ES2858201T3 - Método para fabricar un artículo moldeado en prensa y equipo de moldeo en prensa - Google Patents

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Abstract

Un método de fabricación de producto de conformación en prensa para fabricar un producto de conformación mediante la conformación en prensa de una hoja metálica (10) usando una herramienta de conformación en prensa (1, 2), que comprende: calentar la hoja metálica a una temperatura de transformación Ac1 o más; enfriar la hoja metálica (10) a 600°C o menos a una velocidad de enfriamiento de 30°C/segundo o más; conformar la hoja metálica (10) mediante una herramienta de conformación (1, 2) en un proceso de conformación en prensa mecánica o un proceso de conformación en prensa hidráulica que tiene una velocidad de prensado de 100 mm/segundo o más; terminar el proceso de conformación a una temperatura de inicio de transformación martensítica Ms o más; y retirar la hoja metálica (10) de la herramienta de conformación (1, 2), caracterizado porque la herramienta de conformación (1, 2) no se mantiene en un punto muerto inferior de conformación para un proceso de enfriamiento rápido, sino que la hoja metálica (10) se enfría después de ser extraída de la herramienta de conformación (1, 2).

Description

DESCRIPCIÓN
Método para fabricar un artículo moldeado en prensa y equipo de moldeo en prensa
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método de fabricar un producto de conformación en prensa caliente que precisa la resistencia utilizada en un elemento estructural de un componente de automóvil.
En particular, la presente invención se refiere a un método de fabricar un producto de conformación en prensa capaz de obtener una resistencia predeterminada realizando un tratamiento de calor y un proceso de conformación cuando se forma una hoja metálica preliminarmente calentada (pieza en bruto) en una forma predeterminada.
Más en concreto, la presente invención se refiere a un método de fabricación de un producto de conformación en prensa para fabricar un producto de conformación en prensa con alta productividad sin producir una rotura o una fisura durante un proceso de conformación en prensa.
Antecedentes de la invención
Como una de las contramedidas para la mejora de la eficiencia del combustible de un automóvil originada a partir de un problema medioambiental global, se ha disminuido el peso de la carrocería de vehículo. Por esta razón, hay que mejorar todo lo posible la resistencia de una hoja metálica usada en el automóvil. Sin embargo, cuando se mejora la resistencia de la hoja metálica generalmente con el fin de disminuir el peso del automóvil, disminuye la elongación EL o el valor r (valor Lankford) y, por lo tanto, se degrada la propiedad de congelación de forma o de conformabilidad en prensa.
Con el fin de resolver tal problema, se emplea un método de conformación en prensa en caliente (denominado un “ método de prensado en caliente”) que asegura una resistencia después de un proceso de conformación para fabricar un componente, y el método de conformación en prensa en caliente se realiza de tal manera que una hoja metálica (pieza en bruto) es calentada a una temperatura predeterminada (por ejemplo, una temperatura de fase austenítica) con el fin de disminuir la resistencia (es decir, facilitar el proceso de conformación), y se forma mediante una herramienta de conformación que tiene una temperatura baja (por ejemplo, una temperatura ambiente) en comparación con la hoja metálica (el objetivo de procesado), realizando por ello un proceso de conformación y un termotratamiento de super-enfriamiento (enfriamiento rápido) usando una diferencia de temperatura entre ellos (por ejemplo, documento de patente 1).
Según tal método de prensado en caliente, dado que la hoja metálica se forma en un estado de baja resistencia, la retracción disminuye (con una propiedad de congelación de forma satisfactoria), y una resistencia a la tracción es 1500 MPa por el proceso de enfriamiento rápido. Además, tal método de prensado en caliente recibe varios nombres tales como un método de conformación en caliente, un método de estampado en caliente, un método de estampa en caliente, y un método de enfriamiento rápido en troquel, distintos del método de prensado en caliente.
La figura 1 es un diagrama explicativo esquemático que ilustra una configuración de una herramienta de conformación que se usa para realizar el proceso de conformación en prensa en caliente antes descrito. En el dibujo, el número de referencia 1 indica un punzón, el número de referencia 2 indica un troquel, el número de referencia 3 indica un soporte de pieza en bruto, el número de referencia 4 indica una hoja metálica (pieza en bruto), BHF indica una fuerza de plegado, rp indica un radio de hombro de punzón, rd indica un radio de hombro de troquel, y CL indica una holgura entre un punzón y un troquel. Además, en estos componentes, el punzón 1 y el troquel 2 están provistos respectivamente de pasos 1a y 2a a través de los que puede pasar un medio de enfriamiento (por ejemplo, agua), y estos elementos son enfriados cuando el medio de enfriamiento pasa a través de los pasos.
Una instalación de conformación en prensa en caliente que incluye una máquina de conformación en prensa que tiene la configuración de herramienta de conformación antes descrita se describe, por ejemplo, en el documento no patente 1. La instalación incluye un horno de calentamiento que calienta y ablanda una hoja metálica, un dispositivo que transporta la hoja metálica calentada, una máquina de conformación en prensa que conforma en prensa la hoja metálica, y un dispositivo que realiza un proceso de corte (un proceso de corrección para obtener una forma final mediante un láser o análogos) en el producto de conformación (véase la figura 2 siguiente).
Cuando se realiza un proceso de presión en caliente (por ejemplo, un proceso de embutición profunda) usando tal herramienta de conformación, el proceso de conformación empieza mientras la pieza en bruto (la hoja metálica) 4 es calentada y ablandada (un método directo). Es decir, la hoja metálica 4 es empujada a un agujero (entre los troqueles 2 de la figura 1) del troquel 2 por el punzón 1 mientras la hoja metálica a alta temperatura 4 está fijada entre el troquel 2 y el soporte de pieza en bruto 3, y se forma en una forma correspondiente a la forma exterior del punzón 1 al mismo tiempo que disminuye el diámetro exterior de la hoja metálica 4. Además, el punzón y el troquel son enfriados junto con el proceso de conformación de modo que la hoja metálica 4 emite calor a la herramienta de conformación (el punzón 1 y el troquel 2), y el punzón y el troquel se enfrían más manteniéndose al mismo tiempo en un punto muerto inferior de conformación (un punto de tiempo en el que el extremo delantero del punzón está situado en la parte más profunda: el estado representado en la figura 1) de modo que el material se enfría rápidamente (un proceso de enfriamiento rápido en troquel). Cuando se realiza tal método de conformación, puede obtenerse un producto de conformación de 1500 MPa con buena precisión dimensional, y la carga de conformación puede reducirse en comparación con el caso donde se forma un componente que tiene la misma resistencia mediante un proceso de conformación en frío, de modo que la capacidad de la máquina de prensa disminuye. Tal método de conformación también se describe, por ejemplo, en el documento de patente 2 y tiene las características definidas en el preámbulo de la reivindicación 1.
Lista de citas
Documento de patente
Documento de Patente 1: JP 2002-102980 A
Documento de Patente 2: JP 2007-275937 A
Documento de Patente 3: DE 102005003551 A1
Documento no patente
Documento no patente 1: “New laser processing and automobile production line hot press molding”: Kazuo Aida (AP&T), FORUM on LASER MATERIAL PROCESSING 2010, páginas 42-49
Resumen de la invención
Sin embargo, en el método de prensado en caliente presentado hasta ahora, el proceso de prensado se realizaba generalmente a cerca de 700 a 900°C, y la hoja metálica se enfriaba a aproximadamente 200°C dentro de la herramienta de conformación de manera que se templase. Por esta razón, había que mantener la herramienta de conformación en el punto muerto inferior de conformación (el punto de tiempo en el que el extremo delantero del punzón está situado en la parte más profunda) durante un cierto tiempo, y, por lo tanto, el tiempo necesario para el enfriamiento rápido era largo. Por esta razón, el número de operaciones de prensado por 1 minuto (spm: carrera/minuto) era pequeño como dos a seis tiempos. Como resultado, la eficiencia de operación de la herramienta de conformación era baja, y la productividad era pobre.
Por esta razón, se propone el denominado método indirecto en el que una hoja metálica se forma cerca del estado neto (un estado donde la hoja metálica es sustancialmente un producto de conformación) con una máquina de prensado en frío y se calienta y enfría rápidamente. Sin embargo, en este método, el número de procesos de conformación se incrementa, y, por lo tanto, se produce el demérito de que el tiempo de conformación se prolonga. Consiguientemente, se ha demandado una técnica que mejore más la productividad según un método directo que tenga un pequeño número de procesos de conformación.
La presente invención se ha realizado en vista de tales circunstancias, y su objeto es proporcionar un método de fabricar un producto de conformación en prensa que tiene una resistencia deseada con alta productividad sin producir una rotura o una fisura durante un proceso de conformación en prensa y proporcionar una instalación de conformación en prensa adecuada para el método de fabricación.
Según la presente invención, el objeto anterior se logra con un método de fabricación de producto de conformación en prensa que tiene las características de la reivindicación 1.
Según la presente invención, la hoja metálica se calienta, la hoja metálica es enfriada a una temperatura predeterminada, la hoja metálica se somete al proceso de conformación en prensa, el proceso de conformación en prensa finaliza a la temperatura de inicio de transformación martensítica Ms o más, la hoja metálica es retirada de la herramienta de conformación, y la hoja metálica se somete al proceso de enfriamiento después de ser extraída de la herramienta de conformación. Por esta razón, la eficiencia de operación de la herramienta de conformación puede mejorarse, y, por lo tanto, el producto de conformación en prensa puede fabricarse con alta productividad. Consiguientemente, el costo de fabricación del componente estampado en caliente puede reducirse.
Además, según la presente invención, la unidad de enfriamiento que enfría rápidamente la hoja metálica calentada está dispuesta dentro del horno de calentamiento o entre el horno de calentamiento y la máquina de conformación en prensa, y se proporciona la máquina de conformación en prensa mecánica o la máquina de prensa hidráulica de alta velocidad. Por esta razón, cuando el proceso de conformación en prensa se realiza en la pieza en bruto que se enfría a 600°C o menos antes del proceso de conformación en prensa mediante la instalación, la eficiencia de operación de la herramienta de conformación puede mejorarse, y, por lo tanto, el producto de conformación en prensa puede fabricarse con alta productividad.
Según la presente invención, es posible proporcionar el producto de conformación en prensa satisfactorio que tiene una resistencia deseada con alta productividad sin hacer una rotura o una fisura durante el proceso de conformación.
Breve descripción de los dibujos
[Figura 1] La figura 1 es un diagrama explicativo esquemático que ilustra una configuración de una herramienta de conformación que se usa para realizar un proceso de conformación en prensa en caliente.
[Figura 2] La figura 2 es un diagrama explicativo esquemático que ilustra un ejemplo de configuración de una instalación de conformación en prensa en caliente de la técnica relacionada.
[Figura 3] La figura 3 es un diagrama explicativo esquemático que ilustra un ejemplo de una instalación de conformación en prensa de la presente invención.
[Figura 4] La figura 4 es un diagrama explicativo esquemático que ilustra un ejemplo de configuración de una unidad de enfriamiento de la instalación de conformación en prensa de la presente invención.
[Figura 5] La figura 5 es un diagrama explicativo esquemático que ilustra un ejemplo de configuración de otra unidad de enfriamiento de la instalación de conformación en prensa de la presente invención.
[Figura 6] La figura 6 es un diagrama explicativo esquemático que ilustra un ejemplo de configuración de otra unidad de enfriamiento de la instalación de conformación en prensa de la presente invención.
[Figura 7] La figura 7 es un gráfico que ilustra una relación entre un tiempo y una configuración de calentamiento cuando se realiza un proceso de conformación en prensa usando la instalación de conformación en prensa de la técnica relacionada.
[Figura 8] La figura 8 es un gráfico que ilustra una relación entre un tiempo y una configuración de calentamiento cuando se realiza un proceso de conformación en prensa usando la instalación de conformación en prensa de la presente invención.
Descripción de realizaciones
Los autores de la presente invención han realizado varios exámenes con el fin de fabricar un producto de conformación en prensa satisfactorio con alta productividad por calentamiento y conformación en prensa de una hoja metálica.
En primer lugar, los autores de la presente invención estaban interesados en un proceso de conformación en prensa. En la técnica relacionada, dado que la hoja metálica se formaba y enfriaba por un proceso de enfriamiento rápido dentro de una herramienta de conformación, la hoja metálica tenía que mantenerse en un punto muerto inferior de conformación durante un tiempo predeterminado. Por ejemplo, en el documento de patente 2, un punzón se paraba en el punto muerto inferior de conformación después del proceso de conformación en prensa, y la temperatura de la hoja metálica se bajaba emitiendo el calor de la hoja metálica a la herramienta de conformación (un proceso de enfriamiento en el punto muerto inferior). Por esta razón, la eficiencia de operación de la herramienta de conformación era pobre, y la productividad también era pobre.
Cuando la hoja metálica se retira de la herramienta de conformación para el proceso de enfriamiento sin realizar directamente el proceso de enfriamiento rápido en la hoja metálica formada en la herramienta de conformación, la hoja metálica no tiene que mantenerse en el punto muerto inferior de conformación, y, por lo tanto, el tiempo (el tiempo de ocupación de la herramienta de conformación) necesario para el proceso de prensado se acorta. Consiguientemente, la eficiencia de operación de la herramienta de conformación puede mejorarse, y la productividad puede mejorarse. Por lo tanto, los autores de la presente invención examinaron con más cuidado la condición de conformación.
Como resultado, cuando se realiza un proceso de conformación de tal manera que una hoja metálica es calentada, es enfriada rápidamente a un rango de temperatura de 600°C o menos, y se forma con una herramienta de conformación en lugar de un proceso de conformación en el que una hoja metálica (pieza en bruto) es calentada y se forma directamente, el proceso de conformación finaliza a la temperatura de una temperatura de inicio de transformación martensítica Ms o más, y se realiza un proceso de enfriamiento después de retirar la hoja metálica de la herramienta de conformación, la productividad puede mejorarse drásticamente manteniendo al mismo tiempo una conformabilidad satisfactoria sin hacer una fisura o análogos. Así se ha ideado la presente invención. A continuación, los antecedentes de la presente invención se describirán en detalle.
Los autores de la presente invención calentaron primero una hoja metálica que tenía una composición química expuesta en la Tabla 1 siguiente a 900°C (donde la hoja metálica tiene una temperatura de transformación Ac 718°C, una temperatura de transformación AC3: 830°C, y una temperatura de inicio de transformación martensítica Ms: 411°C), enfriaron rápidamente la hoja metálica a 600°C o menos, y embutieron la hoja metálica usando una herramienta de conformación (una máquina de prensa mecánica) representada en la figura 1 según el orden antes descrito. Como resultado, queda demostrado que el proceso de embutición profunda puede ser realizado hasta el punto muerto inferior de conformación. Además, queda demostrado que el proceso de enfriamiento rápido puede realizarse suficientemente cuando el proceso de conformación finaliza a la temperatura de inicio de transformación martensítica Ms y la hoja metálica se enfría retirándose al mismo tiempo de la herramienta de conformación (donde la configuración de calentamiento de la presente invención se representa en la figura 8). Consiguientemente, dado que el tiempo de ocupación de la herramienta de conformación puede acortarse en gran parte en comparación con la técnica relacionada en la que el proceso de enfriamiento rápido se realiza en la hoja metálica dentro de la herramienta de conformación, el número de operaciones de prensado por 1 minuto (spm: carrera/minuto) puede ponerse, por ejemplo, a ocho a quince veces, y, por lo tanto, la productividad puede mejorarse drásticamente en comparación con el caso de la técnica relacionada en la que la operación de prensado se realiza de dos a seis veces.
En la realización de la presente invención, hay que facilitar el proceso de conformación calentando la hoja metálica a la temperatura de transformación Ac1 o más. Además, la temperatura de transformación Ac1 o más puede ser la temperatura de la zona bifase de la temperatura de transformación Ac1 a la temperatura de transformación Ac3 o puede ser la temperatura de la zona única de la temperatura de transformación Ac3 o más. Es deseable que el límite superior de la temperatura de calentamiento sea de aproximadamente 1000°C. Cuando el límite superior es superior a 1000°C, se generan perceptiblemente incrustaciones de óxido (por ejemplo, 100 pm o más), y, por lo tanto, existe el problema de que el grosor de hoja del producto de conformación (sin incrustaciones) puede ser más fino que un grosor predeterminado.
Además, una línea de prensa en caliente existente tiene generalmente una configuración (una configuración de instalación) representada en la figura 2 (que es un diagrama explicativo esquemático). Es decir, como se representa en la figura 2, una hoja metálica de forma helicoidal 10 es cortada con una máquina de corte 11 (troquelado), se calienta dentro de un horno de calentamiento 12, y luego es transportada a una máquina de conformación en prensa 13 con el fin de realizar un proceso de conformación en prensa en ella, obteniendo por ello un producto de conformación en prensa 14 (donde la configuración de calentamiento de la técnica relacionada se representa en la figura 7).
En la presente invención, el proceso de conformación se realiza en la hoja metálica después de que la hoja metálica es enfriada rápidamente a 600°C o menos en lugar de la configuración en la que la hoja metálica es calentada a una temperatura predeterminada por el horno de calentamiento y es transportada directamente a la máquina de conformación en prensa con el fin de realizar el proceso de conformación en ella. Cuando la temperatura de inicio de conformación excede de 600°C, el tiempo de enfriamiento rápido después del proceso de conformación se prolonga. Consiguientemente, la productividad se degrada, y no puede obtenerse la resistencia suficiente sin un proceso de enfriamiento rápido. Además, dado que la conformabilidad se degrada, es difícil realizar un proceso de embutición o formar un producto con una forma compleja. La temperatura deseable de inicio de conformación es 580°C o menos y más deseablemente 550°C o menos. Mientras tanto, cuando la temperatura de inicio de conformación disminuye demasiado, la hoja metálica se endurece ya en el paso inicial de conformación, y, por lo tanto, no puede obtenerse una conformabilidad satisfactoria. Consiguientemente, la temperatura de inicio de conformación se pone de manera que sea más alta que el punto Ms. Más deseablemente, la temperatura de inicio de conformación se pone de manera que sea igual o más alta que la temperatura de un valor (el punto Ms 30°C). La velocidad de enfriamiento (la velocidad de enfriamiento media) hasta que la hoja metálica calentada es enfriada a 600°C o menos es necesaria para la capacidad de enfriamiento de 30°C/segundo o más a la que la resistencia suficiente no puede asegurarse o la productividad puede degradarse a la velocidad de enfriamiento lenta. Es deseable enfriar la hoja metálica a 80°C/segundo o más.
En un caso donde la hoja metálica es calentada y enfriada a 600°C o menos, como en la presente invención, puede emplearse la configuración de instalación representada en las figuras 3 a 6 (que son diagramas esquemáticos explicativos) (en la figura 3 se da el mismo número de referencia al constituyente correspondiente de la figura 2). En la instalación de conformación en prensa para realizar el método de la presente invención, el horno de calentamiento 12 puede incluir una unidad de enfriamiento 15 que está montada en el horno de calentamiento 12, y enfría la hoja metálica 10 hasta que la hoja metálica se desplaza desde el horno de calentamiento 12 a la máquina de conformación en prensa 13. La unidad de enfriamiento 15 se puede disponer entre el horno de calentamiento 12 y la máquina de conformación en prensa 13 (véase, por ejemplo, la “unidad de enfriamiento” o la “zona de enfriamiento” de las figuras 4 a 6). En el proceso de enfriamiento que usa la unidad de enfriamiento 15, el proceso de enfriamiento puede ser realizado, por ejemplo, mediante los métodos (1) a (4) siguientes (o su combinación).
(1) Se realiza un proceso de emisión de calor proporcionando una unidad (por ejemplo, una unidad de enfriamiento que está configurada para la fijación de una hoja metálica mediante un elemento metálico, tal como una chapa metálica o un rollo de metal) que contacta metal como un medio de enfriamiento (por ejemplo, figuras 4 y 5).
(2) Se realiza un proceso de enfriamiento por chorro de gas proporcionando una unidad de enfriamiento por gas.
(3) Se realiza un proceso de enfriamiento proporcionando una unidad de enfriamiento con neblina (por ejemplo, figura 6).
(4) Se realiza un proceso de enfriamiento proporcionando una unidad de granallado con hielo seco (el proceso de enfriamiento se realiza haciendo que hielo seco en gránulos choque con una materia prima).
En el enfriamiento que usa la instalación de enfriamiento (la unidad de enfriamiento) es deseable controlar la atmósfera junto con el proceso de enfriamiento. Cuando la atmósfera es controlada (de modo que la atmósfera sea, por ejemplo, la atmósfera de nitrógeno o argón), la oxidación superficial de la hoja metálica puede evitarse. Además, cuando la temperatura se pone de manera que sea comparativamente baja, la oxidación superficial puede evitarse. La figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra un ejemplo de configuración de una unidad de enfriamiento e ilustra una instalación que enfría una hoja metálica calentada mientras la hoja metálica está fijada entre los elementos metálicos. La hoja metálica calentada es transportada desde un horno de calentamiento a una herramienta de conformación plana de enfriamiento rápido (una herramienta de conformación dedicada a enfriamiento), y es empujada por la herramienta de conformación, de modo que la hoja metálica se enfría rápidamente a una temperatura predeterminada (donde la hoja metálica se enfría mientras está fijada entre los elementos metálicos). Después de enfriar la hoja metálica, la hoja metálica puede ser transportada a una herramienta de conformación (una herramienta de conformación dedicada a la presión) que tiene una forma predeterminada con el fin de realizar un proceso de conformación en prensa en ella. Como con respecto a la forma de la herramienta de conformación dedicada a enfriamiento, es deseable que la superficie de contacto de hoja metálica de la herramienta de conformación sea plana con el fin de enfriar uniformemente la hoja metálica. Sin embargo, con el fin de tener una distribución de temperatura o de realizar un proceso de conformación ligeramente preliminar, la superficie de contacto de hoja metálica no tiene que ser plana, y la superficie de contacto de hoja metálica puede tener un escalón o una curvatura.
El proceso de conformación puede realizarse después de realizar el proceso de enfriamiento a una temperatura predeterminada en la unidad de enfriamiento antes descrita (donde el proceso de enfriamiento se completa hasta que se inicia el proceso de conformación). Sin embargo, el proceso de conformación puede realizarse de forma continua siendo enfriado al mismo tiempo por la herramienta de conformación incluso después de iniciarse el proceso de conformación.
Además, el proceso de conformación en prensa puede realizarse dividiéndolo al mismo tiempo en una pluralidad de tiempos. Por ejemplo, como se representa en la figura 5, puede emplearse un método en el que la hoja metálica se enfría a una temperatura predeterminada por la herramienta de conformación plana (la herramienta de conformación dedicada a enfriamiento) y es conformada en prensa secuencialmente mediante una herramienta de conformación que tiene una forma predeterminada de modo que la hoja metálica se conforme en forma compleja (usando una herramienta de conformación dedicada a la presión 1 y una herramienta de conformación dedicada a la presión 2). Además, también puede añadirse un paso de congelación de forma o un paso de corte y perforación.
En la presente invención, la máquina de conformación en prensa 13 que realiza un proceso de conformación en prensa en la hoja metálica está configurada como una máquina de prensa (a continuación, denominada una prensa mecánica) que realiza un proceso de conformación en prensa por una fuerza mecánica de accionamiento generada por un mecanismo de generación de presión en el que la prensa mecánica tiene una velocidad de prensado rápida de 100 mm/segundo o más, no tiene que mantenerse en el punto muerto inferior, y tiene un costo de instalación barato desde el punto de vista de que se acorta el tiempo de prensado. Se usa una prensa hidráulica que utiliza una presión de líquido generada por un mecanismo de generación de presión o una máquina de prensa hidráulica que tiene una velocidad de prensado de 100 mm/segundo o más. En una máquina de prensa hidráulica con tal velocidad de prensado, la herramienta de conformación no se mantiene en el punto muerto inferior, y, por lo tanto, la eficiencia de operación de la herramienta de conformación puede mejorarse.
En la técnica relacionada, dado que el proceso de enfriamiento rápido se realiza en la hoja metálica dentro de la herramienta de conformación, se necesita una prensa de presión de líquido como una unidad que mantiene la herramienta de conformación en el punto muerto inferior de conformación. Sin embargo, en la presente invención, dado que el proceso de enfriamiento se realiza después de retirar la hoja metálica de la herramienta de conformación, no hay que utilizar la prensa de presión de líquido que tiene una velocidad de prensado comparativamente lenta, usada en la técnica relacionada. En un caso donde se usa la prensa mecánica o la prensa hidráulica que tiene una velocidad de prensado de 100 mm/segundo o más, el tiempo necesario para el proceso de prensado puede acortarse. Además, en la presente invención, dado que la herramienta de conformación no se mantiene en el punto muerto inferior de conformación para el proceso de enfriamiento rápido, puede mejorarse el número de operaciones de prensado por 1 minuto (spm: carrera/minuto), y, por lo tanto, la eficiencia de operación de la herramienta de conformación es satisfactoria.
Como la máquina de prensa mecánica, pueden usarse varios mecanismos de accionamiento de deslizamiento. Puede usarse, por ejemplo, una prensa de manivela, una prensa de rótula, una prensa de cadena, una prensa de rozamiento, o análogos. Además, las figuras 4 y 5 son diagramas esquemáticos que ilustran una máquina de prensado por transferencia incluyendo una herramienta de conformación dedicada a enfriamiento para enfriar una hoja metálica dentro de un dispositivo y una herramienta de conformación dedicada a la presión para realizar un proceso de conformación, pero la máquina de conformación en prensa no se limita a ello.
La temperatura final de conformación se pone a la temperatura de inicio de transformación martensítica Ms o más. Esto es debido a que la conformabilidad puede degradarse cuando la transformación martensítica tiene lugar durante el proceso de conformación. Consiguientemente, la temperatura final de conformación es el punto Ms o más, y más deseablemente un valor (el punto Ms 10°C) o más.
El método de enfriamiento rápido después del final del proceso de conformación no está limitado en particular. Por ejemplo, la hoja de acero conformada puede enfriarse después de ser extraída de la herramienta de conformación o la hoja de acero conformada puede ser enfriada por varias unidades de enfriamiento de (1) a (4) mientras se controla la velocidad de enfriamiento (por ejemplo, de 10 a 200°C/segundo). Desde el punto de vista de asegurar una resistencia deseada por el proceso de enfriamiento rápido, es deseable un método en el que la hoja de acero conformada es extraída de la herramienta de conformación y es enfriada por varias unidades de enfriamiento de (1) a (4) a 30°C/segundo o más.
El método de fabricación de producto de conformación en prensa caliente de la presente invención se puede aplicar no solamente al caso donde se fabrica un producto de conformación en prensa caliente que tiene una simple forma como se representa en la figura 1, sino también al caso donde se fabrica un producto de conformación que tiene una forma comparativamente compleja.
El efecto del método de la presente invención aparece perceptiblemente en un caso donde el proceso de conformación (es decir, el proceso de embutición) se lleva a cabo usando la herramienta de conformación que tiene una fuerza de plegado. Sin embargo, el método de la presente invención no se limita al proceso de embutición usando la presión de plegado, sino que incluye un caso donde se realiza un proceso de conformación en prensa normal (por ejemplo, un proceso de conformación por estiramiento). Incluso en un caso donde el producto de conformación se fabrica según tal método, se logra el efecto de la presente invención.
Según la presente invención, es posible fabricar un producto de conformación en prensa satisfactorio que tiene una resistencia predeterminada sin producir una rotura o una fisura durante un proceso de conformación.
A continuación, el efecto de la presente invención se describirá con más detalle con ejemplos. Sin embargo, los ejemplos siguientes no limitan la presente invención, y todas las modificaciones de diseño se incluyen en el alcance técnico de la presente invención.
[Ejemplo]
(Ejemplo 1: números 1 a 3)
Una hoja metálica (una pieza en bruto circular con un grosor de 1,0 mm y un diámetro de 100 mm) que tenía una composición química expuesta en la Tabla 1 se calentó a 900°C (donde la hoja de acero tiene una temperatura de transformación Ac1 de 718°C, una temperatura de transformación Ac3 de 830°C, y una temperatura de inicio de transformación martensítica Ms de 411°C) por una instalación de conformación en prensa incluyendo una instalación de enfriamiento (una unidad de enfriamiento o una zona de enfriamiento) representada en las figuras 3, 4, y 6, fue transportada a la instalación de enfriamiento, se enfrió a 600°C o menos en una condición predeterminada (la “velocidad de enfriamiento rápido” y el “tiempo de enfriamiento rápido”) mediante un método de enfriamiento (un “método de enfriamiento rápido”) representado en la Tabla 2, fue transportada a la máquina de prensado, y se sometió a un proceso de embutición profunda cilíndrica usando una herramienta de conformación [una herramienta de conformación cilíndrica (un troquel cilíndrico y un punzón cilíndrico) que tenía un diámetro de 50 mm]. Entonces, la hoja metálica se conformó mediante una prensa mecánica mientras se hizo pasar un medio de enfriamiento (agua) al punzón y el troquel con el fin de enfriar la herramienta de conformación (en la condición en la que el tiempo de conformación era 1 segundo, la velocidad de conformación era 100 mm/segundo, y la distancia desde el punto muerto superior (el punto de tiempo en el que el extremo delantero del punzón estaba situado en la posición antes del inicio del proceso de conformación) al punto muerto inferior de conformación era 100 mm). La condición de transporte, la condición de enfriamiento rápido de la instalación de enfriamiento, y la condición de conformación en prensa en este tiempo se ponen como se indica a continuación.
Además, la “velocidad de enfriamiento rápido” de la “condición de enfriamiento rápido de la instalación de enfriamiento” se calculó de tal manera que la curva de enfriamiento de cada método de enfriamiento rápido se midió con antelación y la velocidad se calculó en base al valor de medición. Además, la temperatura de inicio de prensado se ajustó controlando el tiempo de enfriamiento rápido en el que la hoja metálica se extrajo del horno de calentamiento y se sometió al proceso de conformación en prensa en base a la curva de enfriamiento. La medición de la curva de enfriamiento se realizó de tal manera que un cambio de temperatura con tiempo se midió mientras la hoja metálica que tenía un termopar montado se enfrió rápidamente según cada método de enfriamiento rápido sin el proceso de conformación en prensa.
<Condición de transporte>
El tiempo de transporte desde el horno de calentamiento a la unidad de enfriamiento (la zona de enfriamiento) y el tiempo de transporte desde la unidad de enfriamiento (la zona de enfriamiento) a la herramienta de conformación dedicada a la presión se ponen respectivamente a 3 segundos.
<Condición de enfriamiento rápido de la instalación de enfriamiento >
Velocidad de enfriamiento rápido (chorro de gas): 85°C/segundo (usando gas He)
Velocidad de enfriamiento rápido (fijación de metal): 160°C/segundo (usando aleación de cobre para enfriar la herramienta de conformación)
Velocidad de enfriamiento rápido (expulsión de neblina): 310°C/segundo (mezcla de aire y agua)
<Condición de conformación en prensa>
Fuerza de plegado: 3 toneladas
Radio de hombro de troquel rd: 5 mm
Radio de hombro de punzón rp: 5 mm
Holgura CL entre punzón y troquel: 0,15/2 1,0 (grosor de hoja de acero) mm
Altura de conformación: 25 mm
Máquina de prensado: prensa mecánica (fabricada por AIDA Corporation. Prensa de manivela de 80t) Además, la temperatura de transformación Ac1, la temperatura de transformación AC3, y el punto Ms se obtienen en base a las ecuaciones siguientes (1) a (3) (por ejemplo, véase “Heat treatment” 41(3), 164 a 169, 2001, Kunitake stand wax y “Prediction by empirical formula of transformation temperatures Ac1, Ac3 and Ms”).
Temperatura de transformación Aci(°C' -723+29.1x[Si]-10.7x[Mn]+16.9x[Cr]-16.9x[Ni] ... (l)
Temperatura de transformación Ac3(°C) = -230.5x[C]+31.6x[Si]-20.4x[Mn]-39.8x[Cu]-18.1x[Ni]-14.8x[Cr]+16.8x[Mo]+9 12 ... (2)
Ms(°C) =
560.5-{407.3x[C]+7.3x[Si]+37.8x[Mn]+20.5x[Cu]+19.5x[Ni]+19.8x[Cr]+4.5x[ Mo]}... (3)
Aquí, [C], [Si], [Mn], [Cr], [Mo], [Cu], y [Ni] indican respectivamente el contenido (masa %) de C, Si, Mn, Cr, Mo, Cu, y Ni. Además, en un caso donde no se incluyen los elementos indicados en los respectivos términos de las Ecuaciones (1) a (3), el cálculo se realiza sin el término.
[Tabla 1]
Figure imgf000009_0001
Después de realizar el proceso de conformación en prensa, la hoja metálica fue refrigerada por aire después de ser extraída de la herramienta de conformación (la “velocidad de enfriamiento después del proceso de conformación en prensa”). El resultado se expone en la Tabla 2.
En las pruebas números 1 a 3, la eficiencia de operación de la herramienta de conformación (la máquina de prensado) fue controlada por el tiempo de transporte y el tiempo de enfriamiento rápido de la hoja metálica. Es decir, dado que el proceso de conformación en prensa en la hoja metálica precedente finaliza dentro del tiempo de transporte de la hoja metálica posterior, no hay necesidad de considerar el tiempo de conformación en prensa como en la técnica relacionada. En este ejemplo, dado que la operación de transporte desde el horno de calentamiento a la instalación de enfriamiento (la unidad de enfriamiento o la zona de enfriamiento) y la operación de transporte desde la instalación de enfriamiento a la máquina de prensado están sincronizadas una con otra, la eficiencia de operación (el tiempo necesario para fabricar un producto de conformación en prensa) de la herramienta de conformación (la máquina de prensado) se puso a un valor obtenido añadiendo el tiempo de transporte (3 segundos) al tiempo de enfriamiento rápido.
Además, dado que la temperatura de la hoja de acero antes del proceso de prensado puede ser controlada estableciendo el tiempo de enfriamiento rápido de la instalación de enfriamiento antes del proceso de conformación en prensa como el método de chorro de gas (4 segundos), el método de fijación de metal (2 segundos), y el método de neblina (1 segundo), el número de las operaciones de prensado por 1 minuto (el “número de veces del proceso de conformación de componente por 1 minuto”) puede ponerse a 8,6 veces, 12 veces y 15 veces (spm).
Según las pruebas números 1 a 3, puede obtenerse una conformabilidad satisfactoria, y, por lo tanto, el proceso de embutición profunda puede realizarse en el punto muerto inferior de conformación (el estado representado en la figura 1). Además, es posible obtener un producto de conformación en prensa satisfactorio sin producir una rotura o una fisura durante el proceso de conformación. Además, es posible lograr 450 Hv o más como dureza Vickers en cualquier caso.
Según la comparación con el ejemplo de referencia siguiente (número 4 en la Tabla 2), en las pruebas números 1 a 3 que satisfacen la condición de la presente invención, el número de las operaciones de prensado por 1 minuto es excelente, y el tiempo (spm) necesario para el proceso de conformación en prensa puede acortarse, de modo que la eficiencia de operación de la herramienta de conformación puede mejorarse. Así, según la presente invención, es posible fabricar un producto de conformación en prensa satisfactorio que tiene una resistencia deseada con alta productividad sin producir una rotura o una fisura durante el proceso de conformación.
(Ejemplo de referencia: Prueba número 4)
La hoja metálica que tenía la misma composición química que la del Ejemplo 1 se calentó a 900°C por la instalación de conformación en prensa de la técnica relacionada representada en la figura 2, fue transportada a la máquina de conformación en prensa (la herramienta de conformación: figura 1) (bajo la condición en la que el tiempo de transporte era 3 segundos y la temperatura de la hoja de acero cuando se inició el proceso de prensado era 840°C), y se sometió al proceso de embutición profunda cilíndrica como en el Ejemplo 1. Además, en el ejemplo de referencia, la hoja metálica no fue enfriada por la instalación de enfriamiento antes del proceso de prensado, y la conformabilidad era pobre. Por esta razón, el diámetro de la hoja metálica se puso a 90 mm, y la altura de conformación se puso a 20 mm. La hoja metálica se conformó en prensa mientras la herramienta de conformación era enfriada por el medio de enfriamiento (agua) que circulaba dentro del punzón y el troquel (bajo la condición en la que el tiempo de conformación era 2 segundos, la velocidad de conformación era 50 mm/segundo, y la distancia desde el punto muerto superior al punto muerto inferior era 100 mm), y se enfrió rápidamente mientras se mantenía en el punto muerto inferior de conformación durante 20 segundos. La condición de conformación en prensa en este momento se puso como se indica a continuación.
<Condición de conformación en prensa>
Fuerza de plegado: 3 toneladas
Radio de hombro de troquel rd: 5 mm
Radio de hombro de punzón rp: 5 mm
Holgura CL entre punzón y troquel: 0,15/2 1,0 (grosor de hoja de acero) mm
Altura de conformación: 20 mm
Máquina de prensado: prensa hidráulica (fabricada por Kawasaki Oil Industry Co., Ltd., prensa hidráulica de 300 t) El tiempo de mantenimiento hasta que terminó el proceso de enfriamiento rápido después de que la hoja metálica sometida al proceso de conformación en prensa se detuvo en el punto muerto inferior de conformación fue 22 segundos. Consiguientemente, el número de veces de las operaciones de prensado por 1 minuto fue aproximadamente 2,7 veces [2,7 spm (carrera/minuto)], la eficiencia de operación de la herramienta de conformación era pobre, y la productividad era baja. El resultado se expone en la Tabla 2.
Aplicabilidad industrial
Según la presente invención, es posible fabricar un producto de conformación en prensa que tiene una resistencia deseada con alta productividad sin producir una rotura o una fisura durante un proceso de conformación en prensa de tal manera que una hoja metálica se calienta a una temperatura de transformación Ac1 o más, la hoja metálica es enfriada a 600°C o menos, la hoja metálica se forma con una herramienta de conformación, el proceso de conformación finaliza a una temperatura de inicio de transformación martensítica Ms o más, la hoja metálica se retira de la herramienta de conformación, y la hoja metálica se enfría.
Explicación de números de referencia
1: punzón
2: troquel
3: soporte de pieza en bruto
4, 10: pieza en bruto (hoja metálica)
11: máquina de corte
12: horno de calentamiento
13: máquina de conformación en prensa
14: producto de conformación en prensa
15: unidad de enfriamiento

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un método de fabricación de producto de conformación en prensa para fabricar un producto de conformación mediante la conformación en prensa de una hoja metálica (10) usando una herramienta de conformación en prensa (1, 2), que comprende:
calentar la hoja metálica a una temperatura de transformación Ac1 o más;
enfriar la hoja metálica (10) a 600°C o menos a una velocidad de enfriamiento de 30°C/segundo o más; conformar la hoja metálica (10) mediante una herramienta de conformación (1, 2) en un proceso de conformación en prensa mecánica o un proceso de conformación en prensa hidráulica que tiene una velocidad de prensado de 100 mm/segundo o más;
terminar el proceso de conformación a una temperatura de inicio de transformación martensítica Ms o más; y retirar la hoja metálica (10) de la herramienta de conformación (1, 2),
caracterizado porque
la herramienta de conformación (1, 2) no se mantiene en un punto muerto inferior de conformación para un proceso de enfriamiento rápido, sino que la hoja metálica (10) se enfría después de ser extraída de la herramienta de conformación (1, 2).
2. El método de fabricación de producto de conformación en prensa según la reivindicación 1,
donde el proceso de enfriamiento a 600°C o menos se lleva a cabo fijando la hoja metálica (10) entre elementos metálicos.
3. El método de fabricación de producto de conformación en prensa según la reivindicación 1 o 2, donde el proceso de enfriamiento a 600°C o menos se lleva a cabo expulsando un gas y/o una neblina.
4. El método de fabricación de producto de conformación en prensa según alguna de las reivindicaciones 1 a 3, donde se usa una instalación de conformación en prensa que incluye un horno de calentamiento (12), una máquina de conformación en prensa (13) y una unidad de enfriamiento (15) dispuesta dentro del horno de calentamiento (12) o entre el horno de calentamiento (12) y la máquina de conformación en prensa (13) para fabricar el producto de conformación de tal manera que la hoja metálica (10) se calienta a la temperatura de transformación Ac1 o más en el horno de calentamiento (12), la hoja metálica (10) es enfriada en la unidad de enfriamiento (15) a 600°C o menos, y la hoja metálica (10) es conformada en prensa por la máquina de conformación en prensa (13).
5. El método de fabricación de producto de conformación en prensa según alguna de las reivindicaciones 1 a 4, donde la hoja metálica (10) se enfría después de ser extraída de la herramienta de conformación (1, 2) a una velocidad de enfriamiento de 30°C/segundo o más.
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