ES2673560T3 - Estabilizador de barra de torsión y procedimiento para su fabricación - Google Patents

Abstract

Estabilizador de barra de torsión para un chasis de un vehículo motorizado, fabricado de un cuerpo tubular, que comprende: una sección de resorte de torsión (3) y dos brazos (4, 4') doblados a partir de la sección de resorte de torsión (3), presentando los brazos (4, 4') respectivamente una sección final moldeada (7, 7') con un orificio de paso (10, 10') y una sección tubular (6, 6'), presentando la sección de resorte de torsión (3) una estructura endurecida con una resistencia de al menos 1000 MPa, y presentando las secciones finales moldeadas (7, 7') una estructura endurecida con una resistencia de al menos 800 MPa, caracterizado por que los brazos (4, 4') en la sección tubular (6, 6') presentan respectivamente una zona parcial (13, 13') con una resistencia que es inferior a la resistencia de la sección del resorte de torsión (3).

Description

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DESCRIPCION

Estabilizador de barra de torsión y procedimiento para su fabricación

La invención se refiere a un estabilizador de barra de torsión para un chasis de un vehículo motorizado, así como a un procedimiento para la fabricación de un estabilizador como éste. Un estabilizador de barra de torsión es un elemento de resorte que contrarresta el movimiento de balanceo del vehículo motorizado, contribuyendo así a mejorar la dinámica del movimiento o el comportamiento en marcha del vehículo motorizado. Los extremos del estabilizador se conectan respectivamente a una suspensión de ruedas de un eje de vehículo. El estabilizador se fija en la carrocería del vehículo entre los dos extremos.

Por el documento US 2007/0216126 A1 se conoce un procedimiento para la fabricación de un estabilizador tubular. Se pone a disposición un cuerpo tubular que se calienta y a continuación se enfría bruscamente. En estado enfriado, el cuerpo tubular tiene una resistencia de aproximadamente 1400 MPa. Acto seguido, el cuerpo tubular se moldea en la forma deseada, presentando el estabilizador moldeado un cuerpo fundamentalmente alargado con dos brazos de estabilizador con primeros y segundos extremos. Los extremos del estabilizador son planos y perforados, de manera que el estabilizador pueda conectarse a la suspensión de un vehículo motorizado.

Por el documento DE 11 2011 100 846 T5 se conocen un estabilizador macizo y un procedimiento de fabricación del estabilizador macizo. El procedimiento de fabricación comprende un paso de moldeo, un paso de endurecimiento y un paso de atemperado. En el paso de endurecimiento, las secciones finales en forma de ojo se sujetan y la corriente entre las secciones finales en forma de ojo se aplica, a fin de calentar el material de acero a una temperatura de endurecimiento de 970°C. A continuación, el material de acero se enfría rápidamente y se atempera. Después del atemperado, la dureza en una sección central radial del estabilizador macizo es de 400 HV. La resistencia a la tracción es de 1.200 MPa o más.

Por el documento US 2011/0290382 A1 se conoce un acero de alta resistencia para un estabilizador que contiene de un 0,07% a un 0,2% C y de un 1% a un 3% Mn, así como otros elementos de aleación. El estabilizador tiene una sección de torsión y un par de brazos con elementos de conexión en los extremos. Por el documento US 2014/0060709 A1 se conoce un estabilizador similar.

Por el documento DE 197 58 292 A1 se conoce un estabilizador tubular en el que las distintas secciones de estabilizador se dimensionan de manera que en las secciones de estabilizador fundamentales se obtenga prácticamente la misma resistencia a la fatiga por vibración. Se proponen unos valores de resistencia básicos del material de, por ejemplo, 1.500 MPa a 1.800 MPa. Mediante revenido, la resistencia a la tracción de la capa marginal de superficie se incrementa en comparación con la resistencia a la tracción de un material descarburado. El grosor de pared en la zona de la parte posterior en U es menor que en la zona de transición curvada hacia los brazos.

Por el documento DE 10 2009 011 818 A1 se conoce un procedimiento para la fabricación de un estabilizador con dos cojinetes de estabilizador. Para ello se prevé que el estabilizador se caliente por secciones y que, a continuación, entre en contacto superficial con el cojinete de estabilizador y se comprima.

Por el documento DE 10 2013 101 276 A1 se conoce un procedimiento para la fabricación de un estabilizador de un vehículo motorizado. Para ello se prevé que el material de banda se moldee a partir de una aleación de acero con un alto contenido de manganeso en un perfil tubular y a continuación se suelde en un tubo sinfín mediante soldadura con corriente de alta frecuencia. El tubo así fabricado se vuelve a trefilar por medio de un mandril, pudiendo tener lugar un recocido intermedio en función del grado de conformación del retrefilado. Se indica como ventaja que el estabilizador así fabricado no requiere ningún tratamiento de revenido.

Debido a las variaciones en la sección transversal, las secciones finales de los estabilizadores pueden tener una capacidad de carga reducida geométricamente y, en virtud de los procesos de moldeo y enfriamiento, también material y estructuralmente. Los grosores de pared de las secciones finales de los estabilizadores se realizan normalmente de acuerdo con las fuerzas o cargas transmitidas por los componentes de guiado de rueda.

En caso de cargas elevadas y de un grosor de material reducido de los extremos del estabilizador, puede ser necesario, en su caso, aplicar refuerzos adicionales, lo que contrarresta la demanda de construcción ligera. Además, en ocasiones pueden producirse fugas en los extremos del estabilizador que, en el peor de los casos, pueden dar lugar a un fallo de los componentes.

Partiendo de esta base, la presente invención se basa en la tarea de proponer un estabilizador que soporte una alta solicitación con un uso de material lo más reducido posible y que se pueda fabricar fácilmente con unas propiedades de estanqueidad satisfactorias. La tarea consiste además en proponer un procedimiento de fabricación apropiado que permita, en un proceso seguro, la fabricación de un estabilizador altamente resistente y lo más ligero posible, cuyos extremos presenten unas buenas propiedades de estanqueidad.

Una solución consiste en un estabilizador de barra de torsión endurecido para un chasis de un vehículo motorizado, fabricado de un cuerpo tubular, que comprende: una sección de resorte de torsión y dos brazos doblados a partir de la misma; presentando los brazos respectivamente una sección final moldeada con un orificio de paso y una sección tubular; presentando la sección de resorte de torsión una estructura endurecida con una resistencia de al menos

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Una ventaja consiste en que el estabilizador de la barra de torsión también puede soportar cargas elevadas debido a la alta resistencia de las secciones finales, presentando además una larga vida útil. Como consecuencia de la alta resistencia, el grosor de pared de las secciones finales puede, en su caso, reducirse, de manera que sea posible reducir el peso del estabilizador sin modificar la capacidad de carga. Los extremos de estabilizador moldeados y endurecidos se pueden fabricar, por ejemplo, de forma sencilla y fiable mediante endurecimiento por presión.

El estabilizador se endurece o reviene, entendiéndose en el marco de la presente revelación que el estabilizador presenta una dureza más alta que el material de partida. Para ello, el material de partida se calienta y a continuación se enfría bruscamente, de manera que se forme una estructura más dura en comparación con el material de partida. Preferiblemente, el estabilizador se fabrica de un material de acero templable que para el endurecimiento se calienta a una temperatura de austenitización y, acto seguido, se enfría rápidamente. Como consecuencia del rápido enfriamiento tiene lugar una transformación al menos en parte, preferiblemente completa, de la estructura en martensita. Con esta finalidad, resultan adecuados los aceros en los que las transformaciones en el diagrama de transformación tiempo temperatura en la fase de perlita y de bainita se desplazan a lo largo de períodos de tiempo más largos, de manera que la velocidad de enfriamiento crítica superior sea relativamente baja, pudiendo aún lograrse también en el núcleo de la pieza de trabajo. Preferiblemente, el material de acero tiene un contenido de carbono de menos del 0,5 por ciento en peso y/o un contenido de manganeso del 0,5 al 3,0 por ciento en peso.

Después del endurecimiento, el estabilizador se puede recocer. Mediante el recocido disminuye la resistencia de la martensita en principio quebradiza, pero la tenacidad aumenta. En conjunto se pueden conseguir por medio de temperaturas de recocido adecuadas las combinaciones de características deseadas del componente. La combinación de endurecimiento y, a continuación, recocido del componente también se denomina revenido.

La dureza y la resistencia del estabilizador se condicionan entre sí. De acuerdo con la resistencia deseada, la sección de resorte de torsión según una configuración posible puede tener una dureza de al menos 310 HV, preferiblemente de al menos 410 HV, en especial de al menos 500 HV. Las zonas finales moldeadas pueden presentar una dureza de al menos 250 HV, preferiblemente de al menos 310 HV, en especial de al menos 400 HV.

El estabilizador se puede fabricar de un cuerpo tubular como material de partida, a partir del cual se doblan los brazos. Las secciones finales moldeadas de los brazos se pueden fabricar mediante conformación en caliente. Para ello, en primer lugar las secciones finales a moldear se calientan, de manera que la dureza en estas secciones se reduzca de nuevo en comparación con la dureza del material de partida y, acto seguido, se moldean. Se prevé especialmente que las secciones finales moldeadas presenten respectivamente una zona final plana perforada y una zona de transición posterior. Los orificios de paso practicados mediante perforación sirven para la unión del estabilizador a un componente de unión, por ejemplo, a un componente de chasis del vehículo motorizado. Preferiblemente, las secciones finales o las zonas finales se cierran de forma impermeable al líquido y/o de forma impermeable al gas. Esto se puede llevar a cabo durante la operación de moldeo para la fabricación de las secciones finales moldeadas. Se prevé especialmente que la fabricación se realice de manera que los extremos del estabilizador sean impermeables al gas hasta una presión interna de al menos 2 bar y/o que, después de 5 minutos, la presión interna siga siendo al menos 0,75 veces la presión máxima aplicada. En este caso, además del proceso de conformación, la estructura endurecida de las zonas finales también contribuye a alcanzar estos valores de estanqueidad.

La zona de transición entre la zona final plana y la sección tubular del brazo posee una sección transversal variable a lo largo de la longitud de su zona de transición. Con otras palabras, la zona de transición forma una transición que modifica la sección transversal entre la zona final plana y la sección de brazo tubular. Preferiblemente, la zona de transición tiene una resistencia de al menos 800 MPa, en especial de al menos 1000 MPa, y dependiendo de los requisitos técnicos también superior a los 1200 MPa. Según una configuración apropiada, la zona de transición tiene al menos aproximadamente la misma resistencia y dureza que la zona final perforada del brazo.

A la zona de transición le sigue la sección de brazo tubular que puede presentar una zona parcial con una resistencia o dureza reducidas. En especial, la resistencia o la dureza de esta zona parcial pueden ser inferiores a la resistencia o dureza de la sección del resorte de torsión y/o a la resistencia o dureza de la zona final, pudiendo corresponder la resistencia y la dureza especialmente a la resistencia básica y a la dureza básica del estabilizador revenido. Por ejemplo, la resistencia en esta zona parcial de la sección de brazo tubular puede ser inferior a 0,7 veces la resistencia de la sección del resorte de torsión y/o de la sección final. De forma alternativa o complementaria, la resistencia de la zona parcial citada puede ser mayor que 0,5 veces la resistencia de la sección del resorte de torsión y/o de la sección final. La dureza del material está relacionada con la resistencia, por lo que los valores citados se pueden aplicar análogamente a la dureza. Para que la zona parcial con una resistencia reducida no afecte negativamente a la resistencia total y a la vida útil del estabilizador, se prevé en especial que éste presente una distancia desde la zona de transición que corresponda preferiblemente al menos a la mitad del diámetro de la sección de brazo tubular.

De acuerdo con una configuración posible, el estabilizador de barra de torsión puede presentar un grosor de pared variable a lo largo de la longitud. En este caso, el grosor de pared se puede ajustar debidamente a los requisitos

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técnicos, es decir, en los puntos de mayor carga se puede prever un grosor de pared mayor o en los puntos en los que se desea una mayor elasticidad el grosor de pared se puede configurar correspondientemente más reducido. Especialmente se prevé que un grosor de pared de al menos las zonas finales sea menor que un grosor de pared máximo del estabilizador de barra de torsión. Por ejemplo, el grosor de pared de las zonas finales puede ser al menos un 20% menor que el grosor de pared máximo del estabilizador. El grosor de pared máximo se forma especialmente en las secciones de flexión. El grosor de pared medio de la zona de transición también se puede reducir en comparación con un grosor de pared máximo del estabilizador.

La solución de la tarea arriba citada consiste además en un procedimiento para la fabricación de un estabilizador de barra de torsión para un chasis de un vehículo motorizado con los pasos: fabricación de un tubo; doblado de los brazos a partir del tubo; revenido del tubo antes o después de doblar los brazos de manera que el tubo endurecido presente una estructura de dureza con una resistencia de al menos 1000 MPa; calentamiento de una sección parcial final de los brazos después de endurecer o revenir el tubo, reduciéndose la resistencia en la sección parcial final por debajo de 800 MPa; conformación en caliente de la sección parcial final después del calentamiento para la generación de una sección final moldeada; punzonado de la sección final moldeada para la generación de un orificio de paso; endurecimiento de la sección final moldeada de manera que en la sección final moldeada presente una estructura endurecida con una resistencia de al menos 800 MPa.

El procedimiento según la invención ofrece de forma análoga las mismas ventajas que el producto según la invención, por lo que a este respecto se hace referencia a la descripción anterior. Se entiende que todas las características relacionadas con el producto pueden transferirse al procedimiento y viceversa. En general, debido a la alta resistencia de las secciones finales, el estabilizador según la invención también puede soportar cargas elevadas y tiene una vida útil larga o es posible ahorrar material y reducir el peso con la misma solicitación del estabilizador. En el procedimiento según la invención, las secciones finales se someten a dos procesos de endurecimiento, concretamente a un primer proceso en el marco del revenido del tubo que sirve como material de partida, y a un segundo proceso, en concreto, a un endurecimiento parcial de las secciones finales realizado después del moldeo.

Según una realización posible del procedimiento, el calentamiento de las secciones parciales finales se puede llevar a cabo por medio de un calentamiento por inducción. En el calentamiento por inducción se produce un calentamiento en el componente eléctricamente conductor a través de las pérdidas por corrientes parásitas generadas en el mismo, generándose el calor directamente en el propio componente. Como dispositivo para el calentamiento por inducción se puede utilizar una bobina de inducción, una calefacción por inducción o un horno de inducción. El dispositivo de inducción genera, a través de una bobina por la que pasa corriente alterna, un campo magnético alterno que induce corrientes de Foucault en el componente.

Se prevé especialmente que los pasos de conformación en caliente de la sección parcial final y de punzonado de un orificio de paso en la sección final moldeada se realicen en una herramienta conjunta.

El endurecimiento de las secciones finales moldeadas se puede llevar a cabo según una primera posibilidad en la misma herramienta que la conformación en caliente y el punzonado. En este caso, la herramienta tendría que realizarse como una herramienta combinada de conformación en caliente, punzonado y endurecimiento. Mediante la conformación en caliente, el punzonado y el endurecimiento en una única herramienta es posible una fabricación rápida con unos tiempos de ciclo cortos. Especialmente se puede prever que en primer lugar un brazo del estabilizador se caliente por su sección parcial final, que se inserte a continuación en la herramienta combinada de conformación en caliente, punzonado y endurecimiento, moldeándose la sección parcial final en una sección final moldeada, punzonándose la perforación en la sección final y endureciéndose la sección final por medio de un enfriamiento rápido. Acto seguido, el estabilizador con su primer brazo moldeado y endurecido se retira de la herramienta, de manera que, a continuación, el segundo brazo se pueda fabricar convenientemente. La herramienta combinada se diseña preferiblemente de modo que la secuencia de mecanizado del brazo tenga lugar en la cronología conformación, punzonado y endurecimiento. Sin embargo, también es posible imaginar en principio que el perforado se realice con un solapamiento temporal o después del endurecimiento. Una ventaja de la fabricación en la herramienta combinada consiste en que el consumo de energía para la fabricación es en general reducido, dado que el componente sólo se tiene que calentar una vez para la conformación en caliente y el endurecimiento. El procedimiento combinado de conformación en caliente y endurecimiento también puede denominarse endurecimiento por presión.

De acuerdo con una posibilidad alternativa, el endurecimiento de las secciones finales moldeadas también se puede llevar a cabo como un paso de procedimiento separado por medio de un dispositivo separado. En este caso, el endurecimiento puede seguir en el tiempo al proceso de conformación en caliente, especialmente de manera que el estabilizador se extraiga de la herramienta y se siga enfriando rápidamente por medio del dispositivo. El enfriamiento rápido se puede llevar a cabo, por ejemplo, por medio de un caudal de aire o en un baño de líquido como un baño de aceite o de agua. El endurecimiento también se puede separar en tiempo y espacio del proceso combinado de conformación en caliente y punzonado. En este caso, las secciones finales moldeadas del estabilizador tendrían que calentarse en primer lugar a la temperatura de austenitización y, a continuación, enfriarse rápidamente en un dispositivo de enfriamiento. En el caso del proceso de endurecimiento separado es posible, según una primera variante, calentar en primer lugar ambas secciones finales a la temperatura de austenitización y, a continuación,

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enfriarlas rápidamente en el dispositivo de endurecimiento o enfriamiento. De acuerdo con una segunda variante, las dos secciones finales también se pueden calentar y enfriar respectivamente una tras otra.

Según una realización posible del procedimiento, la fabricación del tubo se puede llevar a cabo mediante los pasos parciales: laminado de una banda de acero; moldeado de la banda de acero en el cuerpo tubular ranurado; y soldadura longitudinal del cuerpo tubular ranurado formando el tubo cerrado. Para la generación de un grosor de chapa variable a lo largo de la longitud del estabilizador, el tubo se puede fabricar, según una primera posibilidad, mediante trefilado por medio de un mandril escalonado. Los tubos así fabricados también se denominan Tailor Drawn Tubes. Alternativamente, el grosor de pared variable del estabilizador también se puede fabricar procesando la banda de acero utilizada como material de partida para el tubo mediante un laminado flexible antes de moldearse en el tubo. En el caso del laminado flexible, el material de banda con un grosor de chapa fundamentalmente uniforme se lamina durante el proceso en el material de banda con un grosor de chapa variable a lo largo de la longitud mediante una variación de la abertura entre cilindros. Las secciones de diferentes grosores generadas mediante el laminado flexible se extienden transversalmente a la dirección longitudinal o a la dirección de laminado del material de banda. Después del laminado flexible, el material de banda puede enrollarse de nuevo en la bobina y aportarse a otro lugar para su posterior procesamiento o puede procesarse directamente, por ejemplo, mediante conformación en el cuerpo tubular y mediante soldadura longitudinal. Alternativamente, el tubo también se puede fabricar sin costuras como tubo trefilado.

El revenido del tubo se lleva a cabo por medio de los pasos parciales: calentamiento del tubo a temperatura de

austenitización; enfriamiento brusco del tubo calentado; y recocido del tubo enfriado bruscamente. Con el

calentamiento del material a la temperatura de austenitización se entiende que el material se calienta a una temperatura a la que se forma, al menos parcialmente, austenita. La temperatura de austenitización es

preferiblemente superior al punto Ac3, es decir, preferiblemente superior a 800°C para los materiales de acero. El

enfriamiento brusco posterior a una temperatura más baja se lleva a cabo en especial entre la velocidad de enfriamiento crítica superior e inferior, es decir, tan rápidamente que se forma, al menos parcialmente, martensita. Como consecuencia del enfriamiento brusco se evita una difusión de hierro y carbono, de manera que la austenita de caras cúbicamente centradas se transforme en la red tetragonalmente deformada centrada en el espacio de la martensita por medio de un proceso de desplazamiento o transformación. Dependiendo de la velocidad de enfriamiento, también pueden generarse estructuras intermedias o bainita. Después del enfriamiento brusco, se procede al revenido, calentándose el tubo endurecido a temperaturas moderadamente elevadas por debajo de la temperatura A1 y enfriándose de nuevo a continuación. Mediante el recocido se reducen las tensiones internas, es decir, se reducen la dureza y la resistencia, mientras que la tenacidad aumenta. La combinación de procesos de endurecimiento y recocido también se conoce como revenido.

A continuación se describen formas de realización preferidas por medio de las figuras de los dibujos. Se muestra en la:

Figura 1 un estabilizador de barra de torsión según la invención en una vista en planta

A) con un desarrollo de dureza a lo largo de la longitud;

B) con un desarrollo de grosores de pared a lo largo de la longitud;

Figura 2 el detalle X del estabilizador de barra de torsión de la figura 1

A) en una vista en planta;

B) en una vista lateral;

C) con un desarrollo de dureza;

Figura 3 un dispositivo para la fabricación de un estabilizador según la figura 1A en distintos pasos

A) con un primer brazo insertado en el dispositivo para el mecanizado;

B) después de la conformación de una sección parcial final del primer brazo;

C) después del corte y la perforación de la sección parcial moldeada del primer brazo;

Figura 4 el dispositivo de la figura 3

A) con un segundo brazo insertado en el dispositivo para el mecanizado;

B) después de la conformación de una sección parcial final del segundo brazo;

C) después del corte y la perforación de la sección parcial moldeada del segundo brazo;

Las figuras 1 y 2, que se explicarán conjuntamente más adelante, muestran un estabilizador 2 según la invención para su uso en el chasis de un vehículo motorizado. El estabilizador 2 presenta una sección de resorte de torsión 3, que también se puede denominar sección de resorte de barra de torsión o parte superior de estabilizador, y dos brazos 4, 4', que también se pueden denominar brazos de palanca, doblados en ángulo desde la sección de resorte de torsión 3. Entre la sección de resorte de torsión 3 y los brazos 4, 4' se forma respectivamente una sección de flexión 5, 5'. Se puede ver que el presente estabilizador 2 se construye simétricamente en relación con un plano

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medio E y que presenta un brazo 4, 4' en ambos extremos. Sin embargo se entiende que el estabilizador también se puede configurar asimétricamente y que, en función de las condiciones del espacio constructivo, también puede presentar brazos configurados de forma desigual. Siempre que en el marco de la presente revelación sólo se haga referencia a uno de los brazos 4, 4', se entiende que esto siempre se aplica también al otro brazo 4', 4 del estabilizador.

La sección del resorte de torsión 3 se desarrolla fundamentalmente recta y se fija a la carrocería del vehículo, por ejemplo, mediante dos cojinetes (no representados), por ejemplo, en el compartimento del motor o en la parte inferior del vehículo motorizado. Los brazos 4, 4' sirven para la unión del estabilizador 2 a las dos suspensiones de las ruedas (no representadas) de un eje del vehículo motorizado. En este caso, los brazos 4, 4' se desarrollan fundamentalmente rectos y forman un ángulo recto con la sección del resorte de torsión 3 en la vista en planta del estabilizador 2. Sin embargo se entiende que los brazos también pueden tener otros diseños en dependencia de las condiciones del espacio constructivo y de la aplicación. Por ejemplo, los brazos también se pueden acodar o doblar y/o se pueden desarrollar en un ángulo no igual a 90° con respecto a la sección del resorte de torsión 3.

Mediante la unión de los brazos 4, 4' del estabilizador 2 a respectivamente una suspensión de ruedas correspondiente del vehículo motorizado, las dos suspensiones de ruedas se acoplan elásticamente la una a la otra. En caso de marcha en curva se provoca un movimiento de balanceo del vehículo motorizado como consecuencia de una desviación unilateral de la rueda de vehículo en el exterior de la curva y de un relajamiento simultáneo de la rueda en el interior de la curva. Este movimiento de desviación se transmite, a través del brazo de desviación 4, 4' y de la sección de resorte de torsión 3, al brazo opuesto 4', 4. De este modo se contrarresta un movimiento de balanceo del vehículo motorizado, es decir, un movimiento de giro alrededor del eje longitudinal del vehículo.

El estabilizador 2 se fabrica de un cuerpo tubular de una sola pieza cerrado en la sección transversal, doblándose a partir del mismo las secciones finales que forman los brazos 4, 4'. Como material de partida se utiliza un material de acero templable que presenta preferiblemente un contenido de carbono inferior al 0,5 por ciento en peso y un contenido de manganeso del 0,5 al 3,0 por ciento en peso. Además del hierro también puede contener otros elementos de aleación comunes como el cromo y/o el boro. El estabilizador 2 o el cuerpo tubular para la fabricación del estabilizador se revienen, es decir, se endurecen y recuecen. En este caso, el cuerpo tubular se puede revenir antes o después del doblado de los brazos 4, 4'.

Partiendo de la sección de flexión 5, 5', cada uno de los brazos 4, 4' tiene una sección tubular 6, 6', con una sección transversal al menos aproximadamente constante a lo largo de la longitud, y una sección final moldeada 7, 7'. Las secciones finales moldeadas 7, 7' presentan respectivamente una zona plana 8, 8' y una zona de transición 9, 9'. La zona de transición 9, 9' une la zona final plana 8, 8' al brazo tubular 6, 6' y posee de forma correspondiente una sección transversal variable a lo largo de la longitud de la respectiva zona de transición 9, 9'.

Especialmente en la figura 2B se puede ver que las zonas finales planas 8, 8' de las secciones finales moldeadas 7, 7' están perforadas. En este caso, los orificios de paso 10, 10' sirven para unir el estabilizador 2 a un componente del chasis del vehículo motorizado. Las zonas finales planas 8,8' están cerradas de forma impermeable a los líquidos o de forma impermeable al gas y, en concreto, preferiblemente hasta una presión interna de al menos 2 bar, de manera que se evite la penetración de suciedad y agua. El cierre impermeable al gas tiene lugar en el marco de la operación de conformación. En este caso resulta ventajoso que los extremos del estabilizador sean tan impermeables al gas que la presión interna después de 5 minutos siga siendo al menos 0,75 veces la presión máxima aplicada.

En la figura 2A se puede ver además que las zonas de transición 9, 9' entre la zona final plana respectivamente posterior 8, 8' y la sección tubular 6, 6' del brazo 4, 4' tienen una sección transversal variable a lo largo de la longitud, de manera que se forme una transición que varía la sección transversal entre la zona final plana 8, 8' y la sección de brazo tubular 6, 6'.

Como se ha mencionado anteriormente, el estabilizador 2 se fabrica de un material de acero revenido. En este caso, la resistencia básica del material de acero revenido es, en función del material de partida, de al menos 1000 MPa, en especial de al menos 1200 MPa y, en su caso, también de al menos 1400 MPa. Por ejemplo, un cuerpo tubular de estabilizador de un material de acero revenido 26MnB5 puede presentar una resistencia básica de aproximadamente 1400 MPa a 1585 MPa. Un cuerpo tubular de acero revenido 34MnB5 puede presentar una resistencia básica aún mayor de aproximadamente 1585 MPa a 1680 MPa.

En el estado acabado del estabilizador, las secciones finales moldeadas 7, 7' poseen una resistencia de al menos 800 MPa, especialmente de al menos 1000 MPa. La resistencia de las secciones finales moldeadas 7, 7' puede ser menor que la resistencia básica del material de acero revenido y, en particular, ser de al menos 0,8 a 0,9 veces la resistencia del material de acero revenido. En caso de una resistencia del material de acero revenido de 1200 MPa, la resistencia de las secciones finales moldeadas 7, 7' podría ser, por lo tanto, de entre 960 MPa y 1080 MPa.

La resistencia del estabilizador se correlaciona con la dureza, representándose en la figura 1A un desarrollo a modo de ejemplo de la misma y en la figura 2C como detalle ampliado para uno de los brazos 4, 4' del estabilizador 2. Aquí la dureza básica del estabilizador se identifica con H2 y la dureza de las secciones finales 7, 7' con H7. Una dureza básica media se indica con 0,5H2. Se puede ver que la dureza H7 de las secciones finales 7, 7' es ligeramente inferior a la dureza básica H2, correspondiendo en especial aproximadamente a 0,9 veces la dureza básica H2. Los valores a modo de ejemplo para la dureza del estabilizador 2 pueden indicarse de la siguiente manera. La dureza

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básica H2 puede ser de al menos 410 HV, especialmente de al menos 500 HV. Las secciones finales moldeadas 7, 7' pueden presentar una dureza H7 de al menos 310 HV, en especial de al menos 400 HV.

También se puede ver que las secciones finales 7, 7', partiendo de un extremo 12, 12' de la cara frontal más allá de la zona final respectiva 8, 8' y de la zona de transición siguiente 9, 9', presentan una dureza fundamentalmente constante H7 o una resistencia que es en especial mayor que 0,8 veces la dureza básica H2 o que la resistencia básica del estabilizador 2. Sólo en la sección tubular 6, 6' del brazo 4, 4', que, debido a su geometría, presenta un mayor momento de inercia de superficie que la sección final moldeada 7, 7', está disponible una zona parcial 13, 13' con una dureza Hmin reducida o una resistencia reducida. En este caso, la dureza reducida Hmin o la resistencia reducida es menor que la dureza básica o que la resistencia básica del estabilizador 2 o que la dureza o la resistencia de la sección de torsión 3. Aquí la dureza reducida Hmin es especialmente menor que 0,7 veces la dureza básica del estabilizador 2 y mayor que la dureza básica media 0,5H2 del estabilizador 2, es decir, 0,7H2 > Hmin > 0,5H2. Esto se puede aplicar análogamente a la resistencia. La zona parcial no endurecida 13, 13' está claramente separada de la zona de transición 9, 9', especialmente por una longitud superior a la mitad del diámetro D6 de la sección de brazo tubular 6, 6'.

En la figura 1B se muestra el desarrollo del grosor de pared d del estabilizador 2 a lo largo de la longitud L. Se puede ver que el estabilizador de barra de torsión tiene un grosor de pared d variable a lo largo de la longitud L,

entendiéndose que el grosor de pared también puede ser constante a lo largo de la longitud. En este caso, el

desarrollo del grosor de pared es simétrico con respecto a un plano medio del estabilizador. Especialmente se prevé que el grosor de pared d4 de los brazos 4, 4' se reduzca con respecto al grosor de pared d5 de las secciones de

flexión 5, 5'. En las secciones de flexión 5, 5', el estabilizador tiene el mayor grosor de pared d5. Partiendo de las

dos secciones de flexión 5, 5' en dirección al plano medio, el estabilizador en la sección del resorte de torsión 3 posee a su vez un grosor de pared reducido d3 que en este caso comprende dos zonas parciales de diferente grosor. Se entiende que en dependencia de las cargas del estabilizador, también se puede incorporar al estabilizador 2 uno de dos números diferentes de zonas parciales, como uno, tres o más de tres. Las zonas de transición entre respectivamente dos grosores de pared d3, d4, d5 son continuas, de manera que resulte una solicitación lo más uniforme posible, pudiéndose evitar los picos de tensión. En concreto se prevé especialmente que las secciones finales moldeadas 7, 7' tengan un grosor de pared d7 que sea al menos un 20% inferior al grosor de pared máximo d5 del estabilizador.

Para la fabricación de un cuerpo tubular con un grosor variable a lo largo de la longitud, por ejemplo, un tubo fabricado en primer lugar con un grosor de pared constante se puede trefilar por medio de un mandril escalonado de modo que se generen en el tubo las secciones con diferentes grosores de pared (Tailor Drawn Tube). Alternativamente, el tubo ya se puede fabricar de un material de banda laminado flexiblemente como material de partida, el cual se explicará a continuación con mayor detalle. Un material de banda laminado flexiblemente de este tipo también se denomina Tailor Rolled Blank.

Un procedimiento según la invención para la fabricación del estabilizador 2 comprende los siguientes pasos de procedimiento: fabricación de un tubo; doblado de los brazos 8, 8' a partir del tubo; revenido del tubo antes o después de doblar los brazos, de manera que el tubo revenido presente una estructura de dureza con una resistencia de al menos 1000 MPa; calentamiento de una sección parcial final de uno de los brazos 8,8' después del endurecimiento del tubo, reduciéndose la resistencia en la sección parcial final a menos de 800 MPa; conformación en caliente de la sección parcial final después del calentamiento para la generación de la sección final moldeada 7, 7'; punzonado de la sección final moldeada 7, 7' para la generación del orificio de paso 10, 10'; endurecimiento de la sección final moldeada, de manera que la sección final moldeada presente una estructura endurecida con una resistencia de al menos 800 MPa. A continuación se trata el segundo brazo 8', 8 de forma correspondiente.

La fabricación del tubo se puede llevar a cabo mediante los siguientes pasos parciales: laminado de una banda de acero; moldeado de la banda de acero en un cuerpo tubular ranurado; y soldadura longitudinal del cuerpo tubular ranurado formando un tubo cerrado. Para la generación de un grosor de chapa variable a lo largo de la longitud del estabilizador 2, la banda de acero se puede laminar de forma flexible antes de su conformación en un tubo o bien un tubo con un grosor de pared en principio constante se puede trefilar de forma flexible después de la soldadura. En el caso del laminado flexible, el material de banda obtiene durante el proceso, mediante la modificación de la abertura entre cilindros, un grosor de chapa variable a lo largo de la longitud. El doblado de los brazos 8, 8' se lleva a cabo en un dispositivo de doblado apropiado. El revenido del tubo se realiza mediante los siguientes pasos parciales: calentamiento del tubo a la temperatura de austenitización; enfriamiento brusco del tubo calentado; y recocido del tubo enfriado bruscamente. El revenido se lleva a cabo preferiblemente después del doblado de los brazos 8, 8', aunque en principio también se puede realizar con anterioridad. Después del revenido, el cuerpo tubular revenido 2' tiene una sección transversal fundamentalmente constante a lo largo de la longitud L del cuerpo tubular, así como la resistencia básica antes citada de al menos 1000 MPa.

Partiendo de esta base, se generan las secciones parciales finales de los brazos 8, 8', lo que se explica a continuación por medio de las figuras 3A a 3C.

En las figuras 3A a 3C se muestra una herramienta combinada de conformación en caliente, punzonado y endurecimiento 14 que, para simplificar, también se denomina a continuación simplemente herramienta. Antes de la inserción del cuerpo tubular revenido 2' en la herramienta 14, la sección parcial final 15 del primer brazo 8 se calienta, lo que se puede llevar a cabo mediante calentamiento por inducción. La longitud de la sección parcial 15

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

calentada corresponde, al menos aproximadamente, a la longitud de la sección final moldeada 7 a fabricar del brazo 8. Después del calentamiento de la sección parcial 15, el cuerpo tubular 2' se inserta rápidamente en la herramienta, lo que se muestra en la figura 3A.

La herramienta combinada de conformación en caliente, punzonado y endurecimiento 14 presenta un bastidor 16, una pieza de herramienta superior 17 y una pieza de herramienta inferior 18. En la pieza superior de herramienta 17 se prevé un inserto de molde superior 19 que interactúa con un inserto de molde inferior correspondiente 20 de la pieza inferior de herramienta 18. Para la conformación del brazo 8, la pieza superior de herramienta 17 se mueve en dirección hacia la pieza inferior de herramienta 18, moldeando o laminando y comprimiendo los insertos de molde 19, 20 el cuerpo tubular 2' insertado entre las piezas de herramienta en la sección final de brazo 15. Los dos insertos de molde 19, 20 forman en este sentido partes del dispositivo de conformación en caliente, pudiéndose denominar también insertos de prensado o insertos de laminado. Para el movimiento de la pieza superior de herramienta 17 se prevé una unidad de accionamiento 21 que puede comprender especialmente dos cilindros hidráulicos 22, 22'. La figura 3B muestra la herramienta 14 con los cilindros hidráulicos extendidos 22, 22' y la pieza superior de herramienta 17 bajada de forma correspondiente, así como el estado moldeado del cuerpo tubular 2'. Se puede ver que la sección parcial previamente tubular 15 del brazo 4 se ha moldeado en la sección moldeada 7 con la zona final plana 8 y la zona de transición 9.

A continuación se corta el extremo sobresaliente de la sección moldeada 7 y se perfora la zona final plana 8. Con esta finalidad, la herramienta 14 dispone de un dispositivo de corte 23 en la pieza superior de herramienta 17 para el corte del extremo que sobresale y de un dispositivo de punzonado 24 para la perforación de la zona final plana 8. El dispositivo de corte 23 y el dispositivo de punzonado 24, que también pueden denominarse dispositivo de perforación, tienen una unidad de accionamiento conjunta 25 que comprende especialmente un cilindro hidráulico. Mientras que la fuerza de prensado de la unidad de conformación 19, 20 se mantiene para el moldeo del brazo 8, una cuchilla y un punzón pasan a través de los insertos de molde 18, 20 y perforan la zona plana 7 y recortan el extremo. La figura 3C muestra la herramienta 14 con el cilindro hidráulico 25 extendido y, por consiguiente, con el dispositivo de corte y punzonado 23, 24 bajado. Se puede ver que se ha cortado un extremo sobresaliente de la sección moldeada 7 y que se ha practicado el orificio de paso 10 en la zona final plana 8.

El endurecimiento de la sección final moldeada 8 se lleva a cabo mediante un enfriamiento rápido de la sección final a través del contacto plano de la pieza de trabajo con los insertos de moldeo o de prensado 18, 20. El enfriamiento rápido tiene lugar tan rápidamente que en la sección final moldeada 8 se forma una estructura, al menos parcialmente, martensítica. De este modo se evita una difusión de hierro y carbono, de manera que la austenita de caras cúbicamente centradas existente después del calentamiento de la sección parcial 15 se transforme en la red tetragonalmente deformada centrada en el espacio de martensita mediante un proceso de desplazamiento o transformación. En este caso, con respecto a la estanqueidad de la zona final plana 8 resulta ventajoso que la martensita, en virtud de su estructura reticular, tenga un volumen ligeramente mayor que la austenita, de manera que las paredes superpuestas de la zona final plana 8 sean especialmente firmes y próximas unas a otras.

Después de la fabricación de la sección moldeada y endurecida 7 del primer brazo 8, el estabilizador 2 se extrae de la herramienta 14. A continuación se mecaniza de forma análoga el segundo extremo 15' o el segundo brazo 8'. Este proceso se muestra en las figuras 4A a 4C, desarrollándose éste de forma idéntica al proceso para la fabricación del primer brazo 8. En este sentido se hace referencia de forma abreviada a la descripción anterior para el mecanizado del primer brazo 8.

Se entiende que el proceso indicado sólo es un ejemplo y que también se puede modificar. En especial, el estabilizador también puede extraerse directamente de la herramienta de moldeo después de la conformación en caliente y endurecerse o enfriarse rápidamente mediante dispositivos separados. Por ejemplo, después de la extracción del estabilizador 2 de la herramienta de moldeo, las secciones finales moldeadas 8, 8' pueden enfriarse en un dispositivo de enfriamiento separado por medio de un elemento líquido.

Opcionalmente, el cuerpo tubular se puede someter a un soplado interno antes del moldeo y del endurecimiento de los extremos de brazo 7, 7'. Después de la fabricación de las secciones moldeadas y endurecidas 7, 7', el estabilizador 2 puede someterse a un soplado externo, puede recubrirse y opcionalmente dotarse de accesorios.

Una ventaja del estabilizador 2 o del procedimiento para la fabricación consiste en que, debido a la alta resistencia de las secciones finales 7, 7', éste también puede soportar cargas elevadas y en que el mismo presenta una larga vida útil. Los extremos de estabilizador 7, 7' pueden fabricarse adecuadamente de forma fácil, rápida y fiable en una sola herramienta 14, concretamente en la herramienta combinada de conformación en caliente, punzonado y endurecimiento 14 descrita. El endurecimiento de las secciones finales 7, 7' no sólo provoca una mayor resistencia, sino que también tiene un efecto positivo en la estanqueidad del estabilizador 2, lo que contribuye en general a una larga vida útil.

Lista de referencias

2, 2' Estabilizador, cuerpo tubular

3 Sección de resorte de torsión

5

10

15

20

25

4, 4

Brazo

5, 5

Sección de flexión

6, 6

Sección tubular

7, 7

Sección moldeada

8, 8

Zona plana

9, 9

Zona de transición

10,

10' Orificio de paso

11

12,

12' Cara frontal

13,

13' Zona parcial

14

Herramienta

15,

15' Sección parcial final

16

Bastidor

17

Pieza superior de herramienta

18

Pieza inferior de herramienta

19

Inserto de molde superior

20

Inserto de molde inferior

21

Unidad de accionamiento

22,

22' Cilindro hidráulico

23

Dispositivo de corte

24

Dispositivo de punzonado

25

Unidad de accionamiento

d

Grosor de pared

D

Diámetro

E

Plano

H

Dureza

L

Longitud

Claims (14)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Estabilizador de barra de torsión para un chasis de un vehículo motorizado, fabricado de un cuerpo tubular, que comprende: una sección de resorte de torsión (3) y dos brazos (4, 4') doblados a partir de la sección de resorte de torsión (3), presentando los brazos (4, 4') respectivamente una sección final moldeada (7, 7') con un orificio de paso (10, 10') y una sección tubular (6, 6'), presentando la sección de resorte de torsión (3) una estructura endurecida con una resistencia de al menos 1000 MPa, y presentando las secciones finales moldeadas (7, 7') una estructura endurecida con una resistencia de al menos 800 MPa, caracterizado por que los brazos (4, 4') en la sección tubular (6, 6') presentan respectivamente una zona parcial (13, 13') con una resistencia que es inferior a la resistencia de la sección del resorte de torsión (3).
2. 2. Estabilizador de barra de torsión según la reivindicación 1, caracterizado por que las secciones finales moldeadas (7, 7') presentan una resistencia que es de al menos 0,8 veces la resistencia de la sección de resorte de torsión (3).
3. 3. Estabilizador de barra de torsión según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la sección de resorte de torsión (3) presenta una dureza (H2) de al menos 310 HV, especialmente de al menos 410 HV y por que las secciones finales moldeadas (7, 7') presentan una dureza (H7) de al menos 250 HV, especialmente de al menos 310 HV.
4. 4. Estabilizador de barra de torsión según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la sección final moldeada (7, 7') posee una zona final plana (8, 8') con una sección transversal aproximadamente constante a lo largo de la longitud (L) y una zona de transición (9, 9') con una sección transversal variable a lo largo de la longitud (L).
5. 5. Estabilizador de barra de torsión según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que las zonas parciales (13, 13') de las secciones tubulares (6, 6') presentan una resistencia menor que 0,7 veces la resistencia de la sección de resorte de torsión (3) y/o mayor que 0,5 veces la resistencia de la sección de resorte de torsión (3).
6. 6. Estabilizador de barra de torsión según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la zona parcial (13, 13') con una resistencia reducida presenta una distancia con respecto a la sección final moldeada (7, 7') que corresponde al menos a la mitad del diámetro (D6) de la sección tubular (6, 6').
7. 7. Estabilizador de barra de torsión según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que las secciones finales (7, 7') de los brazos (4, 4') se cierran de forma impermeable al líquido y/o de forma impermeable al gas.
8. 8. Estabilizador de barra de torsión según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por un grosor de pared (d) variable a lo largo de la longitud (L), siendo el grosor de pared (d7) de las secciones finales (7, 7') menor que un grosor de pared máximo (d5) del estabilizador de barra de torsión (2).
9. 9. Estabilizador de barra de torsión según la reivindicación 8, caracterizado por que el grosor de pared (d7) de las secciones finales (7, 7') es al menos un 20% menor que el grosor de pared máximo, formándose el grosor de pared máximo (d5) especialmente en una sección de flexión (5, 5') entre la sección de resorte de torsión (3) y un brazo (4, 4').
10. 10. Estabilizador de barra de torsión según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el estabilizador de barra de torsión se fabrica de un material de acero con un contenido de carbono de menos del 0,5% y con un contenido de manganeso del 0,5% al 3,0%.
11. 11. Procedimiento para la fabricación de un estabilizador de barra de torsión para un chasis de un vehículo motorizado, con los pasos:

    - fabricación de un tubo,

    - doblado de brazos (4, 4') a partir del tubo,

    - revenido del tubo antes o después del doblado de los brazos (4, 4'), de manera que el tubo revenido presente una estructura endurecida con una resistencia de al menos 1000 MPa,

    - calentamiento de una sección parcial final (15, 15') de un primer brazo (4, 4') después del revenido del tubo, reduciéndose la resistencia en la sección parcial final (15, 15') por debajo de 800 MPa,

    - conformación en caliente de la sección parcial final (15, 15') después del calentamiento en una sección final moldeada (7, 7'),

    - punzonado de la sección final moldeada (7, 7') para la generación de un orificio de paso (10, 10'),

    - endurecimiento de la sección final moldeada (7, 7') de manera que en la sección final moldeada (7, 7') se genere una estructura endurecida con una resistencia de al menos 800 MPa.
12. 12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que el calentamiento de las secciones parciales finales (15, 15') se realiza por medio de un calentamiento por inducción.
13. 13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado por que los pasos de conformación en caliente de la sección parcial final (15, 15') en una sección final moldeada (7, 7') y de punzonado de la sección final moldeada (7, 7') para la generación de un orificio de paso (10, 10') se llevan a cabo en una herramienta combinada (14).

    5 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que el endurecimiento de la sección

    final moldeada (7, 7') en la herramienta combinada (14) se enfría especialmente por medio de unas superficies de contacto de herramienta enfriadas o por medio de un dispositivo de enfriamiento separado.
14. 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que la fabricación del tubo se realiza 10 mediante los siguientes pasos parciales:

    - laminado de una banda de acero,

    - moldeado de la banda de acero en el cuerpo tubular ranurado, y

    - soldadura longitudinal del cuerpo tubular ranurado formando el tubo cerrado,

    y por que el revenido del tubo se lleva a cabo mediante los siguientes pasos parciales:

    15 - calentamiento del tubo a la temperatura de austenitización,

    - enfriamiento brusco del tubo calentado y

    - recocido del tubo.