ES2946893T3 - Sistemas y procedimientos de prensado - Google Patents

Abstract

Se proporcionan aparatos de prensa y métodos para fabricar componentes estructurales conformados en caliente. El aparato comprende un cuerpo inferior fijo y un cuerpo superior móvil. El aparato comprende una herramienta de enfriamiento y una herramienta de presión que está dispuesta aguas abajo de la herramienta de enfriamiento, y un mecanismo de transferencia de la pieza inicial para transferir la pieza inicial desde la herramienta de enfriamiento a la herramienta de presión. La herramienta de enfriamiento tiene una herramienta de enfriamiento de gas superior conectada al cuerpo superior móvil y/o una herramienta de enfriamiento de gas inferior conectada al cuerpo inferior fijo. La herramienta de presión comprende un troquel de presión superior conectado al cuerpo superior y un troquel de presión inferior está conectado al cuerpo inferior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y procedimientos de prensado

[0001] La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la solicitud de patente europea 19382899.3, presentada el 14-10-2019. La presente divulgación se refiere a sistemas de prensado para fabricar componentes estructurales formados en caliente y procedimientos para los mismos.

Antecedentes

[0002] En el campo de la construcción de vehículos, el desarrollo y la implementación de materiales o componentes ligeros son cada vez más importantes a fin de satisfacer los criterios de construcción ligera. La demanda de reducción de peso se debe especialmente a la reducción de las emisiones de CO₂. La creciente preocupación por la seguridad de los ocupantes también da lugar a la adopción de materiales que mejoran la integridad del vehículo durante un choque al mismo tiempo que mejoran la absorción de energía.

[0003] Un proceso conocido como Formación en Caliente y Enfriamiento por Matriz (HFDQ) (también conocido como estampado en caliente o endurecimiento por prensado) usa chapas de acero de boro para crear componentes estampados con propiedades de Acero de Ultra Alta Resistencia (UHSS), con resistencias a la tracción de, por ejemplo, 1500 MPa o incluso hasta 2000 MPa o más. El aumento de la resistencia en comparación con otros materiales permite usar un material de calibre más fino, lo cual da como resultado un ahorro de peso sobre los componentes de acero dulce estampados en frío convencionales.

[0004] Las chapas de acero pueden estar revestidas o sin revestir. Sin embargo, a fin de mejorar la protección contra la corrosión antes, durante o después de un proceso de estampado en caliente, pueden aplicarse revestimientos. Por ejemplo, se conoce el uso de revestimientos de Al-Si o de revestimientos de Zn.

[0005] Dependiendo de la composición del material de acero base, puede ser necesario enfriar (es decir, que se enfríen rápidamente) las chapas (“blank’) para conseguir las altas resistencias a la tracción. El templado puede significar una velocidad de enfriamiento por encima de una velocidad crítica de enfriamiento del material usado (por ejemplo, aproximadamente 30 °C/s). Otros materiales de acero pueden tener velocidades críticas de enfriamiento relativamente bajas. Se conocen ejemplos de materiales de acero que pueden endurecerse a temperatura ambiente por enfriamiento mediante aire con una velocidad de enfriamiento relativamente baja.

[0006] El proceso de estampado en caliente puede llevarse a cabo de tal forma que una chapa que vaya a formarse en caliente se caliente a una temperatura predeterminada, por ejemplo, a una temperatura de austenización o por encima, por ejemplo, mediante un sistema de horno a fin de disminuir la resistencia, es decir, de facilitar el proceso de estampado en caliente. La chapa que vaya a formarse en caliente puede formarse mediante un sistema de prensado que tenga una temperatura baja en comparación con la chapa (por ejemplo, temperatura ambiente) y un control de temperatura; por consiguiente, puede realizarse un proceso de conformación y un tratamiento térmico usando la diferencia de temperatura.

[0007] Se conoce el uso de sistemas de prensado de etapas múltiples para fabricar elementos formados en caliente. Los sistemas de prensado de etapas múltiples pueden comprender una pluralidad de herramientas configuradas para realizar operaciones diferentes en chapas simultáneamente. Con dichas disposiciones, una pluralidad de chapas se somete a diferentes etapas de fabricación simultáneamente en cada carrera utilizando las herramientas que forman el sistema de prensado de etapas múltiples. Un aspecto del uso de dicho sistema de prensado de etapas múltiples es que la producción puede ser alta.

[0008] Un sistema de prensado de etapas múltiples puede incluir un transportador o un dispositivo de transferencia que transfiera la chapa calentada hasta una herramienta de prensado que esté configurada para prensar la chapa. Otras herramientas que pueden incluirse en un sistema de prensado de etapas múltiples pueden ser, por ejemplo, una herramienta de perforación, una herramienta de calibración, una herramienta de corte, una herramienta de recorte, una segunda herramienta de prensado, etc. Adicionalmente, un sistema de horno que calienta y ablanda la chapa que vaya a formarse en caliente puede proporcionarse antes del sistema o aparato de prensado de etapas múltiples.

[0009] En general, en dichos sistemas, se usa una herramienta de preenfriamiento externo para enfriar previamente la chapa que vaya a formarse en caliente. Por ejemplo, chapas de acero revestidas de zinc, en general pueden necesitar enfriar las chapas antes de un proceso de formación en caliente para reducir o minimizar problemas tales como microfisuras. Una vez que la chapa se enfría, se transfiere desde la herramienta de preenfriamiento externo hasta el aparato o sistema de prensado de etapas múltiples.

[0010] El documento EP3067128 divulga sistemas de prensado para fabricar componentes estructurales formados en caliente. Los sistemas comprenden un cuerpo inferior fijo, un cuerpo superior móvil y un mecanismo configurado para proporcionar una progresión de prensado hacia arriba y hacia abajo del cuerpo superior móvil con respecto al cuerpo inferior fijo. El sistema comprende además una herramienta de enfriamiento configurada para enfriar una chapa previamente calentada que comprende: troqueles de acoplamiento (“mating’) superior e inferior, estando el troquel inferior conectado al cuerpo inferior con uno o más elementos de empuje inferiores y/o el troquel superior conectado al cuerpo superior con uno o más elementos de empuje superiores. El sistema comprende además una herramienta de prensado configurada para embutir la chapa, en el que la herramienta de prensado está dispuesta después de la herramienta de enfriamiento.

[0011] El sistema divulgado en el documento EP3067128 puede acelerar el proceso de fabricación. A fin de garantizar que la herramienta de enfriamiento pueda enfriar la pieza bruta lo suficientemente rápido. La herramienta de enfriamiento se "cierra" antes de que se cierre la herramienta de prensado, debido a los elementos de empuje que obligan a los troqueles de enfriamiento superior e inferior a entrar en contacto con la chapa, antes de que se cierre la herramienta de prensado. Por tanto, los troqueles de la herramienta de enfriamiento pueden estar en contacto el tiempo suficiente para enfriar correctamente la chapa. Y con la integración de las herramientas en la misma prensa, se puede reducir el tiempo de transferencia de la herramienta de enfriamiento a la herramienta de embutición, por tanto, se puede optimizar el proceso y mejorar la productividad manteniendo una formabilidad satisfactoria sin causar una fisura o similar en la chapa.

[0012] Sin embargo, la herramienta de enfriamiento con placas de contacto requiere un mantenimiento significativo. Además, es complicado proporcionar un enfriamiento homogéneo y constante durante la producción. En particular, cuando se inicia la producción después de una interrupción, por ejemplo, cuando se inicia con un nuevo lote de productos, o al comienzo de una jornada laboral, se necesita un tiempo relativamente largo (y la correspondiente pérdida de productos) antes de que se logre el enfriamiento deseable de manera constante.

[0013] La presente divulgación pretende proporcionar mejoras en procesos y sistemas de etapas múltiples.

Breve explicación

[0014] En un primer aspecto, se proporciona un aparato de prensado para fabricar componentes estructurales formados en caliente. El aparato de prensado comprende un cuerpo inferior fijo, un cuerpo superior móvil y un mecanismo configurado para proporcionar una progresión de prensado hacia arriba y hacia abajo del cuerpo superior móvil con respecto al cuerpo inferior fijo. El aparato comprende además una herramienta de enfriamiento configurada para enfriar una chapa previamente calentada y una herramienta de prensado configurada para embutir la chapa y que está dispuesta después de la herramienta de enfriamiento, y un mecanismo de transferencia de chapa para transferir la chapa desde la herramienta de enfriamiento a la herramienta de prensado.

[0015] En el presente documento, la herramienta de enfriamiento tiene una herramienta de enfriamiento por gas superior conectada al cuerpo superior móvil y/o una herramienta de enfriamiento por gas inferior conectada al cuerpo inferior fijo. Y la herramienta de prensado comprende un troquel de prensado superior conectado al cuerpo superior y un troquel de prensado inferior está conectado al cuerpo inferior.

[0016] De acuerdo con este aspecto, se proporciona un aparato de prensado de etapas múltiples que combina una herramienta de enfriamiento y una herramienta de prensado. Esto puede acelerar el proceso de producción y permite un alto rendimiento. Con la integración de las herramientas en la misma prensa, se puede reducir el tiempo de transferencia de la herramienta de enfriamiento a la herramienta de embutición, por tanto, se puede optimizar el proceso y mejorar la productividad manteniendo una formabilidad satisfactoria sin causar una fisura o similar en la chapa.

[0017] Un aspecto del uso del enfriamiento por gas es que requiere relativamente poco mantenimiento. También es relativamente fácil con el enfriamiento por gas proporcionar un proceso de enfriamiento homogéneo constante. Es decir, el enfriamiento por gas generalmente no sufre las desventajas del uso de placas de contacto.

[0018] La provisión de una herramienta de enfriamiento por gas en el aparato de etapas múltiples también proporciona versatilidad. Por ejemplo, para chapas relativamente delgadas, solo se puede usar una herramienta de enfriamiento por gas inferior. Para el mismo proceso con chapas de mayor grosor, se puede añadir una herramienta de enfriamiento por gas superior. A continuación, el tiempo de ciclo todavía puede mantenerse corto. Dependiendo de las necesidades, las herramientas de enfriamiento como se divulgan en el presente documento permiten flexibilidad en los parámetros de enfriamiento, incluyendo el tiempo de enfriamiento, la temperatura del gas de enfriamiento, el flujo de enfriamiento, etc.

[0019] En algunos ejemplos, se proporciona una sola herramienta de enfriamiento. Por ejemplo, se puede proporcionar solo una herramienta de enfriamiento inferior conectada al cuerpo inferior fijo. En este caso, el aparato de prensado puede tener una mayor fiabilidad y ser relativamente económico. En otros ejemplos, se puede proporcionar solo una herramienta de enfriamiento superior conectada al cuerpo superior móvil. En este caso, la herramienta de enfriamiento superior puede estar conectada al cuerpo superior móvil mediante elementos de empuje que fuerzan a la herramienta de enfriamiento superior hacia el cuerpo inferior fijo.

[0020] Debido a los elementos de empuje, la herramienta superior y de enfriamiento por gas puede alcanzar una posición apropiada con respecto a la chapa que vaya a enfriarse antes de que tenga lugar la embutición/prensado con la herramienta de prensado. Dentro del mismo aparato de prensado, dentro de una carrera, el ciclo de enfriamiento puede, por lo tanto, ser más largo que el ciclo de embutición.

[0021] En aún otros ejemplos, una herramienta de enfriamiento por gas superior está conectada al cuerpo superior móvil y una herramienta de enfriamiento por gas inferior está conectada al cuerpo inferior fijo. En estos casos, uno o más elementos de empuje superiores pueden conectar el cuerpo superior móvil a la herramienta de enfriamiento por gas superior. Los elementos de empuje superiores empujan la herramienta de enfriamiento por gas superior lejos del cuerpo superior móvil. La herramienta de enfriamiento por gas inferior puede estar conectada al cuerpo inferior fijo con uno o más elementos de empuje inferiores que empujan la herramienta de enfriamiento por gas inferior lejos del cuerpo inferior fijo.

[0022] En algunos ejemplos, en una parte inferior de un ciclo de prensado, la herramienta de enfriamiento por gas superior está a una primera distancia predeterminada con respecto a la chapa, y la herramienta de enfriamiento por gas inferior está a una segunda distancia predeterminada con respecto a la chapa. Se puede lograr un enfriamiento por gas eficaz y más predecible cuando se sopla aire hacia la chapa desde un intervalo de distancia predeterminado con respecto a la chapa. En la parte inferior del ciclo del prensado, se debe mantener una distancia entre la o las herramientas de enfriamiento y la chapa.

[0023] La primera distancia predeterminada puede ser igual a la segunda distancia predeterminada de modo que se pueda proporcionar un enfriamiento sustancialmente igual para la superficie superior e inferior de la chapa.

[0024] En algunos ejemplos, la herramienta de enfriamiento puede comprender topes que mantienen una distancia mínima entre la herramienta de enfriamiento por gas superior y la chapa (o la herramienta de enfriamiento por gas inferior que soporta la chapa).

[0025] En algunos ejemplos, los topes pueden proporcionarse en la herramienta de enfriamiento por gas superior y los topes están dispuestos para entrar en contacto con la herramienta de enfriamiento por gas inferior (o el cuerpo fijo inferior) para crear una fuerza opuesta a los elementos de empuje. Dicha fuerza opuesta a los elementos de empuje asegura que la distancia se mantenga a medida que continúa la carrera de la prensa. A medida que el cuerpo superior móvil continúa desplazándose hacia el cuerpo fijo inferior, los elementos de empuje pueden comprimirse y puede mantenerse la distancia entre las herramientas de enfriamiento por gas y la chapa.

[0026] En algunos ejemplos, los topes pueden ser varillas o barras.

[0027] En algunos ejemplos, el aparato puede configurarse para iniciar un ciclo de enfriamiento cuando se alcanza la distancia mínima entre la herramienta de enfriamiento por gas superior y la herramienta de enfriamiento por gas inferior. Se puede lograr un enfriamiento homogéneo en ambos lados si el flujo de aire desde ambos lados es sustancialmente igual y proviene de la misma distancia. Se puede lograr un mayor enfriamiento para, por ejemplo, chapas relativamente gruesas con herramientas de enfriamiento superior e inferior. Los ciclos de enfriamiento en estos ejemplos pueden ser intermitentes. Dichos ciclos de enfriamiento intermitente también se pueden usar en ejemplos en los que se proporciona solo una herramienta de enfriamiento por gas inferior o solo una herramienta de enfriamiento por gas superior. Tan pronto como se posiciona una chapa, se puede iniciar un ciclo de enfriamiento.

[0028] En otros ejemplos, el enfriamiento puede ser sustancialmente continuo. Es decir, el flujo de gas de enfriamiento puede ser constante y, por tanto, el enfriamiento puede comenzar tan pronto como se transfiera una chapa a la herramienta de enfriamiento. Esto podría implementarse tanto cuando se usa una sola herramienta de enfriamiento por gas como cuando se usan dos herramientas de enfriamiento por gas.

[0029] En algunos ejemplos, los elementos de empuje pueden comprender uno o más resortes. En otros ejemplos, los elementos de empuje pueden comprender accionadores hidráulicos o neumáticos.

[0030] En algunos ejemplos, la herramienta de enfriamiento por gas superior y/o la herramienta de enfriamiento por gas inferior comprenden una pluralidad de ranuras conectadas a un depósito de gas presurizado, y comprendiendo el sistema además un control para controlar el paso de gas desde el depósito a través de las ranuras. La velocidad de enfriamiento y la temperatura que vaya a alcanzarse se pueden controlar a través del flujo volumétrico del gas, la temperatura del gas y la distancia de las ranuras a la chapa. En algunos ejemplos, el sistema puede incluir además un control de temperatura del gas presurizado en el depósito.

[0031] En algunos ejemplos, las ranuras pueden estar dirigidas de forma sustancialmente perpendicular a la chapa.

[0032] En algunos ejemplos, el gas puede ser aire y puede estar sustancialmente a temperatura ambiente. Puede proporcionarse un sistema rentable en este aspecto.

[0033] En algunos ejemplos, el troquel de prensado superior y/o inferior de la herramienta de prensado comprende canales que llevan líquido de enfriamiento o aire de enfriamiento. En algunos ejemplos, el material de la chapa y la microestructura requerida del componente resultante son tales que es necesaria o deseable una alta velocidad de enfriamiento. La herramienta de prensado puede ser de temperatura controlada para proporcionar una velocidad de enfriamiento apropiadamente alta o apropiadamente baja. La velocidad de enfriamiento también puede ser diferente para una parte de la chapa que para otra parte de la misma chapa. La microestructura resultante para estas porciones diferentes puede, por tanto, ser diferente.

[0034] En algunos ejemplos, la temperatura en el troquel de prensado superior y/o inferior se controla en base a la temperatura en una superficie de trabajo de uno de los troqueles. El aparato de prensado puede comprender uno o más termopares en la superficie de trabajo de uno de los troqueles de prensado.

[0035] En algunos ejemplos, el aparato de prensado puede ser una prensa mecánica. En otros ejemplos, el aparato de prensado puede ser una prensa servomecánica. En aún otros ejemplos, el aparato de prensado puede ser una prensa hidráulica. Los procedimientos y sistemas divulgados en el presente documento pueden implementarse en aparatos de prensado de diferentes reyes. Los aparatos de prensa mecánica y servomecánica pueden proporcionar un alto rendimiento, mientras que los elementos de empuje del aparato permiten cierta flexibilidad en el ajuste del ciclo de enfriamiento.

[0036] En algunos ejemplos, el aparato de prensado puede comprender además una primera herramienta de postoperación configurada para realizar una primera postoperación, en la que la primera herramienta de postoperación está dispuesta después de la herramienta de prensado y comprende: troqueles de primera herramienta de postoperación superior e inferior, en los que el troquel de primera herramienta de postoperación superior está conectado al cuerpo superior y el troquel de primera herramienta de postoperación inferior está conectado al cuerpo inferior. En el presente documento, el mecanismo de transferencia de chapa está además configurado para transferir la chapa desde la herramienta de prensado a la primera herramienta de postoperación.

[0037] Se pueden añadir múltiples etapas y procesos al mismo aparato de prensado. Las operaciones realizadas después de la embutición de la chapa se denominan en el presente documento "postoperaciones".

[0038] En algunos ejemplos, la primera postoperación comprende recortar y/o cortar la chapa, y los troqueles de primera postoperación superior y/o inferior pueden comprender una o más cuchillas de corte.

[0039] Para controlar la temperatura durante el proceso, el troquel de primera herramienta de postoperación superior y/o inferior puede comprender uno o más calentadores o canales que llevan un líquido caliente. Para mantener cierta deformabilidad y para facilitar el corte, el recorte u otras operaciones de mecanización, puede ser beneficioso que la chapa mantenga una temperatura mínima. De este modo se puede reducir el desgaste de las herramientas de postoperación.

[0040] A tal efecto, en algunos ejemplos, los calentadores o canales que llevan un líquido caliente pueden configurarse para mantener la temperatura de la chapa por encima de 200 °C en base a la temperatura medida en los troqueles de la primera herramienta de postoperación.

[0041] En algunos ejemplos, los troqueles de primera herramienta de postoperación superior y/o inferior comprenden canales que llevan líquido de enfriamiento, opcionalmente agua de enfriamiento. En algunos ejemplos, la temperatura en el troquel de primera herramienta de postoperación superior y/o inferior puede controlarse en base a la temperatura en una superficie de trabajo de uno de los troqueles. Opcionalmente, se pueden proporcionar termopares en la superficie de trabajo de uno de los troqueles de primera herramienta de postoperación.

[0042] En algunos ejemplos, el aparato de prensado puede comprender además una segunda herramienta de postoperación, estando dispuesta la segunda herramienta de postoperación después de la primera herramienta de postoperación. El mecanismo de transferencia de chapa puede configurarse además para transferir la chapa desde la primera herramienta de postoperación a la segunda herramienta de postoperación y el troquel de segunda herramienta de postoperación superior está conectado al cuerpo superior y el troquel de segunda herramienta de postoperación inferior está conectado al cuerpo inferior.

[0043] En algunos ejemplos, la segunda herramienta de postoperación está configurada para recortar y/o perforar.

[0044] En algunos ejemplos, la segunda herramienta de postoperación puede configurarse para calibración.

[0045] En estos casos, la segunda herramienta de postoperación puede comprender un dispositivo de ajuste configurado para ajustar una distancia entre los troqueles de segunda herramienta de postoperación superior e inferior para deformar la chapa, y en el que el dispositivo de ajuste se controla en base a un sistema sensor configurado para detectar el grosor de la chapa.

[0046] El control de temperatura en la segunda herramienta de postoperación puede ser igual o similar al control de temperatura en la primera herramienta de postoperación.

[0047] En un aspecto adicional, se proporciona un procedimiento para formar en caliente una chapa. El procedimiento comprende proporcionar un aparato de prensado de acuerdo con cualquiera de los ejemplos descritos en el presente documento, y proporcionar una chapa que vaya a formarse en caliente hecha de un Acero de Ultra Alta Resistencia (UHSS) que tiene un revestimiento de zinc. El procedimiento puede comprender calentar la chapa; colocar la chapa en la herramienta de enfriamiento; y enfriar la chapa mientras se proporciona una progresión de prensado hacia abajo del cuerpo superior móvil con respecto al cuerpo inferior fijo. A continuación, el procedimiento comprende además realizar una progresión de prensado hacia arriba del cuerpo superior móvil con respecto al cuerpo inferior fijo; posicionar la chapa en la herramienta de prensado; y embutir la chapa realizando una progresión de prensado hacia abajo y hacia arriba del cuerpo superior móvil con respecto al cuerpo inferior fijo.

[0048] En algunos ejemplos, la chapa puede calentarse por encima de la temperatura de austenización del UHSS. La chapa puede calentarse por encima de Ac1 y, en algunos ejemplos, la chapa puede calentarse por encima de Ac3.

[0049] En algunos ejemplos, la chapa puede calentarse a una temperatura entre 860 °C y 910 °C.

[0050] En algunos ejemplos, el UHSS puede comprender en peso: 0,20 - 0,50 % de C, 0,75 - 1,5 % de Si y 1,50 - 2,50 % de Mn. Preferentemente, el UHSS comprende en porcentajes de peso 0,21 - 0,25 % de C, 1,05 - 1,33 % de Si, 2,06 - 2,34 % de Mn. Más preferentemente, el UHSS puede comprender aproximadamente en peso 0,22 % de C, 1,2 de % Si, 2,2 % de Mn. Un UHSS de dicha composición que puede endurecerse al aire. Opcionalmente, el UHSS comprende además Mn, Al, Ti, B, P, S, N.

[0051] El UHSS se puede proporcionar con una capa protectora para mejorar la protección contra la corrosión antes, durante o después de un proceso de estampado en caliente. Este revestimiento puede ser un revestimiento de Zinc o un revestimiento de Aluminio-Silicio.

[0052] En algunos ejemplos, la chapa puede enfriarse en la herramienta de enfriamiento a una velocidad entre 400 y 600 °C. Para UHSS con revestimiento de zinc, el enfriamiento a este intervalo de temperatura antes de la embutición puede evitar la formación de grietas. El intervalo de temperatura es tal que aún se mantiene una buena formabilidad para el proceso de embutición posterior.

[0053] Se pueden usar chapas de UHSS con un revestimiento de aluminio y silicio, de modo que no sea necesario granallar para eliminar parcial o totalmente la capa de óxido de zinc después de un proceso de estampación en caliente. El uso de un aparato de etapas múltiples puede mejorar el rendimiento.

[0054] En algunos ejemplos, el procedimiento puede comprender además enfriar la chapa durante la embutición. En algunos ejemplos, la chapa puede enfriarse durante la embutición a una temperatura entre 320 °C y 280 °C.

[0055] En algunos ejemplos, la temperatura de la chapa se puede mantener por encima de 200 °C en una primera y opcionalmente también en una segunda herramienta de postoperación.

[0056] En algunos ejemplos, las chapas pueden estar fabricadas de un UHSS que comprenda en porcentajes de peso 0,15 - 0,25 % de C, 0,5 % de Si como máximo, 2,5 % de Mn como máximo, 0,002 - 0,005 % de B y 0,05 % de Cr como máximo. En algunos ejemplos, el UHSS puede comprender además Al, Ti, P y Mo.

[0057] En algunos ejemplos, las chapas pueden estar fabricadas de un UHSS que comprenda en porcentajes de peso 0,15 - 0,25 % de C, 1 % de Si como máximo, 2,5 % de Mn como máximo, 0,002 - 0,005 % de B y 0,5 - 0,7 % de Cr. Preferentemente, el material UHSS comprende en porcentajes de peso 0,15 - 0,25 % de C, 0,5 % de Si como máximo, 2,5 % de Mn como máximo, 0,002 - 0,005 % de B y 0,5 % de Cr como máximo. En algunos ejemplos, el UHSS puede comprender además Al, Ti, P y Mo.

[0058] En un ejemplo alternativo, el material UHSS comprende en porcentajes de peso 0,15 - 0,25 % de C, 0,5 % de Si como máximo, 2,5 % de Mn como máximo, 0,002 - 0,005 % de B y 0,5 % de Cr como máximo, preferentemente aproximadamente 0,3 % de Cr. En algunos ejemplos, el UHSS puede comprender además Al, Ti, P y Mo.

[0059] Los UHSS con las composiciones de acuerdo con los párrafos anteriores no están configurados para el endurecimiento al aire y, en cambio, pueden requerir una velocidad de enfriamiento más alta para obtener una microestructura martensítica.

[0060] En algunos ejemplos, el acero que no se endurece al aire ambiente puede ser un acero 22MnB5. Usibor® 1500P es un ejemplo de acero 22MnB5. La composición de Usibor® 1500P se resume a continuación en porcentajes en peso (el resto es hierro (Fe) e impurezas inevitables):

[0061] Después de un proceso de enfriamiento de troquel de estampado en caliente, Usibor® 1500P puede tener un límite elástico de por ejemplo 1.100 MPa, y una resistencia a la rotura por tracción de 1.500 MPa.

[0062] Usibor® 2000 es otro acero al boro con una resistencia aún mayor. Después de un proceso de enfriamiento de troquel de estampado en caliente, el límite elástico de Usibor® 2000 puede ser de 1.400 MPa o más, y la resistencia a la rotura por tracción puede ser superior a 1.800 MPa. Una composición de Usibor® 2000 incluye un máximo de 0,37 % de carbono, un máximo de manganeso de 1,4 %, un máximo de 0,7 % de silicio y un máximo de 0,005 % de boro por peso.

[0063] Para UHSS no endurecible al aire, se puede realizar un primer enfriamiento de la chapa antes de embutir la chapa desde una temperatura superior a la de austenización hasta una temperatura entre 600 °C - 800 °C, opcionalmente entre 650 °C - 700 °C. Posteriormente, durante la formación, la temperatura de la chapa se puede reducir a, por ejemplo, 450 °C - 250 °C, opcionalmente entre 320 °C - 280 °C.

Breve descripción de los dibujos

[0064] A continuación, se describirán ejemplos no limitantes de la presente divulgación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 representa de forma esquemática un sistema de prensado de etapas múltiples de acuerdo con un ejemplo;

las figuras 1A-1F ilustran de forma esquemática la secuencia de etapas durante un procedimiento para enfriar y formar una chapa usando un sistema de prensado de etapas múltiples de acuerdo con la figura 1;

la figura 2A ilustra de forma esquemática otro ejemplo de un sistema de prensado de etapas múltiples; la figura 2b ilustra de forma esquemática una herramienta de enfriamiento por gas superior de acuerdo con el ejemplo de la figura 2a;

las figuras 3a-3f ilustran de forma esquemática una secuencia de situaciones que ocurren durante la realización de un procedimiento para enfriar y formar una chapa de acuerdo con un ejemplo; y

la figura 4 ilustra de forma esquemática otro ejemplo más de un sistema de prensado de etapas múltiples. Descripción detallada de ejemplos

[0065] La figura 1A representa de forma esquemática un ejemplo de un aparato de prensado de etapas múltiples. El aparato 1 comprende un cuerpo inferior fijo 2, un cuerpo superior móvil 3 y un mecanismo (no mostrado) configurado para proporcionar una progresión de prensado hacia arriba y hacia abajo del cuerpo superior móvil 3 con respecto al cuerpo inferior fijo 2.

[0066] El cuerpo inferior fijo 2 puede ser un bloque grande de metal. En este ejemplo particular, el cuerpo inferior fijo 2 puede estar estacionario. En algunos ejemplos, puede proporcionarse un acolchado de troquel (no mostrado) integrado en el cuerpo inferior fijo 2. El acolchado puede estar configurado para recibir y controlar fuerzas de soporte de chapas. El cuerpo superior móvil 3 puede ser también una pieza sólida de metal. El cuerpo superior móvil 3 puede proporcionar el ciclo de carrera (movimiento hacia arriba y hacia abajo).

[0067] El sistema de prensado puede estar configurado para realizar aproximadamente 30 carreras por minuto; por consiguiente, cada ciclo de carrera puede ser de aproximadamente de 2 segundos. El ciclo de carrera podría ser diferente en otros ejemplos.

[0068] El mecanismo de la prensa puede accionarse de forma mecánica, hidráulica o servomecánica. La progresión del cuerpo superior móvil 3 con respecto al cuerpo inferior fijo 2 puede ser determinada por el mecanismo. En este ejemplo particular, la prensa puede ser una prensa servomecánica; por consiguiente, puede proporcionarse una fuerza de prensado constante durante la carrera. La prensa servomecánica puede estar provista de velocidad infinita de deslizamiento (pistón) y control de posición. La prensa servomecánica puede estar provista también de una buena gama de disponibilidad de fuerzas de prensado en cualquier posición de deslizamiento; por consiguiente, puede conseguirse una gran flexibilidad de la prensa. Las prensas servoaccionadas pueden tener capacidades para mejorar las condiciones del proceso y la productividad en la formación de metales. La prensa puede tener una fuerza de prensado de, por ejemplo, 2000 Tn.

[0069] En algunos ejemplos, la prensa puede ser una prensa mecánica; por consiguiente, la progresión de la fuerza de prensado hacia el cuerpo inferior fijo 2 puede depender del sistema de accionamiento y de bisagra. Por lo tanto, las prensas mecánicas pueden alcanzar ciclos más altos por unidad de tiempo. De forma alternativa, pueden usarse también prensas hidráulicas.

[0070] En la figura 1, se muestra una herramienta de enfriamiento 10 configurada para enfriar una chapa 80 calentada previamente. La herramienta de enfriamiento 10 puede comprender una herramienta de enfriamiento por gas inferior 12. Esta herramienta de enfriamiento inferior puede comprender cuchillas de aire. La herramienta de enfriamiento inferior 12 puede comprender una cámara impelente de aire presurizado que contiene una serie de orificios o ranuras continuas a través de las cuales sale el aire presurizado, y preferentemente en un patrón de flujo laminar.

[0071] El aire que sale de las ranuras u orificios incide sobre la chapa calentada 80. Por lo tanto, la chapa 80 se enfría.

[0072] La herramienta de enfriamiento por gas inferior puede incluir diversos mecanismos de control. Por ejemplo, se puede controlar la temperatura del gas en la cámara impelente presurizada. De forma alternativa o adicionalmente, se pueden incluir una o más válvulas para controlar el flujo de aire hacia la chapa.

[0073] Una ventaja de utilizar enfriamiento por gas es que el perfil de enfriamiento (temperatura frente a tiempo) se puede controlar con precisión. Además, es relativamente fácil mantener un enfriamiento homogéneo a lo largo de un ciclo de producción de, por ejemplo, un día.

[0074] En los ejemplos, la herramienta de enfriamiento puede estar provista de elementos de centrado, por ejemplo, pasadores, soportes de chapa 16 y/o dispositivos guía.

[0075] Los pasadores o soportes 16 mantienen la chapa 80 a una distancia d1 de la herramienta de enfriamiento por gas inferior 12 en todo momento.

[0076] Una herramienta de prensado 20 configurada para formar o embutir la chapa también se proporciona en este ejemplo y está integrada en el mismo aparato de prensado. La herramienta de prensado 20 está dispuesta después de la herramienta de enfriamiento 10. La herramienta de prensado 20 comprende troqueles de acoplamiento superior 21 e inferior 22. Acoplamiento significa, en el presente documento, que los troqueles tienen formas complementarias, de modo que la chapa colocada entre ellos se deforma cuando el troquel de prensado superior 21 se mueve hacia el troquel de prensado inferior 22.

[0077] En este caso particular, se muestra que la chapa 70 se somete a una etapa de formación o embutición en el siguiente ciclo de prensado. Debe quedar claro que la chapa 70 en el ciclo anterior ha sufrido un proceso de enfriamiento en la herramienta de enfriamiento 10.

[0078] El troquel superior 21 puede comprender una superficie de trabajo superior 23 que, en uso, esté orientada hacia la chapa que vaya a formarse en caliente. El troquel inferior 22 puede comprender una superficie de trabajo inferior 24 que, en uso, esté orientada hacia la chapa que vaya a formarse en caliente. Un lado o porción del troquel superior opuesto a la superficie de trabajo superior 23 puede conectarse al cuerpo superior 3 y un lado o porción del troquel inferior opuesto a la superficie de trabajo inferior 22 puede conectarse al cuerpo inferior 2.

[0079] Los troqueles de acoplamiento superior 21 e inferior 22 pueden comprender canales con fluido frío, por ejemplo, agua y/o aire frío que pase a través de los canales proporcionados en los troqueles. En los canales de agua, la velocidad de circulación del agua en los canales puede ser alta, de modo que se evita la evaporación del agua. Puede proporcionarse además un sistema de control para controlar la temperatura de los troqueles.

[0080] En los ejemplos, el sistema de prensado 20 puede estar provisto de un soporte de chapa (25 configurado para sostener una chapa y para posicionar la chapa sobre el troquel inferior 22. El soporte de chapa puede estar provisto de uno o más elementos de empuje configurados para empujar el soporte de la chapa hacia una posición a una distancia predeterminada del troquel inferior 22.

[0081] Se puede proporcionar una primera herramienta de postoperación 30 configurada para realizar operaciones de recorte y/o perforación. En este ejemplo particular, la chapa 60 se va a someter a una operación de recorte o corte en la siguiente carrera del aparato de prensado. Debe quedar claro que la chapa 60 se ha sometido previamente a un proceso de enfriamiento en la herramienta de enfriamiento 10 y a un proceso de formación en la herramienta de prensado 20.

[0082] La primera herramienta de postoperación 30 está dispuesta después de la herramienta de prensado 20. La primera herramienta de postoperación 30 puede comprender troqueles superior 32 e inferior 31. El troquel superior 32 puede comprender una superficie de trabajo superior 33 y el troquel de acoplamiento inferior 31 puede comprender una superficie de trabajo inferior 34. Ambas superficies de trabajo en uso se orientan hacia la chapa 60.

[0083] Un lado del troquel superior 32 opuesto a la superficie de trabajo superior 33 puede fijarse al cuerpo superior 3 y un lado del troquel inferior 31 opuesto a la superficie de trabajo inferior 34 puede fijarse al cuerpo inferior 2. Los troqueles pueden comprender una o más cuchillas u hojas cortantes (no mostradas) dispuestas sobre las superficies de trabajo.

[0084] La primera herramienta de postoperación 30 puede comprender uno o más calentadores eléctricos o canales que lleven líquidos calientes y sensores de temperatura para controlar la temperatura de los troqueles. Los sensores pueden ser termopares. En algunos ejemplos, es preferente mantener la temperatura de la chapa situada entre los troqueles superior e inferior cuando se use en o cerca de una temperatura predeterminada, por ejemplo, por encima de 200 °C, por encima de 250 °C o por encima de 300 °C.

[0085] En algunos ejemplos, los troqueles de acoplamiento superior 32 e inferior 31 pueden comprender canales con fluido frío, por ejemplo, agua y/o aire frío que pasen a través de los canales proporcionados en los troqueles.

[0086] En los ejemplos, la primera herramienta de postoperación 30 puede estar provista de un soporte de chapa (no mostrado) configurado para sostener una chapa y para posicionar la chapa sobre el troquel inferior 31. El soporte de chapa puede estar provisto también de uno o más elementos de empuje configurados para empujar el soporte de la chapa hacia una posición a una distancia predeterminada del troquel inferior.

[0087] En el ejemplo de la figura 1, se proporciona una segunda herramienta de postoperación 40. La segunda herramienta de postoperación 40 también puede estar configurada para realizar otras operaciones de recorte y/o perforación. La segunda herramienta de postoperación 40 está dispuesta después de la primera herramienta de postoperación 30. La segunda herramienta de postoperación 40 puede comprender un troquel superior 42 y un troquel inferior 41. El troquel de acoplamiento superior 42 puede comprender una superficie de trabajo superior 43 y el troquel de acoplamiento inferior 41 puede comprender una superficie de trabajo inferior 44. Ambas superficies de trabajo en uso pueden estar orientadas hacia la chapa que vaya a formarse en caliente. Las superficies de trabajo pueden ser desiguales, por ejemplo, pueden comprender porciones sobresalientes o rebajes.

[0088] Un lado del troquel superior 42 opuesto a la superficie de trabajo 43 puede conectarse al cuerpo superior 3. Un lado del troquel inferior 41 opuesto a la superficie de trabajo 44 está conectado al cuerpo inferior 2.

[0089] Los troqueles pueden comprender una o más cuchillas u hojas de corte dispuestas en las superficies de trabajo.

[0090] En algunos ejemplos, puede proporcionarse un dispositivo de ajuste (no mostrado) configurado para ajustar la distancia entre los troqueles superior 42 e inferior 41. De esta forma, la chapa 50 situada entre los troqueles superior 42 e inferior 41 cuando se use puede deformarse a lo largo de las superficies de trabajo de cada troquel superior e inferior.

[0091] Una vez realizado el ajuste de la distancia entre los troqueles superior 42 e inferior 41 a fin de deformar (y, por consiguiente, calibrar la chapa), pueden mejorarse las tolerancias de la chapa formada en caliente. En algunos ejemplos, la chapa que vaya a formarse en caliente puede tener un área con un grosor no optimizado, por ejemplo, un grosor mayor en una parte de la chapa que en alguna otra parte; por consiguiente, el grosor tiene que optimizarse.

[0092] Con esta disposición de superficies de trabajo desiguales, la distancia en porciones seleccionadas de las superficies de trabajo (por ejemplo, cerca de un radio en la chapa) puede ajustarse en o cerca del área con un grosor no optimizado; por consiguiente, el material puede deformarse, es decir, obligarse a fluir hacia zonas adyacentes al área con un grosor no optimizado; por consiguiente, puede conseguirse un grosor constante a lo largo de la chapa.

[0093] En los ejemplos, el dispositivo de ajuste puede controlarse basándose en un sistema sensor configurado para detectar el grosor de la chapa.

[0094] En algunos ejemplos, la segunda herramienta de postoperación 40 puede estar provista de un soporte de chapa (no mostrado) configurado para sostener una chapa y para posicionar la chapa sobre el troquel inferior 41. El soporte de chapa puede estar provisto también de uno o más elementos de empuje configurados para empujar el soporte de la chapa hacia una posición a una distancia predeterminada del troquel inferior.

[0095] En otros ejemplos, pueden preverse otras formas de adaptar los troqueles de las herramientas para funcionar a temperaturas inferiores o superiores.

[0096] Debería entenderse que, aunque la figura describa troqueles que tengan una forma sustancialmente cuadrada o rectangular, los bloques pueden tener cualquier otra forma e incluso pueden tener formas parcialmente redondeadas.

[0097] Puede proporcionarse también un dispositivo de transferencia automática (no mostrado), por ejemplo, una pluralidad de robots industriales o un transportador para realizar la transferencia de chapas entre las herramientas.

[0098] En todos los ejemplos, pueden proporcionarse sensores de temperatura y sistemas de control para controlar la temperatura en cualquier herramienta o en el sistema de transferencia. Las herramientas pueden estar provistas también de otros sistemas de enfriamiento, soportes de chapas, etc.

[0099] Las figuras 1A-1F ilustran de forma esquemática una secuencia de situaciones que ocurren durante la realización de un procedimiento para enfriar y formar una chapa de acuerdo con un ejemplo. Los mismos números de referencia denotan los mismos elementos.

[0100] Por razones de simplicidad, se han incluido ocasionalmente referencias a ángulos del ciclo de prensado en las descripciones relacionadas con la figura 1a (y otras figuras). Las referencias a ángulos pueden usarse para indicar posiciones aproximadas del cuerpo superior con respecto al cuerpo inferior. Por consiguiente, por ejemplo, puede hacerse referencia a que el cuerpo superior 1 está en la posición 0° con respecto al cuerpo inferior, lo cual indica que el cuerpo superior está en la posición más alta con respecto al cuerpo inferior y una posición de 180° indica que el cuerpo superior está en la posición más baja (posición de contacto completo) con respecto al cuerpo inferior. 360° se refiere entonces nuevamente a que el cuerpo superior está en la posición más alta y el ciclo de proceso se ha completado.

[0101] En la figura 1A, puede proporcionarse una chapa 80 que vaya a formarse en caliente fabricada de un Acero de Ultra Alta Resistencia (UHSS). En este ejemplo específico, la chapa 80 puede tener un revestimiento de zinc. En algunos ejemplos, el UHSS puede contener, por ejemplo, aproximadamente 0,22 % de C, 1,2 % de Si, 2,2 %. Las cantidades especificadas de Si y Mn puede permitir el endurecimiento de la chapa a temperatura ambiente; y, por consiguiente, puede evitarse el enfriamiento (y, por consiguiente, puede reducirse el tiempo de prensado de la fabricación de la chapa). El material de la chapa puede comprender además Mn, Al, Ti, B, P, S, N en diferentes proporciones.

[0102] Un Acero de Ultra Alta Resistencia (UHSS) de estas características puede tener un punto de transformación de Ac3 (punto de transformación de austenita, de aquí en adelante denominado "punto Ac3") entre 860 y 870 °C. Para la composición de acero anteriormente mencionada, Ac3 puede ser de aproximadamente 867 °C. El punto de transformación de Ms (temperatura de inicio de martensita, de aquí en adelante denominado "punto Ms") puede estar entre 380 y 390 °C. Para la composición de acero anteriormente mencionada, Ms puede ser de aproximadamente 386 °C. El punto de transformación de Mf (temperatura de acabado de martensita, de aquí en adelante, denominado "punto Mf") puede ser de o casi de 270 °C.

[0103] Pueden usarse diferentes composiciones de acero. Particularmente, las composiciones de acero descritas en el documento EP 2735620 A1 pueden considerarse adecuadas. Puede hacerse referencia específica a la tabla 1 y a los párrafos 0016 - 0021 del documento EP 2735620, y a las consideraciones de los párrafos 0067 - 0079.

[0104] La chapa 80 puede calentarse para alcanzar al menos la temperatura de austenización. El calentamiento puede realizarse en un dispositivo de calentamiento (que no se muestra), por ejemplo, un horno. En este ejemplo particular, la temperatura máxima para calentar la chapa puede ser determinada por el revestimiento. El punto de fusión (y por tanto la temperatura de evaporación) del zinc puede estar en o cerca de 910 °C, por lo que la temperatura máxima para calentar la chapa 80 en el dispositivo de calentamiento puede establecerse por debajo de aproximadamente 910 °C. La chapa 80 puede calentarse a una temperatura superior a Ac3 pero inferior a la temperatura de evaporación del zinc a o cerca de 910 °C. Por tanto, el calentamiento se puede realizar entre 867 °C y 910 °C, concretamente a o cerca de 890 °C (para la composición de acero anteriormente mencionada). El período de tiempo que se calentara puede ser de aproximadamente 6 minutos, pero depende, por ejemplo, del espesor de la chapa.

[0105] Una vez que la chapa 80 se ha calentado a la temperatura deseada durante un tiempo suficiente, la chapa 80 puede transferirse a la herramienta de enfriamiento 10. Esto puede hacerse mediante un dispositivo de transferencia automática (no mostrado), por ejemplo una pluralidad de robots industriales o un transportador. El tiempo de transferencia de la chapa entre el horno (no mostrado) y la herramienta de enfriamiento 10 puede estar entre 2 y 3 segundos.

[0106] En algunos ejemplos, puede proporcionarse un elemento de centrado, por ejemplo pasadores y/o dispositivos guía antes de la herramienta de enfriamiento; por consiguiente, la chapa puede centrarse de forma apropiada. La chapa 80 se puede colocar en pasadores o soportes de chapa 16 que mantienen una pequeña distancia entre la herramienta de enfriamiento por gas inferior 12 y la chapa 80.

[0107] El cuerpo superior de prensado 3 puede situarse en una posición abierta (posición 0°). La chapa 80 se coloca a continuación en la herramienta de enfriamiento por gas 11. En algunos ejemplos, la chapa puede colocarse sobre un soporte de chapa.

[0108] Como se ha comentado anteriormente, los elementos de empuje pueden comprender, por ejemplo, un resorte, por ejemplo, un resorte mecánico o un resorte de gas, aunque puedan ser posibles otros elementos de empuje, por ejemplo, un mecanismo hidráulico. El mecanismo hidráulico puede ser un mecanismo pasivo o activo.

[0109] En la figura 1b, la prensa ha iniciado una progresión de prensado hacia abajo del cuerpo superior móvil 1 con respecto al cuerpo inferior fijo 2. En este ejemplo específico, el enfriamiento ya ha comenzado. Sin embargo, cabe señalar que, en otros ejemplos, los ciclos de enfriamiento pueden ser continuos y, por tanto, el enfriamiento puede comenzar tan pronto como se posiciona la chapa 80 en la herramienta de enfriamiento.

[0110] Un flujo de gas de enfriamiento presurizado (que puede ser aire) puede incidir en la chapa. El flujo de gas puede controlarse en base a las mediciones de un caudalímetro. La presión del gas puede ser, por ejemplo, de alrededor de 2 bares. El flujo de gas requerido, la temperatura del gas y el tiempo de enfriamiento pueden variar, por ejemplo, en función del grosor de la chapa. Una chapa más gruesa tardará más en enfriarse a menos que se reduzca la temperatura del gas y/o se aumente el flujo de gas.

[0111] Las ranuras u orificios a través de los cuales puede fluir el gas hacia la chapa pueden disponerse sustancialmente perpendiculares a las caras de las chapas.

[0112] En la figura 1c, por ejemplo, en un intervalo entre 130 - 180°, la deformación puede comenzar en herramienta de prensado.

[0113] En la figura 1d, después de alcanzar la posición deseada final (posición de 180°), puede proporcionarse una progresión del prensado hacia arriba del cuerpo superior mediante el mecanismo de prensado. El final del ciclo de enfriamiento puede ser entre la posición 210° y 270° del cuerpo superior (y por tanto del troquel superior) con respecto al cuerpo inferior.

[0114] Como se comentó anteriormente, mientras se prensa la chapa 80, la chapa se puede enfriar usando un equipo de enfriamiento en los troqueles de prensado. Se ha descubierto que el Acero de Ultra Alta Resistencia (UHSS) con revestimiento de Zinc puede presentar microfisuras para temperaturas superiores a 600 °C en una herramienta de prensado. De esta forma, la chapa puede enfriarse antes de ser transportada a la herramienta de prensado a temperaturas inferiores a 600 °C, concretamente entre 500 °C y 600 °C y preferentemente a o cerca de 550 °C.

[0115] Ya se ha comentado que la chapa 80 puede calentarse previamente a o cerca de 890 °C, es decir, calentarse en un horno. La chapa puede transferirse a la herramienta de enfriamiento 10; por consiguiente, durante el período de transferencia, la temperatura puede reducirse a entre 850 °C y 800 °C o 750 °C. A continuación, la chapa se puede enfriar hasta una temperatura de alrededor de 550 °C.

[0116] Con la herramienta de enfriamiento 10 integrada en el aparato del sistema de prensado, puede optimizarse el tiempo a fin de enfriar la chapa, puesto que puede evitarse un movimiento adicional a fin de transferir la chapa desde una herramienta de enfriamiento externa. También puede ahorrar tiempo.

[0117] Además, los movimientos de la chapa entre las herramientas pueden ser limitados, por lo que las velocidades de enfriamiento se controlan fácilmente.

[0118] En la figura 1E, la chapa 80 ya se ha enfriado; y, por consiguiente, puede estar lista para transferirse desde la herramienta de enfriamiento 10 hasta la herramienta de prensado 20. La transferencia puede realizarse mediante un dispositivo de transferencia automática (no mostrado), por ejemplo, una pluralidad de robots industriales o un transportador. Como se ha comentado anteriormente, la chapa puede transferirse a una temperatura de o cerca de 550 °C. Debido al tiempo de transferencia, la chapa 80 puede enfriarse antes de que llegue a la herramienta de formación.

[0119] Mientras que la chapa 80 se somete al proceso descrito anteriormente, otras piezas iniciales 50, 60, 70 se someten a otros procesos. Se está embutiendo la chapa 70, mientras que las chapas 50 y 60 se están sometiendo a postoperaciones.

[0120] Durante la formación, el último contacto completo entre la superficie de trabajo del troquel superior de la herramienta de formación y la chapa (y, por consiguiente, el final de la operación de embutición) puede realizarse entre las posiciones de 180° y 210°. El último contacto entre la chapa y el soporte de chapa en este ejemplo puede estar entre, por ejemplo, 210° - 270°.

[0121] La temperatura de la chapa 70 puede reducirse durante la formación hasta alcanzar una temperatura entre 300 °C y 400 °C, concretamente alrededor de 350 - 370 °C. La herramienta de prensado puede estar provista de un sistema de enfriamiento. El sistema de enfriamiento puede controlarse mediante un controlador; por consiguiente, la temperatura de la chapa 70 puede reducirse y mantenerse a una temperatura deseada.

[0122] La chapa 60 ya se ha embutido y se ha transferido desde la herramienta de prensado 20 a la primera herramienta de postoperación 30, por ejemplo, para perforación o recorte. La transferencia puede realizarse mediante un dispositivo de transferencia automática (no mostrado), por ejemplo, una pluralidad de robots industriales o un transportador. Como se ha comentado anteriormente, la chapa 60 puede salir de la herramienta de prensado 20 a una temperatura superior a 30 °C y concretamente entre 350 - 370 °C. Debido al tiempo de transferencia, es posible que la chapa 60 se haya enfriado un poco más. La chapa 100 puede colocarse sobre el troquel inferior 31 y entre el troquel inferior 31 y el troquel superior 32.

[0123] La chapa 60 se ha transferido o posicionado sobre el troquel inferior 31, el sistema de transferencia automática puede accionarse para proporcionar la chapa 200 a la herramienta de prensado 20 y para proporcionar una chapa 300 a la herramienta de enfriamiento 10. Como resultado, la herramienta de enfriamiento 10 puede iniciar la operación a fin enfriar la chapa 300 como se ha comentado anteriormente. Al mismo tiempo, la herramienta de prensado 20 puede iniciar la operación a fin de embutir y enfriar la chapa 300 como también se ha comentado anteriormente.

[0124] En la primera herramienta de postoperación, el troquel superior 32 solo puede contactar con la chapa 60 colocada entre el troquel de herramienta de prensado superior 31 y el troquel de herramienta de prensado inferior 31 cuando se haya alcanzado la posición final deseada (en o cerca de 180° del ciclo de prensado).

[0125] Mientras la prensa esté en contacto con la chapa 60, puede realizarse una operación de perforación usando las hojas de corte o algún otro elemento de corte. Una vez terminada la operación de perforación, puede realizarse una operación de recorte. En ejemplos alternativos, la operación de recorte puede realizarse en primer lugar y la operación de recorte puede realizarse una vez terminada la operación de recorte. El recorte y la perforación también pueden ocurrir de forma sustancialmente simultánea.

[0126] Mientras la chapa 60 se somete a la postoperación, la chapa puede calentarse usando el equipo de calentamiento comentado anteriormente a fin de mantener la chapa por encima de una temperatura mínima y garantizar la deformabilidad de la chapa.

[0127] Una vez que se alcanza la posición final deseada (posición 180° del ciclo de prensado), se puede proporcionar una progresión de prensado hacia arriba. El último contacto completo entre la superficie de trabajo del troquel superior 32 y la chapa 100 (y, por consiguiente, el final de la operación) puede ser entre las posiciones de 180° y 210°. El último contacto entre la chapa y el soporte de chapa (si está previsto en las herramientas de postoperación) puede ocurrir entre los 210° y los 270° del ciclo de prensado.

[0128] Finalmente, en este ejemplo particular, se incluye una segunda herramienta de postoperación en el aparato de prensado. Debería quedar claro que, en un ejemplo adicional, no se puede incluir ninguna herramienta de postoperación o más de dos herramientas de postoperación en el aparato de prensado.

[0129] La segunda herramienta de postoperación en este ejemplo puede usarse para perforar y/o recortar. Además, se puede realizar una operación de calibración, por consiguiente, se pueden mejorar las tolerancias de fabricación de la chapa. Para este propósito, la distancia entre el troquel superior 42 y el troquel inferior 41 puede ajustarse usando un dispositivo de ajuste. El dispositivo de ajuste puede controlarse basándose en un sistema sensor (no mostrado) configurado para detectar el grosor de la chapa 100. Siguiendo el ejemplo, la chapa puede prensarse mediante los troqueles superior 42 e inferior 41; por consiguiente, puede conseguirse un grosor constante de la chapa. De forma similar a la primera herramienta de postoperación, la temperatura del troquel (y por tanto la temperatura de la chapa) se puede controlar y, en particular, se puede garantizar una temperatura mínima para la chapa.

[0130] Una vez terminada la operación de la segunda herramienta de postoperación, la chapa puede transferirse y endurecerse a temperatura ambiente.

[0131] En algunos ejemplos, dependiendo de la forma requerida del componente final, puede proporcionarse otra embutición y otras operaciones, por ejemplo, perforación y/o recorte. En otros ejemplos, el orden de postoperaciones puede intercambiarse (por ejemplo, primero corte, después calibración o viceversa).

[0132] La figura 2a muestra otro ejemplo de un aparato de prensado de etapas múltiples. En este ejemplo, la herramienta de enfriamiento 10 incluye una herramienta de enfriamiento superior 11 y una herramienta de enfriamiento por gas inferior 12.

[0133] En este ejemplo particular, la herramienta de enfriamiento por gas superior 11 está conectada al cuerpo superior móvil 1 a través de uno o más elementos de empuje. El elemento de empuje empuja la herramienta de enfriamiento por gas superior lejos del cuerpo superior móvil 1 hacia el cuerpo inferior fijo 2. El elemento de empuje en este ejemplo puede ser resortes, por ejemplo, resortes mecánicos o resortes de gas, pero en otros ejemplos, se podrían usar otros elementos de empuje. Dichos elementos de empuje alternativos podrían incluir, por ejemplo, un mecanismo hidráulico para forzar la herramienta de enfriamiento hacia la herramienta de enfriamiento opuesta.

[0134] En otros ejemplos, la herramienta de enfriamiento por gas inferior 12 se puede conectar al cuerpo inferior fijo 1 a través de elemento de empuje. El principio de funcionamiento será el mismo que se describe en el presente documento para la herramienta de enfriamiento por gas superior. En algunos ejemplos, se pueden proporcionar elementos de empuje tanto para la herramienta de enfriamiento por gas superior 11 como para la herramienta de enfriamiento por gas inferior 12.

[0135] Con la inserción de los elementos de empuje superior y/o inferior, el tiempo para enfriamiento puede regularse y aumentarse durante un ciclo de carrera (movimiento ascendente y descendente del cuerpo superior móvil 1 con respecto al cuerpo inferior 2).

[0136] Debido a los elementos de empuje en la herramienta de enfriamiento, el enfriamiento puede comenzar antes del contacto de los troqueles de prensado de la herramienta de formación (y otras herramientas dispuestas posteriormente).

[0137] La herramienta de enfriamiento por gas superior está provista de topes 14. Estos también se ilustran en la figura 2b. Los topes 14 pueden tener forma de varilla y pueden entrar en contacto con la herramienta de enfriamiento por gas inferior 12 (o con el cuerpo inferior fijo) cuando el cuerpo superior móvil 1 se mueve hacia abajo. Los topes 14 pueden garantizar que se mantenga una distancia entre la herramienta de enfriamiento por gas superior e inferior. Esto también significa que se mantiene una distancia entre la herramienta de enfriamiento por gas superior 11 y la chapa 80.

[0138] Los topes pueden tener un tamaño y una forma tales que la distancia desde la herramienta de enfriamiento por gas superior 11 hasta la chapa 80 también se mantenga en la distancia d1 (la distancia entre la herramienta de enfriamiento por aire inferior 12 y la chapa 80) durante una parte del ciclo de prensado cuando se produce el enfriamiento.

[0139] Con referencia a la figura 2B, se puede ver un ejemplo de la posible disposición de una pluralidad de topes 14. En este ejemplo, los topes 14 son generalmente barras rectas. Los extremos distales 14A de los topes pueden ser planos y, en este ejemplo, pueden proporcionar una superficie de contacto para la herramienta de enfriamiento por gas inferior. Como se ha señalado anteriormente, el papel de las herramientas de enfriamiento por gas superior e inferior puede ser inverso. Las barras 14 están unidas a las superficies laterales 19 de la herramienta de enfriamiento por gas superior 11. También se indica en la figura 1B una pluralidad de ranuras rectas 18 a través de las cuales puede salir gas de enfriamiento presurizado y fluir hacia una chapa.

[0140] La herramienta de enfriamiento por gas superior 11 puede disponerse a una distancia predeterminada con respecto al cuerpo superior 2 usando elementos de empuje superiores 13.

[0141] Las figuras 3a - 3f ilustran una secuencia de etapas similar a la de las figuras 1a - 1f. Sin embargo, contrariamente al ejemplo anterior, la herramienta de enfriamiento en este ejemplo tiene tanto una herramienta de enfriamiento por gas superior 11 como una herramienta de enfriamiento por gas inferior 12.

[0142] La figura 3a muestra el aparato de prensado de etapas múltiples de la figura 2A antes de que comience una progresión de prensado, por ejemplo, en 0° del ciclo de prensado.

[0143] En la figura 3b, el aparato de prensado ha comenzado una progresión de prensado hacia abajo del cuerpo superior móvil 1 con respecto al cuerpo inferior fijo 2; por consiguiente, la herramienta de enfriamiento por gas superior 11 se ha desplazado hacia el troquel inferior 12 (y, por consiguiente, la chapa 80 se sitúa en el troquel inferior 11).

[0144] La herramienta de enfriamiento por gas superior 14 lleva topes 14 que se extienden hacia la herramienta de enfriamiento por gas inferior. En la situación de la figura 3b, los topes 14 están a punto de entrar en contacto con la herramienta de enfriamiento por gas inferior 12.

[0145] En la figura 3c, por ejemplo, en un intervalo entre 90° y 150° del ciclo de prensado, los topes 14 entran en contacto con la herramienta de enfriamiento por gas inferior. La chapa 80 está entonces a una distancia predeterminada de la herramienta de enfriamiento por gas superior. La chapa también está a una distancia predeterminada de la herramienta de enfriamiento por gas inferior. La chapa se puede disponer a la misma distancia de la herramienta de enfriamiento por gas superior e inferior. Cuando las distancias de la chapa a la herramienta de enfriamiento por gas superior e inferior están bien definidas, puede tener lugar un enfriamiento controlado.

[0146] A medida que continúa la progresión de prensado, la distancia entre las herramientas de enfriamiento superior e inferior y entre las herramientas de enfriamiento y la chapa se puede mantener porque los elementos de empuje se comprimen.

[0147] Un flujo de gas de enfriamiento presurizado (que puede ser aire) puede incidir en la chapa. Como se mencionó anteriormente, el flujo de gas puede controlarse en base a las mediciones de un caudalímetro. La presión del gas puede ser, por ejemplo, de alrededor de 2 bares. El flujo de gas requerido y la temperatura del gas pueden variar, por ejemplo, en función del grosor de la chapa. Una chapa más gruesa tardará más en enfriarse a menos que se reduzca la temperatura del gas y/o se aumente el flujo de gas. El uso de una herramienta de enfriamiento por gas superior e inferior puede garantizar un ciclo de enfriamiento relativamente corto incluso para chapas más gruesas.

[0148] En la figura 3d, después de alcanzar la posición deseada final (posición de 180°), puede proporcionarse una progresión del prensado hacia arriba del cuerpo superior mediante el mecanismo de prensado. El final del ciclo de enfriamiento puede ser entre la posición 210° y 270° del cuerpo superior (y por tanto del troquel superior) con respecto al cuerpo inferior. Los elementos de empuje superiores 13 que pueden verse todavía parcialmente comprimidos en la situación de la figura 3D pueden empezar a volver a su posición o configuración original. Mediante una disposición adecuada de los elementos de empuje, el período de enfriamiento puede ser más largo que el período de prensado y el ciclo de enfriamiento puede durar, por ejemplo, entre 0,33 y 1 segundo.

[0149] Las figuras 3E y 3F son generalmente similares a lo que se describió en las figuras 2E y 2F.

[0150] En el ejemplo descrito en el presente documento, el enfriamiento por gas comenzó cuando la chapa se colocó a una distancia predeterminada específica con respecto a las herramientas de enfriamiento por aire superior e inferior. Debe quedar claro que, en otros ejemplos, el enfriamiento por gas puede comenzar antes de ese momento y también puede ser continuo.

[0151] la figura 4 ilustra de forma esquemática otro ejemplo más de un aparato de prensado de etapas múltiples. En este ejemplo, la herramienta de enfriamiento 10 no tiene una herramienta de enfriamiento inferior y solo tiene una herramienta de enfriamiento por gas superior 11. La herramienta de enfriamiento por gas superior 11 se puede conectar al cuerpo superior móvil 1 con elementos de empuje superiores 13.

[0152] La herramienta de enfriamiento por gas superior puede comprender topes 14 como se mostró anteriormente. Como en el ejemplo anterior, la combinación de elementos de empuje 13 y topes permite alcanzar antes la distancia mínima entre la herramienta de enfriamiento y la chapa y, a continuación, se mantiene la distancia mínima. Por tanto, el ciclo de enfriamiento puede ser más largo que el ciclo de formación.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un aparato de prensado para fabricar componentes estructurales formados en caliente, que comprende: un cuerpo inferior fijo (2), un cuerpo superior móvil (1) y un mecanismo configurado para proporcionar una progresión de prensado hacia arriba y hacia abajo del cuerpo superior móvil (1) con respecto al cuerpo inferior fijo (2), en el que el aparato comprende:

   una herramienta de enfriamiento (10) configurada para enfriar una chapa previamente calentada (50; 60; 70; 80; 90) y

   una herramienta de prensado (20) configurada para embutir la chapa y que está dispuesta después de la herramienta de enfriamiento (10), y

   un mecanismo de transferencia de chapa para transferir la chapa (50; 60; 70; 80; 90) desde la herramienta de enfriamiento (10) a la herramienta de prensado (20),

   en el que la herramienta de prensado (20) comprende un troquel de prensado superior (21) conectado al cuerpo superior móvil (1) y un troquel de prensado inferior (22) conectado al cuerpo inferior fijo (2), y

   caracterizado por que la herramienta de enfriamiento (10) tiene una herramienta de enfriamiento por gas superior (11) conectada al cuerpo superior móvil (1) y/o una herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) conectada al cuerpo inferior fijo (2), en el que la herramienta de enfriamiento por gas superior (11) y/o la herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) están configuradas para proporcionar un flujo de gas de enfriamiento presurizado para incidir en la chapa.
2. 2. El aparato de prensado de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el aparato de prensado está configurado de modo que un tiempo de enfriamiento es más largo que un tiempo de embutición en un ciclo de prensado.
3. 3. El aparato de prensado de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende una herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) conectada al cuerpo inferior fijo (2).
4. 4. El aparato de prensado de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende una herramienta de enfriamiento por gas superior (11) conectada al cuerpo superior móvil (1) con uno o más elementos de empuje superiores (13) que empujan la herramienta de enfriamiento por gas superior (11) lejos del cuerpo superior móvil (1).
5. 5. El aparato de prensado de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la herramienta de enfriamiento (10) tiene una herramienta de enfriamiento por gas superior (11) conectada al cuerpo superior móvil (1) y una herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) conectada al cuerpo inferior fijo (2),

   en el que la herramienta de enfriamiento por gas superior (11) está conectada al cuerpo superior móvil (1) con uno o más elementos de empuje superiores (13) que empujan la herramienta de enfriamiento por gas superior (11) lejos del cuerpo superior móvil (1) y/o la herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) está conectada al cuerpo inferior fijo (2) con uno o más elementos de empuje inferiores que empujan la herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) lejos del cuerpo inferior fijo (2).
6. 6. El aparato de prensado de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, en el que, en una parte inferior de un ciclo de prensado, la herramienta de enfriamiento por gas superior (11) está a una primera distancia predeterminada con respecto a la chapa, y la herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) está a una segunda distancia predeterminada con respecto a la chapa, y en el que opcionalmente la primera distancia predeterminada es igual a la segunda distancia predeterminada.
7. 7. El aparato de prensado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 - 6, en el que la herramienta de enfriamiento (11) comprende topes (14) que mantienen una distancia mínima entre la herramienta de enfriamiento por gas superior y la chapa.
8. 8. El aparato de prensado de acuerdo con la reivindicación 7, en el que los topes (14) están provistos en la herramienta de enfriamiento por gas superior (11) y los topes (14) están dispuestos para entrar en contacto con la herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) para crear una fuerza opuesta a los elementos de empuje.
9. 9. El aparato de prensado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 - 8, en el que los elementos de empuje comprenden uno o más resortes.
10. 10. El aparato de prensado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, en el que la herramienta de enfriamiento por gas superior (11) y/o la herramienta de enfriamiento por gas inferior (12) comprenden una pluralidad de ranuras (18) conectadas a un depósito de gas presurizado, y comprendiendo el sistema además un control para controlar el paso de gas desde el depósito a través de las ranuras.
11. 11. El aparato de prensado de acuerdo con la reivindicación 10, en el que las ranuras (18) están dirigidas de forma sustancialmente perpendicular a la chapa (50; 60; 70; 80; 90).
12. 12. El aparato de prensado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 11, en el que el troquel de prensado superior (21) y/o inferior (22) de la herramienta de prensado (20) comprende canales que llevan líquido de enfriamiento o aire de enfriamiento.
13. 13. El aparato de prensado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 12, en el que el aparato de prensado es una prensa mecánica o una prensa servomecánica.
14. 14. El aparato de prensado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 13, que comprende además una primera herramienta de postoperación (30) configurada para realizar una primera postoperación, en el que la primera herramienta de postoperación está dispuesta después de la herramienta de prensado (20) y comprende:

    troqueles de primera herramienta de postoperación superior e inferior (31,32), en los que el troquel de primera herramienta de postoperación superior (31) está conectado al cuerpo superior (1) y el troquel de primera herramienta de postoperación inferior (32) está conectado al cuerpo inferior (2), y en el que

    el mecanismo de transferencia de chapa está además configurado para transferir la chapa (50; 60; 70; 80; 90) desde la herramienta de prensado (20) a la primera herramienta de postoperación (30).
15. 15. Un procedimiento para formar en caliente una chapa que comprende:

    proporcionar un aparato de prensado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-14; proporcionar una chapa (50; 60; 70; 80; 90) que vaya a formarse en caliente hecha de un Acero de Ultra Alta Resistencia (UHSS) que tiene un revestimiento de zinc;

    calentar la chapa (50; 60; 70; 80; 90);

    colocar la chapa (50; 60; 70; 80; 90) en la herramienta de enfriamiento (10);

    enfriar la chapa (50; 60; 70; 80; 90) mientras se proporciona una progresión de prensado hacia abajo del cuerpo superior móvil (1) con respecto al cuerpo inferior fijo (2);

    realizar una progresión de prensado hacia arriba del cuerpo superior móvil (1) con respecto al cuerpo inferior fijo (2);

    posicionar la chapa (50; 60; 70; 80; 90) en la herramienta de prensado (20); y

    embutir la chapa realizando una progresión de prensado hacia abajo y hacia arriba del cuerpo superior móvil (1) con respecto al cuerpo inferior fijo (2).