ES2403115T3 - Procedimiento para la conformación de perfiles huecos - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la conformación de perfiles hueProcedimiento para la conformación de perfiles huecos (1) con al menos una abertura (2), en el que ecos (1) con al menos una abertura (2), en el que en el perfil hueco (1) se coloca una pieza de insern el perfil hueco (1) se coloca una pieza de inserción (3) sólida y el perfil hueco (1) se solicita ción (3) sólida y el perfil hueco (1) se solicita y conforma por fuera por el efecto de un dispositiy conforma por fuera por el efecto de un dispositivo de conformación (4a, 4b) con al menos una fuerzvo de conformación (4a, 4b) con al menos una fuerza de conformación para alcanzar una forma final dea de conformación para alcanzar una forma final de perfil hueco, caracterizado porque la pieza de in perfil hueco, caracterizado porque la pieza de inserción (3) después de y/o al alcanzar la forma fiserción (3) después de y/o al alcanzar la forma final de perfil hueco se pasa al menos parcialmente nal de perfil hueco se pasa al menos parcialmente a un estado líquido y/o gaseoso y se retira esencia un estado líquido y/o gaseoso y se retira esencialmente por completo del perfil hueco (1). almente por completo del perfil hueco (1).

Description

Procedimiento para la conformación de perfiles huecos

La invención se refiere a un procedimiento para la conformación de perfiles huecos con al menos una abertura, en el que en el perfil hueco se coloca una pieza de inserción sólida y el perfil hueco se solicita y se conforma por fuera por el efecto de un dispositivo de conformación con al menos una fuerza de conformación para alcanzar una forma final de perfil hueco.

La producción de perfiles huecos como tal, es decir de elementos estructurales con una sección transversal cerrada, no maciza, se conoce desde hace mucho y por regla general puede dominarse bien, por ejemplo mediante extrusión. Los perfiles huecos presentan, según su configuración exacta, una relación francamente buena entre la rigidez lograda del cuerpo hueco, en particular resistencia a la flexión y a la torsión, y la cantidad de material usado.

Si bien los perfiles huecos con una sección transversal constante a lo largo de la extensión longitudinal del perfil son relativamente fáciles de producir, sin embargo suelen estar sujetos a requisitos de forma, por ejemplo en la producción de estructuras de carrocería, que hacen necesaria una amplia conformación del perfil hueco. Sin embargo, los perfiles huecos con sección transversal constante, con secciones transversales de una o varias cámaras, requieren con respecto a la conformación de cuerpos macizos un tratamiento especial, más costoso, ya que por el efecto externo de una fuerza de conformación sobre el perfil hueco existe riesgo de combadura y formación de grietas. Además, en una conformación de perfiles huecos de este tipo resulta problemático que los perfiles huecos durante el proceso de conformación con frecuencia no se adapten al contorno teórico de las herramientas del dispositivo de conformación, incluso justo al contrario mantienen desviaciones considerables con respecto al contorno teórico, lo que se debe a la contracción y al recalcado diferente así como a la dilatación del material del perfil hueco.

En el estado de la técnica se ha dado a conocer ya que muchos de estos problemas, en cualquier caso también, tienen como origen una falta de contrapresión en el interior del perfil hueco. Por tanto se conoce colocar una pieza de inserción sólida en el perfil hueco que va a conformarse en el lugar adecuado, que durante la conformación del perfil hueco aplica una contrapresión adecuada y soporta el perfil hueco desde el interior, con lo cual se suaviza el riesgo de destruir el perfil hueco debido a una combadura o agrietado, local. La pieza de inserción sólida se conforma con el perfil hueco, en diferente medida, y con frecuencia debe permanecer en el perfil hueco conformado, lo que, sin embargo, por regla general debe evitarse, ya que la pieza de inserción ha cumplido su finalidad tras la conformación, la pieza de inserción aumenta el peso del perfil hueco y normalmente no contribuye a mejorar la rigidez del perfil hueco.

Por el estado de la técnica se conoce también el procedimiento de conformación por alta presión interna (IHU), en el que se consigue un flujo de material desde dentro hacia fuera llenando el perfil hueco con un medio líquido y sometiendo el medio a alta presión, que presiona la pared del perfil hueco hacia fuera hacia el contraapoyo del dispositivo de conformación. Aunque con el procedimiento pueden lograrse resultados de conformación muy buenos, la conformación por alta presión interna está asociada sin embargo a una complejidad muy grande desde el punto de vista de los equipos empleados y por tanto es de aplicación costosa.

El objetivo de la presente invención es evitar, al menos parcialmente, las desventajas expuestas en los procedimientos para la conformación de perfiles huecos conocidos, en particular indicar un procedimiento que permita una conformación de perfiles huecos con una alta precisión de forma, en particular sin que permanezcan piezas de inserción dentro del perfil hueco conformado.

El objetivo expuesto se soluciona según la invención en primer lugar y esencialmente con el procedimiento en cuestión porque la pieza de inserción después de y/o al alcanzar la forma final de perfil hueco se pasa al menos parcialmente a un estado líquido y/o gaseoso y se retira esencialmente por completo del perfil hueco.

Debido a que la pieza de inserción, después de o también durante la conformación, se licua (lo que comprende también un desleimiento) o se vaporiza, por regla general puede retirase fácilmente del perfil hueco conformado y, según el material usado, puede reutilizarse o reciclarse. Cuando se habla de retirar “esencialmente por completo” del perfil hueco la pieza de inserción que se encuentra en estado líquido y/o gaseoso, con esto quiere decirse que, en cualquier caso, se retira del perfil hueco una parte considerable del material de la pieza de inserción, preferiblemente más del 80%, de manera especialmente preferible más del 90%, de manera muy especialmente preferible más del 99% del material de la pieza de inserción originalmente usado. Los perfiles huecos, después de una operación de conformación, presentan en sus extremos a menudo también aberturas por las cuales puede fluir o salir la pieza de inserción que se encuentra en estado líquido y/o gaseoso. Si después de la conformación del perfil hueco ya no existe ninguna abertura de este tipo, en una configuración preferida de la invención se practica una abertura en el perfil hueco para la retirada de la pieza de inserción que ha pasado a un estado líquido y/o gaseoso.

Según una configuración especialmente preferible de la invención, la pieza de inserción se pasa a un estado líquido y/o gaseoso, calentando la pieza de inserción directa o indirectamente a través del perfil hueco. Un calentamiento directo de la pieza de inserción puede garantizarse, por ejemplo, porque con la pieza de inserción también se introduce un dispositivo de calentamiento, por ejemplo en forma de alambre de calentamiento, en el perfil hueco y se coloca en el mismo, activándose posteriormente el dispositivo de calentamiento para la licuefacción de la pieza de inserción. El dispositivo de calentamiento puede o bien extraerse del perfil hueco después de la licuefacción o vaporización de la pieza de inserción o bien permanecer en el perfil hueco, si el perfil hueco se ha estampado demasiado para una retirada. El calentamiento indirecto de la pieza de inserción a través del perfil hueco es posible, por ejemplo, mediante el uso de radiación térmica o sometiendo el perfil hueco a un baño de calor.

En general es ventajoso usar para la pieza de inserción un material que sea sólido en las condiciones de uso dadas: temperatura de trabajo durante la operación de conformación. En condiciones de trabajo “normales”, es decir a una presión atmosférica de aproximadamente un bar y a una temperatura ambiente de aproximadamente 21ºC, según una configuración preferida del procedimiento para la pieza de inserción ha resultado ser ventajoso el uso un material que presenta una temperatura de fusión de más de 80ºC; un material de este tipo también a muchas temperaturas que se presentan como consecuencia del trabajo de conformación sigue siendo sólido y tiene estabilidad de forma. Sin embargo, los materiales con una temperatura de fusión menor son ventajosos en el sentido de que debe emplearse menos energía para retirarlos del perfil hueco tras la operación de conformación, por lo que preferiblemente se usa también un material que presenta una temperatura de fusión de más de 60ºC, de manera especialmente preferible superior o igual a 40ºC. Cuando el entorno de fabricación lo permite, también puede ser ventajosa una temperatura de fusión de sólo más de 30ºC. Si bien en principio también pueden usarse materiales cuyas temperaturas de fusión se sitúan por debajo de la temperatura de trabajo, sin embargo éstos son forzosamente complicados de manipular, ya que se producen en otros intervalos de temperatura, por ejemplo cámara climática, y deben procesarse rápidamente, para evitar una licuefacción prematura.

En una configuración muy especialmente preferible del procedimiento según la invención, se usa como material para la pieza de inserción cera o una sustancia similar a la cera, haciendo referencia “sustancia similar a la cera” en particular a las propiedades mecánicas de la cera (viscosidad, dureza, tenacidad), no a las propiedades ópticas. Las ceras tienen la propiedad de que, en condiciones normales, es decir a presión atmosférica normal de aproximadamente 20ºC, son plásticamente deformables, sin resquebrajarse o desmigajarse, pero siguen siendo de forma relativamente estable. En las ceras también es ventajoso que se funden a temperaturas de más de aproximadamente 40ºC, normalmente sin descomponerse. Además, la mayoría de las ceras están libres de sustancias nocivas y por tanto pueden manipularse bien por seres humanos también en contacto directo. La cera tiene adicionalmente también una ventaja técnica muy esencial, ya que puede usarse para sellar superficies y por tanto como protección frente a la corrosión. Precisamente en la industria del automóvil se sellan cavidades, en particular cavidades en perfiles huecos, desde hace décadas con cera.

Para aplicaciones determinadas ha resultado ser ventajoso que la abertura, o aberturas, del perfil hueco se obture tras la introducción de la pieza de inserción, en particular mediante estampado y/o mediante aplicación o introducción de una matriz, por ejemplo de una matriz del dispositivo de conformación. Se produce un aprovechamiento especialmente eficaz de la pieza de inserción cuando la juntura se sitúa adyacente a la pieza de inserción, puesto que entonces el material de la pieza de inserción no puede desplazarse aleatoriamente a las cavidades durante la conformación.

Un efecto importante del procedimiento según la invención, con piezas de inserción que se deforman mucho en sí mismas durante la conformación, como por ejemplo la cera, consiste precisamente en que la pieza de inserción genera una correspondiente contrapresión, presión interna en el perfil hueco, y ello también en zonas que todavía no han entrado en contacto en absoluto con las herramientas de los dispositivos de conformación. Por tanto mediante la obturación de las aberturas del perfil hueco en conjunto puede definirse un espacio de trabajo de la pieza de inserción. Cuando se dice que la abertura del perfil hueco se obtura tras la introducción de la pieza de inserción, se entiende con ello no sólo que la abertura se cierra directamente, es decir que se cierran los contornos de borde de la abertura, sino que con ello debe entenderse en general que se influye en el perfil hueco, en cualquier punto, de tal modo que la pieza de inserción no puede salir de ningún modo.

Preferiblemente, el volumen de la pieza de inserción se dimensiona de tal modo que corresponde al volumen del perfil hueco al alcanzarse la forma final de perfil hueco. Esto es práctico en particular cuando, según un perfeccionamiento especialmente preferible del procedimiento, al conformar el perfil hueco y la pieza de inserción del perfil hueco mediante la herramienta de conformación se genera una presión interna de perfil hueco, con la que se conforma el perfil hueco al menos por zonas desde dentro hacia fuera, en particular el material de pared del perfil hueco se presiona hacia al menos una cavidad todavía no llenada de la herramienta de conformación. En este caso, la pieza de inserción en el perfil hueco no sólo actúa como contraapoyo, que se basa en una mera fuerza de reacción, sino que durante la conformación hay zonas del perfil hueco en las que, debido a la presión interna de perfil hueco, se ejerce una fuerza resultante, dirigida hacia fuera, sobre la pared del perfil hueco. En conjunto, esto lleva a una precisión de forma mucho mejor del perfil hueco conformado resultante en comparación con los perfiles huecos fabricados sin una pieza de inserción de este tipo, en particular pieza de inserción de tipo cera.

Una ventaja adicional del procedimiento según la invención consiste por lo tanto en que, con la condición de la elección de un material adecuado para la pieza de inserción, como por ejemplo cera, también es posible una conformación del perfil hueco desde dentro hacia fuera con dispositivos de conformación convencionales, sin tener que recurrir a dispositivos complicados, como los que se emplean por ejemplo en la conformación por alta presión interna.

Una configuración ventajosa adicional del procedimiento consiste en que la pieza de inserción se coloca en el perfil hueco, introduciendo el material de la pieza de inserción que se encuentra en estado líquido en el perfil hueco y enfriando el material de la pieza de inserción hasta su solidificación en la pieza de inserción. Este modo de proceder tiene varias ventajas. Por un lado tiene la ventaja de que también pueden alcanzarse fácilmente zonas del perfil hueco de difícil acceso, por ejemplo en el caso de un perfil hueco ya conformado en una primera etapa de trabajo, y por otro lado tiene la ventaja de que puede lograrse un mayor grado de llenado del perfil hueco.

Existen ahora detalladamente diferentes posibilidades para configurar y perfeccionar el procedimiento según la invención. Para ello se remite a las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1 y a la descripción de ejemplos de realización preferidos en relación con el dibujo. En el dibujo muestran

la figura 1, los componentes concretos, que son necesarios para la realización del procedimiento, así como un perfil hueco en diferentes estados de conformación,

las figuras 2a-2g, la realización del procedimiento según la invención en siete etapas de procedimiento,

las figuras 3a, 3b, un perfil hueco conformado sin pieza de inserción adecuada y

las figuras 4a, 4b, un perfil hueco procesado con la misma herramienta de conformación que en la figura 3, que se ha obtenido con el procedimiento según la invención usando una pieza de inserción de cera.

En las figuras 1 y 2 se representa un procedimiento para la conformación de perfiles huecos 1 con al menos una abertura 2; las figuras 3 y 4 muestran productos de procedimiento, perfiles huecos 1” en forma final de perfil hueco.

El perfil hueco 1 representado en las figuras 1 a 4 tiene una sección transversal con varias cámaras, concretamente, tal como puede observarse en la figura 1, presenta tres cámaras que discurren paralelas entre sí. La figura 1 muestra en una visión global, que no permite reconocer fácilmente el desarrollo temporal del procedimiento propiamente dicho, los elementos necesarios para la realización del procedimiento, concretamente una pieza de inserción 3 sólida, en el presente caso tres piezas de inserción 3 sólidas, una pieza de inserción en cada caso para una de las tres cámaras, y un dispositivo de conformación 4a, 4b, solicitándose y conformándose el perfil hueco 1 por fuera por el efecto del dispositivo de conformación 4a, 4b con una fuerza de conformación para lograr una forma final de perfil hueco.

Ya en la figura 1 se muestran los distintos estados de conformación del perfil hueco 1, convirtiéndose el perfil hueco 1 sin procesar en el perfil hueco 1’ cerrado por junturas 5, a partir del cual el perfil hueco 1” se convierte finalmente en la forma final de perfil hueco. La fuerza de conformación se aplica al mover la herramienta superior 4a y la herramienta inferior 4b del dispositivo de conformación 4a, 4b por efecto de la fuerza la una sobre la otra y conformar el perfil hueco 1 insertado. La herramienta superior 4a y la herramienta inferior 4b presentan por consiguiente la forma negativa de la forma teórica de perfil hueco, a la que debe aproximarse la forma final de perfil hueco lo máximo posible. El procedimiento representado se caracteriza porque la pieza de inserción 3 después y/o al alcanzar la forma final de perfil hueco del perfil hueco 1 se pasa a un estado líquido y/o gaseoso y se retira esencialmente por completo del perfil hueco 1, lo que no se representa explícitamente, aunque puede entenderse fácilmente.

En los ejemplos de realización representados, la pieza de inserción 3 se pasa a un estado líquido, calentando la pieza de inserción 3 indirectamente a través del perfil hueco 1, concretamente, tal como se indica en la figura 2g, sometiéndolo a un flujo de aire caliente. El calentamiento indirecto de la pieza de inserción 3 a través del perfil hueco 1 es adecuado en particular cuando el perfil hueco 1 está compuesto por un material buen conductor del calor. En el presente caso, el perfil hueco 1 está compuesto de una aleación de aluminio, que es buen conductor del calor. Esto es ventajoso en este caso porque en primer lugar se calientan automáticamente y por tanto se licuan las zonas de la pieza de inserción 3 que son responsables de que la pieza de inserción 3 se adhiera al perfil hueco 1” conformado.

En otras configuraciones del procedimiento, el perfil hueco 1” metálico conformado se calienta de manera inductiva. En una configuración del procedimiento, no representada en el presente documento, el perfil hueco 1” conformado se cuelga para el tratamiento térmico, de tal modo que la pieza de inserción se suelta debido al efecto de la gravedad automáticamente del perfil hueco, en cuanto se hayan licuado suficientemente las zonas de borde.

En los ejemplos de realización representados en las figuras se usa como material para la pieza de inserción 3 cera, que presenta un punto de fusión a aproximadamente 40ºC. La temperatura de trabajo, a la que se realiza el procedimiento aquí representado, se sitúa por lo general entre 18ºC y 25ºC, un intervalo de temperatura, al que la cera habitual se deforma plásticamente bien sin resquebrajarse ni romperse.

En la figura 2 está representado un desarrollo del procedimiento casi completo. En la figura 2a se coloca la pieza de inserción 3 en el perfil hueco 1; la pieza de inserción ya es sólida en este caso durante la colocación. En otros ejemplos de realización, no representados en el presente documento, la pieza de inserción o el material licuado de la pieza de inserción se introduce en el perfil hueco que va a conformarse y primero se enfría en el perfil hueco hasta que el material de la pieza de inserción 3 se solidifica dando lugar a una pieza de inserción 3 sólida.

En la figura 2b está representado que las aberturas 2 del perfil hueco 1 tras la introducción de la pieza de inserción 3 se obturan, concretamente mediante estampado con matrices de estampado 6. En el presente caso, la juntura 5 se sitúa adyacente a la pieza de inserción 3 en el perfil hueco 1 o la pieza de inserción 3 se comprime ya debido al estampado contra las junturas 5 en el perfil hueco 1. En el ejemplo de realización representado, la cavidad del perfil hueco 1 se ha llenado prácticamente por completo con la pieza de inserción 3. Tras la obturación de las aberturas 2 del perfil hueco 1 en la figura 2c se introduce el perfil hueco 1’ obturado en la herramienta de estampado 4a, 4b (figura 2d). Mediante presión una sobre la otra de la herramienta superior 4a y de la herramienta inferior 4b se ejerce una fuerza de conformación sobre el perfil hueco 1’.

En este caso es especialmente ventajoso que, durante la conformación del perfil hueco 1’, mediante el dispositivo de conformación 4a, 4b y la pieza de inserción 3 se genere una presión interna de perfil hueco, con la que se conforma el perfil hueco 1’ por zonas desde dentro hacia fuera, concretamente el material de pared del perfil hueco 1’ se presiona hacia las cavidades todavía no llenadas del dispositivo de conformación 4a, 4b, tal como se representa en la figura 2e. Como resultado se obtiene un perfil hueco 1” conformado, que presenta una alta precisión de forma, que no sería posible con los procedimientos de conformación convencionales, sin el uso de una pieza de inserción 3 plástica de cera (figura 2f).

En el ejemplo de realización representado, el volumen de la pieza de inserción 3 corresponde al volumen del perfil hueco 1” al alcanzarse la forma final de perfil hueco. Esto significa que, al finalizar la operación de conformación, se genera la máxima presión interna. Cuando el volumen de la pieza de inserción 3 corresponde ya en el estado de partida del perfil hueco 1 al volumen del perfil hueco 1, puede lograrse la máxima conformación posible desde dentro hacia fuera, porque prácticamente ya al inicio de la operación de conformación se genera una presión interna de perfil hueco considerable. En la figura 2g puede reconocerse que las zonas de extremo 7 del perfil hueco 1” conformado se separan, de modo que la pieza de inserción 3 posteriormente licuada puede fluir fuera del perfil hueco 1” conformado. En otros ejemplos de realización, no representados en el presente documento, se practican aberturas más pequeñas en el perfil hueco 1” conformado, para poder retirar la pieza de inserción 3 que ha pasado a un estado líquido.

En las figuras 3 y 4 están confrontados los resultados de conformación que pueden lograrse con un procedimiento convencional sin pieza de inserción (figura 3) y los que pueden lograrse con el procedimiento según la invención, en este caso con una pieza de inserción 3 similar a la cera.

En la figura 3 puede reconocerse bien que sin el uso de una pieza de inserción no puede generarse ninguna presión interna de perfil hueco, lo que lleva a una conformación poco satisfactoria, ya que sólo pueden lograrse contornos de estampado con transiciones débilmente perfiladas; no pueden crearse en absoluto abombamientos, aunque el dispositivo de conformación prevea el espacio libre necesario para ello.

En el caso del resultado representado en la figura 4 del perfil hueco 1” conformado con el mismo dispositivo de conformación usando una pieza de inserción de cera, no sólo llama la atención que también se ha producido un desplazamiento de material hacia fuera, sino que se han logrado también contornos claramente más precisos, que siguen el perfil teórico, concretamente la especificación, forma negativa, del dispositivo de conformación, con una mayor precisión de forma.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Procedimiento para la conformación de perfiles huecos (1) con al menos una abertura (2), en el que en el perfil hueco (1) se coloca una pieza de inserción (3) sólida y el perfil hueco (1) se solicita y conforma por fuera por el efecto de un dispositivo de conformación (4a, 4b) con al menos una fuerza de conformación para alcanzar una forma final de perfil hueco, caracterizado porque la pieza de inserción (3) después de y/o al alcanzar la forma final de perfil hueco se pasa al menos parcialmente a un estado líquido y/o gaseoso y se retira esencialmente por completo del perfil hueco (1).

2. 2.

   Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la pieza de inserción (3) se pasa a un estado líquido y/o gaseoso, calentando la pieza de inserción (3) directa o indirectamente a través del perfil hueco (1).

3. 3.

   Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque para la pieza de inserción (3) se usa un material que presenta, a una presión de un bar (101,3 kPa), una temperatura de fusión superior a 80ºC, preferiblemente superior a 60ºC, de manera especialmente preferible superior o igual a 40ºC, de manera muy especialmente preferible superior o igual a 30ºC.

4. 4.

   Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como material para la pieza de inserción (3) se usa cera o una sustancia similar a la cera, en particular por lo que respecta a las propiedades mecánicas.

5. 5.

   Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la abertura (2) del perfil hueco (1) se obtura tras la introducción de la pieza de inserción (3), en particular mediante estampado y/o mediante aplicación

   o introducción de una matriz, en particular situándose la juntura (5) adyacente a la pieza de inserción (3).

6. 6.

   Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la pieza de inserción (3) se licua y/o vaporiza al menos parcialmente mediante el trabajo de conformación efectuado por el dispositivo de conformación (4a, 4b).

7. 7.

   Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el volumen de la pieza de inserción (3) corresponde al volumen del perfil hueco (1) al alcanzar la forma final de perfil hueco.

8. 8.

   Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque como dispositivo de conformación

   (4) se usa una herramienta de estampado (4a, 4b) que rodea esencialmente el perfil hueco (1), en particular una herramienta de estampado (4a, 4b) con una herramienta superior (4a) y una herramienta inferior (4b).

9. 9.

   Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque al conformar el perfil hueco (1) y la pieza de inserción (3) mediante el dispositivo de conformación (4a, 4b) se crea una presión interna de perfil hueco, con la que se conforma el perfil hueco (1) al menos por zonas desde dentro hacia fuera, en particular se presiona el material de pared del perfil hueco (1) hacia al menos una cavidad todavía no llenada del dispositivo de conformación (4a, 4b).

10. 10.

    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se practica una abertura (8) en el perfil hueco (1) para la retirada de la pieza de inserción (3) que ha pasado a un estado líquido y/o gaseoso.

11. 11.

    Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la pieza de inserción (3) se coloca en el perfil hueco (1), llenando el perfil hueco (1) con el material que se encuentra en estado líquido de la pieza de inserción (3) y enfriando el material de la pieza de inserción (3) hasta su solidificación en el perfil hueco (1).