ES2240077T3

ES2240077T3 - Pieza de construccion mixta que contiene espuma metalica.

Info

Publication number: ES2240077T3
Application number: ES00915140T
Authority: ES
Inventors: Olaf Abels
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2005-10-16
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: EP1079948A1; EP1079948B1; DE19911213C1; WO2000054911A1; US6444330B1

Abstract

Pieza de construcción mixta, que se compone de, al menos, dos piezas de chapa metálicas macizas que se encuentran opuestas entre sí y polvo metálico espumado dispuesto en medio, caracterizado porque la pieza de construcción mixta presenta en zonas de sección transversal individuales elementos de rigidez adicionales, que están unidos en arrastre de forma con el polvo metálico espumado que los rodea, que está unido de forma inseparable no destructiva con las piezas de chapa metálicas macizas exteriores, y porque la pieza de construcción mixta presenta elementos de rigidez (2, 3), que están unidos entre sí por las dos piezas de chapa (4, 5) metálicas macizas que se encuentran opuestas entre sí formando una trabilla de unión (8).

Description

Pieza de construcción mixta que contiene espuma metálica.

La invención se refiere a una pieza de construcción mixta, que se compone de, al menos, dos piezas de chapa metálicas macizas que se encuentran opuestas entre sí y una capa de polvo metálico espumada dispuesta entre las piezas de chapa.

Las piezas de montaje compuestas del tipo mencionado al principio se montan en distintos ámbitos industriales y, especialmente, en la técnica de vehículos, puesto que presentan una masa relativamente pequeña con una rigidez elevada.

El procedimiento para la fabricación de piezas de montaje compuestas de este tipo se realiza, normalmente, en diversas etapas. En primer lugar, se fabrica un producto semiacabado compuesto a partir de piezas de placa de chapa metálicas macizas y de la capa de polvo metálico, por ejemplo, mediante un proceso de recubrimiento por laminación. El proceso de laminación origina una unión metálica entre la capa de polvo metálico central y los lados interiores de estas piezas de placa de chapa metálicas macizas que cubren esta capa de polvo metálico. Tras finalizar el proceso de laminación, el material de placa de tipo sándwich puede dividirse mediante punzonado en piezas individuales, a continuación, se da a las piezas individuales una forma modificada, por ejemplo, mediante embutición o etapas de elaboración similares. Así mismo, deben tenerse en cuenta determinadas condiciones de compatibilidad, como se plantean, por ejemplo, en el marco del documento DE 19612781 C1 en cuanto a protección. En este documento se describe que tras la conformación del producto semiacabado de molde de tipo sándwich, éste se entrega para su acabado en un molde de espumado adaptado con una pared a su lado de contorno final y se somete de forma adecuada a un tratamiento de calor. Mediante el hecho de que la capa de polvo metálico se mezcla con un agente de expansión, se genera un espumado de la capa de polvo metálico a través del efecto del calor. Este proceso de espumado finaliza cuando la segunda capa de cobertura metálica maciza entra en contacto con la otra superficie de contacto del molde de espumado.

Mediante la secuencia descrita anteriormente de las etapas de fabricación, es posible fabricar piezas de montaje ligeras metálicas para una fabricación en serie de dimensiones precisas constantes, especialmente, en el montaje de vehículos, a partir de productos semiacabados de molde planos de tipo sándwich.

Así mismo, del estado de la técnica se conocen procedimientos de fabricación, en los que el polvo metálico se espuma en una forma correspondiente, y el producto semiacabado fabricado de este modo se coloca posteriormente en un molde de fundición y, a continuación, por ejemplo se termina mediante fundición a presión en una pieza de construcción mixta con núcleo de espuma y carcasa metálica maciza exterior. Un procedimiento de fabricación de este tipo se conoce, por ejemplo, del documento DE 19501508 C1.

Con los distintos procedimientos de fabricación descritos anteriormente existe la posibilidad de fabricar piezas de montaje compuestas, que permiten una absorción de energía elevada respecto a las piezas de montaje macizas y una amortiguación esencialmente mejor en cuanto a circunstancias acústicas. No obstante, con los procedimientos descritos no es posible una rigidez parcial especial de las piezas de montaje compuestas para facilitar una rigidez incrementada adaptada a las circunstancias exteriores, puesto que, para ello, deberían introducirse elementos de refuerzo adicionales sólo en determinadas secciones transversales de la pieza de construcción mixta. La introducción de elementos de refuerzo de este tipo puede realizarse en el estado de la técnica sólo mediante construcciones de soldadura o de remache. Con ayuda de dichas etapas de procedimiento es posible, introducir elementos de refuerzo entre dos capas de cobertura metálica maciza y bloquearlos en arrastre de forma. No obstante, un proceso de fabricación de este tipo es costoso técnicamente para producción y, de este modo, va unido a costes de fabricación elevados.

Así mismo, del documento WO 99/52661 se conoce un procedimiento para la fabricación de cuerpos de molde y un cuerpo de molde de metal espumado. El cuerpo de molde de espuma integral fabricado según este procedimiento puede estar configurado como placa o como placa sándwich o, también, como pieza de molde rellena de espuma de metal y contener piezas intercaladas que generan escotaduras o piezas de metal macizas.

No obstante, los cuerpos de molde de este tipo no están diseñados para un montaje como piezas de montaje que pueden resistir cargas elevadas.

El planteamiento del problema técnico de la presente invención es, por tanto, perfeccionar una pieza de construcción mixta del tipo genérico de forma que se cumplan las elevadas exigencias, especialmente, en la técnica del automóvil respecto a rigidez aumentada con un peso de pieza de montaje reducido.

Este planteamiento del problema técnico se alcanza según la invención de forma que la pieza de construcción mixta presenta elementos de rigidez portantes, que están unidos en arrastre de forma con la capa de polvo metálico espumado que los rodea, que a su vez está unida de forma inseparable no destructiva con la piezas de chapa metálicas macizas que se encuentran en el exterior, que están conformadas de manera que resulta una trabilla de unión entre ambos elementos de rigidez.

Esta configuración especial permite, por primera vez, adaptar de forma óptima los pares de resistencia que contrarrestan las solicitaciones especiales que aparecen dentro del mecanismo de traslación. Esto puede suceder, por un lado, mediante la distinta configuración de los elementos de rigidez que se encuentran en el interior, estando fabricados, por ejemplo, de perfiles cuadrangulares, materiales planos o perfiles en U. Así mismo, también es posible adaptar de forma correspondiente los elementos de rigidez en la selección de su material, de forma que en caso de máxima solicitación, pueden usarse también materiales como titanio o similares en los elementos de rigidez.

En detalle se describe mediante las etapas de montaje un procedimiento para la fabricación de una pieza de construcción mixta, que conforme a las características de la reivindicación 1 para la realización requiere, al menos, dos piezas de chapa opuestas entre sí y una capa de polvo metálico que puede espumarse dispuesta entre las piezas de chapa, en el que cada pieza de chapa metálica maciza se provee con una capa de polvo metálico, a continuación ambas piezas de chapa con su lado provisto con la capa de polvo metálico girado uno hacia el otro se disponen una sobre la otra y, finalmente, las piezas de chapa que se encuentran una sobre la otra se calientan mediante suministro de calor, de forma que el suministro de calor provoca un proceso de espumado en las capas de polvo metálico giradas una hacia la otra, que origina una unión inseparable de las capas de polvo metálico.

Mediante este procedimiento se consigue un "pegado" de las capas de polvo metálico giradas una hacia la otra. Así mismo, mediante este procedimiento es posible, antes del proceso de calentamiento de las piezas de chapa que se encuentran una sobre la otra, disponer entre éstas, en determinadas zonas parciales de la pieza de construcción mixta, elementos de rigidez adicionales en forma de piezas de molde de chapa o perfiles, que se unen en el proceso de espumado siguiente de forma inseparable no destructiva con el polvo de la capa de metal espumado. De este modo, en zonas parciales se crea una pieza de construcción mixta con par de resistencia especialmente elevado, que puede fabricarse de forma especialmente económica.

A continuación se explica en detalle un ejemplo de realización de la pieza de construcción mixta según la invención mediante el dibujo adjunto, así como se describe un procedimiento para la fabricación de la pieza de construcción mixta.

Se muestra:

Figura 1 una representación en sección transversal de un brazo oscilante transversal de un automóvil como ejemplo de una pieza de construcción mixta según la invención,

Figura 2 representaciones en sección transversal de la línea A-A y B-B de la figura 1 y

Figura 3 una vista en detalle ampliada del detalle X de la figura 1.

La pieza de construcción mixta identificada en su totalidad con 1 presenta dos tubos portantes 2 y 3. Los tubos portantes 2 y 3 están unidos entre sí mediante una chapa de cubierta superior 4 y una chapa de cubierta inferior 5. En los lados interiores de las chapas de cubierta 4 y 5 girados hacia los tubos portantes 2 y 3 está laminada, respectivamente, una capa de polvo metálico 6 y 7. En la zona entre los tubos 2 y 3, las chapas de cubierta 4 y 5 están conformadas de forma que resulta una trabilla de unión 8. Las chapas de cubierta 4 y 5 están configuradas en la zona de la trabilla de unión, de manera que resulta un espacio hueco entre ellas. En este ejemplo de realización, en este espacio hueco está intercalado un elemento de rigidez en forma de un varillaje de unión 9. Este varillaje de unión está configurado de forma que presenta tres zonas I, II, III con sección transversal de forma anular y dos zonas IV y V con sección transversal de forma básicamente rectangular. La configuración de sección transversal se desprende visualmente de la figura 2. De esta figura resulta que las chapas de cubierta 4 y 5 se encuentran una sobre otra en los bordes exteriores respectivos de la trabilla de unión 8 con sus capas de polvo metálico y las capas de polvo metálico 6 y 7 encierran completamente el varillaje de unión 9 en el interior de la trabilla de unión 8.

La distinta configuración de las secciones transversales en las zonas I a III, ó IV a V está condicionada por las distintas exigencias de pares de resistencia en la zona de la pieza de construcción mixta. Naturalmente, es concebible en este contexto dar al varillaje de unión 9 en lugar de las secciones transversales redondas o rectangulares representadas aquí, según necesidad, también secciones transversales cuadradas o configuradas de otro modo a discreción.

De la representación de la figura 3 se desprende de nuevo que las capas de polvo metálico aplicadas sobre las chapas de cubierta respectivas encierran completamente tanto los tubos portantes 2 y 3 como, también, el varillaje de unión 9 en estado fabricado, de forma que se produce una unión en arrastre de forma inseparable no destructiva entre los componentes individuales de la pieza de construcción mixta 1.

El procedimiento de fabricación para la pieza de construcción mixta 1 representada aquí se divide en las siguientes etapas de procedimiento:

En primer lugar, la chapa de cubierta inferior 5 y la chapa de cubierta superior 4 se recubren, respectivamente, con una capa de polvo metálico 6 ó 7. Este recubrimiento tiene lugar normalmente mediante un proceso de laminado, en cuyo marco se genera una unión firme entre la capa de polvo metálico y la chapa de cubierta. La capa de polvo metálico puede componerse, por ejemplo, de polvo de aluminio con un agente de expansión correspondiente, por ejemplo, hidruro de titanio (TiH_{2}). Tras el proceso de laminado, las chapas de cubierta 4 y 5 se proveen con el contorno representado en la figura 1 en un proceso de conformación. Este contorno se caracteriza porque presenta dos zonas 10 y 11 para el alojamiento de los tubos portantes 2 y 3, así como una zona que se encuentra en medio para el alojamiento del varillaje de unión 9. Cuando la chapa de cubierta superior 4 y la chapa de cubierta inferior 5 se colocan una sobre la otra, se obtienen espacios huecos para el alojamiento de los tubos 2 y 3 correspondientes, así como del varillaje de unión 9. La composición de los componentes individuales de la pieza de construcción mixta forma otra etapa de procedimiento en el marco del proceso de fabricación.

Cuando los componentes individuales de la pieza de construcción mixta se componen en la forma descrita, la pieza de construcción mixta 1 se calienta, a continuación, por ejemplo, en un horno a una temperatura necesaria para el espumado de la capa de polvo metálico, que puede alcanzar valores que se encuentran ligeramente por debajo de la temperatura de fusión de las chapas de cubierta. Así son posibles temperaturas de entre aprox. 600ºC y 800ºC. Así mismo, el agente de expansión contenido en las capas de polvo metálico libera gases, que actúan de forma similar al espumado de espuma de poliuretano y permiten el espumado de la mezcla de polvo de aluminio. En el marco del proceso de espumado, se produce una unión en arrastre de forma entre el polvo metálico y los tubos 2 y 3 ó el varillaje de unión 9. Como material para las chapas de cubierta puede usarse, por ejemplo, AlMgSi1.

En la figura 3 se representa de nuevo de forma ampliada que la capa de polvo metálico rellena completamente los espacios huecos existentes entre las chapas de cubierta 4 y 5 y las piezas de montaje de rigidez interiores 2, 3 y 9. Al mismo tiempo, se produce una unión firme en forma de pegado en las zonas exteriores de las chapas de cubierta 4 y 5 en los puntos, en los que las capas de polvo metálico 6 y 7 se encuentran directamente una sobre la otra. Tras enfriarse la pieza de construcción mixta se obtiene, de este modo, una pieza de montaje del mecanismo de traslación compacta adaptada de forma óptima respecto a rigidez y ligereza a las condiciones marco, que se caracteriza por una fabricación sencilla y económica.

Así mismo, en el marco de la realización del procedimiento es concebible naturalmente espumar alojamientos adicionales, por ejemplo, para soportes de goma, como se montan en los brazos oscilantes transversales, adicionalmente en la pieza de construcción mixta, sin tener que realizar una etapa de trabajo adicional de soldadura de los alojamientos con la pieza de construcción mixta. Así mismo, el tratamiento de calor de la pieza de construcción mixta puede controlarse, de forma que se combina con tratamientos de calor necesarios de materiales de aluminio usados. Esto incrementa adicionalmente la economía de fabricación de las piezas de montaje según la invención. Mediante el uso de las piezas de rigidez interiores se consigue, por un lado, una rigidez suficiente y, al mismo tiempo, la espuma de metal usada produce una mejora de las propiedades acústicas, puesto que presenta una amortiguación esencialmente mejor respecto a los materiales macizos habituales.

Además de las propiedades acústicas mejoradas, la espuma de metal tiene, adicionalmente, la capacidad de absorber energía en mayor medida debido a su porosidad. Esto puede resultar ventajoso para el comportamiento de deformación de piezas de montaje compuestas según la invención, por ejemplo, en caso de choque.

Lista de números de referencia

1.: Pieza de construcción mixta

2.: Tubo portante

3.: Tubo portante

4.: Chapa de cubierta superior

5.: Chapa de cubierta inferior

6.: Capa de polvo metálico

7.: Capa de polvo metálico

8.: Trabilla de unión

9.: Varillaje de unión

10.: Zona

11.: Zona

Claims

1. Pieza de construcción mixta, que se compone de, al menos, dos piezas de chapa metálicas macizas que se encuentran opuestas entre sí y polvo metálico espumado dispuesto en medio, caracterizado porque la pieza de construcción mixta presenta en zonas de sección transversal individuales elementos de rigidez adicionales, que están unidos en arrastre de forma con el polvo metálico espumado que los rodea, que está unido de forma inseparable no destructiva con las piezas de chapa metálicas macizas exteriores, y porque la pieza de construcción mixta presenta elementos de rigidez (2, 3), que están unidos entre sí por las dos piezas de chapa (4, 5) metálicas macizas que se encuentran opuestas entre sí formando una trabilla de unión (8).

2. Pieza de construcción mixta según la reivindicación 1, caracterizada porque entre las dos piezas de chapa (4, 5) está intercalada, al menos, otra pieza de molde de chapa (9).

3. Pieza de construcción mixta según la reivindicación 2, caracterizada porque las capas de polvo metálico (6, 7) se componen de aluminio espumado.