ES2352131A1 - Implementación de procesos de soldadura en estructuras mixtas de metal y material compuesto. - Google Patents
Implementación de procesos de soldadura en estructuras mixtas de metal y material compuesto. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2352131A1 ES2352131A1 ES200802501A ES200802501A ES2352131A1 ES 2352131 A1 ES2352131 A1 ES 2352131A1 ES 200802501 A ES200802501 A ES 200802501A ES 200802501 A ES200802501 A ES 200802501A ES 2352131 A1 ES2352131 A1 ES 2352131A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- composite material
- composite
- welding
- metal
- translation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 title abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 19
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 claims description 6
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003677 Sheet moulding compound Substances 0.000 description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 3
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000922 High-strength low-alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000271 Kevlar® Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000004761 kevlar Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- -1 polyphenylene Polymers 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 1
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
- B23K11/11—Spot welding
- B23K11/115—Spot welding by means of two electrodes placed opposite one another on both sides of the welded parts
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
La integración de materiales compuestos en líneas de fabricación automatizadas requiere la combinación de un bajo coste y una alta cadencia de fabricación. La implementación de procesos de soldadura en estructuras mixtas de metal y material compuesto permite cumplir ambos objetivos, aprovechando la flexibilidad de la fabricación de compuestos y su bajo peso específico. Un elemento estructural mixto de composite soldable y metal se compone de un perfil de material compuesto (3) con un conjunto de insertos (6) embebidos, unidos mediante puntos de soldadura (4) a una estructura metálica (1).
Description
Implementación de procesos de soldadura en
estructuras mixtas de metal y material compuesto.
La presente invención pertenece al campo de la
técnica de la integración de elementos de estructura fabricados en
materiales compuestos, en los procesos de ensamblado por soldadura
para componentes de estructura o armazones de industrias de
fabricación como las de automoción, naval, aeroespacial o
electrodomésticos entre otras.
Las regulaciones de emisiones que se van
aplicando progresivamente a los automóviles obligan a buscar modos
de reducir la emisión de CO_{2} por kilómetro. Una de las medidas
para reducir el consumo de los automóviles es reducir el peso de su
estructura. Es conocido en otros campos, principalmente el de la
aeronáutica y el espacio, el uso de los materiales compuestos para
disminuir el peso de las estructuras. La principal diferencia entre
las industrias aeroespacial y de automoción que dificulta el uso de
materiales compuestos en esta última, es la cadencia de producción y
la importancia del coste. El enfoque tradicional de la industria de
la automoción para cumplir los objetivos de bajo coste y gran
cadencia de producción es la fabricación en cadena de estructura de
chapa de acero termoconformada y medios de unión de soldadura por
puntos (Resistance Spot Welding). Si bien se conocen algunos
procesos de fabricación de composites por termoconformado capaces de
alcanzar la cadencia de producción de las líneas de automoción, como
por ejemplo el SMC (Sheet Moulding Compound), no se conocen
composites que puedan ser ensamblados a componentes metálicos
mediante procesos de soldadura, ya sea con procesos de soldadura por
puntos o mediante cordón de soldadura.
En el estado del arte se conocen materiales
compuestos que añaden a la resina partículas de elementos
conductores para mejorar su conductividad eléctrica, como en el caso
de la publicación de solicitud de patente US 2007/0295704 A1, de
forma que se pueda conseguir un material compuesto soldable en forma
de dos láminas de acero con un núcleo viscoelástico. Estos métodos
aún presentan diferentes dificultades que han impedido llevarlos a
la práctica como estándares de producción. Además, el objeto de la
presente invención es utilizar piezas fabricadas integramente en
material compuesto, sin requerir el uso de pieles de acero que
limitarían la habilidad para reducir el peso de la estructura.
El objeto de la presente invención es
proporcionar a las industrias de fabricación un componente de
estructura fabricado en material compuesto que permita aprovechar
las ventajas de estos materiales, al tiempo que permita su
ensamblado mediante procesos de soldadura y permita las altas
cadencias de producción de industrias como la de automoción o de
electrodomésticos.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, un elemento de refuerzo estructural de composite soldable
comprende un perfil de material compuesto termoconformado con un
conjunto de insertos metálicos. Las partes de composite se fabrican
preferiblemente mediante procesos de SMC (sheet Molding Compound)
con matrices de polyester o vinyl ester o con paneles
termoconformables con matrices termoplásticas como pueden ser PA
(polyamide), PEI (polyetherimide) o PPS (polyphenylene sulphide), ya
que estos procesos son necesarios cuando se requiere una alta
cadencia de producción. También podrán emplearse otros procesos de
fabricación de composite cuando la cadencia de producción lo
permita, desde laminado manual hasta RTM (Resin Transfer Moulding).
En cualquier caso, la matriz termoplástica estará reforzada con
fibras, normalmente vidrio, si bien podrían emplearse carbono,
kevlar u otras fibras en función de los requisitos de la
aplicación.
Para conseguir que el componente de estructura
sea soldable a partes metálicas de estructura, es necesario que
dicho perfil de material compuesto incorpore en el proceso de
termoconformado un conjunto de insertos metálicos, que se fabricarán
de acero, aluminio, cobre, u otro material metálico con buenas
propiedades para la soldadura. Este inserto metálico podría
ubicarse, dependiendo de las necesidades concretas de la aplicación,
ocupando toda la longitud de uno de los bordes del perfil, o en
posiciones concretas en el interior de uno de los flancos. El
inserto se fabricará mediante procesos de mecanizado, o doblado de
chapa, pero en cualquier caso debe disponer de al menos un flanco
para adherirse al composite, que puede ser tratado químicamente para
mejorar su adhesión.
Este componente estructural de composite puede
ser unido al resto de estructuras metálicas, como por ejemplo las
fabricadas en chapa de acero o aluminio termoconformada, mediante
procesos de soldadura, tanto por puntos como por cordón de
soldadura. En el caso de soldadura por puntos, el inserto metálico
será suficientemente amplio para cubrir el área de contacto con el
electrodo (de 16 a 25 mm de diámetro) de forma que permita enfriar
rápidamente el área soldada a través del contacto con el electrodo,
que a su vez estará refrigerado. De esta forma, se evita que la
resina de material compuesto en contacto con el electrodo se queme,
perdiendo las propiedades mecánicas del material. En el caso de
cordón de soldadura, el inserto mantendrá un borde libre de contacto
con el composite para poder ser soldado.
Esto permite la integración de perfiles de
compuesto de bajo peso y alta resistencia específica en las líneas
de producción de automoción actuales.
En comparación con las estructuras metálica
compuestas únicamente por piezas de chapa de acero, la presente
aplicación permite aprovechar las ventajas de integración de piezas,
flexibilidad en diseño y reducción de peso inherentes a la
fabricación con materiales compuestos, al tiempo que permitirá
mantener una cadencia de producción lo bastante alta para abastecer
por ejemplo a la industria de automoción, con un mínimo impacto
sobre las líneas de montaje.
Figura 1: muestra una vista isométrica de un
componente de estructura, en concreto un tirante de automóvil, que
integra chapa de acero y material compuesto según una realización de
la presente invención.
Figura 2: muestra una vista de sección de una
realización de la presente invención, donde se puede ver el perfil
"omega" fabricado en composite, un inserto metálico embebido y
la chapa de acero.
Figura 3: muestra una vista de sección de otra
realización de la presente invención, en la que el inserto se
fabrica en pletina de acero doblada.
Para mayor claridad se describe a continuación
una aplicación de estructura de material compuesto soldable al caso
de un tirante de la estructura de un automóvil. Como puede
apreciarse en la Figura 1, el tirante de un automóvil es un elemento
estructural enmarcado en el lateral de la "jaula" estructural
(1) del vehículo mostrada como referencia, y que se compone de un
panel curvado o piel interior (2) fabricado en chapa de acero
termoconformada, unido a un perfil 'omega' (3) o piel exterior
fabricado en material compuesto, unidos mediante un conjunto de
puntos de soldadura (4). A lo largo tanto el perfil "omega" (3)
como del panel curvado (2) un conjunto de penetraciones (5) permiten
la instalación de sistemas, así como la instalación de placas
roscadas para el montaje de otros elementos sobre la estructura.
La piel exterior (2) se fabrica mediante chapa
de acero HSLA termoconformada de 0.8 a 1.2 mm de espesor. Si bien en
otras aplicaciones, la estructura metálica será de otros materiales
y espesores, sin que esto afecte a la presente invención. Dicha
placa de acero se conforma con la superficie curva definitiva, y se
recorta mediante procesos de punzonado y mecanizado para conseguir
la forma final.
En la figura 2 se observa en un corte de sección
uno de los insertos (6) fabricado a partir de pletina de acero de 3
mm de espesor. De esta pletina se recortan los insertos (6) de 24 x
48 mm si bien estas dimensiones dependerán de los parámetros
concretos del proceso de soldadura por puntos. El inserto se
mecaniza delimitando un área de contacto (7) con el electrodo (9) y
un flanco (8) para mejorar su adherencia con la resina del material
compuesto y evitar que el inserto se desprenda bajo la aplicación de
cargas. En este caso el área de contacto (7) tiene forma de volumen
cilíndrico de 16 mm de diámetro, si bien puede ser de un diámetro
mayor en función de las dimensiones de los electrodos empleados en
el proceso de soldadura por puntos o de otras formas siempre que la
dimensión sea suficiente para el contacto con el electrodo. Para
mejorar la adherencia con el composite, la superficie del flanco (8)
puede ser tratada mediante un ataque ácido si bien dependiendo del
proceso de termoconformado del composite esto puede no ser
necesario.
Para evitar que la resina del perfil de
compuesto (3) se queme con el calor del proceso de soldadura, los
electrodos (9) están refrigerados, de forma que el calor desprendido
del punto de soldadura (4) es extraído rápidamente a través del
contacto con el inserto (6) sin provocar un aumento de la
temperatura importante en la resina.
En la figura 3 se muestra otra realización de la
presente invención, donde los insertos (6) se han fabricado a partir
de chapa de acero de 0.8 mm de espesor. Esta chapa de acero se
conforma de acuerdo con el perfil final requerido, y se embebe en el
perfil de composite (3) durante el proceso de termoconformado. El
flanco (7) del perfil es tratado mediante un ataque ácido para
mejorar el pegado con la resina termoplástica.
En los procesos de SMC, para asegurar la
posición de los insertos (6) en el perfil de material compuesto (3),
se sujetan al molde mediante topes mecánicos, clavijas o
electroimanes u otros medios mecánicos. Sobre el molde se dispone
una o varias preformas del polímero termoplástico con material de
refuerzo. Se aplica presión y temperatura de forma que el polímero y
las fibras de refuerzo cubran la cavidad del molde adquiriendo la
curvatura necesaria, adhiriéndose a los insertos y curando el
termoplástico de forma que la pieza adquiere las propiedades
mecánicas requeridas.
Una vez desmoldeado el perfil de material
compuesto (3) con los insertos metálicos (6) embebidos, este puede
ser integrado en los procesos habituales de soldadura por puntos de
las líneas de montaje de automoción.
Claims (4)
1. Elemento estructural soldable fabricado en
material compuesto formado por una matriz de resina y un refuerzo de
fibras o tejidos caracterizado por:
- que comprende un conjunto de insertos
embebidos de una aleación metálica soldable con una superficie o
flanco de adhesión en contacto con la resina del compuesto, y una
superficie libre o área de soldadura.
2. Elemento estructural soldable fabricado en
material compuesto según la reivindicación 1, caracterizado
por
- que el proceso de fabricación del material
compuesto es o bien SMC o bien termoconformado de paneles
preimpregnados de resina termoplástica.
3. Elemento estructural soldable fabricado en
material compuesto según la reivindicación 2, caracterizado
por:
- que los insertos están fabricados en acero y
el proceso de ensamblado es soldadura por puntos (RSW).
4. Elemento estructural soldable fabricado en
material compuesto según la reivindicación 2, caracterizado
por:
- que el inserto tiene un flanco libre para su
ensamblado mediante cordón de soldadura.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200802501A ES2352131B1 (es) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Implementación de procesos de soldadura en estructuras mixtas de metal y material compuesto. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200802501A ES2352131B1 (es) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Implementación de procesos de soldadura en estructuras mixtas de metal y material compuesto. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2352131A1 true ES2352131A1 (es) | 2011-02-16 |
| ES2352131B1 ES2352131B1 (es) | 2012-01-26 |
Family
ID=43530766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200802501A Withdrawn - After Issue ES2352131B1 (es) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | Implementación de procesos de soldadura en estructuras mixtas de metal y material compuesto. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2352131B1 (es) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060134449A1 (en) * | 2004-12-20 | 2006-06-22 | Sigler David R | Weldable metal composites and methods |
| WO2008045254A2 (en) * | 2006-10-06 | 2008-04-17 | Dagher Habib J | Composite weldable panel with embedded devices |
| DE102008061463A1 (de) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Audi Ag | Lasteinleitungseinrichtung |
-
2008
- 2008-08-27 ES ES200802501A patent/ES2352131B1/es not_active Withdrawn - After Issue
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060134449A1 (en) * | 2004-12-20 | 2006-06-22 | Sigler David R | Weldable metal composites and methods |
| WO2008045254A2 (en) * | 2006-10-06 | 2008-04-17 | Dagher Habib J | Composite weldable panel with embedded devices |
| DE102008061463A1 (de) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Audi Ag | Lasteinleitungseinrichtung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2352131B1 (es) | 2012-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11959224B2 (en) | Carrier with localized fibrous insert and methods | |
| KR101315741B1 (ko) | 치수안정성이 우수한 전기자동차용 배터리 팩 케이스 어셈블리와 그 제조 방법 | |
| EP2735440B1 (en) | Method for producing a carbon fiber-reinforced composite material | |
| CN102785443B (zh) | 一种具有缓冲层板复合的层结构复合材料保险杠及其制备方法 | |
| ES2541631T3 (es) | Laminado de material compuesto reforzado fibra-lámina metálica | |
| CN102596535B (zh) | 用于制造纤维强化的挤压型材的方法以及纤维强化的挤压型材 | |
| KR20140012637A (ko) | 차량용 플로어 구조 | |
| US20230398772A1 (en) | High-strength low-heat release composites | |
| US10596988B2 (en) | Hybrid bumper beam for a vehicle and method for manufacturing the same | |
| EP2976228B1 (en) | Operating-fluid container | |
| JP6185081B2 (ja) | 複合部品及び製造方法 | |
| US9902116B2 (en) | Composite connecting rod, method for manufacturing such a rod and aeronautic ceiling or floor structure incorporating same | |
| JP6146775B2 (ja) | 熱可塑性樹脂製燃料タンク | |
| US20190084268A1 (en) | Sheet and rod-shaped member | |
| KR101956131B1 (ko) | 보강 복합재 및 이를 포함하는 물품 | |
| CN107054481A (zh) | 具有至少一个托架的车架结构、制造方法和机动车车身 | |
| KR101923381B1 (ko) | 보강 복합재 및 이를 포함하는 물품 | |
| US11691557B2 (en) | Safety cab for a mobile home or camper with deformation elements | |
| ES2352131A1 (es) | Implementación de procesos de soldadura en estructuras mixtas de metal y material compuesto. | |
| ES2655493T3 (es) | Moldeo por compresión de escamas cuasiisotrópicas de material compuesto | |
| JP5958569B2 (ja) | 繊維強化樹脂板材の製造方法 | |
| CN104936766A (zh) | 用于塑料部件的阻隔复合物 | |
| EP2851259B1 (en) | Method for manufacturing a cover for air conditioning device for vehicle | |
| JP2012166463A (ja) | 繊維強化樹脂板材の製造方法 | |
| US10603869B2 (en) | Laminated structure and method for manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2352131 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20120126 |
|
| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20121116 |