ES2225707T3 - Procedimiento de conformacion termica por presion interna. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de conformación térmica por presión interna, en el que se calientan unas pletinas metálicas soldadas una con otra en el borde, en un útil de moldeo, hasta cerca de la temperatura de fusión de dichas pletinas metálicas y se ensanchan éstas en estado calentado, por introducción de un medio de presión entre las pletinas, hasta que éstas se aplican a la cavidad de moldeo del útil de moldeo formando un cuerpo hueco, y a continuación se retiran dichas pletinas del útil de moldeo, caracterizado porque las pletinas metálicas consisten en un material no estabilizado en tamaño de grano y porque para la fase de calentamiento y de deformación por alta presión interna de las pletinas metálicas se mantiene un corto intervalo de tiempo de aproximadamente 5 minutos situado por debajo del tiempo de transformación de la estructura del material no estabilizado en tamaño de grano a la temperatura de calentamiento.

Description

Procedimiento de conformación térmica por presión interna.

La invención se refiere a un procedimiento de conformación térmica por presión interna según el preámbulo de la reivindicación 1.

Se conoce por el documento DE 195 31 035 C2 un procedimiento de esta clase para la conformación por presión interna de pletinas de chapa y especialmente de aluminio soldadas una con otra en el borde, en el que las pletinas de chapa se calientan fuera del útil de moldeo o en este mismo mediante precalentamiento o recalentamiento del molde o del medio de presión hasta un nivel de temperatura elevado y se conforman en este estado para lograr de esta manera altos grados de conformación con unas presiones relativamente bajas. Sin embargo, en materiales como el titanio o incluso también el aluminio, que se utilizan con mayor frecuencia cada vez en la industria de los vehículos automóviles y los vehículos aéreos, resultan entonces unas transformaciones de estructura sumamente indeseadas con efectos de recristalización y fragilización cuando recurre a materiales especiales superplásticos estabilizados en tamaño de grano, los cuales son muy costosos y no resultan aceptables al menos para una fabricación en serie.

El cometido de la invención consiste en configurar el procedimiento de la clase citada al principio de modo que incluso materiales convencionales propensos a recristalización bajo la acción del calor, tales como aluminio o titanio normales, puedan ser conformados por presión interna de una manera sencilla en la técnica de fabricación, sin transformaciones de estructura no deseadas, en el rango de temperatura próximo al punto de fusión para obtener componentes huecos de alto valor cualitativo.

Este problema se resuelve según la invención con el procedimiento indicado en la reivindicación 1.

Según la invención, mediante un sensible acortamiento de la fase de calentamiento y deformación en comparación con los procedimientos conocidos se suprime una molesta transformación de la estructura en materiales sensibles en este aspecto y, en unión del empleo de materiales convencionales no estabilizados en tamaño de grano, en lugar de materiales superplásticos, se asegura una fabricación de componentes considerablemente más barata con altos grados de conformación, sin que el estado de calentamiento de las pletinas de chapa próximo al punto de fusión repercuta desventajosamente sobre las propiedades del material del componente hueco terminado, con el efecto adicional, importante especialmente para una fabricación en serie, de que, debido a los tiempos de ciclo acortados, se pueden lograr al mismo tiempo también tasas de producción correspondientemente elevadas.

La fase de calentamiento y deformación se limita según la invención a un período de tiempo de aproximadamente 5 minutos. En el marco de la invención se deforman por presión interna preferiblemente chapas de aluminio convencionales o bien chapas de una aleación de aluminio no estabilizada en tamaño de grano con un nivel de temperatura de aproximadamente 500ºC. En otra ejecución especialmente preferida de la invención se calientan las pletinas de chapa después de su colocación en el útil de moldeo durante el recorrido de las mismas por una instalación de calentamiento integrada en éste, con lo que, por un lado, se evitan pérdidas de tiempo que se originan al calentar las pletinas fuera del útil de moldeo, y, por otro lado - a diferencia de lo que ocurre en el calentamiento de pletinas de chapa con ayuda de un medio de presión calentado - se hace posible un control exacto separado en el tiempo del proceso de recalentamiento y el proceso de deformación.

La deformación por presión interna se efectúa convenientemente con ayuda de un medio de presión gaseoso, en el caso más sencillo aire, bajo una presión de normalmente 20 a 40 bares hasta valores de presión de alrededor de 250 bares, en caso de que, por ejemplo, deban formarse zonas de esquina de arista viva en los componentes huecos. Para asegurar que las pletinas de chapa no se funden conjuntamente bajo la acción del calor en sus superficies de contacto adyacentes a la costura de soldadura, éstas se prerrevisten convenientemente en parte con un medio de separación. Finalmente, la rigidez constructiva de los componentes huecos puede aumentarse de manera sencilla en cuanto a la técnica de fabricación disponiendo entre las pletinas de chapa exteriores a al menos una pletina interior del mismo material y soldando ésta con aquellas en el lado del borde, cuya pletina interior se deforma al ensancharse las pletinas exteriores dando una chapa de rigidización que atraviesa el cuerpo hueco.

Se explica ahora la invención con más detalle haciendo referencia a dos ejemplos de ejecución en unión con los dibujos. Estos muestran en representación fuertemente esquematizada:

Las Figuras 1a, b, dos etapas de fabricación consecutivas de un componente hueco a.) después de la colocación de las pletinas de chapa en el útil de moldeo y b.) después de concluido el proceso de conformación; y

las Figuras 2a, b, c, el desarrollo de la fabricación para un componente hueco modificado rigidizado por chapa interior a.) antes del comienzo, b.) en una etapa intermedia y c.) después de concluido el proceso de conformación,

En el proceso de conformación explicado con ayuda de la Figura 1 para fabricar un componente hueco 1 de sección transversal cerrada dos pletinas de chapa 2, 3 con un espesor de pared de algunos milímetros en cada caso, hechas de aluminio convencional no estabilizado en tamaño de grano o de una aleación de aluminio semejante, las cuales están revestidas en sus superficies de contacto - con excepción de una estrecha franja de borde - con una capa de medio de separación 4 representada en línea de trazos, que contiene nitruro de silicio, son colocadas primeramente, con intercalación de una lanza de presión 5, dentro de un útil de moldeo designado en conjunto con 6. Este está constituido por unas partes superior e inferior 8, 9 provistas de una cavidad de moldeo 7 correspondiente al contorno exterior del componente hueco 1, las cuales están rodeadas en el lado exterior por sendas capas de aislamiento térmico 10 y son mantenidas continuamente por una instalación de calentamiento 11 en un nivel de temperatura de aproximadamente 500ºC situado cerca del punto de fusión de las pletinas de chapa 2, 3. Para vigilar el nivel de temperatura se han dispuesto sendos sensores de temperatura 12 en la zona de la cavidad de moldeo 7 y en la zona del borde de las pletinas de chapa 2, 3.

Después de colocar las pletinas de chapa 2, 3 se desplazan las partes 8, 9 del útil una hacia otra y se sueldan por prensado las pletinas de chapa 2, 3 una con otra bajo la acción de presión de las partes 8, 9 del útil y el calentamiento simultáneo próximo al punto de fusión en sus zonas de borde exentas de agente de separación, mientras que se suprime una unión por fusión en las restantes superficies de contacto a consecuencia del revestimiento 4 del medio de separación.

A continuación, se solicitan las pletinas de chapa 2, 3 por presión interna a través de la lanza de presión 5 con un medio de presión, por ejemplo aire comprimido, y se ensanchan así hasta que se apliquen a la cavidad de moldeo 7 del útil de moldeo 6, con lo que se obtiene el cuerpo hueco 1 mostrado en la Figura 1b. El nivel de presión del medio de presión está normalmente entre 20 y 40 bares, pero puede ser elevado hasta 250 bares según el grado de deformación y la geometría de la sección transversal del componente hueco 1.

Después de concluido el proceso de conformación, se abre el útil de moldeo 6 y se retira el cuerpo hueco 1, tras lo cual se puede seccionar la lanza de presión 5, cerrar la abertura producida en el cuerpo hueco y comenzar un nuevo ciclo de fabricación. Es esencial que el intervalo de tiempo entre el recalentamiento de las pletinas de chapa 2, 3 y la retirada del cuerpo hueco 1 sea de una magnitud tan reducida que se suprima una transformación de la estructura de las pletinas de chapa 2, 3. Este intervalo de tiempo es del orden de unos pocos minutos, concretamente unos 5 minutos, en el caso de pletinas de aluminio convencionales no estabilizadas en tamaño de grano.

La forma de ejecución según la Figura 2, en donde los componentes correspondientes al primer ejemplo de ejecución están identificados por un símbolo de referencia incrementado en 100, se diferencia de este primer ejemplo de ejecución, en primer lugar, por un conjunto de pletinas estructurado de otra manera, el cual se compone aquí de pletinas exteriores 102, 103 y pletinas interiores más pequeñas 16, 17 atravesadas por aberturas de paso 15, estando dichas pletinas presoldadas una con otra en el borde, por ejemplo por medio de costuras 13, 14 de rayo láser y estando hechas nuevamente de aluminio convencional no estabilizado en tamaño de grano o de una aleación de aluminio equivalente. En la Figura 2b puede apreciarse el modo en que las pletinas exteriores 102, 103 se ensanchan a manera de balón bajo la acción de la presión interna y del calentamiento simultáneo próximo al punto de fusión y el modo en que al mismo tiempo se estiran las pletinas interiores 16, 17 hasta que al final del proceso de conformación térmica (Figura 2c) se obtiene un componente hueco 101 de sección transversal cerrada con zonas de esquina de arista viva y chapas de rigidización formadas por las pletinas interiores 16, 17 y que discurren paralelamente a la costura de unión 13 de las pletinas exteriores 102, 103. Debido a la geometría de forma rectangular de la sección transversal del componente hueco 101 se tiene que trabajar en este caso con presiones internas sensiblemente más altas del orden de 200 bares. Por lo demás, el modo del procedimiento tanto respecto del recalentamiento del lado del útil de moldeo como respecto del intervalo de tiempo limitado a unos pocos minutos entre la colocación del conjunto de pletinas y el desmoldeo del componente hueco 101 es el mismo que en el primer ejemplo de ejecución.

Claims (6)

1. Procedimiento de conformación térmica por presión interna, en el que se calientan unas pletinas metálicas soldadas una con otra en el borde, en un útil de moldeo, hasta cerca de la temperatura de fusión de dichas pletinas metálicas y se ensanchan éstas en estado calentado, por introducción de un medio de presión entre las pletinas, hasta que éstas se aplican a la cavidad de moldeo del útil de moldeo formando un cuerpo hueco, y a continuación se retiran dichas pletinas del útil de moldeo, caracterizado porque las pletinas metálicas consisten en un material no estabilizado en tamaño de grano y porque para la fase de calentamiento y de deformación por alta presión interna de las pletinas metálicas se mantiene un corto intervalo de tiempo de aproximadamente 5 minutos situado por debajo del tiempo de transformación de la estructura del material no estabilizado en tamaño de grano a la temperatura de calentamiento.

2. Procedimiento de conformación según la reivindicación 1, caracterizado porque las pletinas metálicas no estabilizadas en tamaño de grano son de aluminio o una aleación de aluminio y se calientan a una temperatura de aproximadamente 500ºC.

3. Procedimiento de conformación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las pletinas metálicas, después de ser colocadas dentro del útil de moldeo, son calentadas durante su recorrido por una instalación de calentamiento integrada en éste.

4. Procedimiento de conformación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las pletinas metálicas se deforman por medio de gas comprimido con una presión interna de como máximo 250 bares.

5. Procedimiento de conformación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las pletinas metálicas se revisten con un medio de separación en sus superficies de contacto adyacentes a la costura de soldadura.

6. Procedimiento de conformación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre las pletinas metálicas exteriores se inserta otra pletina metálica soldada en el borde con las pletinas exteriores y que, después del ensanchamiento de dichas pletinas exteriores, forma una chapa interior que atraviesa el cuerpo hueco.