ES2345741T3 - Procedimiento y aparato para la conformacion a temperatura controlada de material de acero laminado en caliente. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la conformación de chapas de acero, en el que una platina es producida a partir de chapa de acero, la platina es insertada en un utillaje de conformación y la pieza conformada es producida a partir de la platina con el utillaje de conformación en un solo proceso único, de manera que la platina es calentada antes de conformación, en el que el calentamiento es llevado a cabo en medida tal que el acero no sufre ninguna transición de fase y la conformación tiene lugar en el rango ferrítico, perlítico o bainítico sin que se supere la temperatura eutectoide o de recristalización, caracterizado porque los bordes laterales de la pieza conformada son troquelados o comprimidos con elementos de troquelado para la estampación de pequeños radios y/o para incrementar el grosor de paredes en esta zona y/o para la preparación para la soldadura.

Description

Procedimiento y aparato para la conformación a temperatura controlada de material de acero laminado en caliente.

La presente invención se refiere a un procedimiento y dispositivo para la conformación a temperatura controlada de material de acero laminado en caliente.

Es conocida la fabricación de piezas partiendo de chapa de acero mediante conformaciones tales como embutición de las piezas deseadas. Para ello se utilizan tanto aceros laminados en caliente como también materiales de acero laminados en caliente y en frío.

Estos procesos de conformación pueden ser realizados como procedimientos de conformación en caliente y también como procedimientos de conformación en frío.

De forma general, se describe para la conformación en caliente una conformación en el área austenítica. Para ello no se debe superar la temperatura máxima de 980ºC a partir de la cual no debe tener lugar calentamiento adicional alguno. Además, la conformación debe ser llevada a cabo por encima de 750ºC y el enfriamiento debe ser llevado a cabo a continuación en aire tranquilo. Para este procedimiento se pueden utilizar solamente aceros normales de recocido, puesto que garantizan las resistencias incluso después de un calentamiento a 950ºC.

El desarrollo de este procedimiento se ha mostrado en la figura 18. En este caso, se coloca la platina (101) cortada en principio a su contorno final en la primera parte (102) del utillaje (103) y se conforma libremente. En este caso, tal como se muestra en la etapa 2 de la figura, la platina (101) es curvada en el fondo. En este procedimiento, la platina (101) puede ser fijada solamente en estado de reposo antes de la conformación en el utillaje (103). Tan pronto como la pieza superior (104) del utillaje (103) establece contacto con la platina (101) tiene lugar una conformación libre no guiada (figura 18 parte superior). Después de esta conformación, la platina (101) es manipulada en el segundo utillaje (105) (figura 18 parte inferior). En esta etapa son recalcados los bordes (106) o bien los radios (107) de la pieza. Simultáneamente, en caso deseado puede tener lugar un acuñado de los bordes de soldadura. Puesto que, no obstante, la conformación tiene lugar de manera libre, la realización del acuñado de los bordes, según una cierta medida, puede ser realizado solamente de forma difícil. Durante el acuñado se produce un abombamiento en sentido contrario (108) de la pieza. En este caso, se desplazará material al fondo y no se utilizará para el acuñado. Esto requiere, no obstante, importantes recorridos de recalcado para cumplir con el mantenimiento de medidas de los bordes y de los radios. Esto significa, en base a los elevados recorridos de recalcado, que el utillaje sufre forzosamente un elevado desgaste. Adicionalmente se debe tener en cuenta también que en este procedimiento se deben encontrar siempre disponibles piezas en la prensa. Esto compensa, no obstante, la reducción de la fuerza de la prensa en base a la elevada temperatura de conformación.

Son piezas constructivas típicas, que se pueden fabricar de este modo, los puentes de eje de vehículos a motor. En este caso, se utiliza la conformación en caliente para la reducción del esfuerzo de conformación y de los radios de curvatura. Simultáneamente, se pueden recalcar en una segunda etapa los bordes de curvatura de manera que la pieza experimenta una elevada rigidez.

Un procedimiento de este tipo es conocido, por ejemplo, por el documento US 2.674.783. En este procedimiento, en una primera fase se genera una forma y a continuación en una segunda operación esa forma previa es acuñada de forma final.

Esta fabricación tiene el inconveniente de que la pieza debe ser manipulada dos veces. En este caso se presentan diferentes velocidades de enfriamiento. En dependencia de la temperatura del utillaje, la velocidad de enfriamiento en el utillaje puede ser mayor o menor que en aire tranquilo. Tal como se describirá más adelante, la refrigeración es de gran importancia en aceros recocidos normalizados.

En base al procedimiento de dos etapas, la temperatura de la pieza disminuye notablemente. Esto tiene como resultado que aumentan las fuerzas de conformación y en el caso del calibrado, es decir, la etapa de proceso que tiene la fuerza de conformación más elevada, la resistencia de la conformación es muy elevada y se reduce la ventaja de la conformación en caliente. Además se debe tener en cuenta que la segunda conformación debe ser realizada por encima de 750ºC o unos 700ºC.

Investigaciones realizadas con utillajes previamente calentados, es decir, condiciones de trabajo próximas a la forma en que tiene lugar el trabajo, demuestran que, en comparación con la refrigeración en el aire, las velocidades de refrigeración son esencialmente más elevadas en la conformación en caliente (figura 19).

En todas las investigaciones, las temperaturas de la pieza se han medido mediante elementos termoeléctricos. Los elementos termoeléctricos han sido introducidos en orificios largos con un diámetro de 2 mm conformándose conjuntamente. Una representación detallada del proceso de conformación se muestra en la figura 20. En este caso se puede apreciar que la primera etapa de conformación tiene lugar aproximadamente a 790ºC y la segunda etapa de conformación a unos 680ºC. Esto significa, no obstante, un descenso de la temperatura de conformación mínima de 750ºC o 700ºC. En la figura 19 se puede apreciar también que la transformación de ferrita en austenita tiene lugar de forma intermedia o durante la conformación. La temperatura exacta de transformación depende de la composición de la aleación. La temperatura final significa también que no se pueden ya conseguir las ventajas de la conformación en caliente, es decir, fuerzas de conformación reducidas en la segunda etapa de conformación.

La elección de aceros para este tipo de procedimientos de conformación en caliente está limitada a aceros recocidos normalizados.

Los aceros recocidos normalizados, o bien aceros laminados, consiguen sus propiedades mecánicas tanto en el estado inicial (laminado normalizado) como también en estado recocido, siempre que se trate de un recocido normal. El tratamiento en caliente tiene lugar por encima de la temperatura A3. Es decir, tiene lugar un recocido en la zona austenítica de una fase. Si los aceros se conforman en frío, en caso de superar un grado de conformación de 5%, se debe llevar a cabo un tratamiento térmico.

Los valores mecánicos característicos se consiguen principalmente por la constitución de una matriz ferrítica-perlítica. Esto significa, no obstante, que la velocidad de refrigeración se debe mantener de manera exacta para garantizar la constitución de perlita laminar fina. La refrigeración debe tener lugar lentamente, en aire tranquilo o en el horno. Se debe tener en cuenta que las fases de ferrita y perlita deben separarse y se debe impedir la formación de martensita. Por encima de 600ºC, la velocidad de refrigeración no es crítica. La resistencia del material depende linealmente de la proporción de perlita y ésta a su vez del contenido de carbono. El aumento de la resistencia se puede conseguir de manera esencial solamente por un mayor contenido de carbono. Eso significa, no obstante, como consecuencia, que de esta forma disminuye la capacidad de soldadura. Esto se puede reconocer por el aumento de la equivalente de carbono (ver figura 15).

En aceros recocidos normalizados se puede distinguir entre productos laminados normalizados y productos recocidos normalizados, de manera que los productos laminados normalizados se deben tener en cuenta en su fabricación que el último laminado en caliente tiene lugar encima de la temperatura de recristalización de la austenita. Ésta se encuentra de manera típica en unos 950ºC.

El acero se recristaliza completamente y la dirección de laminación se puede reconocer solamente en base a los efectos de la cascarilla. La austenita recristalizada se transforma en unión con una velocidad de enfriamiento definida en ferrita y perlita. En productos recocidos normalizados, las platinas u otras piezas son calentadas por encima de la temperatura A3 y a continuación se enfrían de forma controlada. Después de este tratamiento térmico, el acero alcanza nuevamente las características iniciales. Además, se puede proceder a su conformación en caliente, conjuntamente con un calentamiento de la platina o de la pieza. No obstante, se debe tener en cuenta que la conformación debe tener lugar por encima de 750ºC. Para un grado de conformación no superior al 5% es suficiente una temperatura de 700ºC. Las platinas o las piezas se deben enfriar en aire tranquilo.

Los aceros laminados de forma termomecánica consiguen su resistencia por la fabricación seleccionada durante la laminación en caliente. En este caso, la conformación final tiene lugar por debajo de la temperatura de recristalización de la austenita. El control de la temperatura de recristalización tiene lugar mediante elementos de aleación adicionales. Estos elementos, y en este caso preferentemente el niobo, aumentan la temperatura de recristalización de la austenita, de manera que se produce un intervalo de proceso suficiente entre la temperatura A3 y la temperatura de recristalización.

Puesto que la estructura, después de la última pasada de laminado ya no se puede recristalizar, presenta a causa de la estructura de laminado extendida muchas inclusiones para la transformación de austenita en ferrita. Como resultado, se obtiene una estructura de grano muy fino que está constituida principalmente por ferrita y pequeñas proporciones de bainita. La bainita es una perlita laminar muy fina que se puede endurecer solamente de manera irregular. Esto tiene lugar mediante un enfriamiento controlado de manera rápida después de la última etapa de laminado. Como efecto adicional, se presenta un aumento de la tenacidad del material.

El endurecimiento en el equilibrio requiere un enfriamiento lento que se produce en aceros laminados normalizados. Además, los elementos de aleación en forma disgregada de carburos, nitruros o carbonitruros impiden el crecimiento del grano por encima de 1100ºC. Esto se muestra también ventajoso en la zona de granos groseros de la parte influenciada por el calor en la operación de soldadura.

Los aceros recocidos normalizados muestran, para resistencias elevadas, un comportamiento crítico, a causa de la composición de aleación, en su fabricación en forma de bandas en caliente. A causa de la baja proporción de aleaciones en aceros TM, éstos pueden ser producidos con resistencias sustancialmente más elevadas.

Mientras que los aceros laminados normalizados, según la norma correspondiente, se extienden solamente a un límite elástico máximo de 460 MPa para grosores de chapa por debajo de 16 mm, los aceros TM están normalizados hasta un límite elástico mínimo de 700 MPa para grosores de 8 mm (para grosores >8 mm, el límite elástico desciende aproximadamente 20 MPa). Estas informaciones se encuentran en las normas DIN EN 10025-3 para aceros normalizados laminados y para aceros laminados termomecánicamente la norma correspondiente es la DIN EN 10149-2.

Los aceros resistentes a los gases ácidos son fabricados con el mismo procedimiento que los aceros fabricados por procedimientos termomecánicos. No obstante, a causa de su área de utilización, están contenidos en la norma API spec 51, o bien DIN EN 10208-2. Estas chapas se caracterizan por contenidos extremadamente bajos de impurezas, tales como azufre. Esto tiene como efecto que se impide la recombinación del hidrógeno formando H_{2}, es decir, se impide la formación de grietas en las proximidades de los sulfuros de manganeso. Por otra parte, se mejora notablemente la tenacidad, incluso para temperaturas muy bajas. Además, a causa del reducido contenido de carbono, se reduce la formación de intermedias. Esto impide la formación de fases duras en la matriz. Para aumentar la resistencia se debe reducir la temperatura de enfriamiento. Como resultado se tiene un acero con una estructura ferrítica muy fina.

La figura 16 muestra una representación del proceso de fabricación en una instalación de laminación en caliente. Se puede apreciar en ella claramente la diferencia en la conformación final. Mediante las condiciones de refrigeración del calor de laminación se puede influir adicionalmente en la formación de la estructura en la laminación termomecánica. Las diferentes estructuras de laminado normalizado, o bien recocido y laminado termomecánico, se desprenden de la figura 17.

Las abreviaturas de la figura 16 son T (Temperatura), TRS (Temperatura de Recristalización en la Austenita), TM (Termomecánico) y ACC (Enfriamiento Acelerado).

Si se comparan las estructuras entre la laminación normalizada y laminación TM se puede apreciar claramente la mayor proporción de perlita con elevado contenido de carbono (fase oscura). La formación de grano fino y, por lo tanto, la elevación de la resistencia, elasticidad y tenacidad es posible solamente por la fabricación termomecánica.

Las composiciones químicas del acero laminado normalizado se encuentran en las normas DIN EN 10149-3 y DIN EN 10025-3. Las composiciones químicas de aceros laminados de forma termomecánica están indicadas en la norma DIN EN 10149-2. Si se comparan los aceros con el mismo límite elástico mínimo se pueden apreciar los contenidos de carbono más elevados para aceros laminados normalizados.

Por el documento US 5.454.888 se conoce un procedimiento para la fabricación de piezas de acero de alta resistencia que son conformadas en caliente de 300ºF a 1200ºF (149ºC). El material utilizado se prevé que tenga una estructura ferrítica-perlítica. No se da a conocer en este documento una conformación específica. Del documento EP 0 055 436 se conoce un procedimiento para la reducción de la retracción en materiales de chapa, prensados de forma mecánica, en el que se utiliza una contrapresión en la conformación. La pieza de contrapresión en esta prensa debe controlar en especial el posicionado del material de chapa en la misma. Esta etapa de fabricación no muestra, no obstante, ninguna temperatura de conformación o el material a conformar.

Para la conformación en frío se pueden utilizar ambas calidades de acero, de manera que en el caso de aceros termomecánicos, muestran para igual límite elástico unas mejores características de conformación. En la conformación en frío no es posible el recalcado de los bordes o bien un proceso de cordón de soldadura, puesto que los esfuerzos que se producen serían demasiado grandes. Por esta causa, no se utiliza una disposición económica de una prensa para piezas con geometría compleja.

Es un objetivo de la invención, dar a conocer un procedimiento que se puede realizar de manera simple y rápida, que mejora el desgaste de los utillajes y que facilita un proceso más fácilmente controlable con menores costes.

Este objetivo es conseguido mediante el procedimiento que se caracteriza en la reivindicación 1.

Otras formas de realización ventajosas se caracterizan en las reivindicaciones dependientes.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un dispositivo para la realización del procedimiento, con el cual se puede realizar de manera simple, rápida y segura la conformación, presentando un menor desgaste y con un mayor ritmo de fabricación, disminuyendo además las inversiones.

Este objetivo se consigue con las características de la reivindicación 8.

Otros desarrollos adicionales se dan a conocer en las reivindicaciones dependientes de aquélla.

En el procedimiento, según la invención, se calienta el material pero no sufre ninguna transformación de fase, es decir, la conformación tiene lugar en la zona ferrítica, perlítica o bainítica. No se sobrepasan los límites de temperatura eutectoide ni los de recristalización.

Para este procedimiento, se pueden utilizar aceros que presentan estructuras estables hasta un máximo de 700ºC.

Además, se encuentran a parte de los aceros laminados normalizados sobre todo, los aceros laminados de forma termomecánica puesto que presentan una estructura estable. Estos aceros se utilizan también para el recocido libre de tensiones que tiene lugar en igual zona de temperatura. En la utilización de estos aceros se debe tener en cuenta que no tenga lugar la recristalización durante el calentamiento y conformación.

Los aceros de varias fases presentan entre otras características también fases martensíticas en la matriz. Esta martensita es, no obstante, es revenida para temperaturas tan elevadas y modifica, por lo tanto, los valores mecánicos característicos del material de acero.

El procedimiento, según la invención, posibilita de manera ventajosa la conformación libre de cascarilla. Mientras que en los procesos de conformación conocidos con temperaturas de 900ºC y superiores se forman notables capas de cascarilla, en este caso se forman solamente delgadas capas de óxidos superficiales sobre la superficie de la pieza. Si se compara una banda laminada en caliente sin calentamiento con las piezas conformadas, según la invención, no se observa diferencia alguna en la constitución superficial.

Esto permite integrar múltiples etapas de fabricación en un utillaje, puesto que no existen inconvenientes en la función creados por la cascarilla. Por esta razón, en caso de conformación a temperatura controlada, según la invención, el proceso explicado de dos etapas puede ser utilizado para el recalcado de radios muy marcados, según el estado de la técnica, en un proceso que actúa de manera doble. Este proceso es realizado a temperaturas bajas igual que en la conformación en caliente, puesto que al utilizar solamente una pieza en la prensa, los esfuerzos de la prensa son igualmente reducidos. Este proceso posibilita combinar en un utillaje varias etapas del procedimiento:

- conformación controlada

- recalcado de materiales

- acuñado de bordes soldados

- expulsión de la pieza

\vskip1.000000\baselineskip

Los ahorros de costes se consiguen por las siguientes razones:

- un utillaje para todas las funciones;

- menores costes de desgaste por los parámetros del proceso y la reducción de utillajes;

- aumento del ritmo de fabricación, puesto que la pieza puede ser fabricada en una sola carrera de trabajo;

- reducción de las inversiones:

se pueden utilizar sistemas abiertos más compactos, por lo que se produce una menor emisión de CO_{2}; el esfuerzo de la prensa no aumenta puesto que en vez de dos piezas se encuentra solamente una pieza en el utillaje;

todas las funciones tienen lugar en el utillaje, es decir, la prensa puede ser realizada de manera simple.

\vskip1.000000\baselineskip

La invención se explicará en base a los dibujos en los que se muestran:

Figura 1: el desarrollo del proceso en el caso de un procedimiento simple de dos fases, según la invención;

Figura 2: la construcción de un utillaje, según la invención, de doble efecto;

Figura 3: fuerzas de conformación con dependencia de la temperatura;

Figura 4: desarrollo de la temperatura en un procedimiento, según la invención, para la temperatura inicial de 700ºC;

Figura 5: desarrollo de la temperatura en un procedimiento, según la invención, para la temperatura inicial de 500;

Figura 6: proporción de oxidación del hierro en el aire;

Figura 7: resistencia de un acero TM para un pliegue de 180º;

Figura 8: endurecimiento en un acero recocido (V) y en un acero laminado termomecánico (TMBA);

Figura 9: valores característicos mecánicos de acero laminado de forma termomecánica con dependencia de la temperatura de recocido;

Figura 10: fabricación de piezas según una primera forma de realización del procedimiento, según la invención;

Figura 11: fabricación de piezas según una segunda forma de realización del procedimiento, según la invención;

Figura 12: fabricación de piezas según una tercera forma de realización del procedimiento, según la invención;

Figura 13: fabricación de piezas según una cuarta forma de realización del procedimiento, según la invención;

Figura 14: representación de un acero laminado de forma termomecánica en comparación con un acero con recocido normal;

Figura 15: límite elástico y valor equivalente de carbono para diferentes procedimientos de fabricación y diferentes tipos de acero,

Figura 16: fabricación de acero laminado en caliente;

Figura 17: estructura en base a diferentes métodos de fabricación de acero laminado en caliente;

Figura 18: desarrollo del procedimiento de dos etapas según el estado de la técnica;

Figura 19: desarrollo de la temperatura en la conformación en caliente, de acuerdo con el estado de la técnica, para la temperatura inicial de 940ºC en comparación con un enfriamiento al aire;

Figura 20: desarrollo de la temperatura en una conformación en caliente, según el estado de la técnica, para una temperatura inicial de 940ºC.

Las figuras 1 y 2 muestran la construcción del utillaje. Según el tipo de utilización, los utillajes pueden ser refrigerados.

En la parte superior (7) se encuentra el punzón (2), que determina la forma de la pieza y los suplementos de acuñado para la conformación de pequeños radios y, en caso necesario, la elaboración de la soldadura. El punzón (2) está unido con intermedio de un paquete de resortes (4) con la pieza superior (7). Este paquete de resortes puede estar constituido por resortes de acero y también por un sistema de resortes/amortiguadores hidráulicos o resortes de gas a presión. En la parte inferior (11) se encuentran el contrapunzón (3), así como la matriz (6) propiamente dicha. El paquete de resortes (5) para el control del contrapunzón (3) puede consistir también en resortes de acero, así como en un sistema hidráulico de resorte/amortiguador o resortes de gas a presión.

La fabricación de una pieza mediante un procedimiento de las etapas se puede explicar de la forma siguiente:

La colocación de la platina (1), que según deseo tiene forma geométrica similar a la final, tiene lugar, por una parte, sobre la pieza inferior (11) del utillaje y, por otra, sobre el contrapunzón (3). Cuando la pieza superior (7) establece contacto con la platina (1), la platina (1) será pinzada por contacto por ambas caras por la pieza superior (7) y el contrapunzón (3), y la conformación tendrá lugar de forma guiada y no de forma libre. Además, de esta forma no se puede realizar curvaturas en el utillaje. En el resto de la conformación (etapa 2) el contrapunzón (3) será empujado por el punzón (2). De esta manera, las fuerzas ejercidas por el paquete de resortes del punzón (2) están ajustadas de forma tal al contrapunzón (3) que en la platina (1) no se producen esfuerzos de impresión. En la etapa 3, la pieza queda completamente conformada, de manera que el punzón (2) ha alcanzado el punto muerto inferior. Simultáneamente, el contrapunzón (3) se apoya en la matriz (6), de manera que los esfuerzos de troquelado no se deben transmitir por el paquete de resortes (5). A continuación, el paquete de resortes (4) será empujado en la matriz (2) y se llevará a cabo el troquelado (etapa 4). Después de abrir el utillaje, la fuerza de resorte del contrapunzón (3) sirve para la expulsión de la pieza, es decir, el utillaje adopta nuevamente la posición de la etapa 1.

La fabricación de una pieza con radios reducidos y/o preparación de cordones de soldadura tiene lugar, por lo tanto, en una carrera o etapa de trabajo del utillaje. La elaboración de los bordes de soladura posibilita la utilización de piezas para la fabricación de componentes sin mecanización intermedia de los bordes con levantamiento de
virutas.

Dependiendo del material de partida, las platinas pueden ser calentadas entre 500ºC y 700ºC. La figura 3 muestra los esfuerzos de conformación necesarios dependiendo de la temperatura en piezas idénticas. De este diagrama se puede apreciar que la conformación a 900ºC en comparación con una conformación a temperatura controlada lleva los valores de prensado a la mitad. No obstante, puesto que en un procedimiento de dos etapas la conformación bajo acción de calor la temperatura disminuye a unos 700ºC, aumentan también los esfuerzos de conformación 1,5 veces (línea-..-). Si se tiene en consideración además que se encuentran dos piezas en la prensa, se puede deducir de ello que la prensa debe quedar dispuesta de manera análoga para la conformación con temperatura controlada. Además es apreciable claramente el mayor rozamiento a 900ºC. Mientras que para temperaturas menores, el esfuerzo disminuye después de la primera conformación, a 900ºC la resistencia de conformación permanece prácticamente constante, lo que conduce a un rozamiento elevado a causa de la cascarilla en la zona periférica. Este fenómeno se presenta en la etapa 2 de la figura 18 en la conformación.

El desarrollo de la temperatura en la conformación a temperatura controlada, según la invención, se puede apreciar en el ejemplo de una conformación a 700ºC en la figura 4. Por una parte, se muestra que la fabricación de una pieza tiene lugar en una etapa y, por otra, se presenta en este caso una caída de temperatura máxima de unos 120ºC solamente. En comparación con la conformación a temperatura se muestra que, mediante una reducción de la temperatura inicial de unos 240ºC, se consigue una reducción de la temperatura final de 100ºC solamente.

En la figura 5 se muestra otro ejemplo. En este caso, la temperatura de la platina asciende al inicio de la conformación a 500ºC. La evaluación muestra que en la zona del fondo y de la periferia, la pérdida de temperatura es de menos de 100ºC, mientras que en la zona de los bordes, es decir, en cualquier punto donde establecen contacto los suplementos de acuñado, se tiene una reducción de la temperatura de conformación de más de 150ºC. A causa de la conducción de calor en la pieza tiene lugar, no obstante, un aumento rápido de la temperatura también en la apertura de la prensa. La figura 6 muestra la dependencia de la tasa de oxidación de hierro en el aire con dependencia de la temperatura. Si se escoge como magnitud de la tasa de oxidación 600ºC, se aumenta esta tasa a 700ºC en siete veces y a 950ºC en 230 veces. Esto muestra claramente la ventaja de la conformación a temperatura controlada de la invención. Por la drástica reducción de la formación de oxidación en la superficie superior de la pieza, se disminuye el desgaste del utillaje. Un segundo efecto en los costes consiste en el aumento de la velocidad de fabricación, puesto que la limpieza intermedia del utillaje es varias veces menor, pudiendo incluso desaparecer.

Solamente por la combinación de control de temperatura y la elección del material resulta posible conseguir el procedimiento de la invención.

En comparación con la conformación en frío, son posibles geometrías mucho más complejas. Esto presenta una mayor exigencia del material durante la conformación. De esta manera, se pueden conseguir sustancialmente menores radios exteriores e interiores manteniendo la sección transversal de partida del material previo. De esta manera, es posible que, para iguales características mecánicas del material, se puedan resistir cargas mayores, puesto que los momentos de resistencia superficiales aumentan notablemente. Para igual carga, el grosor de las paredes se puede reducir de manera correspondiente, de manera que se ahorra peso.

En una conformación convencional en frío, el material se adelgaza en la zona de conformación.

Tal como ya se ha explicado, la velocidad de enfriamiento influye en las características mecánicas del material después de la conformación solamente de forma reducida, mientras que para el caso de utilización de aceros laminados con normalización, la velocidad de enfriamiento es una función esencial para alcanzar las propiedades mecánicas.

Al mantener las condiciones de recocido para la conformación, aumenta el límite elástico por los efectos de alteración acelerados. Además, se pueden producir cascarilla.

Temperaturas en intervalos cortos, tales como, por ejemplo, en el enderezado térmico se pueden llevar a cabo también en el material de partida, siempre que correspondan a las condiciones de suministro del material previo.

En base a la gama de temperatura escogida para la conformación, se pueden utilizar todos los materiales que conserven sus propiedades mediante un tratamiento térmico a temperatura controlada. Esto es válido igualmente para aceros laminados normalizados cuando una preparación adicional específica prevé la utilización de estos aceros.

De manera preferente, se utilizan aceros termomecánicos, puesto que el comportamiento que ya es satisfactorio a temperatura ambiente se mejora la conformación a temperatura controlada y se puede ampliar el proceso de recalcado.

En comparación con la conformación en frío, se presentan en la conformación a temperatura controlada solamente reducidos efectos de endurecimiento, puesto que la conformación se encuentra en la zona de transformación del material y por esta razón se puede eliminar el endurecimiento sin tiempo de incubación. El resultado de ello es la homogenización de las tensiones internas. Es visible la disminución del endurecimiento en la figura 7.

La conformación a temperatura controlada, según la invención, no limita la manipulación adicional con respecto a soldadura o recubrimientos superficiales. Este procedimiento permite fabricar piezas complejas con elevadas resistencias, sin limitación de los procesos posteriores. En base a la conformación en caliente, se pueden utilizar, por ejemplo, aceros laminados con normalización. Tal como se ha descrito en lo anterior, estos son, a causa de su composición de aleaciones, sustancialmente más críticos en la soldadura. Adicionalmente, a causa de su temperatura más elevada, se deben limpiar de manera sustancialmente más compleja las superficies.

El prejuicio básico contra la utilización de aceros termomecánicos es su sensibilidad con respecto a las temperaturas elevadas, tal como, por ejemplo, se puede producir en la soldadura. Los modernos aceros TM presentan, no obstante, a causa de su composición de aleación, muy buenas características mecánicas en la soldadura. Esto se consigue, entre otras medidas, por la añadidura de elementos de microaleaciones. Mediante cascarilla finamente distribuida de elementos de microaleaciones, conjuntamente con nitrógeno o carbono se evita la constitución de granos groseros en la zona de influencia del calor, puesto que se dificulta el crecimiento de los límites de los granos por la inmovilización. A causa de ellos, la zona reblandecida es muy estrecha, tal como se ha mostrado en la parte de la derecha de la figura 8 (WEZ = Zona de Influencia del Calor, SG = Soldadura). En ambos casos, la disminución de la dureza es igualmente importante, de manera que la zona de reblandecimiento en aceros laminados de forma termomecánica es sustancialmente más estrecha. Esto se puede atribuir a que, por debajo de AC1 (temperatura eutectoide), no se presenta reblandecimiento del material, es decir, no se alterna las dimensiones de los granos. Por encima de AC1 se produce una transformación en austenita en relación con ello una formación de granos groseros, tal como antes se ha indicado.

Para un acero recocido (V), la zona de reblandecimiento es sensiblemente más ancha, ya que se producen transformaciones también por debajo de AC1. En este caso, se producen efectos de revenido y varían, por lo tanto, las propiedades mecánicas del material. Adicionalmente, se produce, a causa del elevado contenido de carbono, una fuerte descarburación en la zona de transición de la zona fundida con respecto a la zona de influencia del calor. Esto es especialmente crítico para solicitaciones dinámicas, puesto que esto actúa como una entalladura metalúrgica.

La invención se explicará mejor a base de ejemplos de realización, en los que no se hará referencia a una elección específica de material, puesto que en el procedimiento de la invención se pueden manipular todos los materiales que ya se han descrito.

El procedimiento posibilita, en ciertos términos, la utilización de aceros normalizados bajo la suposición de que las características de recocido se mantienen análogas al recocido sin tensiones. En la fabricación, se debe evitar, no obstante, una recristalización durante la conformación, puesto que, de esta manera, se produce una reducción de la resistencia. Si se utilizan aceros que presentan una fuerte tendencia al revenido, por ejemplo en base a fases martensíticas, se debe contar con una pérdida de resistencia.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 1

Un ejemplo de la utilización de un acero laminado de forma termomecánica para la conformación temperatura controlada se ha mostrado en la figura 9. Las probetas fueron calentadas durante 15 minutos a la temperatura correspondiente. En todos los casos se pudo asegurar un calentamiento completo, es decir, a través del material. A continuación, las probetas fueron enfriadas en aire, en agua o entre dos placas de cobre refrigeradas. La evaluación muestra que hasta una temperatura de 700ºC las características mecánicas corresponden, como mínimo, a los valores iniciales. El aumento del límite elástico se debe atribuir a un envejecimiento acelerado. Por encima de 700ºC se presenta una alteración de la estructura que empieza a continuar austenita. La consecuencia de ello es un reblandecimiento del acero laminado de forma termomecánica.

El procedimiento antes descrito para la fabricación de piezas mediante la conformación con temperatura controlada puede tener lugar mediante diferentes realizaciones de utillajes. Además, las funciones de resortes, amortiguadores hidráulicos y amortiguadores de presión de gas pueden ser desempeñadas por la propia prensa. De forma dependiente al número y precisión de las piezas se puede utilizar refrigeración por agua de los utillajes. A diferencia del endurecimiento en utillajes enfriados por agua, en este caso no se deben alcanzar estas velocidades de refrigeración. La refrigeración debe proteger al utillaje y sus funciones contra las cargas térmicas.

Todos los procedimientos tienen conjuntamente la simplificación de que en una fase tiene lugar tanto la conformación como el recalcado o troquelado de los bordes laterales. Un extractor adicional que podría averiar el contorno, o bien la superficie de la pieza, no es necesario en ninguna de las realizaciones. Simultáneamente, la adherencia lateral en el contrapunzón impide la fijación de la pieza en el punzón. Estas adherencias se abren automáticamente al abrir el utillaje o pueden ser controladas mediante elementos hidráulicos o de gas.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 2

El proceso se muestra en la figura 10.

Fase 1

Al inicio de la conformación, la platina (1) es sujetada entre el punzón (2) y el contrapunzón (3). De esta manera se puede impedir el desplazamiento de la platina. En el procedimiento conocido hasta el momento tiene lugar la conformación en base a que el contrapunzón queda libre, es decir, la platina no está guiada. En la conformación clásica en caliente, la cascarilla que se separa puede influir en el funcionamiento del contrapunzón. Los resortes (4) y (5) están pretensados.

Fase 2

La conformación tiene lugar en situación de sujeción. El resorte (4) está pretensado, el resorte (5) es impulsado por el punzón (2).

Fase 3

El punzón y el contrapunzón alcanzan el punto muerto inferior. Si no es necesario trabajo alguno de soldadura de los bordes, es decir, de las zonas de los bordes regruesadas, se puede pasar a la fase 4. El resorte (1) está pretensado, el resorte (2) es impulsado por el punzón y el contrapunzón (3) se apoya sobre la matriz (6).

Fase 4

Para ahorro de costes, en esta fase de trabajo puede tener lugar la preparación de los bordes de soldadura con el punzón de preparación (7) con elementos de recalcado (8), con independencia del procedimiento de soldadura y del ángulo necesario para ello. Simultáneamente se pueden reducir los radios de las esquinas, tanto en el interior como en el exterior. Adicionalmente, el grosor de paredes en esta zona aumenta. El resorte (4) es impulsado por los elementos de recalcado y el resorte (5) permanece en posición.

Fase 5

El contrapunzón (3) actúa simultáneamente para la expulsión de la pieza y puede recibir en esta posición la siguiente platina.

Ventajas:

- no hay conformación libre por el contrapunzón;

- el acuñado tiene lugar solamente cuando la pieza se encuentra en el punto muerto inferior, es decir, no se desplaza material hacia el fondo por el troquelado -carrera de recalcado más reducida que en el estado de la técnica (ver figuras 18);

- construcción más simple del utillaje, es decir, solamente es necesario un sistema de resortes en el punzón;

- coste más reducido de los utillajes;

- no hay necesidad de control dependiente del desplazamiento en el utillaje.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 3

Se ha mostrado el desarrollo del proceso en la figura 11.

Fase 1

La platina (1) será sujetada entre la matriz (6) y el punzón (2). Dependiendo de la pieza, un contrapunzón puede apoyar la sujeción (no se ha mostrado). F1, F2 y F3: ver notas en la figura 11.

Fase 2

La pieza será conformada por el retroceso del contrapunzón. F1, F2 y F3 sin variación.

Fase 3

El punzón (2) es retirado, lo cual tiene lugar mediante el control de F1. Los elementos de troquelado (8) establecen contacto con el bastidor (9). F2 y F3 permanecen sin cambios.

Fase 4

El sistema se desplaza con el ajuste de la fase 3 a establecer contacto con el dispositivo de pre-curvado (9).

Fase 5

Los bordes (10) de la pieza establecen contacto con el fondo del contrapunzón. De esta manera se produce un desplazamiento del material en el fondo. F1, F2 y F3 análogos a la fase 3.

Fase 6

La pieza superior (7) se desplaza hacia abajo, F3 es impulsado por completo. F2 es impulsado parcialmente en esta magnitud. Por esta razón se provoca el empuje del material en las esquinas sin que ello produzca un rozamiento elevado en la zona del bastidor.

Fase 7

Empuje de la pieza por el empuje completo de F3.

Ventajas:

- acumulación de material en el fondo;

- menos desgaste en el bastidor;

- poco recalcado necesario sobre el bastidor.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 4

Se ha mostrado el desarrollo del proceso en la figura 12.

Fase 1

La platina (1) se fijará entre la matriz (6) y el punzón (2). Dependiendo de la pieza, un contrapunzón puede apoyar la sujeción (no se ha mostrado). F1 y F2: ver notas en la figura 12.

Fase 2

La pieza será conformada libremente por la retirada del contrapunzón. F1 y F2 sin variación.

Fase 3

La parte del fondo será fijada entre el punzón (2) y el dispositivo de curvado previo (9). F1 y F2 sin variación.

Fase 4

F1 será empujado por el desplazamiento hacia arriba de la pieza superior (7), de manera que los elementos de troquelado (8) presionan la pieza en la zona de la esquina en la matriz (6). F2 permanece sin variación.

Fase 5

El punzón (2) y los elementos de troquelado (8) se desplazan simultáneamente hacia abajo y estampan la pieza. F2 recibe empuje.

Ventajas:

- construcción más simple del utillaje, es decir, solamente es necesario un sistema de resortes en el punzón;

- menores costes del utillaje;

- no hay necesidad de control adicional dependiente del recorrido en el utillaje;

- acumulación de material en el fondo mediante un dispositivo de curvado previo.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 5

El desarrollo del proceso se ha mostrado en la figura 13.

Fase 1

La platina (1) es sujetada entre la matriz (6) y el punzón (2). Dependiendo de la pieza, el contrapunzón puede apoyar la sujeción (no mostrado). F1 y F2: ver notas de la figura 12.

Fase 2

La pieza será conformada con el retroceso del contrapunzón. F1 y F2 sin variación.

Fase 3

La zona del fondo será sujetada entre el punzón (2) y el dispositivo de pre-curvado (9). F1 y F2 sin variación.

Fase 4

El punzón (2) mantiene mediante empuje controlado de F1 su posición. La pieza superior (7) se desplaza hacia debajo, de manera que los elementos de troquelado (8) de la pieza presionan en la zona de borde en la matriz. F2 sigue sin variaciones.

Fase 5

Los elementos de troquelado se desplazan a la cota final de la pieza y el punzón permanece en la posición constante F1 y controla el movimiento relativo hacia el elemento de troquelado, de manera que la posición del punzón permanece constante. F2 permanece sin variación.

\newpage

Fase 6

Troquelado de la pieza por desplazamiento del punzón mediante F1. F2 es empujado de forma consiguiente.

Ventajas:

- la parte superior necesita solamente un sistema de resortes;

- reducidos costes de utillaje;

- acumulación en la parte del fondo con independencia de la altura de recalcado de los elementos de troquelado.

En la presente invención es ventajoso que se consiga un procedimiento y un dispositivo con el que se posibilita una conformación guiada, incluyendo el recalcado de material, el troquelado de bordes de soldadura y la expulsión de la pieza dentro de un utillaje de manera fiable, rápida y segura, de manera que en base a la realización del proceso, en especial de las temperaturas reducidas, se presenta un desgaste más reducido, el ritmo de trabajo aumenta y se pueden utilizar sistemas abiertos más compactos. Además, se reduce la formación de cascarilla, lo que reduce los trabajos posteriores y facilita la posibilidad de fabricar piezas complejas a partir de aceros TM de gran resistencia.

Como chapa de acero para las platinas se pueden utilizar chapas en bruto, pero también chapas dotadas de recubrimiento.

Como recubrimientos se pueden utilizar recubrimientos electrolíticos o diferentes recubrimientos con caldo de fusión de zinc, en caso deseado con una etapa de aleación, capas de zinc-aluminio, o bien aluminio-zinc, capas de aluminio y también nanocapas, etc.

Claims (10)

1. Procedimiento para la conformación de chapas de acero, en el que una platina es producida a partir de chapa de acero, la platina es insertada en un utillaje de conformación y la pieza conformada es producida a partir de la platina con el utillaje de conformación en un solo proceso único, de manera que la platina es calentada antes de conformación, en el que el calentamiento es llevado a cabo en medida tal que el acero no sufre ninguna transición de fase y la conformación tiene lugar en el rango ferrítico, perlítico o bainítico sin que se supere la temperatura eutectoide o de recristalización, caracterizado porque los bordes laterales de la pieza conformada son troquelados o comprimidos con elementos de troquelado para la estampación de pequeños radios y/o para incrementar el grosor de paredes en esta zona y/o para la preparación para la soldadura.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el acero utilizado es un acero que tiene una estructura estable a temperaturas de un máximo de 700ºC.

3. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se utiliza, como material de acero laminado normalizado, acero normalizado o acero laminado termomecánicamente.

4. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acero es calentado a una temperatura de 400º a 800º, preferentemente de 600º a 750ºC.

5. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la platina es insertada entre una pieza de conformación superior y una pieza de conformación inferior, de manera que la pieza superior comprende un punzón que produce la forma de la pieza y los elementos de troquelado para la estampación de radios pequeños y, en caso deseado de preparación para la soldadura, se encuentran adicionalmente presentes y la herramienta inferior de conformación comprende un contrapunzón aparte de la propia matriz, en el que, al establecer contacto la parte superior y por el contacto de la parte superior y el contrapunzón en ambos lados, la platina es sujetada y se lleva a cabo la conformación, de manera que si continúa la conformación, el contrapunzón es desplazado por el punzón y la pieza es conformada por completo hasta que el punzón ha alcanzado el punto muerto inferior, soportándose el contrapunzón asimismo en la matriz y siendo realizada la estampación de manera subsiguiente.

6. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utilizan chapas de acero desnudas o dotadas de recubrimiento como chapas de acero para la fabricación de las platinas.

7. procedimiento, según la reivindicación 6, caracterizado porque se utiliza chapa de acero electrogalvanizada, chapa de acero galvanizada (chapa de acero galvanizada por inmersión en caliente), chapa de acero con recubrimiento por inmersión en caliente con recubrimiento en caliente de zinc y aluminio o aluminio y zinc, y opcionalmente otros metales, o un recubrimiento sustancialmente de aluminio y silicio, o un recubrimiento de zinc aleado con el acero en una etapa de aleación que son utilizados como chapa de acero dotada de recubrimiento.

8. Aparato para la conformación a temperatura controlada de una platina de acero, de manera que la platina es insertada en un utillaje de conformación y la pieza conformada es producida a partir de la platina mediante el utillaje de conformación, en particular un aparato para llevar a cabo el procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aparto comprende una pieza superior (7) y una pieza inferior, en el que un punzón (2), que produce la forma de la pieza, queda dispuesto en la parte superior y elementos de troquelado para la estampación de radios pequeños, y en caso necesario para la preparación para la soldadura, se encuentran presentes adicionalmente, de manera que el punzón está conectado con la parte superior (7) con intermedio de un conjunto de resortes (4) y una pieza inferior (11) se encuentra presente adicionalmente, en la que están dispuestos un contrapunzón (3) y la propia matriz (6), de manera que un segundo conjunto de resortes (5) se encuentra presente para controlar el contrapunzón (3).

9. Aparato, según la reivindicación 6, caracterizado porque los conjuntos de resortes (4, 5) consisten en dos resortes metálicos, en particular, resortes de acero, resortes hidráulicos, sistemas de amortiguación o resortes de gas a presión.

10. Aparato, según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque un saliente (9) está dispuesto en el fondo de la matriz.