ES2612358T3

ES2612358T3 - Producto plano de material metálico, en particular un material de acero, uso de un producto plano de este tipo, así como cilindro y procedimiento para fabricar un producto plano de este tipo

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Publication number: ES2612358T3
Application number: ES13759206.9T
Authority: ES
Inventors: Karl-Heinz Kopplin; Martin Koch; Stefan Wischmann; Friedhelm Macherey; Folkert Schulze-Kraasch; Jörg WAHSER; Guido Hennig; Markus RESING
Original assignee: Daetwyler Graphics AG; ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: Daetwyler Graphics AG; ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2017-05-16
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: KR20150068375A; US10252305B2; EP2892663A1; CN104884180B; KR20160082264A; KR101983440B1; JP2015527203A; CN104884180A; EP2892663B1; RU2015112608A; RU2637733C2; JP6334536B2; DE102012017703A1; WO2014037545A1; US20150209848A1

Abstract

Producto plano de un material metalico, en particular un material de acero, con una estructura de superficie deterministica, en el que la estructura de superficie posee una pluralidad de depresiones, que presentan una profundidad en el intervalo de 2 a 14 μm, caracterizado por que las depresiones estan configuradas en forma de l, en forma de H, en forma de cruz, en forma de C o en forma de X, presentando la estructura de superficie un numero de picos RPc en el intervalo de 45 a 180 1/cm, una rugosidad media aritmetica Ra en el intervalo de 0,3 a 3,6 μm y una ondulacion media aritmetica Wsa en el intervalo de 0,05 a 0,65 μm.

Description

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DESCRIPCION

Producto plano de material metalico, en particular un material de acero, uso de un producto plano de este tipo, asi como cilindro y procedimiento para fabricar un producto plano de este tipo

La invencion se refiere a un producto plano de un material metalico, en particular un material de acero, un uso ventajoso y un cilindro particularmente adecuado para fabricar dicho producto plano l, asi como a un procedimiento para fabricar productos planos de este tipo. Por "productos planos" se entienden en este caso chapas fabricadas de un metal o una aleacion de metal, en particular chapas finas, o bandas creadas de manera similar y otros productos de laminacion.

De productos planos del tipo en cuestion se fabrican elementos constructivos que a continuacion se recubren con una o varias capas de pintura para protegerlos de una posible corrosion y optimizar su apariencia visual. La calidad de la apariencia visual se juzga en este caso entre otros en la intensidad de la repercusion de la estructura de superficie del sustrato de chapa respectivo sobre la superficie del recubrimiento de pintura.

Se exigen unos requisitos particularmente altos en cuanto a la imagen de las superficies visibles desde fuera de las piezas de la carroceria de automoviles. En la practica estos requisitos se cumplen mediante la aplicacion de sistemas de pintura de varias capas. Estos sistemas de pintura comprenden habitualmente al menos una "capa de masilla de relleno", que sirve en particular para compensar irregularidades presentes en la superficie que va a recubrirse.

El gasto relacionado con la aplicacion de sistemas de pintura de varias capas sobre una chapa es considerable. Para reducir este gasto y alcanzar por tanto un ahorro en los costes de procesamiento se desarrollaron procedimientos de pintura que se realizan sin "capa de masilla de relleno". Estos procedimientos de pintura actuales se aplican cada vez mas en la industria automovilistica. Dado que en este caso el grosor de capa total de las capas de pintura se reduce considerablemente, aumentan los requisitos en la calidad de superficie de las chapas empleadas para ello, para garantizar que no se perfilen en la pintura de cubricion irregularidades de la superficie de chapa.

Un criterio adicional a la hora de evaluar la idoneidad de un producto plano de metal para la fabrication de elementos constructivos de carroceria es su comportamiento en la conformation para dar lugar al elemento constructivo respectivo. Ya que este comportamiento de conformacion depende de la estructura de superficie del producto plano respectivo. Asi por ejemplo las depresiones presentes sobre la superficie de una chapa metalica forman en la embuticion profunda las llamadas bolsas de lubricante, en las que puede acumularse un lubricante aplicado sobre la chapa antes de la conformacion o dado en la herramienta de conformacion. La capacidad de carga de la pelicula lubricante formada por el lubricante depende en este caso de la configuration y distribution de estas depresiones.

Existen diferentes propuestas de estructurar las superficies de chapas metalicas de manera que tras una pintura posean una imagen optimizada. Por ejemplo en el documento JP-A-63-50488, asi como el JP-A-1-293907 se propone la generation de estructuras de superficie regulares que presentan elevaciones cilindricas, a modo de punzon que estan rodeadas en cada caso de una depresion en forma de ranura y sobresalen de una superficie base por lo demas plana.

De acuerdo con el documento JP-A-63-50488 las mesetas de las elevaciones se encuentran en aproximadamente de 2 a 10 |jm por encima de los fondos de las zonas de valle existentes entre las elevaciones. Al mismo tiempo el porcentaje comun de las mesetas planas de las montanas y de las superficies planas de las zonas medianamente planas existentes entre los fondos de los valles y las mesetas montanosas asciende de 20 a 90 % de la superficie total. Para generar esta estructura de superficie se emplea un cilindro de acabado cuya superficie se trato mediante un laser.

En el documento JP-A-1-293907 se exige ademas que el porcentaje de las zonas planas existentes entre las elevaciones circulares en section transversal y dispuestas de manera regular debe adoptar al menos el 85 % de la superficie de chapa, que la profundidad de los valles que rodean las elevaciones partiendo de las zonas planas debe ascender al menos a 4 jm, y que en un analisis de frecuencia de la geometria de chapa de acero la intensidad de los porcentajes de longitud de onda de la longitud de onda A, que se situan en un intervalo de 585 jm < A < 2730 jm, ascienda como maximo a 0,6 jm2.

Las chapas creadas de acuerdo con las dos solicitudes de patentes japonesas anteriormente mencionadas deben dejar en el estado pintado una impresion extraordinariamente viva. Estos requisitos dados condicionan estructuras de superficie deterministicas. Particularmente las intensidades altas, pero permitidas de acuerdo con el documento JP-A-1-293907 en los porcentajes de longitud de onda alli mencionados aparecen solamente en estructuras de superficie deterministicas con gran periodicidad.

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Ademas de cilindros de ajuste que presentan estructuras de superficie determimsticas tambien se conocen cilindros de acabado que presentan estructuras de superficie estocasticas. Para generar tales estructuras de superficie se emplea entre otros el procedimiento de granallado, en el que se lanza grano de acero anguloso de fundicion en coquilla a la superficie de cilindro que va a texturizarse del cilindro rotativo. La estructura de rugosidad generada de esta manera corresponde a una distribution estocastica de deformaciones individuales plasticas que se funden unas en otras a modo de cordillera. La reproducibilidad del procedimiento de granallado sin embargo no es suficiente debido a un intervalo de variation demasiado grande de los parametros de proceso.

Un procedimiento adicional para generar chapas finas texturizadas con estructura de superficie estocastica se conoce por la publication "Stahl und Eisen" 118 (1998) num. 3, paginas 75-80. En este caso el cilindro empleado para el texturizado de las chapas finas se recubre en un sistema de reactor cerrado con un sistema multicapa de cromo resistente al desgaste. La estructura de rugosidad de este sistema multicapa de cromo se caracteriza por una distribucion estocastica relativamente uniforme de semiesferas de distinto tamano que se transmiten a la chapa fina en la lamination de acabado en forma de casquetes correspondientes.

Un procedimiento adicional para generar productos planos texturizados, en particular chapas finas con estructura de superficie estocastica se conoce por el documento EP 2 006 037 B1. En este caso el cilindro empleado para el texturizado de las chapas finas se texturiza mediante texturizado por descargas electricas (Electro Discharge Texturing, EDT). El estado inicial antes del texturizado del cilindro deberia ser en este caso una superficie de cilindro alisada. En esta superficie se introducen mediante el texturizado por descargas electricas depresiones adyacentes lo mas cercanas posibles. Las “almas" que quedan entre las depresiones ya tienen la misma altura deseada debido al estado inicial liso de la superficie de cilindro. En el transcurso del procedimiento EDT se aplica por poco tiempo, dado el caso periodicamente, una tension definida entre electrodo y cilindro. En este caso a traves del canal de texturizado por descargas electricas se aceleran portadores de carga (iones) desde un electrolito hacia la superficie de cilindro. Al incidir sobre la superficie de cilindro extraen alli material de laminacion y generan una depresion. El material de laminacion extraido y fundido se descarga mediante el lavado de electrodos y debido al aceite dielectrico no es capaz fundamentalmente de unirse de nuevo con la superficie de cilindro. No obstante en la practica no puede impedirse totalmente que se acumule material de laminacion fundido en el proceso de texturizado en la superficie originalmente alisada. Este material puede eliminarse de manera conocida per se mediante un proceso de rectificado con alta precision.

Sin embargo con los procedimientos para generar estructuras de superficie estocasticas no es posible generar superficies microestructuradas de manera que los parametros de acuerdo con los requisitos para rugosidad y escasa ondulacion pueden ajustarse de manera independiente entre si para evitar el denominado efecto de piel de naranja.

Antes estos antecedentes la presente invention se baso en el objetivo de crear un producto plano del tipo mencionado al principio, en particular con capacidad de absorcion de aceite definida, comportamiento optimo de conformation y buenas condiciones para un aspecto de pintura, que tambien en el caso de un grosor de capa global bajo de la capa de pintura en el estado pintado acabado presente una excelente imagen. Ademas va a indicarse un uso preferido de dicho producto plano, un cilindro que es particularmente adecuado para fabricar dicho producto plano, asi como un procedimiento para fabricar un producto plano de este tipo.

Con respecto al producto plano este objetivo se ha conseguido de acuerdo con la invencion mediante la ensenanza de la revindication 1.

El producto plano de acuerdo con la invencion se caracteriza por una estructura de superficie deterministica que posee una pluralidad de depresiones, que presentan una profundidad en el intervalo de 2 a 14 |jm, estando configuradas las depresiones en forma de l, en forma de doble I, en forma de H, en forma de cruz, en forma de C o en forma de X, y presentando la estructura de superficie un numero de picos RPc en el intervalo de 45 a 180 1/cm, una rugosidad media aritmetica Ra en el intervalo de 0,3 a 3,6 jm y una ondulacion media aritmetica Wsa en el intervalo de 0,05 a 0,65 jm.

Configuraciones preferentes y ventajosas del producto plano de acuerdo con la invencion estan indicadas en las reivindicaciones dependientes.

Los productos planos configurados de manera correspondiente presentan un comportamiento de conformacion optimizado, asi como un aspecto de pintura mejorado, cuando se selecciona preferentemente la profundidad de las depresiones en el intervalo entre 3 y 13 jm. Amplios ensayos han demostrado que las chapas finas realizadas de manera correspondiente poseen propiedades tribologicas particularmente buenas (propiedades de conformacion). Los elementos constructivos fabricados de estas chapas finas mediante conformacion se caracterizaban tras una pintura tipica de automovil por un excelente aspecto de pintura. Una configuration ventajosa adicional del producto plano de acuerdo con la invencion preve que las depresiones esten configuradas cerradas, en linea recta y/o curvadas.

De acuerdo con una configuracion preferida la rugosidad media aritmetica Ra de la estructura de superficie del producto plano de acuerdo con la invencion se situa en el intervalo de 1,0 a 2,5 jm, preferentemente en el intervalo

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de 1,0 a 2,0 |jm, de manera particularmente preferente en el intervalo de 1,0 a 1,6 |jm. Los productos pianos de metal configurados de manera correspondiente se caracterizan por propiedades tribologicas muy buenas y producen tras una pintura tipica de automovil un aspecto de pintura mejorado respecto a productos planos de metal del estado de la tecnica.

Este aspecto de pintura y propiedades tribologicas muy buenas pueden alcanzarse en particular con una configuracion preferida de la invencion en la que las depresiones configuradas cerradas en linea recta y/o curvadas estan dispuestas unas hacia otras en un patron repetitivo. Por ejemplo las depresiones en forma de l estan dispuestas en la estructura de superficie preferentemente deterministica unas respecto a otras en forma de un patron de espiga. Particularmente ventajosa en cuanto al aspecto de pintura y propiedades tribologicas es una configuracion del producto plano de acuerdo con la invencion, en la que depresiones en forma de l de la estructura de superficie preferentemente deterministica estan dispuestas de tal manera que definen una pluralidad de parejas, constituidas por ejemplo en cada caso por depresiones en forma de l que discurren en paralelo entre si.

Una configuracion ventajosa adicional del producto plano de acuerdo con la invencion se caracteriza por que las parejas constituidas por depresiones en forma de I que discurren por ejemplo en paralelo entre si o las depresiones en forma de H de la estructura de superficie deterministica estan dispuestos unos respecto a otros en forma de un patron de tablero de ajedrez. Los ensayos han demostrado que chapas finas de acuerdo con la invencion realizadas de manera correspondiente en un proceso tipico de conformation (proceso de embuticion profunda) presentan un desgaste bajo. Las chapas finas de acuerdo con la invencion realizadas de esta manera se caracterizan en particular por coeficientes de rozamiento muy bajos, una tendencia tardia y muy baja al efecto denominado Slip-Stick (de deslizamiento y adherencia), es decir cambio rapido entre rozamiento estatico y de deslizamiento al determinar el coeficiente de rozamiento, y propiedades de conformacion muy buenas con un volumen de engrasado adaptado, en particular en caso de solicitation por embuticion profunda. Los volumenes vacios predominantemente cerrados (bolsas de aceite lubricante) en la superficie de chapa fina de acuerdo con la invencion mostraron tambien en el caso de altas fuerzas de conformacion una gran resistencia.

La estructura de superficie generada de acuerdo con la invencion sobre el producto plano, en particular chapa fina define volumenes vacios de manera preferida predominantemente cerrados. La estructura de superficie esta configurada en este caso de manera preferida esencialmente o aproximadamente simetrica o axialmente simetrica.

Debido a su perfil caracteristico especial pueden emplearse productos planos de acuerdo con la invencion particularmente para la fabrication de elementos constructivos que van a dotarse de una capa de pintura. Esto se aplica en particular entonces cuando los productos planos de acuerdo con la invencion estan hechos de acero, y en particular con una capa anticorrosiva, por ejemplo, una galvanization. Una chapa de acero tal puede estar revestida por ejemplo con un recubrimiento de cinc o de cinc-magnesio. No obstante pueden aplicarse los criterios especificados de acuerdo con la invencion tambien para productos planos que estan fabricados de otro metal.

Particularmente son adecuados productos planos de acuerdo con la invencion para la fabricacion de elementos constructivos de carroceria. Estos pueden dotarse, segun su diseno, tambien con procesos de pintura acortados, en particular aquellos sin aplicacion de una capa de masilla de relleno ("pintura sin masilla de relleno"), de un revestimiento de pintura que cumpla con los requisitos mas altos en su apariencia externa en el elemento constructivo correspondiente. La estructura de superficie especificada de acuerdo con la invencion es tan delgada que, tanto desde el punto de vista visual, asi como tecnico tambien ya en el caso de una estructura de capas de la pintura considerablemente reducida respecto al estado de la tecnica pueden alcanzarse resultados de revestimiento impecables.

En cuanto al cilindro particularmente adecuado para fabricar un producto plano de acuerdo con la invencion la solution para el objetivo anteriormente planteado de acuerdo con la invencion consiste en el cilindro definido en la reivindicacion 11.

El cilindro de acuerdo con la invencion presenta una estructura de superficie deterministica que presenta una pluralidad de copas solapadas, que estan dispuestas de manera que delimitan estructuras de material en forma de l, en forma de doble I, en forma de H, en forma de cruz, en forma de C o en forma de X en la superficie de cilindro, estando caracterizada la estructura de superficie del cilindro, medida en la direction axial del cilindro por un numero de picos RPc en el intervalo de 80 a 180 1/cm, una rugosidad media aritmetica Ra en el intervalo de 1,0 jm, en particular 1,5 jm, preferentemente 2,5 jm a 3,5 jm y una ondulacion media aritmetica Wsa en el intervalo de 0,08 a 1,0 jm.

Ademas la invencion en la reivindicacion 17 facilita un procedimiento que permite la fabricacion fiable de productos planos metalicos que pueden conformarse mejor y pintarse de manera simplificada.

La invencion se basa en la conclusion de que al considerar los criterios especificados de acuerdo con la invencion puede facilitarse esencialmente de acuerdo con un plan un producto plano de metal con una estructura de superficie esencialmente deterministica tan delgada que tras una pintura tipica de automoviles solamente puede percibirse visualmente ligeramente, si es que se percibe.

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Particularmente la presente invencion se basa en la conclusion de que el cilindro particularmente adecuado para fabricar un producto plano de acuerdo con la invencion puede texturizarse de manera ventajosa mediante un laser de pulso corto (o procedimiento por laser de pulso corto), en particular de un laser de pulso ultracorto. El cilindro este fabricado por ejemplo de un material de acero, preferentemente de un acero de laminacion en frio clasico con un contenido en cromo de hasta 3%.

Un laser de pulso corto adecuado (laser de fibra de pulsos) tiene por ejemplo una frecuencia de repetition de pulsos de aproximadamente 100 kHz con una longitud de onda de aproximadamente 1070 nm. La duration de pulso asciende por ejemplo aproximadamente a 1 |js. La potencia media del laser para generar el texturizado de cilindro de acuerdo con la invencion se situa por ejemplo en el intervalo de 15 a 100 W, preferentemente en el intervalo de 20 a 70 W. El cilindro puede pulirse tambien tras el texturizado por laser (superfinish) y dado el caso someterse a un cromado duro. La superficie der cilindro se caracteriza por que las copas no presentan una elevation esencial tal como aparecen en comparacion en el procedimiento EDT. Cuanto mas corto sea el pulso de laser (p.ej. laser ps), menor sera la elevacion.

La profundidad de las copas introducidas en la superficie de cilindro se situa preferentemente en el intervalo de 6 a 14 jm, de manera particularmente preferente en el intervalo de 8 a 13 jm. El diametro medio de las copas asciende aproximadamente de 20 a 80 jm, preferentemente aproximadamente de 20 a 40 jm, y de manera particularmente preferente aproximadamente de 22 a 35 jm.

Con el cilindro de acuerdo con la invencion o el procedimiento descrito en este caso para el texturizado de su superficie los parametros de rugosidad Ra, RPc (segun la norma EN ISO 10049) y la ondulacion Wsa (la denominada piel de naranja con intervalos de longitud de onda de aproximadamente 1-5 mm, cf. STAHL-EISEN- Prufblatter (SEP) 1941, 1a edition, mayo de 2012) pueden ajustarse de manera definida independientemente unos de otros.

A continuation se explica la invencion con mas detalle mediante un dibujo que representa varios ejemplos de realization. Muestran:

Fig.: 1

Fig.: 2 a 4

Fig.: 5

Fig.: 6

Fig.: 03 CD

Fig.: 10 y 11

Fig.: 12

Fig.: 13

Fig.: 14

Fig.: 15

una representation basica del texturizado de un cilindro de acabado mediante un laser pulsado (laser de pulso corto);

representaciones esquematicas del efecto de rayo laser o interacciones en una section de material de un cilindro;

un perfil de copa, generado mediante perfil de intensidad de rayo laser;

una estructura de copa de un cilindro de acabado de acuerdo con la invencion segun un primer ejemplo de realizacion, en representacion esquematica;

diferentes estructuras de copas adicionales de un cilindro de acabado de acuerdo con la invencion segun ejemplos de realizacion adicionales, en representacion esquematica;

secciones de estructuras de superficies de productos planos de acuerdo con la invencion;

el comportamiento de conformation de productos planos de acuerdo con la invencion en diferentes capas de aceite;

el comportamiento de desgaste de diferentes chapas finas de superficie refinada;

un diagrama esquematico de un ensayo de conformacion ("ensayo de copa"); y

una comparacion de resultados que se refiere a diferentes chapas finas de superficie refinada que se sometieron a un ensayo de conformacion de acuerdo con la Fig. 14.

Las estructuras de superficies de acuerdo con la invencion con distribution deterministica de las caracteristicas de diseno (caracteristicas de estructura) se fabricaron con un procedimiento de texturizado de cilindros que emplea para la remocion de material en la superficie de un cilindro rotativo un laser pulsado, preferentemente un laser de pulso corto o de pulso ultracorto.

Para ello el cilindro que va a grabarse 1 rota en un dispositivo giratorio. Mientras que el cilindro rota rapidamente, un sistema optico de focalizacion 2, que enfoca el rayo laser en la superficie de cilindro se mueve con velocidad relativamente baja transversalmente en la direction axial del cilindro. El rayo laser describe por lo tanto en la superficie de cilindro una trayectoria en forma de helice (Fig. 1).

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El rayo laser 3 penetra durante una duracion de pulso de aproximadamente 1 |js hasta una profundidad determinada en el material 4 del cilindro 1. El material 4 o material de superficie del cilindro 1 esta constituido por electrones de banda de conduccion 5 libres y por iones metalicos 6 positivos (Fig. 2).

A traves del campo electromagnetico del rayo laser 1 los electrones 5 se aceleran y transmiten finalmente durante el tiempo de interaccion su energia cinetica a los iones metalicos 6. Estos por ello se ponen a vibrar y transfieren la energia de vibracion a iones metalicos adyacentes que se encuentran fuera de la zona de interaccion propiamente dicha entre la radiacion laser y el material del cilindro (Fig. 3). De esta manera se produce una generacion de calor en el material de laminacion 4 radiado. Mediante una alimentacion de energia laser adicional durante el tiempo de pulso (Fig. 4) el material se funde. Finalmente se alcanza la temperatura de evaporacion y una parte de la masa fundida 7 se evapora. La nube de vapor de metal 8 configurada por encima de la masa fundida 7 se expande rapidamente, provocando el efecto de retroceso una expulsion de la masa fundida restante en forma de gotas de metal liquido 9 fundidas. El procedimiento de laser de pulso corto se caracteriza por un volumen de remocion de material relativamente grande por pulso.

Mediante la seleccion de los parametros frecuencia de pulso, energia de pulso, distancia de las vias en la superficie de cilindro rotativa, diametro de punto de incidencia de laser (diametro de punto), perfiles de intensidad de laser y/o velocidad de giro del cilindro se determina la distribucion y la geometria de las copas en la superficie de cilindro. Mediante un solapamiento de capas individuales se gravan o se generan zonas continuas en forma de valle.

Para las variantes de estructura deterministicas representadas a modo de ejemplo en las figuras 6 a 9 se interrumpio de manera encauzada la sucesion continua rapida de los pulsos de laser. La interruption de los pulsos de laser se realizo mediante un interruptor optico rapido, un AOM (modulador acusto-optico) 10 (cf. Fig.1). Mediante una conexion adicional y desconexion rapidas del AOM (10) se proyectaron por lo tanto de manera deterministica pulsos de laser individuales o bien en la superficie de cilindro o se desviaron sin embargo a una trampa de enfriamiento 11 y all[ se destruyeron.

El laser empleado para ello (laser de fibra de pulsos) tenia una potencia media maxima de 500 W y una frecuencia de repetition de pulsos de aproximadamente 100 kHz en el caso de una longitud de onda de aproximadamente 1070 nm. La duracion de pulso no deberia ascender a mas de 1,5 js. En los ensayos realizados ascendio por ejemplo aproximadamente a 1 js.

Tras el paso del AOM (10) el rayo laser 1 con ayuda de un cable conductor de luz 12 se condujo al sistema optico de focalizacion 2. La flecha 13 senala la direction de movimiento del sistema optico de focalizacion 2.

La forma de las estructuras se transmitio a un programa de procesamiento de imagen expresamente previsto para ello. Este programa posibilito averiguar en funcion de la frecuencia de sucesion de pulsos (100 kHz) la velocidad de giro de cilindro y la velocidad de avance del eje axial del sistema optico de focalizacion 2, asi como dirigir el AOM 10 de manera que la densidad de las copas y su distribucion deterministica se generaron de acuerdo con las especificaciones de estructura y de diseno.

La geometria asimismo especificada de las copas individuales (diametro, profundidad y angulo de flanco) se alcanzo mediante la optimization de los parametros energia de pulso y diametro de punto, asi como mediante una modulation especial del perfil de intensidad de rayo laser (perfil gaussiano) (Fig. 5). De manera alternativa o complementaria al perfil gaussiano puede emplearse tambien el perfil omega (top hat) comun para el experto en la materia. Los crateres de laser (copas) generados en la superficie de cilindro presentan un perfil gaussiano correspondiente. El angulo de flanco o el angulo de flanco maximo de las copas es mayor de 45°, preferentemente mayor de 60°, y de manera particularmente preferente mayor de 70°. Las copas presentan por lo tanto un angulo de flanco agudo. La figura 6 muestra un fragmento de la estructura que va a generarse en la superficie del cilindro, por ejemplo, un cilindro de acabado, con un diametro de 440 mm. Tiene en la via 1, que esta orientada esencialmente en paralelo al perimetro del cilindro una densidad de 42 copas/mm, que estan dispuestas en hilera sin huecos con un solapamiento de p.ej. 1 jm. Para alcanzar esta densidad con una frecuencia de pulso del laser de 100 kHz se requiere una velocidad periferica de 2,35 m/s lo que corresponde a un numero de vueltas del cilindro de 1,7 s-1. En las vias 2 y 3, que estan orientadas esencialmente en paralelo al perimetro del cilindro se omiten copas mediante modulacion de potencia del rayo laser con ayuda de un AOM en las posiciones correspondientes. En la via 2 faltan 23 copas/mm y en la via 3 faltan 9 copas/mm en comparacion con la via 1. La modulacion del AOM y tambien la activation (disparo) de los pulsos de laser tienen que sincronizarse con los ejes desplazados, es decir con la position del codificador angular en el accionamiento de rotation de cilindro, asi como con el eje axial del sistema optico de focalizacion, para generar una cuadricula deterministica en el lugar exacto con distancias de copa fijadas en la direccion de ambos ejes. La distancia de vias adyacentes asciende en este ejemplo a 23 jm, la velocidad axial del sistema optico de focalizacion a 39 jm/s. Otros parametros eran:

Potencia de laser media: aproximadamente 40 W

energia de pulso: aproximadamente 0,4 mJ

diametro de los crateres individuales: aproximadamente 25 jm

profundidad de los crateres individuales: aproximadamente 7 jm

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Con un cilindro correspondiente los productos pianos se sometieron a un laminado de acabado. El producto plano era una banda laminada en frio recocida finamente, por ejemplo, de las calidades de aceros IF y/o BH. Un DC 06 (acero IF) con un grosor de 0,7 mm se texturizo con una velocidad de laminacion de 145 m/min, una fuerza de laminacion especifica, con respecto al ancho de banda, con 1,1 kN/mm y un grado de laminacion de acabado de 0,5 %. En un ejemplo adicional se texturizo un HC 180 B (acero BH) con un grosor de 0,7 mm con una velocidad de laminacion de 140 m/min, una fuerza de laminacion especifica, con respecto al ancho de banda, con 6 kN/mm y un grado de laminacion de acabado de 1,4 %. Las bandas frias se galvanizaron a continuacion de modo electrolitico. Se realizaron tambien ensayos similares en una chapa fina galvanizada al fuego.

Con parametros correspondientes o similares pueden generarse tambien en la superficie de cilindro las estructuras representadas en las figuras 7 a 9.

La seccion de superficie representada esquematicamente en la Fig. 6 de la estructura de superficie de un cilindro presenta copas que se solapan dispuestas en hilera en forma de lineas que estan dispuestas de manera que delimitan una pluralidad de estructuras de material en la superficie de cilindro en forma de doble I. Ademas las estructuras de material en forma de doble I estan dispuestas unas respecto a otras en forma de un patron de tablero de ajedrez. Las copas solapadas dispuestas en hilera forman en la superficie de cilindro volumenes vacios abiertos. El cilindro puede pulirse tambien tras el texturizado por laser y dado el caso someterse a un cromado duro.

La estructura de superficie de cilindro de acuerdo con la Fig. 6 medida en la direccion axial del cilindro posee finalmente un numero de picos RPc en el intervalo de aproximadamente 140 a 160 1/cm, una rugosidad media aritmetica Ra en el intervalo de 2,5 a 2,8 |jm y una ondulacion media aritmetica Wsa en el intervalo de 0,1 a 0,2 |jm. La desviacion estandar (o) del nivel de montana o valle (zonas planas) de la superficie de cilindro asciende aproximadamente a 0,6 jm o 2 jm. El porcentaje liso (superficie no texturizada) se situa en aproximadamente 25 %.

Los productos planos laminados de manera acabada con dicho cilindro, en particular chapas finas, presentan entonces una superficie texturizada que se caracteriza por una estructura de doble I deterministica con volumen vacio predominantemente cerrado. Los ensayos de chapas finas fabricadas de esta manera de acuerdo con la invention han dado como resultado que estas en comparacion con las chapas finas del estado de la tecnica, en particular aquellas que se fabricaron mediante cilindros texturizados por EDT presentan las siguientes propiedades de uso: aspecto de pintura mejorada, menor desgaste en el proceso de conformation (cf. Fig. 13), coeficientes de rozamiento muy bajos (cf. Fig. 12), tendencia (retrasada a presiones superficiales muy altas) muy baja y tardia al efecto de deslizamiento y adherencia (cf. Fig. 12), muy buenas propiedades de conformacion con un volumen de engrasado adaptado, en particular en solicitaciones de embuticion profunda (cf. Fig. 15), obtencion de la estructura cerrada tambien con fuerzas de conformacion muy altas.

En la Fig. 12 se representan resultados de medicion del coeficiente de rozamiento para chapas finas de diferentes calidades de acero texturizadas de acuerdo con la invencion, galvanizadas electroliticamente en diferentes capas de aceite dependiendo de la presion superficial, en las que estas chapas finas galvanizadas obtuvieron una estructura de doble I de acuerdo con la Fig. 10 (senalada en la Fig. 15 con V3). La curva de medicion A se refiere a una chapa fina galvanizada de acero IF con una capa de aceite de 1,5 g/m2; la curva de medicion B una chapa fina galvanizada de acero IF con una capa de aceite de 3 g/m2; la curva de medicion C se refiere a una chapa final galvanizada de acero BH con una capa de aceite de 1,5 g/m2; y la curva de medicion D se refiere a una chapa fina galvanizada de acero BH con una capa de aceite de 3 g/m2.

En la Fig. 13 esta representado el comportamiento de desgaste de chapas finas de superficie refinada. Los valores de desgaste se determinaron mediante ensayos de embuticion de fleje mediante herramientas con matriz plana. Puede distinguirse que una chapa fina texturizada con un cilindro texturizado por EDT, senalado en la Fig. 13 con "EDT" se caracteriza por un bajo desgaste. No obstante, en la Fig. 13 tambien puede verse que una chapa fina galvanizada electroliticamente que se lamino de manera acabada de acuerdo con la invencion mediante un cilindro texturizado mediante la aplicacion del procedimiento de laser de pulso ultracorto (UKP) se caracteriza por un desgaste muy bajo de aproximadamente 0,2 g/m2 que es aun mas bajo que en la chapa fina "EDT".

Para caracterizar las superficies de las chapas finas texturizadas de acuerdo con la invencion ademas de los ensayos de embuticion de fleje con herramientas de matriz plana se realizaron tambien ensayos de embuticion profunda con un punzon redondo (cf. figuras 14 y 15; "ensayo de copas"). Como parametro de evaluation se evaluo la fuerza de punzon medida con una fuerza de sujetador definida de manera fija en cada caso. Los ensayos se realizaron con diferentes capas de aceite (engrasados).

Al moldear una copa redonda aparecen presiones superficiales muy altas localmente en la zona de los radios de embuticion que no pueden medirse en el ensayo de embuticion de fleje convencional. El porcentaje de desgaste en el caso de copa redonda en la fuerza de punzon o trabajo de punzon global asciende hasta el 1/3. El diametro Do del punzon ascendia a aproximadamente 100 mm. El punzon tenia un radio de embuticion R de 13 mm, mientras que el radio de embuticion r de las matrices ascendia a 5 mm (figuras 14 y 15).

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Dado que en los ensayos se empleo el mismo material base con diferentes estructuras de superficies las curvas de fuerza grabadas permiten una comparacion directa de las propiedades tribologicas de las diferentes topografias. Para el proceso de conformacion un porcentaje de desgaste bajo significa que debe aplicarse menos fuerza a traves del bastidor de la copa redonda o elemento constructivo y aumente el limite de rajador en una relacion de embuticion constante. Los ensayos han dado como resultado que la estructura de superficie V3 de acuerdo con la invention (de acuerdo con la Fig. 10) que presenta un elevado porcentaje de volumenes vacios cerrados presenta una notable reduction del nivel de fuerza de punzon (cf. Fig. 15).

La section de superficie mostrada esquematicamente en la Fig. 7 de un cilindro texturizado de acuerdo con la invencion presenta a su vez copas dispuestas en hilera en forma de lineas. A diferencia del ejemplo de realization mostrado en la Fig. 6, en el ejemplo de realizacion de acuerdo con la Fig. 7 se omitieron los crateres de laser representados con trazo a rayas en la Fig. 6, de manera que las "islas de material en doble I" estan unidas entre si. Las copas solapadas estan por tanto dispuestas en este caso de manera que delimitan una pluralidad de estructuras de material en forma de H en la superficie de cilindro. Las estructuras de material en forma de He estan dispuestas asimismo unas respecto a otras en forma de un patron de tablero de ajedrez, formando las copas solapadas volumenes vacios abiertos. Una seccion superficial de una chapa fina, que se texturizo mediante una estructura de superficie de cilindro de acuerdo con la Fig. 7 esta representada en la Fig. 11.

La estructura de superficie de cilindro de acuerdo con la Fig. 7 medida en la direction axial del cilindro posee un numero de picos RPc en el intervalo de aproximadamente 145 1/cm, una rugosidad media aritmetica Ra en el intervalo de 2,6 a 2,7 |jm y una ondulacion media aritmetica Wsa en el intervalo de 0,1 a 0,2 |jm. La desviacion estandar (o) del nivel de montana o de valle (zonas planas) de la superficie de cilindro asciende aproximadamente a 0,5 jm o 1,7 jm. El porcentaje liso (superficie no texturizada) se situa en aproximadamente 38 %.

Las chapas finas con una estructura de superficie de acuerdo con la Fig. 10 y 11 poseen las siguientes propiedades de uso: aspecto de pintura mejorada, menor desgaste en el proceso de conformacion, bajos coeficientes de desgaste, baja tendencia al efecto de deslizamiento y adherencia, buenas propiedades de conformacion en un volumen de engrasado adaptado, obtencion de la estructura cerrada tambien en altas fuerzas de conformacion.

Las figuras 8 y 9 muestran ejemplos de realizacion adicionales de superficies de cilindro estructuradas de acuerdo con la invencion. En el caso de la estructura de acuerdo con la Fig. 8 las copas solapadas dispuestas en hilera estan dispuestas de manera que en la superficie de cilindro delimitan estructuras de material en forma de I, que estan dispuestas unas respecto a otras en forma de un patron de espiga. Las estructuras lineales de las copas dispuestas en hilera estan por tanto en este caso interrumpidas, los que en la Fig. 8 esta marcado con una cruz en la estructura lineal superior.

En la estructura de acuerdo con la Fig. 9 las copas solapadas dispuestas en hilera estan dispuestas de manera que en la superficie de cilindro delimitan estructuras de material en forma de cruz. Las estructuras lineales de las copas dispuestas en hilera tambien estan interrumpidas en este caso lo que esta marcado mediante dos cruces en la estructura lineal inferior.

Fundamentalmente mediante la variation de la energia de pulso de laser o del grado de lamination de acabado la rugosidad media aritmetica Ra de las estructuras de superficie de cilindro o de las estructuras de superficie de chapa fina resultantes puede aumentarse o reducirse.

La realizacion de presente invencion no esta limitada a los ejemplos de realizacion representados en el dibujo. Mas bien la invencion comprende variantes adicionales. Asi por ejemplo las copas solapadas dispuestas en hilera (crateres de laser) pueden estar tambien dispuestas de manera que en la superficie de cilindro delimitan estructuras de material en forma de C o en forma de X.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Producto plano de un material metalico, en particular un material de acero, con una estructura de superficie determimstica, en el que la estructura de superficie posee una pluralidad de depresiones, que presentan una profundidad en el intervalo de 2 a 14 |jm, caracterizado por que las depresiones estan configuradas en forma de l, en forma de H, en forma de cruz, en forma de C o en forma de X, presentando la estructura de superficie un numero de picos RPc en el intervalo de 45 a 180 1/cm, una rugosidad media aritmetica Ra en el intervalo de 0,3 a 3,6 jm y una ondulacion media aritmetica Wsa en el intervalo de 0,05 a 0,65 jm.
2. Producto plano de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la rugosidad media aritmetica Ra de la estructura de superficie se situa en el intervalo de 1,0 a 2,5 jm, preferentemente en el intervalo de 1,0 a 2,0 jm, de manera particularmente preferente en el intervalo de 1,0 a 1,6 jm.
3. Producto plano de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la estructura de superficie presenta una pluralidad de depresiones, que presentan una profundidad en el intervalo de 3 a 13 jm.
4. Producto plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las depresiones estan dispuestas unas respecto a otras en forma de un patron repetitivo.
5. Producto plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las depresiones en forma de I estan dispuestas de tal manera que definen una pluralidad de parejas, constituidas en cada caso por depresiones en forma de l que discurren en paralelo entre si.
6. Producto plano de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 5, caracterizado por que las parejas constituidas por depresiones en forma de l que discurren en paralelo entre si o las depresiones en forma de H estan dispuestas unas respecto a otras en forma de un patron de tablero de ajedrez.
7. Producto plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que es una banda o una chapa de acero.
8. Producto plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la banda o la chapa de acero estan dotadas de un recubrimiento anticorrosivo.
9. Producto plano de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el recubrimiento anticorrosivo es un recubrimiento a base de zinc.
10. Uso de un producto plano configurado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 para la fabricacion de elementos constructivos que se revisten con una capa de pintura
11. Cilindro para la fabricacion de productos planos configurados de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9,

cuya superficie de cilindro presenta una estructura de superficie deterministica, caracterizado por que la estructura de superficie presenta una pluralidad de copas solapadas, que estan dispuestas de manera que delimitan estructuras de material en forma de doble l, en forma de H, en forma de cruz, en forma de C o en forma de X en la superficie de cilindro, y por que la estructura de superficie del cilindro, medida en la direccion axial del cilindro, presenta un numero de picos RPc en el intervalo de 80 a 180 1/cm, una rugosidad media aritmetica Ra en el intervalo de 2,5 a 3,5 jm y una ondulacion media aritmetica Wsa en el intervalo de 0,08 a 1,0 jm.
12. Cilindro de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado por que su estructura de superficie presenta una

pluralidad de copas solapadas, presentando la copa respectiva un perfil esencialmente gaussiano o un perfil omega (top hat).
13. Cilindro de acuerdo con las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que las estructuras de material en forma de doble I o en forma de H estan dispuestas unas respecto a otras en forma de un patron de tablero de ajedrez.
14. Cilindro de acuerdo con la reivindicacion 12, caracterizado por que las copas solapadas estan dispuestas de manera que delimitan estructuras de material en forma de I en la superficie de cilindro, estando dispuestas las estructuras de material con forma de raya unas respecto a otras en forma de un patron de espiga.
15. Cilindro de acuerdo con las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que las copas presentan una profundidad en el intervalo de 6 o 14 jm, preferentemente en el intervalo de 8 a 13 jm.
16. Cilindro de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado por que las copas presentan un

diametro medio en el intervalo de 20 a 80 jm, preferentemente en el intervalo de 20 a 40 jm, de manera particularmente preferente en el intervalo de 22 a 35 jm.
17. Procedimiento para fabricar un producto plano configurado de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 en el que se facilita un producto plano compuesto de un material metalico, en el que al menos la superficie que va a dotarse de la estructura de superficie definida de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 presenta una rugosidad media aritmetica Ra de como maximo 3,0 |jm, y el producto plano facilitado se somete a una laminacion 5 de acabado, en la que un cilindro creado de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 16 actua sobre la superficie que va a dotarse de la estructura de superficie de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, de manera que se obtiene un producto plano con la estructura de superficie definida en una de las reivindicaciones 1 a 6.