nominal mediante costosas preparaciones manuales de la herramienta de rebordeado al corregirse la geometría de las superficies activas de la herramienta. Una corrección de este tipo a menudo sólo puede realizarse de forma intuitiva, repetitiva y basándose en el conocimiento empírico del trabajador y normalmente no se documenta, lo cual es especialmente desventajoso.

La invención facilita más bien un procedimiento asistido por simulación para la reducción de las operaciones de rebordeado necesarias para la producción de componentes de automóviles, tales como capós, cubiertas de paredes posteriores y puertas, el cual puede aplicarse de forma especialmente ventajosa cuando están previstas operaciones de rebordeado con un ciclo de trabajo subsiguiente a través de un pintado cataforético por inmersión (KTL). En concreto se ha destacado que en este caso se presentan desviaciones de medida con una frecuencia especial. Sin embargo, el procedimiento según la invención puede aplicarse también a todos los demás procedimientos de fabricación en los que están previstos procedimientos de remodelación con tratamientos térmicos subsiguientes, por ejemplo, para pintados u otros.

Con la invención se determinan de forma proactiva, utilizando un procedimiento asistido por ordenador o simulación, las desviaciones de medida de los componentes de la carrocería resultantes de las operaciones de rebordeado y del ciclo KTL y, a continuación, se reducen. En este caso se tiene en cuenta toda la historia de remodelación y unión del componente de la carrocería.

La invención facilita un procedimiento asistido por simulación para la reducción de las operaciones de rebordeado (rebordeado previo y final) necesarias para la producción de componentes de automóviles (capós, cubiertas de pared posterior, puertas) y las desviaciones de medida resultantes del ciclo subsiguiente de pintura por electrodeposición catódica o cataforesis (KTL).

El procedimiento según la invención representa una sucesión de simulaciones, comparaciones de conjuntos de datos y manipulaciones geométricas. Para reducir el esfuerzo del usuario, el procedimiento ha de automatizarse mediante el uso de los denominados "Shell-Scripts" (conjuntos de instrucciones). De forma conveniente, las comparaciones necesarias de conjuntos de datos y las manipulaciones geométricas deben realizarse en un lenguaje de programación superior. La navegación del usuario ha de realizarse mediante una GUI (graphical user interface) o interfaz gráfica de usuario.

El campo de aplicación principal del procedimiento es el caso aquí ilustrado de "Frontloading" en el que el procedimiento se utiliza para, ya antes de la producción de la herramienta, determinar la geometría óptima de la pieza de trabajo, así como las geometrías óptimas de la superficie activa de la herramienta. Sin embargo, el procedimiento también puede emplearse para apoyar el proceso de preparación de herramientas de rebordeado ya existentes. En este caso, las superficies activas de la herramienta deben determinarse mediante una técnica de medición óptica y utilizarse, en lugar de los datos nominales, como datos de entrada para las simulaciones en la etapa 1 del procedimiento.

De la aplicación de la invención se desprenden numerosas ventajas, en concreto, una reducción del esfuerzo de trabajo en la preparación de la herramienta de rebordeado dado que las superficies activas de la herramienta pueden fabricarse según los datos óptimos. En el caso ideal, se suprimen estas preparaciones de la herramienta de rebordeado. Con esto se desprenden ahorros de costes directos en forma de "horas-hombre", un avance en serie más seguro y una curva de avance más pronunciada.

El diseño de la herramienta de rebordeado ya no se realiza de forma intuitiva, basándose en la experiencia, sino basándose en el conocimiento. El conocimiento que ha de emplearse está almacenado en el procedimiento y disponible en todo momento. Ya no se está limitado a conocimientos de expertos que con frecuencia pueden no estar disponibles en el momento decisivo debido a enfermedad, vacaciones, etc.

El esfuerzo de trabajo para variaciones de productos y/o procesos, así como para un enderezado manual eventualmente necesario de la pieza montable tras el ciclo KTL y el secado al horno se reduce de manera decisiva o incluso se omite por completo.

Se evitan las piezas defectuosas gracias a piezas montables que ya no es necesario enderezar cuando la desviación de la geometría nominal es demasiado grande. De esto se desprenden ahorros directos de costes en forma de "horas - hombre"; un avance en serie más seguro y una curva de avance más pronunciada.

El principio del procedimiento para la reducción de las desviaciones geométricas de las piezas montables de la carrocería resultantes de operaciones de rebordeado y el ciclo KTL subsiguiente se explica a continuación en varias etapas mediante la única figura.

En este caso, la figura 1 muestra en forma de un diagrama de operaciones de programa las etapas individuales del procedimiento.

Los números arábicos "1" a "10" indicados en la figura 1 corresponden, allí donde esto no se indica expresamente, a las siguientes etapas: "etapa 1" a "etapa 10".

En la "etapa 1" se realiza una simulación de las etapas de proceso tales como conformación por embutición profunda, recorte, re-embutición (según la pieza individual), plegado de los cantos, unión de las piezas de refuerzo para la pieza individual correspondiente que se introduce en la pieza montable. En el caso de un capó, éstos son el revestimiento del capó y la estructura del capó. También la unión de las piezas individuales mediante rebordeado previo y final cuenta entre las etapas de proceso que aquí han de simularse. Tras las etapas de proceso recorte, re-embutición, plegado de los cantos, rebordeado previo y final debe simularse también en cada caso la recuperación elástica que se presenta en realidad. La simulación puede realizarse con un sistema de simulación de elementos finitos disponible comercialmente. Las geometrías utilizadas de las superficies activas de herramienta corresponden en el primer ciclo del procedimiento a las geometrías nominales correspondientes de las piezas individuales que van a fabricarse. El resultado de esta simulación es la geometría de la pieza montable que puede conseguirse con las geometrías de superficie activa utilizadas de la herramienta. Durante la simulación de las etapas de proceso individuales también deben considerarse en la medida de lo posible las distribuciones de grosor de chapa, tensión y dilatación resultantes de la etapa de proceso precedente en cada caso.

En la "etapa 2" tiene lugar una comprobación de si la geometría de la pieza montable calculada en la "etapa 1" se encuentra dentro de las tolerancias previamente especificadas. La comprobación se realiza basándose en una comparación puntual de la geometría calculada y la geometría nominal que se presenta en forma de los datos CAD obtenidos de la estructura de la pieza montable. Si la geometría calculada se encuentra dentro de las tolerancias, el procedimiento continúa con la "etapa 4". Si la geometría no se encuentra dentro de las tolerancias, en la "etapa 3" tiene lugar una corrección adecuada de las superficies activas de herramienta, así como una nueva implementación de la "etapa 1". Las etapas 1 a 3 se repiten hasta que la geometría calculada de la pieza montable fabricada se encuentre dentro de las tolerancias.

En la "etapa 3" se realiza la corrección antes mencionada de las superficies activas de herramienta. La corrección se basa en las desviaciones determinadas puntualmente con anterioridad de la geometría calculada de la pieza montable respecto de su geometría nominal. La corrección se realiza mediante un desplazamiento puntual de la geometría de las superficies activas de herramienta a lo largo de vectores determinados previamente. La determinación de los vectores de desplazamiento se realiza con ayuda de algoritmos adecuados. En la "etapa 3" se corrige preferiblemente la geometría de superficie activa de la herramienta de rebordeado previo dado que ésta, según el conocimiento en el que se basa la invención, tiene una influencia muy grande en la geometría de la pieza montable.

En la "etapa 4" tiene lugar una simulación del ciclo KTL y del subsiguiente secado al horno. Para esto ha de complementarse el modelo de simulación en que se basa la "etapa 1" con un modelado adecuado del adhesivo de brida rebordeada y relleno inferior. La dependencia de la temperatura de las propiedades mecánicas del adhesivo debe reproducirse con una ley de propiedades de materiales adecuada.

En la "etapa 5" tiene lugar una comprobación de si la geometría de la pieza montable calculada en la "etapa 4" se encuentra dentro de las tolerancias antes especificadas. La comprobación tiene lugar basándose en una comparación puntual de la geometría calculada y la geometría nominal que se presenta en forma de datos CAD de la pieza montable. Si la geometría calculada se encuentra dentro de las tolerancias, se finaliza el procedimiento; con esto se determina la geometría óptima de las superficies activas de herramienta y de la pieza montable. Si la geometría no se encuentra dentro de las tolerancias, en la "etapa 6" tiene lugar una corrección adecuada de la geometría del componente, así como una nueva implementación de las etapas 1 a 4. Las etapas 1 a 6 se repiten hasta que la geometría calculada de la pieza montable se encuentra dentro de las tolerancias permitidas.

En la "etapa 6" tiene lugar una corrección de la geometría de la pieza montable. La corrección se basa en las desviaciones determinadas puntualmente con anterioridad de la geometría calculada de la pieza montable respecto de su geometría nominal. La corrección se realiza mediante un desplazamiento puntual de la geometría nominal a lo largo de vectores calculados previamente. El resultado es una geometría auxiliar. En este caso, la corrección tiene lugar de modo que la geometría auxiliar de la pieza montable durante el ciclo KTL y el secado subsiguiente se deforma de modo que se minimizan las desviaciones de dimensión y forma de la pieza acabada pintada que se originan respecto de la geometría nominal. La determinación de los vectores de desplazamiento se realiza con ayuda de algoritmos adecuados.

En la "etapa 7" tiene lugar una determinación de la geometría real de la pieza montable antes del ciclo KTL y el secado mediante una técnica de medición óptica.

En la "etapa 8" tiene lugar una validación de los resultados de simulación obtenidos en la "etapa 1" mediante una comparación puntual de la geometría calculada con la geometría real determinada en la "etapa 7".

En la "etapa 9" tiene lugar una determinación de la geometría real de la pieza montable tras el ciclo KTL y el secado mediante una técnica de medición óptica.

Según las "etapa 10", los resultados de simulación obtenidos en la "etapa 4" se validan mediante una comparación puntual de la geometría calculada con la geometría real determinada en la "etapa 8".

Claims (7)

1. Procedimiento para fabricar un componente de una carrocería de un vehículo que primeramente se remodela y, a continuación, se trata superficialmente con acción térmica, presentando el componente al menos un elemento estructural metálico y presentando el procedimiento las siguientes etapas:

a) prever datos geométricos de herramienta de las herramientas que van a utilizarse para la remodelación, datos geométricos nominales del componente, así como tolerancias permitidas de estos datos geométricos nominales del componente,

b) simular las etapas de proceso de la remodelación utilizando los datos geométricos de herramienta, así como calcular los datos geométricos del componente que cabe esperar posteriormente,

c) comprobar si los datos geométricos del componente que han de esperarse se encuentran en el intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente,

d) si en la etapa c) se ha constatado que los datos geométricos que han de esperarse del componente NO se encuentran en el intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente, modificar los datos geométricos de herramienta y generar datos geométricos de herramienta corregidos, y, a continuación, realizar nuevamente las etapas b) y c) utilizando los datos geométricos de herramienta corregidos,

e) simular las etapas de proceso del tratamiento superficial con acción térmica, así como calcular los datos geométricos del componente que cabe esperar posteriormente,

f) comprobar si los datos geométricos que han de esperarse del componente se encuentran dentro del intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente,

g) si en la etapa f) se ha constatado que los datos geométricos que han de esperarse del componente NO se encuentran en el intervalo de tolerancias permitido de los datos geométricos nominales del componente, modificar los datos geométricos nominales del componente y generar datos geométricos corregidos del componente y, a continuación, realizar nuevamente las etapas b) a f) utilizando los datos geométricos corregidos del componente en lugar de los datos geométricos nominales del componente,

h) comenzar con una producción del componente utilizando los datos geométricos corregidos del componente, así como los datos geométricos de herramienta corregidos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque después de la etapa b) y antes de la etapa d) está previsto un primer ciclo de validación como producción individual del componente utilizando los datos geométricos nominales o, en caso necesario, los datos geométricos corregidos del componente, así como utilizando los datos geométricos de herramienta o, en caso necesario, los datos geométricos de herramienta corregidos.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque tras la etapa f) y antes de la etapa h) está previsto un segundo ciclo de validación como producción individual del componente utilizando los datos geométricos nominales o, en caso necesario, los datos geométricos corregidos del componente, así como utilizando los datos geométricos de herramienta o, en caso necesario, los datos geométricos de herramienta corregidos.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las etapas de proceso reales o simuladas de la remodelación incluyen uno o varios de los siguientes tipos de procesos de tratamiento: conformación por embutición profunda, re-embutición, plegado de los cantos, unión, rebordeado previo, rebordeado final.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque durante la simulación de las etapas de proceso individuales de la remodelación se consideran las distribuciones de grosor de chapa, tensión y dilatación resultantes de la etapa de proceso precedente en cada caso.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las etapas de proceso reales y simuladas del tratamiento de superficie con acción térmica incluyen uno o varios de los siguientes tipos de procesos de tratamiento: sellado para plegado de bordes con una reticulación previa y/o un endurecimiento de una masa de sellado utilizada para ello o un adhesivo de plegado de borde, pintura por electrodeposición catódica o cataforesis, secado al horno.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, en lugar de los datos geométricos nominales del componente, se facilitan datos de una geometría auxiliar del componente y, concretamente, de modo que la geometría auxiliar del componente se deforma durante la solicitación térmica de manera que se reducen o minimizan las desviaciones de medida y forma del componente acabado que se originan con ello respecto a la geometría nominal.