ES2308436T3 - Procedimiento para fabricar un elemento constructivo por conformacion de una platina, y dispositivo para llevar a cabo el procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar una elemento (5) constructivo por conformación de una platina (1) recubierta, preferiblemente recubierta de aluminio, de un acero bonificable, llevándose la platina antes de la conformación, en una primera etapa del procedimiento, a un primer horno (7) donde se austenitiza, y eligiéndose el tiempo de permanencia de la platina en el primer horno (7) de tal modo que se efectúe, junto a la transformación de estructura, un crecimiento del espesor de capa, realizándose las siguientes etapas de procedimiento adicionales: - enfriamiento rápido y almacenamiento intermedio subsiguiente de la platina (1) tratada térmicamente; - renovado calentamiento de poca duración de la platina (1) en un segundo horno (11) a la temperatura de austenitización inmediatamente antes de la conformación para formar un elemento (5) constructivo; y - tras conseguirse la transformación de la estructura, conformar y endurecer la platina (1).
Description
Procedimiento para fabricar un elemento
constructivo por conformación de una platina, y dispositivo para
llevar a cabo el procedimiento.
El invento se refiere a un procedimiento para
fabricar un elemento constructivo por conformación de una platina
recubierta, especialmente recubierta de aluminio, de un acero
bonificado según el preámbulo de la reivindicación 1. El invento se
refiere además a un dispositivo para llevar a cabo el
procedimiento.
En el estado actual de la técnica, se conocen,
en general, diversos procedimientos de conformación para platinas
de un acero bonificado en combinación con procesos de
endurecimiento. En un llamado procedimiento de conformación
"directo", se austenitiza una platina plana de un acero
bonificado en un horno, preferiblemente un horno de paso continuo,
bajo atmósfera gaseosa protectora. Por ejemplo, se puede utilizar un
acero bonificado de calidad 22MnB5, que se calienta al rojo para la
austenitización varios minutos a unos 950ºC. Seguidamente, se
introduce, preferiblemente mediante un mecanismo de transferencia
automatizado, la platina plana caliente austenitizada en una
herramienta de conformación/bonificación refrigerada para procesos
en serie. Esta herramienta es un componente de una prensa y, al
cerrar la misma, se conforma la platina caliente formando un
elemento constructivo acabado en forma final y se enfría de modo
relativamente rápido en la herramienta cerrada con fuerza de cierre
aplicada y se endurece con ello. El elemento constructivo endurecido
se extrae de la herramienta y, en el caso de que se trate de una
chapa sin recubrir, se descascarilla en una etapa de limpieza, por
ejemplo, por chorro de arena o de bolas de acero (esto se puede
evitar en el caso de elementos constructivos recubiertos, puesto
que, por ejemplo, las chapas aluminizadas ofrecen suficiente
protección contra la corrosión y se evita un descascarillado).
Finalmente, sigue un recortado de contorno de acabado y un recortado
de orificios del elemento constructivo conformado acabado y
endurecido, preferiblemente por medio de un recortado por láser.
También se puede imaginar un recortado mecánico en el llamado
combinado de
prensado.
prensado.
Durante el tratamiento térmico en el horno, un
recubrimiento de aluminio de unos 25 \mum de espesor en estado
inicial sufre un crecimiento de espesor del recubrimiento a unos 45
\mum, formándose una capa de AlSi con hierro difundido limitando
directamente con el material básico de la platina, capa que soporta
además una capa de AlSi relativamente dura y frágil, que se forma,
que cumple la verdadera función de protección anticorrosiva.
Un desarrollo típico del procedimiento (curva 20
de conformación térmica) en lo que se refiere al tratamiento
térmico de la platina durante su conformación, se ha representado,
por ejemplo, en la figura 1 en un diagrama de tiempo y temperatura.
Según la calidad del acero bonificable utilizado, espesor de chapa,
espesor de recubrimiento inicial, etc., los valores dados en la
figura 1 también están sometidos obviamente a determinadas
oscilaciones (límite 18, 19 inferior/superior del tratamiento
térmico). Así, pues, se puede imaginar sin más que la platina se
encuentre por un tiempo de permanencia en el horno de hasta 30
minutos.
El horno utilizado es frecuentemente un llamado
horno de paso continuo con nichos de conformación o alojamientos de
platinas o un horno de empuje continuo de parrilla con parrillas,
que soportan las platinas y las calientan por un intervalo de unos
2 minutos por medio de un mechero de gas a la temperatura de
austenitización y seguidamente la mantienen varios minutos por
medio de calefacción eléctrica a dicha temperatura. Ventaja del
mechero de gas es un rendimiento mayor, aunque, por el contrario,
las calefacciones eléctricas se regulan mejor.
Según la figura 1, se calienta, pues, la platina
en el horno a una temperatura nominal de unos 950ºC y se mantiene a
esa temperatura. La austenitización se consuma a temperaturas por
encima de unos 720ºC. Habitualmente, el tiempo de permanencia en el
horno asciende a unos 9 minutos, calentándose la platina dentro de
los primeros dos minutos a la temperatura nominal, mientras que en
los siguientes cerca de 7 minutos se efectúa el recocido
regenerativo del material básico de estructura de ferrita/perlita
cúbica centrada en el espacio a austenita cúbica centrada
superficialmente, que es necesaria para un endurecimiento. Además,
también es importante sobre todo el llamado intervalo de tiempo
sobre todo también importante para conseguir un crecimiento
suficiente de la capa protectora de AlSi.
En especial, en relación con la temperatura
mínima de calentamiento al rojo y con el tiempo máximo de
permanencia de la platina en el horno, hay determinados límites más
o menos estrechos dentro de los cuales el proceso aún proporciona
buenos elementos, es decir, que las platinas sacadas del horno son
aceptables para el proceso de conformación y la utilización
ulterior.
Si se presentase entonces una avería en el
desarrollo ulterior, sea en la extracción de una platina del horno y
su transporte ulterior a la herramienta de
conformación/bonificación o bien dentro de la estación de recorte
del contorno de acabado y de orificios, entonces ya no se podría
sacar platina alguna del horno durante todo el tiempo de la avería,
se sobrepasaría, por lo general, el máximo tiempo de permanencia
permisible y todas las platinas, que se encontrasen en el horno,
serían desechables y, por ello, deberían ser eliminadas.
Se le plantea al invento el problema de
perfeccionar el procedimiento del género expuesto para fabricar un
elemento constructivo por conformado de una platina recubierta de un
acero bonificable de tal modo que se pueda lograr una optimización
del desarrollo del proceso y que se preserve, en especial, en el
caso de eventuales perturbaciones del proceso, la producción alta
en costes de las platinas de desecho.
Este problema se resuelve, en cuanto al
procedimiento, con las características adicionales según la parte
característica de la reivindicación 1 y, en cuanto al dispositivo
para llevar a cabo el procedimiento según el invento, con las
características de la reivindicación 10.
Las ventajas del modo de proceder según el
invento son múltiples. Así, pues, ya no existe ahora dependencia
alguna en relación con el tiempo de permanencia en el horno ni
perturbaciones del desarrollo del proceso fuera del horno. Por la
separación de las etapas de desarrollo, resulta una menor necesidad
de espacio y un poco menos de infraestructura para el propio
proceso de conformación de la platina. Es posible una
regulación/almacenamiento intermedio de las platinas tratadas
térmicamente de modo que un tratamiento térmico ya pueda llevarse a
cabo, sin más, entre otras cosas para afectar la capa de AlSi, en
la fábrica del acero o bien en el suministrador de la chapa.
Un tratamiento térmico previo semejante, de
endurecimiento, ya es conocido de por sí, como se desprende del
documento EP 0 946 311 B1 y del DE 102 12 400 C1. También un
tratamiento de calentamiento al rojo por medio de calentamiento de
inducción ya se contempla de por sí en el conocido estado de la
técnica, tal como también se ha mencionado, a modo de ejemplo, en
el último documento citado.
Configuraciones y perfeccionamientos ventajosos
del invento se reivindican en las reivindicaciones subordinadas.
El invento se explica más detalladamente, a
continuación, a base de un ejemplo de realización. En el dibujo,
las figuras muestran:
Figura 1 el curso del proceso según el invento
para fabricar un elemento constructivo por conformación de una
platina,
Figura 2 un diagrama de
temperatura-tiempo del primer tratamiento térmico de
las platinas, y
Figura 3 un diagrama
temperatura-tiempo del segundo tratamiento térmico
de las platinas.
En la figura 1, se ha mostrado esquemáticamente
el curso del procedimiento según el invento para fabricar un
elemento 5 constructivo por conformación de una platina 1 recubierta
de un acero bonificable por medio de un dispositivo 2 apropiado
para ello. Del acero suministrado en estado enrollado, una llamada
bobina 3, se desenrolla el acero por medio de una herramienta 4, se
alisa y se troquela o se recorta el tamaño necesario de la platina
1 para el elemento 5 constructivo acabado. Desde allí, se conducen
las platinas 1 a una zona 6 de regulación. Este almacenamiento
intermedio no es, por cierto, absolutamente necesario, antes bien
las platinas 1 pueden ser conducidas también directamente, tras
abandonar la herramienta 4, a un primer horno 7, en el que sufren
un tratamiento térmico de acuerdo con el diagrama
temperatura-tiempo según la figura 2.
Inmediatamente pospuesta al primer horno 7, hay una zona 8 de
enfriamiento, en la que las platinas 1 son enfriadas bruscamente y
recorren las fases finales del tratamiento térmico. Al abandonar la
zona 8 de enfriamiento, las platinas tratadas térmicamente son
conducidas a un almacenamiento 9 intermedio.
El primer horno 7 puede ser, desde el punto de
vista de estructura constructiva, un horno de paso continuo ya
mencionado, un horno giratorio o similar.
Las distintas fases del tratamiento térmico ya
se explicaron, al principio, en relación con la figura 2. El
calentamiento relativamente lento que se efectúa a la temperatura
nominal, así como el restante tiempo de permanencia en el primer
horno 7 para dar lugar a la austenitización y para modificar la
topografía (estructura del revestimiento, espesor de capa) se suma
en un tiempo de permanencia conjunto de unos 9 minutos, no
debiéndose sobrepasar según la experiencia un tiempo de permanencia
de unos 30 minutos, para que la platina no sea inservible. El
transporte a la zona 8 de enfriamiento y el enfriamiento brusco de
la platina 1, que tiene lugar allí, se completa dentro de
intervalos de tiempo relativamente cortos, mientras que un
enfriamiento residual a la temperatura ambiente RT puede tener
lugar en el almacenamiento 9 intermedio. Al final del tratamiento
térmico, la platina 1 presenta una estructura martensítica.
Gracias a un dispositivo 10 de transporte
adecuado, por ejemplo un brazo articulado robótico, se conducen las
platinas 1 a un horno 11 de inducción, desde donde son introducidas
en una herramienta 13 refrigerada de conformación/bonificación,
adecuada para la producción en serie, por medio de otro dispositivo
12 de transporte, por ejemplo otra vez un brazo articulado
robótico. A la herramienta 13 de conformación/bonificación se le
han asignado un mecanismo 14 de prensado así como un dispositivo 15
refrigerador, y, al cerrar el mecanismo 14 de prensado, la platina
1 caliente es conformada, resultando un elemento constructivo en
desmoldeo y es rápidamente enfriada y, por ello, endurecida en la
herramienta 13 cerrada de conformación/bonificación con fuerza de
cierre aplicada. En una última etapa de proceso, cada elemento 5
constructivo es conducido por un dispositivo 16 de transporte a un
dispositivo 17 de recorte, donde se lleva a cabo un recortado de
contorno de acabado y un recorte de orificios del elemento 5
constructivo formado y endurecido terminado preferiblemente por
medio de un recortado por láser. Obviamente, también puede
realizarse el recorte mediante una cizalla de cortado adecuada por
medios mecánicos.
El tratamiento térmico de la platina 1,
efectuado en el horno 11 de inducción y en la herramienta 13 de
conformación/bonificación pospuesta, se ha representado en el
diagrama de temperatura-tiempo según la figura 3 a
base de la curva 20 de conformación en caliente y los límites 18,
19 inferior/superior del tratamiento térmico. Se caracteriza por un
tiempo de permanencia manifiestamente corto de la platina en el
horno 11 de inducción. Mientras que el calentamiento tiene lugar a
la temperatura nominal (temperatura de austenitización) en el plazo
de pocos segundos (unos 10 segundos), un tiempo de permanencia
corto pospuesto de unos diez segundos hasta un máximo de dos
minutos sirve para permitir que se efectúe una transformación de
estructura. Ya no se necesita más una modificación de espesor y
estructura del recubrimiento, puesto que esto ya ha tenido lugar en
el primer horno 7. En consecuencia, después de este corto tiempo de
permanencia en el horno 11 de inducción, ya se puede conducir la
platina a la herramienta 13 de conformación/bonificación, en la que
se efectúa el enfriamiento brusco junto con la conformación de
igual modo (igual curso de la curva 20 de conformación en caliente)
que en la zona 8 de enfriamiento. Al abandonar la herramienta 13 de
conformación/bonificación, el elemento 5 constructivo ya presenta
la estructura martensítica, el enfriamiento a la temperatura
ambiente RT puede tener lugar durante el transporte ulterior a o
bien dentro del dispositivo 17 de recortado.
De este modo, se conformó una platina 1, que
presentaba una resistencia a la tracción original de unos 500 a 600
N/mm^{2} a un elemento 5 constructivo, que presenta una
resistencia a la tracción de unos 1300 a 1500 N/mm^{2}.
En un perfeccionamiento ventajoso del invento,
sería imaginable calentar parcialmente con intensidad diferente la
platina 1 en el horno 11 de inducción, con la consecuencia de que,
en caso de que se desease esto, el elemento 5 constructivo
conformado y enfriado bruscamente presentaría resistencias
parcialmente diferentes.
Sería además ventajosamente posible reforzar
localmente la platina 1 antes del segundo tratamiento térmico
(horno 11 de inducción), por ejemplo, aplicando por soldadura chapas
de refuerzo (patches). Una chapa combinada parcheada de ese modo
podría entonces ser conducida al segundo horno y llevada luego a la
herramienta 13 de conformación/bonificación. Esto tendría en
conjunto repercusiones positivas sobre las características del
material y la precisión de la forma.
El procedimiento según el invento también se
puede aplicar ventajosamente utilizando platinas de piezas en bruto
a medida.
Una ventaja esencial del invento es la
posibilidad de separar las distintas etapas del procedimiento. Así,
pues, el primer tratamiento térmico en el horno 7 ya puede tener
lugar en la fábrica del acero o bien de la chapa, y las platinas 1
así tratadas previamente pueden ser preparadas entonces en empresas
de tratamiento ulterior (por ejemplo, fabricantes de automóviles)
(almacenamiento 9 intermedio).
En otro perfeccionamiento ventajoso más del
invento, es imaginable asociar al dispositivo 10 de transporte un
inductor o bien integrarlo constructivamente en el dispositivo 10 de
transporte de modo que se pueda efectuar el tratamiento térmico de
la platina 1 durante su transporte a la herramienta 13 de
conformación/bonificación.
Podrían eliminarse, con ello, un horno 11 de
inducción separado así como un dispositivo 12 de transporte
pospuesto al mismo.
Claims (13)
-
\global\parskip0.920000\baselineskip
1. Procedimiento para fabricar una elemento (5) constructivo por conformación de una platina (1) recubierta, preferiblemente recubierta de aluminio, de un acero bonificable, llevándose la platina antes de la conformación, en una primera etapa del procedimiento, a un primer horno (7) donde se austenitiza, y eligiéndose el tiempo de permanencia de la platina en el primer horno (7) de tal modo que se efectúe, junto a la transformación de estructura, un crecimiento del espesor de capa, realizándose las siguientes etapas de procedimiento adicionales:- -
- enfriamiento rápido y almacenamiento intermedio subsiguiente de la platina (1) tratada térmicamente;
- -
- renovado calentamiento de poca duración de la platina (1) en un segundo horno (11) a la temperatura de austenitización inmediatamente antes de la conformación para formar un elemento (5) constructivo; y
- -
- tras conseguirse la transformación de la estructura, conformar y endurecer la platina (1).
- 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por un tiempo de permanencia en el primer horno (7) de entre nueve minutos y treinta minutos.
- 3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en el calentamiento renovado de la platina (1) a la temperatura de austenitización en el segundo horno (11), se elige el tiempo de permanencia de modo que únicamente se verifique una transformación de estructura, pero ningún crecimiento más del espesor de la capa.
- 4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por un tiempo de permanencia de la platina (1) en el segundo horno (11) de diez segundos hasta dos minutos y medio.
- 5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el calentamiento de la platina (1) en el primer horno (7) tiene lugar a base de electricidad o gas, mientras que el calentamiento en el segundo horno (11) se efectúa por inducción.
- 6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer calentamiento se realiza en la fábrica del acero o de la chapa, mientras que el segundo tratamiento térmico se efectúa en empresas de tratamiento ulterior, por ejemplo en fábricas de automóviles.
- 7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, durante el segundo tratamiento térmico, la platina (1) es calentada superficialmente con intensidades diferentes.
- 8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la platina (1), antes del nuevo calentamiento en el segundo horno (11), es reforzada localmente por aplicación de, al menos, una chapa de refuerzo.
- 9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizada por la utilización de una pieza bruta a medida como platina (1).
- 10. Dispositivo para llevar a cabo el procedimiento según una de la reivindicaciones 1 - 9, que contiene:
- -
- una herramienta (4) para producir platinas (1) a partir de una bobina (3);
- -
- un primer horno (7) para un primer tratamiento térmico inclusive provocar un crecimiento del espesor de la capa de la platina (1);
- -
- una zona (8) de enfriamiento para las platinas (1);
- -
- un almacenamiento (9) intermedio para las platinas (1);
- -
- un segundo horno (11) para un nuevo tratamiento térmico de las platinas (1);
- -
- una herramienta (13) de conformación/bonificación con un mecanismo (14) de prensado y un dispositivo (15) de enfriamiento;
- -
- y un dispositivo (17) de recortado para elaborar un corte de contorno acabado y de orificios.
- 11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado por un primer horno (7) a base de electricidad o gas y por un horno (11) de inducción para un segundo tratamiento térmico.
- 12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque se integra un inductor en un dispositivo (10) de transporte, que se dispone entre el almacenamiento (9) intermedio y la herramienta (13) de conformación/bonificación.
- 13. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque, entre la zona (8) de enfriamiento y el segundo horno (11), se ha dispuesto una estación para aplicar, en especial soldar, al menos una chapa de refuerzo en la platina (1).
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