ES2359201A1 - Apparatus and flexible profile method adapted to conform a variable section profile from a high strength metal sheet. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Aparato y método de perfilado flexible adaptado para conformar un perfil de sección variable a partir de una chapa metálica de alta resistencia.Device and adapted flexible profiling method to form a variable section profile from a sheet high strength metal.
La presente invención se refiere a un aparato de perfilado adaptado para la obtención de perfiles metálicos de sección variable a partir de una chapa metálica, y al proceso de perfilado de dichos perfiles metálicos.The present invention relates to an apparatus of profiling adapted to obtain metal profiles of variable section from a sheet metal, and to the process of profiling of said metal profiles.
Es conocido el uso de aparatos y procesos de transformación de chapas metálicas adaptados para la obtención de perfiles metálicos de sección constante, siendo dichos procesos la embutición, doblado, etc.The use of devices and processes of transformation of metal sheets adapted to obtain metal profiles of constant section, said processes being the drawing, bending, etc.
El conformado de chapa por rodillos o perfilado es idóneo para el conformado de perfiles geométricamente complejos con un bajo coste y con una eficiencia energética muy alta, por lo que se muestra como una alternativa importante a los procesos de conformación en prensa utilizados hasta ahora.Sheet metal forming by rollers or profiling It is ideal for shaping geometrically complex profiles with a low cost and with a very high energy efficiency, so shown as an important alternative to the processes of press shaping used so far.
Uno de los problemas asociados a los procesos de transformación de chapas metálicas por medio de rodillos es los errores geométricos que presentan los perfiles metálicos obtenidos. Dichos errores son debido a la generación de tensiones internas que pueden dan lugar a abombamientos o variaciones de la altura del perfil final con respecto a una línea teórica del perfil en el plano vertical, a curvados, entendiendo por curvado la separación horizontal de un extremo del perfil con respecto a una recta teórica en el plano horizontal, siendo dicha curvatura producida principalmente por una mala alineación de los rodillos o una inadecuada presión de dichos rodillos sobre la chapa metálica, a un retorcimiento o giro del perfil alrededor del eje longitudinal, ocasionado principalmente por la diferencia de tensión entre lados no simétricos del perfil, o a fallos producidos por una excesiva o insuficiente presión ejercida sobre la chapa metálica en las diferentes etapas del proceso.One of the problems associated with the processes of transformation of sheet metal by means of rollers is the geometric errors that present the obtained metal profiles. These errors are due to the generation of internal tensions that they can give rise to bulges or variations in the height of the final profile with respect to a theoretical line of the profile in the plane vertical, curved, understood as curved separation horizontal of one end of the profile with respect to a theoretical line in the horizontal plane, said curvature being produced mainly due to a bad alignment of the rollers or a inadequate pressure of said rollers on the sheet metal, at a twisting or turning of the profile around the longitudinal axis, mainly caused by the difference in tension between sides non-symmetrical profile, or failures caused by excessive or insufficient pressure exerted on the sheet metal in the Different stages of the process.
Este problema se ve agravado en los casos en los que el perfilado es brusco, en los casos en los que los perfiles son largos o asimétricos, o bien en el caso de que se utilicen perfiles de materiales metálicos de alta resistencia o ultra resistencia, dado que los esfuerzos a los que se ve sometido aumentan, lo que conlleva a que los defectos sean mayores, y se presenten errores de conformación originados por la no recuperación elástica del material y por las roturas prematuras originadas por la disminución de la capacidad de alargamiento del material.This problem is exacerbated in cases where that profiling is abrupt, in cases where the profiles are long or asymmetrical, or in the case that profiles are used of high strength or ultra strength metal materials, since the efforts to which it is subjected increase, which leads to defects being greater, and errors occur conformation caused by the elastic non-recovery of the material and for premature tears caused by the decrease in elongation capacity of the material.
Otro problema asociado al perfilado ha sido la
imposibilidad de conformar perfiles metálicos de secciones variables
a lo largo de su longitud, problema que ha sido solucionado mediante
el desarrollo de procesos de transformación de chapa que utilizan
rodillos móviles. A diferencia de los procesos de perfilado
convencionales para perfiles de sección constante, en un proceso de
perfilado flexible, los rodillos se trasladan y modifican la
orientación de su eje de rotación para obtener perfiles de sección
variable a lo largo de la longitud. En los documentos de patente
WO2007/008152A, DE10011755A1, EP1627697A ó WO2008/110561A se
describen diferentes máquinas y/o procesos de conformado que
utilizan rodillos móviles para obtener perfiles de sección variable
tanto con respecto a la anchura como a la altura de
dichos
perfiles.Another problem associated with profiling has been the impossibility of forming metal profiles of variable sections along its length, a problem that has been solved by developing sheet metal transformation processes using mobile rollers. Unlike conventional profiling processes for constant section profiles, in a flexible profiling process, the rollers move and modify the orientation of their rotation axis to obtain variable section profiles along the length. Patent documents WO2007 / 008152A, DE10011755A1, EP1627697A or WO2008 / 110561A describe different machines and / or forming processes that use mobile rollers to obtain profiles of variable section both with respect to the width and height of
such profiles.
En los procesos de perfilado flexible el estado tensional sufrido por la chapa, y en particular la parte superior de al menos uno de los flancos doblados, es complejo y diferente al que tiene lugar bajo cualquier otro proceso convencional. Una parte del flanco es sometido a tracción y otra parte a compresión, generándose un error típico de hundimiento de la base, conocido como "warping", lo que conlleva a obtener perfiles con unas dimensiones que, generalmente, superan las tolerancias geométricas exigidas.In flexible profiling processes the state tension suffered by the sheet, and in particular the upper part of at least one of the folded flanks is complex and different from the one It takes place under any other conventional process. A part of flank is subjected to traction and another part to compression, generating a typical base sinking error, known as "warping", which entails obtaining profiles with some dimensions that generally exceed geometric tolerances required.
Para solucionar este problema, DE10200708A describe un proceso de perfilado flexible en el cual se sujeta la chapa metálica al entrar en una estación de perfilado, evitándose el fenómeno del hundimiento de la base.To solve this problem, DE10200708A describes a flexible profiling process in which the sheet metal when entering a profiling station, avoiding the phenomenon of the sinking of the base.
El objeto de la invención es un aparato y un proceso de perfilado adaptado para conformar un perfil de sección variable a partir de una chapa metálica, según las reivindicaciones.The object of the invention is an apparatus and a profiling process adapted to form a section profile variable from a sheet metal, according to the claims.
El aparato de perfilado comprende al menos unos medios de conformado que incluyen unos rodillos, dispuestos opuestos entre sí y móviles con respecto a la chapa metálica, dando lugar al perfil que comprende al menos un flanco. El aparato de perfilado comprende además unos medios de calentamiento, dispuestos móviles con respecto a la chapa metálica adaptándose a las secciones variables de la chapa metálica correspondiente. Los medios de calentamiento calientan localmente una zona del flanco, siendo dicha zona una zona de transición que delimita un cambio de sección transversal del perfil.The profiling apparatus comprises at least about forming means including rollers, arranged opposite each other and mobile with respect to the sheet metal, giving rise to profile comprising at least one flank. The profiling apparatus it also comprises heating means, arranged mobile with respect to the sheet metal adapting to the sections variables of the corresponding sheet metal. The means of heating locally heats an area of the flank, being said zone a transition zone that delimits a section change cross section.
Por otro lado, el proceso de perfilado de la invención, implementado en un aparato de perfilado según la invención, comprende una serie de etapas de perfilado en las cuales la chapa metálica entra en contacto sucesivamente con los rodillos correspondientes, perfilando sucesivamente el perfil con las diferentes secciones. El proceso comprende al menos una etapa de calentamiento en la cual se calienta localmente, por medio de los medios de calentamiento, la zona de transición del flanco previa a su conformación.On the other hand, the profiling process of the invention, implemented in a profiling apparatus according to the invention, comprises a series of profiling steps in which the metal plate comes in contact with the rollers successively corresponding, successively profiling the profile with the Different sections The process comprises at least one stage of heating in which it is heated locally, by means of heating means, the transition zone of the flank prior to its conformation
Mediante el empleo de este aparato y proceso de perfilado flexible, se reducen los niveles de compresión y tracción generados en las zonas de transición. Esta reducción de tensiones hace que el perfil no varíe en las zonas contiguas a la zona de transición obteniendo así una mejora notable de las tolerancias exigidas y una mejor calidad geométrica. Este hecho no ocurre en el perfilado convencional, donde un calentamiento del flanco generaría una plastificación más severa del perfil y en consecuencia un abombamiento o "bow" longitudinal mayor.By using this device and process flexible profiling, compression and traction levels are reduced generated in transition zones. This stress reduction causes the profile not to vary in the areas adjacent to the zone of transition thus obtaining a notable improvement in tolerances required and better geometric quality. This fact does not occur in the conventional profiling, where a warming of the flank would generate a more severe plasticization of the profile and consequently a bulging or greater longitudinal "bow".
De este modo, se obtiene un aparato y un proceso de perfilado optimizado, capaz de producir perfiles ligeros y geométricamente complejos, con una buen precisión en los perfiles obtenidos.In this way, an apparatus and a process are obtained optimized profiling, capable of producing lightweight profiles and geometrically complex, with good profile accuracy obtained.
Estas y otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a la vista de la figura y de la descripción detallada de la invención.These and other advantages and characteristics of the invention will become apparent in view of the figure and the Detailed description of the invention.
La Fig. 1 es una vista esquemática de la máquina de perfilado según la invención, que muestra unos medios de conformado y unos medios de calentamiento.Fig. 1 is a schematic view of the machine profiling according to the invention, which shows means of forming and heating means.
La Fig. 2 es una vista esquemática de unos medios de desplazamiento de los medios de calentamiento mostrados en la Fig. 1.Fig. 2 is a schematic view of some displacement means of the heating means shown in Fig. 1.
La Fig. 3 es otra vista esquemática de otros medios de desplazamiento de los medios de calentamiento mostrados en la Fig. 1Fig. 3 is another schematic view of others. displacement means of the heating means shown in Fig. 1
La Fig. 4 es otra vista esquemática de otros medios de desplazamiento de los medios de calentamiento mostrados en la Fig. 1.Fig. 4 is another schematic view of others. displacement means of the heating means shown in Fig. 1.
La Fig. 5 es una vista de un perfil obtenido según el proceso de perfilado de la invención.Fig. 5 is a view of a profile obtained according to the profiling process of the invention.
El aparato de perfilado flexible 1 según la invención, mostrado esquemáticamente en la figura 1, está adaptado para conformar un perfil 20 de sección variable a lo largo de la longitud a partir de una chapa metálica 10. Dicho aparato de perfilado flexible 1 conforma la chapa metálica 10 en diferentes etapas hasta obtener el perfil 20 deseado, incluyendo dicho perfil 20 una base 6a y al menos un flanco 6b, con una geometría determinada, tal y como se muestra en la figura 5. El flanco 6b tiene al menos una zona 7 denominada zona de transición que se corresponde con la zona del flanco 6b que delimita un cambio de sección transversal del perfil 20. Cada zona de transición 7, que es la zona del perfil 20 que va a sufrir mayores tensiones internas, comprende al menos una zona sometida a tracción 7a, mostrada en la figura 5.The flexible profiling apparatus 1 according to the invention, shown schematically in figure 1, is adapted to form a profile 20 of variable section along the length from a metal plate 10. Said apparatus of flexible profiling 1 forms the sheet metal 10 in different stages until obtaining the desired profile 20, including said profile 20 a base 6a and at least one flank 6b, with a geometry determined, as shown in figure 5. Flank 6b has at least one zone 7 called transition zone that is corresponds to the flank area 6b that delimits a change of cross section of profile 20. Each transition zone 7, which is the area of the profile 20 that will suffer greater internal tensions, it comprises at least one area subjected to traction 7a, shown in the figure 5.
El aparato de perfilado comprende unos medios de transporte, no representados, que desplazan a la vez que guían la chapa metálica 10 en una dirección de desplazamiento D, que se corresponde con la dirección longitudinal de la chapa metálica 10, y unos medios de conformado 5 que incluyen unos rodillos 5a, 5b, 5c, 5d dispuestos opuestos entre sí por parejas, y disponiéndose cada pareja de rodillos 5a, 5b y 5c, 5d sustancialmente paralelas entre sí. Los rodillos 5a, 5b, 5c, 5d conforman la chapa metálica 10 en al menos una dirección de conformado A, al desplazarse dicha chapa metálica 10 entre cada pareja de rodillos 5a, 5b y 5c, 5d, siendo la dirección de conformado A distinta a la dirección de desplazamiento D en la realización mostrada en la figura 1.The profiling apparatus comprises means of transport, not represented, which displace while guiding the sheet metal 10 in a direction of travel D, which corresponds to the longitudinal direction of the sheet metal 10, and forming means 5 including rollers 5a, 5b, 5c, 5d arranged opposite each other in pairs, and arranging each pair of rollers 5a, 5b and 5c, 5d substantially parallel between yes. The rollers 5a, 5b, 5c, 5d make up the metal sheet 10 in al minus one forming direction A, when said sheet moves metal 10 between each pair of rollers 5a, 5b and 5c, 5d, the forming direction A other than the direction of travel D in the embodiment shown in Figure 1.
Cada pareja de rodillos 5a, 5b, y 5c, 5d se ajusta a la chapa metálica 10 en la dirección de conformado A para poder conformar el perfil 20 determinado. Para ello, los rodillos 5a, 5b, 5c, 5d se disponen móviles con respecto al aparato de perfilado flexible 1, pudiendo desplazarse en la dirección de conformado A y pudiendo modificar la orientación del eje de rotación correspondiente a cada rodillo 5a, 5b, 5c, 5d para adaptarse a las diferentes secciones transversales del perfil 20 que se va conformando.Each pair of rollers 5a, 5b, and 5c, 5d is fits the sheet metal 10 in the forming direction A to to be able to form the determined profile 20. To do this, the rollers 5a, 5b, 5c, 5d are arranged mobile with respect to the apparatus of flexible profiling 1, being able to move in the direction of conformed A and being able to modify the orientation of the rotation axis corresponding to each roller 5a, 5b, 5c, 5d to adapt to the different cross sections of profile 20 that goes conforming.
Con el fin de obtener un perfil 20 con errores geométricos mínimos y capaz de cumplir con los requerimientos de tolerancias exigidos, y evitar además el efecto "warping" que suele aparecer sobre una zona de la base 6a del perfil 20 cercana a la zona de transición 7, el aparato de perfilado 1 comprende unos medios de calentamiento 4, dispuestos móviles con respecto al aparato de perfilado 1 que se adaptan a las secciones variables de la chapa metálica 10 correspondiente. Los medios de calentamiento 4 calientan localmente la zona de transición 7 del flanco 6b correspondiente hasta una determinada temperatura función de la geometría y del material de la chapa metálica 10, no calentando otras zonas del flanco 6b o de la base 6a que no harían sino empeorar las características geométricas finales del perfil 20.In order to get a profile 20 with errors geometric minimum and able to meet the requirements of required tolerances, and also avoid the warping effect that usually appears on an area of the base 6a of the profile 20 near the transition zone 7, the profiling apparatus 1 comprises about heating means 4, arranged mobile with respect to the profiling apparatus 1 that adapt to the variable sections of the corresponding sheet metal 10. The heating means 4 locally heat transition zone 7 of flank 6b corresponding to a certain temperature depending on the Geometry and sheet metal material 10, not heating other areas of flank 6b or base 6a that would only do worsen the final geometric characteristics of profile 20.
Por otra parte, los medios de calentamiento 4 pueden comprender un láser, al menos una bobina de inducción, o al menos una resistencia, y se disponen previos a los rodillos 5a, 5b correspondientes que van a conformar la zona de transición 7 según la dirección de desplazamiento D de la chapa metálica 10, lo más próximo posible que permita la configuración del aparato de perfilado 1 a los rodillos 5a, 5b, puesto que es importante que la zona de transición 7 se enfríe lo menos posible para cuando entra en contacto con los rodillos 5a, 5b correspondientes, de este modo la fuerza que tienen que realizar los rodillos 5a, 5b sobre la chapa metálica 10 para conseguir la deformación plástica se minimiza.On the other hand, the heating means 4 they can comprise a laser, at least one induction coil, or at less a resistance, and are arranged before the rollers 5a, 5b corresponding that will form the transition zone 7 according the direction of travel D of the sheet metal 10, the most next possible to allow the configuration of the device profiled 1 to rollers 5a, 5b, since it is important that the transition zone 7 cool as little as possible for when it enters contact with the corresponding rollers 5a, 5b, thus the force that rollers 5a, 5b have to make on the sheet 10 metal to achieve plastic deformation is minimized.
Además, el aparato de perfilado 1 comprende unos medios de desplazamiento 8 de los medios de calentamiento 4 en la dirección de conformado A, preferentemente en la dirección transversal de la chapa metálica 10. Los medios de desplazamiento 8 pueden comprender un mecanismo motor husillo, tal y como se muestra en la figura 2, que incluye un soporte 11 de los medios de calentamiento 4, un husillo 12, y un motor 13 que acciona el husillo 12 que a su vez desplaza el soporte 11.In addition, the profiling apparatus 1 comprises displacement means 8 of the heating means 4 in the forming direction A, preferably in the direction cross section of the sheet metal 10. The displacement means 8 they can comprise a spindle motor mechanism, as shown in figure 2, which includes a support 11 of the means of heating 4, a spindle 12, and a motor 13 that drives the spindle 12 which in turn displaces the support 11.
En otros ejemplos de realización, como el mostrado en la figura 3, los medios de desplazamiento 8 comprenden un mecanismo hidráulico o de resorte 14, como el mostrado en la figura 3, que gobierna el desplazamiento del soporte 11 de los medios de calentamiento 4, o un mecanismo articulado 15, mostrado en la figura 4, gobernado por un control no representado, desplazando el mecanismo de resorte 14 y el mecanismo articulado 15 el soporte 11 correspondiente de los medios de calentamiento 4.In other embodiments, such as shown in figure 3, the displacement means 8 comprise a hydraulic or spring mechanism 14, as shown in the Figure 3, which governs the displacement of the support 11 of the heating means 4, or an articulated mechanism 15, shown in Figure 4, governed by a control not shown, displacing the spring mechanism 14 and the articulated mechanism 15 the support 11 corresponding heating means 4.
El aparato de perfilado 1 puede ser alimentado con cualquier tipo de chapa metálica 10, obteniéndose muy buenos resultados con materiales metálicos de alta resistencia, tales como aceros de alta resistencia e inoxidables, las aleaciones de aluminio, las aleaciones de magnesio y/o las aleaciones de titanio. Estos materiales de alta resistencia permiten obtener perfiles más ligeros y de capacidad mecánica igual o superior a los obtenidas mediante el uso de acero convencional, con lo cual el uso de este tipo de materiales está extendiéndose especialmente en el sector del automoción, de ahí la importancia de obtener un aparato de perfilado capaz de obtener buenos resultados al trabajar con este tipo de materiales de alta resistencia.The profiling apparatus 1 can be fed with any type of sheet metal 10, getting very good results with high strength metal materials, such as high strength and stainless steels, the alloys of aluminum, magnesium alloys and / or titanium alloys. These high strength materials allow to obtain more profiles light and mechanical capacity equal to or greater than those obtained by using conventional steel, thereby using this type of materials is spreading especially in the sector of automotive, hence the importance of obtaining a profiling device able to get good results when working with this type of high strength materials.
Aunque en la realización descrita, se ha descrito un aparato de perfilado 1 que conforma perfiles 20 que tienen secciones variables a lo largo de su longitud respecto a la anchura de las secciones transversales, dicho aparato de perfilado 1 puede conformar, perfiles 20 que tienen secciones variables a lo largo de su longitud con respecto a la altura de las secciones transversales.Although in the described embodiment, it has been described a profiling apparatus 1 forming profiles 20 that they have variable sections along their length with respect to the width of the cross sections, said profiling apparatus 1 can conform, profiles 20 that have variable sections at along its length with respect to the height of the sections transversal.
Por otra parte, el aparato de perfilado flexible comprende otros muchos elementos que no han sido descritos ni representados en las figuras, al considerar que no son esenciales para la comprensión de la invención.Moreover, the flexible profiling apparatus it comprises many other elements that have not been described or represented in the figures, considering that they are not essential for the understanding of the invention.
Por último, el proceso de perfilado flexible según la invención comprende una primera etapa inicial en la cual se prepara el material a perfilar, obteniéndose al final de esta etapa la chapa metálica 10 con las dimensiones iniciales requeridas para obtener un perfil 20 determinado. En una segunda etapa, se alimenta la chapa metálica 10 en el aparato de perfilado 1 mediante unos medios de alimentación no representados conocidos en el estado de la técnica. Posteriormente, se suceden una serie de etapas de perfilado en donde, según la chapa metálica 1 avanza longitudinalmente guiada gracias a los medios de desplazamiento correspondientes, dicha chapa metálica 10 entra en contacto sucesivamente con las parejas de rodillos 5c, 5d y 5a, 5b correspondientes, perfilando sucesivamente el perfil 20 con las diferentes secciones.Finally, the flexible profiling process according to the invention comprises a first initial stage in which prepare the material to be profiled, obtaining at the end of this stage sheet metal 10 with the initial dimensions required for get a certain profile 20. In a second stage, it feeds the metal sheet 10 in the profiling apparatus 1 by means of power means not shown known in the state of the technique. Subsequently, a series of profiling stages follow one another. where, according to the metal sheet 1, it advances longitudinally guided thanks to the corresponding means of movement, said sheet metallic 10 comes into contact successively with the pairs of corresponding rollers 5c, 5d and 5a, 5b, profiling successively Profile 20 with the different sections.
El proceso de perfilado flexible incluye entre
las etapas de perfilado una etapa de calentamiento en la cual se
calienta localmente, hasta una temperatura determinada por medio de
los medios de calentamiento 4 descritos anteriormente, la zona de
transición del flanco 6b antes de que dicha zona de transición 7 sea
conformada, facilitándose la etapa posterior de conformado de dicha
zona de transición 7 dado que se minimizan las fuerzas que deben
ejercer los rodillos 5a, 5b correspondientes para alcanzar la
deformación plástica de la zona 7, y por tanto las tensiones
internas a las que se va a ver sometida dicha
zona 7.The flexible profiling process includes among the profiling stages a heating stage in which the flanking transition zone 6b is heated locally to a temperature determined by means of the heating means 4 described above, before said transition 7 is formed, facilitating the subsequent stage of forming said transition zone 7 since the forces that the corresponding rollers 5a, 5b must exert to minimize the plastic deformation of zone 7, and therefore the internal tensions at the that will be submitted said
zone 7.
Claims (10)
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| ES200930846A ES2359201B8 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | FLEXIBLE PROFILE APPARATUS AND METHOD ADAPTED TO CONFORM A VARIABLE SECTION PROFILE FROM A HIGH RESISTANCE METAL SHEET. |
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|---|---|---|---|---|
| WO2022020417A1 (en) * | 2020-07-22 | 2022-01-27 | Novelis Inc. | Method and apparatus for heating and roll forming a product |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES8607765A1 (en) * | 1984-06-29 | 1986-06-01 | Ssab Svenskt Stal Ab | Method to produce profiled bars |
| JPS62259621A (en) * | 1986-04-14 | 1987-11-12 | Toshigorou Sanjiyou | Forming device for metal sheet |
| JPS63188426A (en) * | 1987-01-29 | 1988-08-04 | Sekisui Chem Co Ltd | Continuous forming method for plate like material |
| US5890388A (en) * | 1997-07-30 | 1999-04-06 | Centre Bridge Investments | Method and apparatus for forming structural members |
-
2009
- 2009-10-14 ES ES200930846A patent/ES2359201B8/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2022020417A1 (en) * | 2020-07-22 | 2022-01-27 | Novelis Inc. | Method and apparatus for heating and roll forming a product |
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