ES2717521T3 - Método de doblamiento - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Método de doblamiento
Campo técnico
La presente invención se refiere a métodos de doblamiento de placas de materiales metálicos, en particular, métodos de doblamiento en aire en los que la susceptibilidad de doblamiento de materiales metálicos que tienen una baja ductilidad puede ser mejorada.
Antecedentes de la invención
Materiales metálicos tales como el acero son a menudo tratados utilizando rodillos para proporcionar láminas (o placas) de material metálico. Si bien estas pueden ser utilizadas directamente como láminas / placas, a menudo se tratan adicionalmente por una variedad de técnicas de conformación tales como el doblamiento y otras similares, a fin de obtener formas no planas.
La ductilidad de los materiales metálicos puede variar en gran medida. A menudo, materiales metálicos de elevada resistencia tales como el acero de alta resistencia avanzado (AHSS - “Advanced High Strength Steel”- ) son altamente cristalinos. Si bien esto generalmente proporciona resistencias de límite elástico muy elevadas, la ductilidad puede verse seriamente comprometida. Las láminas de materiales metálicos se caracterizan, por lo común, por su susceptibilidad de doblamiento (esto es, la relación entre el radio de la curva interior de un doblez a 90° y el espesor de la lámina, t), de tal manera que los materiales con mayores resistencias tienen generalmente un radio de doblamiento mínimo de varios múltiplos de t. Si los materiales metálicos se doblan en magnitudes más allá de su radio de doblamiento mínimo, la superficie exterior del doblamiento tiende a deformarse mostrando un aplanamiento local, en lugar de una curva suave, lo que indica posiciones de elongación en el doblez y posibles debilidades en el material metálico.
El documento EP 0055435 A2 describe un método para deformar mecánicamente un material en lámina al objeto de reducir la recuperación elástica resultante. El documento US 5.953.951 A se refiere a aparatos y a métodos para fabricar un producto doblado, al doblar por presión un material maleable, y describe un método y una matriz de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 7. El documento US 3.890.820 A se refiere a una máquina de doblamiento de placas verticales. El documento DE 2.418.668 A1 se refiere a una máquina de doblamiento para doblar láminas y tiras de metal. El documento GP 1.489.257 A se refiere a un aparato y a un método para formar un doblez en una pieza de trabajo de metal.
La falta de susceptibilidad de doblamiento de los materiales metálicos de mayor resistencia puede obstaculizar su usabilidad en ciertas aplicaciones, y existe, en consecuencia, la necesidad continua de proporcionar materiales metálicos de alta resistencia que proporcionen un comportamiento de doblamiento mejorado. Una manera de mejorar la susceptibilidad de doblamiento consiste en modificar el propio material, a fin de proporcionar un material mejorado que proporcione un equilibrio entre resistencia y ductilidad.
La presente invención proporciona una alternativa a esta estrategia y se propone mejorar la susceptibilidad de doblamiento de materiales metálicos utilizando un método de doblamiento mejorado. En particular, el problema del aplanamiento y la localización de la elongación en el interior de los dobleces se resuelve por la aplicación de una nueva técnica de doblamiento, en lugar de modificar el material en sí.
Compendio de la invención
La presente invención proporciona un método para formar un doblez en una placa de material metálico, según se define en las reivindicaciones 1-6.
El doblamiento en aire es una técnica bien conocida para doblar placas de material metálico. Brevemente, el doblamiento en aire implica colocar una placa (o lámina) de material metálico en contacto con el borde de una matriz (por lo común, una acanaladura en forma de V con las partes superiores redondeadas) y la punta de un punzón. El punzón se alinea paralelo a la acanaladura de la matriz, equidistante de los bordes de la abertura de la matriz. El punzón es entonces forzado a sobrepasar la parte superior de la matriz y entrar en la abertura, sin entrar en contacto con el fondo. La abertura es, por lo común, más profunda que el ángulo que se busca en la pieza de trabajo. Esto permite un doblamiento añadido, que compensa la recuperación elástica de la pieza de trabajo.
La presente invención también proporciona una matriz doble encajada para el doblamiento en aire de una placa de metal, según se define en las reivindicaciones 7 y 8. En los métodos de la invención, la anchura de la placa es la dimensión que discurre a través de la abertura de la matriz (esto es, entre el par de soportes de matriz paralelos), la longitud de la placa es la dimensión que discurre paralela a los soportes de la matriz, en tanto que el espesor de la placa es la dimensión que discurre en la dirección recorrida por el punzón durante el doblamiento. De esta forma, con la expresión «punzón de doblamiento que se extiende al menos en toda la longitud de la placa» quiere decirse que el punzón de doblamiento es capaz de ejercer la fuerza a través de toda la placa, de tal modo que se forma un doblez uniforme, sin abombamientos.
Con «soportes de matriz» quiere decirse los bordes de la matriz que están en contacto con la placa metálica. Por lo común, estos tienen bordes redondeados para permitir a la placa rodar fácilmente hacia el interior de la abertura de la matriz conforme el punzón de doblamiento fuerza el centro de la placa hacia abajo, formando el doblez. La matriz puede, preferiblemente, ser una «matriz de rodillos» (esto es, cilindros que rotan libremente alrededor de un eje), con lo que se reduce la magnitud del rozamiento. Los dos soportes de matriz son paralelos con el fin de garantizar una distancia uniforme a través de la abertura de la matriz.
Adicionalmente, en la presente invención, las expresiones «por encima» y «por debajo» se refieren a la posición relativa a la abertura de la matriz, es decir, al plano entre los soportes de matriz. «Por encima», tal y como se utiliza en esta memoria, es por encima de la abertura de la matriz, y «por debajo» es por debajo de la abertura de la matriz. De este modo, el espacio situado por debajo de la abertura de la matriz es ocupado por el doblez de la placa metálica al ser formado, y, por lo demás, durante el doblamiento en aire, el punzón de doblamiento se moverá desde por encima de la abertura de la matriz hasta por debajo de la abertura de la matriz, cuando se forma el doblez en la placa metálica.
El método de la invención es similar a las metodologías convencionales de doblamiento en aire, a excepción de que comprende dos etapas de doblamiento que difieren por razón de la anchura de la matriz (esto es, la distancia entre las superficies de soporte). El presente Solicitante ha descubierto que, cuando se usa este método de doblamiento en dos etapas, la susceptibilidad de doblamiento puede mejorarse tanto como el 40% o más.
Con la expresión «susceptibilidad de doblamiento» quiere decirse la relación del radio interior mínimo de un doblez a 90° con respecto al espesor de la lámina, o, visto de forma diferente, el número de veces por el que se ha de multiplicar el espesor de la lámina para conseguir que el radio interior del doblez a 90° se encuentre en el límite de la susceptibilidad de doblamiento del material. Se hace referencia, a menudo, a la susceptibilidad de doblamiento como el «radio mínimo para un doblez a 90°» (es decir, el radio mínimo conseguible para un doblez a 90° sin que haya ninguna distorsión en el doblez que aparece), y se expresa como múltiplo de t, el espesor de la lámina.
Sin intención de adscribirse a ninguna teoría, se cree que el factor fundamental que conduce a la tendencia al aplanamiento en materiales metálicos de alta resistencia son las elevadas relaciones entre límite elástico y resistencia, y también el rendimiento de endurecimiento por deformación típicamente muy bajo. La combinación de estas propiedades tiende a localizar las fuerzas que surgen durante el doblamiento dentro de una estrecha parte del material. Las elevadas relaciones entre límite elástico y resistencia tendrán un efecto negativo en la deformación plástica de la brida.
A la hora de utilizar un material con una elevada relación entre límite elástico y resistencia, el hecho de llevar a cabo el doblamiento en aire con una disposición normal, esto es, una anchura de la matriz entre 10 y 13 veces el espesor, no producirá apenas deformación plástica o forma de curvatura, excepto en lugares muy cerca del punto de contacto con la cuchilla. En otras palabras, la parte principal de la deformación angular de la brida se producirá de forma muy local (como una articulación), lo que da lugar, en consecuencia, a una baja distribución de las elongaciones plásticas a lo largo de la brida. En tales casos, existe un elevado riesgo de localización de fenómenos tales como el aplanamiento del doblez. Al aumentar la anchura de la matriz, el área de la brida en la que tiene lugar la parte principal de la deformación se agranda, lo que conduce a una distribución más preferible de la elongación.
Estos efectos se muestran esquemáticamente en la Figura 1. La propiedad de la relación entre límite elástico y resistencia está asociada con datos convencionales de tensión de tracción-elongación. Sin embargo, el diagrama de momentos de fuerza (es decir, el momento de fuerza en función de la inversa del radio de curvatura) proporciona una manera más precisa de estudiar el comportamiento del material durante el doblamiento. La curvatura real de la brida puede ser deducida del diagrama de momentos de fuerza, por el estudio del área por encima de la curva de momentos de fuerza, tal como se muestra en la Figura 1a.
El área situada por encima de la curva de momentos de fuerza es proporcional a la forma real de la curvatura de la brida. En la Figura 1a se comparan dos tipos de material, un material (A) con una elevada relación entre límite elástico y resistencia, y otro material (B) con una baja relación entre límite elástico y resistencia. La cuchilla 302 se mueve en un plano de simetría 304 para doblar dichos materiales A o B entre una matriz 307, hasta un ángulo de doblamiento a /2306. Las diferentes relaciones entre límite elástico y resistencia de estos materiales conducirán a diferentes formas de la brida en el doblamiento 305. El momento de fuerza es una función lineal 303 a lo largo del eje horizontal. El área comprendida entre los ejes M y 1/R 301 es proporcional a la forma de la curvatura de la brida. Esta representación gráfica puede mostrar también el radio mínimo de doblamiento libre 308 para evitar el acodamiento.
La Figura 1b muestra cómo, aumentando la anchura de la matriz, el área de localización de la elongación se distribuirá en un área más grande. De esta forma, la matriz 307 de la Figura 1a es reemplazada por una matriz exterior 307a y una matriz interior 307b en la Figura 1b. El doblamiento preliminar por parte de la matriz exterior 307a da lugar a un área de deformación más grande, de lo que resulta un menor riesgo de localización del doblamiento 305. La curva de momentos de fuerza tiene una forma modificada 309 como consecuencia del doblamiento preliminar por parte de la matriz exterior 307a, lo que hace que el material se comporte como si tuviera una relación entre límite elástico y resistencia más baja cuando se dobla utilizando la matriz interior 307b.
Una desventaja de utilizar una anchura de matriz más grande es que el ángulo de doblamiento añadido aumentará como compensación de la recuperación elástica incrementada que se produce. Esto aumenta la probabilidad de
localización de la elongación que aparece en el extremo del final de la carrera de doblamiento. La presente invención supera estos problemas al proporcionar métodos para obtener una forma suave de la curvatura de la brida tras el doblamiento, incluso aunque el material siga teniendo una elevada relación entre límite elástico y resistencia. Los métodos de la invención proporcionan dos etapas de doblamiento: una primera etapa de doblamiento que forma una curvatura relativamente grande en el doblez 305, y una segunda etapa de doblamiento que forma el ángulo de doblez final. La primera etapa de doblamiento ayuda a distribuir las fuerzas de doblamiento sobre un área mayor del material, lo que reduce el riesgo de que se produzcan deformaciones.
De esta manera, una posible forma de llevar a cabo la primera etapa de doblamiento consiste en aplicar el denominado doblamiento libre, es decir, realizar un gran radio en el doblez utilizando una gran anchura de matriz (por ejemplo, una anchura de matriz por lo común de 20 a 25 veces el espesor del material), haciendo uso, por lo común, de un punzón de doblamiento con un radio relativamente estrecho. El doblamiento libre se aplica, por lo común, hasta que el material comienza a adaptarse a la forma del punzón de doblamiento. El límite del ángulo de doblamiento depende, por supuesto, del espesor del material, con valores aproximados típicos de aproximadamente entre 70 y 80 grados para un material laminado en caliente con un espesor de entre 4 y 6 mm. Cuando esta forma de curvatura suave es preformada, el material se comportará más bien como un material con una relación entre límite elástico y resistencia más baja, cuando se aplica la segunda carga de doblamiento. Por lo común, esto se hace utilizando una configuración de matriz convencional con una anchura de matriz de aproximadamente entre 10 y 13 veces el espesor del material.
La metodología de la presente invención permite que se formen dobleces apretados sin que haya riesgo de acodamiento, ya que las condiciones necesarias para la formación del doblez apretado se aplican únicamente en un material previamente doblado. La primera etapa de doblamiento reparte de manera efectiva la fuerza de doblamiento sobre un área mucho mayor, lo que proporciona un área mucho más grande de deformación plástica en el doblez, de tal manera que es menos probable que la segunda etapa de doblamiento conduzca a acodamiento o aplanamiento en el doblez.
El método de la invención puede ser implementado de diversas maneras. Estas realizaciones preferidas de la invención se describen con mayor detalle más adelante.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se explicará adicionalmente en lo que sigue de esta memoria por medio de ejemplos no limitativos, con referencia a las figuras que se acompañan, en las cuales:
La Figura 1 muestra las curvas de momentos de fuerza para una etapa de doblamiento estándar, en comparación con una etapa de doblamiento de acuerdo con la invención,
La Figura 2 muestra un esquema de la primera etapa de doblamiento de una realización no reivindicada en la cual se utilizan dos punzones de doblamiento diferentes,
La Figura 3 muestra un esquema de la segunda etapa de doblamiento de una realización no reivindicada en la cual se utilizan dos punzones de doblamiento diferentes,
La Figura 4 muestra un esquema de la etapa de doblamiento continua de una realización en la que se utiliza una matriz doble encajada,
La Figura 5 muestra el doblamiento real de una placa metálica utilizando una matriz doble encajada,
La Figura 6 muestra un esquema que representa el ángulo de doblamiento a hipotético y la anchura W de la matriz,
La Figura 7 es un esquema de la matriz doble encajada de la invención.
Descripción detallada de realizaciones preferidas
El método de la presente invención implica dos etapas de doblamiento en aire, de tal manera que la fuerza de doblamiento de ambas etapas se aplica en la misma posición de la placa y en la misma dirección. Hay varios modos de implementar el método de la invención. Asimismo, estas realizaciones diferentes significan que el método de la invención puede ser realizado en la práctica llevando a cabo una etapa de doblamiento continuo utilizando el mismo punzón de doblamiento (tal como puede ocurrir cuando el punzón de doblamiento fuerza la placa al interior de una segunda matriz, matriz que es más estrecha y que se encuentra por debajo de la primera matriz y dentro de esta).
Considerando, a su vez, cada una de estas realizaciones, una manera de llevar a cabo un método de doblamiento (no reivindicado) es llevar a cabo dos etapas de doblamiento en aire discretas e independientes, utilizando la misma matriz (es decir, la primera y la segunda matrices (y la primera y la segunda anchuras de matriz) son la misma). De esta forma, tras la primera etapa de doblamiento, el punzón de doblamiento puede ser retirado y reemplazado por un segundo punzón de doblamiento de radio más estrecho. Este segundo punzón de doblamiento aplica entonces la fuerza de doblamiento en la segunda etapa de doblamiento, en la que la segunda matriz es idéntica a la primera matriz.
Tal método se muestra en las Figuras 2-3. En la Figura 2a, la placa de material metálico 105 es soportada sobre la primera matriz 103 que tiene la primera anchura 104 de matriz, en la primera etapa de doblamiento 100. La fuerza de
doblamiento 101 se proporciona por un primer punzón de doblamiento 102 que tiene un radio grande. Una vez que se ha llevado a cabo la primera etapa de doblamiento (Figura 2b), el primer punzón de doblamiento es reemplazado por un segundo punzón de doblamiento. En la segunda etapa de doblamiento 200 (Figura 3a), el segundo punzón de doblamiento 202 proporciona la segunda fuerza de doblamiento 201 a la placa metálica 205, parcialmente doblada, en la misma posición y con la misma dirección, a fin de proporcionar el doblez final (Figura 3b). En esta realización, la segunda matriz 203 y la anchura 204 de la segunda matriz son idénticas a la primera matriz 103 y a la anchura 104 de la primera matriz.
En las Figuras 2-3 y en todas las demás figuras esquemáticas de esta memoria, a excepción de la Figura 6, el aparato de doblamiento se ha mostrado en corte transversal a través de la achura de la matriz. Los soportes de matriz se muestran como círculos, si bien, por supuesto, pueden utilizarse otras formas siempre y cuando permitan a la placa rodar y ser arrastrada al interior de la abertura de la matriz durante el doblamiento.
A la hora de llevar a cabo el método de esta manera, ha de ponerse cuidado, por supuesto, en asegurarse de que la placa no se mueve entre la primera y la segunda etapas de doblamiento. Si la placa se moviese (por ejemplo, debido a cualquier recuperación elástica que se produjera tras el doblamiento), la fuerza aplicada por el segundo punzón en la segunda etapa de doblamiento podría no estar en el mismo lugar de la lámina, lo que conduciría a la formación de un doblamiento imperfecto.
Para evitar que esto se produzca, es preferible incluir unos medios de colocación en correspondencia que garanticen que la placa está apropiadamente alineada al comienzo de la segunda etapa de doblamiento. Medios adecuados pueden comprender una abrazadera que sujeta la placa en su lugar al tiempo que el primer punzón de doblamiento es extraído y se instala el segundo punzón de doblamiento. Alternativamente, los medios de colocación en correspondencia pueden comprender una marca en la placa, tal como una muesca, un motivo de tinta o un elemento similar que pueda ser alineado con una marca similar existente en la matriz.
Una manera alternativa de llevar a cabo dos etapas de doblamiento discretas e independientes sería trasladar físicamente la placa de la primera matriz a la segunda después de la primera etapa de doblamiento. Sin embargo, tales métodos son engorrosos y también aumentan la probabilidad de que la placa no se coloque apropiadamente durante la segunda etapa de doblamiento. De nuevo, esto podría conducir a que la segunda fuerza de doblamiento se aplicase en una parte diferente de la placa, lo que llevaría consigo un doblez imperfecto.
A fin de evitar los problemas que surgen de la colocación en correspondencia cuando se utilizan etapas de doblamiento discretas, se prefiere utilizar un procedimiento en el que la primera y la segunda fuerzas de doblamiento son continuas. En otras palabras, un procedimiento que se sirve de un único punzón de doblamiento (es decir, el primer y el segundo punzones de doblamiento son el mismo) y en el cual el punzón de doblamiento aplica continuamente una fuerza sobre la placa desde el comienzo de la primera etapa de doblamiento hasta el final de la segunda etapa de doblamiento. La fuerza puede ser aplicada de forma continua en una magnitud suficiente para hacer que la placa se doble, o bien la fuerza puede reducirse al final de la primera etapa de doblamiento hasta una magnitud suficiente como para sujetar la placa en su lugar al tiempo que es ajustada la anchura de la matriz.
A fin de que el método de la invención se lleve a cabo en una etapa de doblamiento continua, con una fuerza aplicada en una magnitud suficiente para causar el doblamiento a lo largo de todo el método, puede utilizarse una matriz doble encajada en la que la segunda matriz se encuentra más baja que la primera matriz y dentro de esta, de tal manera que la primera y la segunda matrices se alinean de modo que los planos formados por los soportes de matriz de las primera y segunda matrices son paralelos, y de tal forma que el punto medio de la primera matriz y el de la segunda matriz se encuentran en el plano atravesado por el punzón de doblamiento. Utilizando tal disposición, el punzón de doblamiento puede llevar a cabo la primera etapa de doblamiento e inicialmente dobla la placa en un amplio doblez (es decir, un radio de doblez grande, llevado a cabo por el denominado «doblamiento libre»), debido a la gran anchura de matriz de la primera matriz. Una vez que se ha doblado la placa en la magnitud en que esta contacta con la segunda matriz, la primera etapa de doblamiento finaliza y comienza de inmediato la segunda etapa de doblamiento. El punzón de doblamiento aplica entonces la fuerza de doblamiento utilizando la matriz más estrecha para conseguir el radio y el ángulo de doblamiento final deseados, permitiendo la recuperación elástica de la manera habitual.
En las Figuras 4a-4c se muestra una matriz doble encajada esquemática. En la Figura 4a, la placa de material metálico 105 es soportada sobre una primera matriz 103 que tiene una primera anchura 104 de matriz. El aparato de doblamiento también incluye una segunda matriz 203, situada por debajo de la primera matriz 103 y dentro de ella, a fin de proporcionar una matriz doble encajada en la que la anchura 204 de la segunda matriz es menor que la anchura de la primera matriz.
En la primera etapa de doblamiento 100, el primer punzón de doblamiento 102 aplica la primera fuerza de doblamiento 101 en la placa metálica 105 con el fin de proporcionar una placa metálica doblada 205 como se muestra en la Figura 4b. Al final de la primera etapa de doblamiento, la placa metálica doblada 205 entra en contacto con la segunda matriz 203 que tiene la segunda anchura 204 de matriz. A medida que la fuerza de doblamiento 101, 201 es aplicada continuamente por el punzón de doblamiento 102, 202, la placa continúa doblándose dentro de la segunda matriz 203 para formar el doblez final.
Las Figuras 5a-5d muestran una matriz doble encajada real que está siendo utilizada en un método de doblamiento de acuerdo con la invención. De esta forma, en las Figuras 5a y 5b, se aplica la primera fuerza de doblamiento hasta que la placa de material metálico entra en contacto con la segunda matriz. Llegados a este punto, el momento de fuerza de doblamiento experimentado por la placa se proporciona por la segunda matriz, interior, y por el punzón de doblamiento. La Figura 5c muestra la placa doblada hasta su configuración final, antes de que el punzón de doblamiento haya sido retirado en la Figura 5d, y la placa se haya relajado como consecuencia de la recuperación elástica.
El método de la invención se caracteriza por que la anchura de la segunda matriz es menor que la anchura de la primera matriz.
El primer punzón de doblamiento se utiliza como segundo punzón de doblamiento en la segunda etapa de doblamiento. Se prefiere que el primer punzón de doblamiento aplique una fuerza sobre la placa de forma continua desde el comienzo de la primera etapa de doblamiento hasta el final de la segunda etapa de doblamiento. Si bien, en principio, se conseguirán resultados mejorados cuando se utiliza el método de la invención, se prefiere, por supuesto, optimizar el método para conseguir los mejores resultados. De esta forma, la elongación típica de las fibras exteriores del doblez al final de la primera etapa de doblamiento es del 2% al 9%, más preferiblemente del 2% al 8%, aún más preferiblemente del 3% al 7%, y, de la manera más preferida, del 4% al 6%.
Para los propósitos de la presente invención, la elongación, e, puede calcularse utilizando la siguiente ecuación:
Donde a es el ángulo de doblamiento, t es el espesor de la placa y W es la anchura de la primera matriz (la cual corresponde a dos veces el brazo del momento de fuerza inicial). La Figura 6 muestra un esquema que representa a y W. Si bien este valor constituye tan solo una aproximación de la elongación real, los valores de «elongación», tal como son referidos en esta memoria, deberán ser calculados utilizando esta ecuación.
Con la expresión «ángulo de doblamiento» quiere decirse el ángulo, a , hasta el que se dobla la placa. Como el punto del doblamiento es, en realidad, una curva, el ángulo de doblamiento corresponde al ángulo hipotético que surge donde los planos de las partes no dobladas de la placa coinciden, de tal manera que a varía entre 0° para una placa no doblada, hasta 180° para una placa perfectamente plegada. Este, por supuesto, también se corresponde con el ángulo formado por los dos vectores normales a los planos de las partes no dobladas de la placa. El ángulo de doblamiento a se muestra esquemáticamente en la Figura 3b y en la Figura 6.
Queda claro de la anterior ecuación que la elongación es proporcional al espesor de la placa, e inversamente proporcional a la anchura de la primera matriz. Como consecuencia de esta relación, a medida que se incrementa la anchura de la primera matriz, la elongación que se induce para un ángulo de doblamiento dado es más pequeña. Esto significa, en consecuencia, que se necesita un ángulo de doblamiento más grande para conseguir la elongación óptima en la primera etapa de doblamiento.
De la misma manera, a medida que aumenta el espesor de la placa, la elongación para un ángulo de doblamiento dado aumenta en correspondencia. Esto significa que las placas más gruesas requieren un ángulo de doblamiento más pequeño para conseguir la elongación óptima en la primera etapa de doblamiento.
A pesar de estas variaciones, por lo común, el ángulo de doblamiento tras la primera etapa de doblamiento es entre 50° y 120°, más preferiblemente entre 60° y 100°, y, aún más preferiblemente, entre 65° y 85°.
Debido a estas variaciones, puede ser necesario ajustar la altura de la segunda matriz con respecto a la primera matriz cuando se utiliza una matriz doble encajada tal y como se ha descrito anteriormente.
La anchura de la segunda matriz es, por lo común, de 1/3 a 2/3 de la anchura de la primera matriz, preferiblemente de 2/5 a 3/5, y, de la forma más preferida, aproximadamente A de la anchura de la primera matriz.
Por lo común, la anchura de matriz para la etapa de doblamiento final es desde 8t hasta 15t (donde t corresponde al espesor de la placa), preferiblemente, de 10t a 13t. De esta forma, cuando se utiliza una matriz doble, la anchura de matriz para la primera matriz es, por lo común, aproximadamente el doble de esto, o desde 18t hasta 30t, preferiblemente desde 18t hasta 27t, más preferiblemente desde 20t hasta 25t (donde t corresponde al espesor de la placa).
El método de la presente invención puede ser utilizado en cualquier placa de material metálico. Sin embargo, las mejoras más significativas se encuentran en materiales metálicos de alta resistencia.
De preferencia, el material metálico es acero. Más preferiblemente, el material metálico es acero de alta resistencia avanzado (AHSS), más preferiblemente, acero de resistencia ultraalta (UHSS - “Ultra-High Strength Steel”-).
Preferiblemente, el material metálico es un acero martensítico laminado en frío.
Preferiblemente, el material metálico es un acero de fase doble.
Tal y como se utiliza aquí, el «acero de alta resistencia avanzado» tiene una resistencia de límite elástico de > 550 MPa, mientras que el acero de resistencia ultraalta (un subconjunto del AHSS) tiene una resistencia de límite elástico de > 780 MPa.
De preferencia, el material metálico tiene una elevada relación entre el límite elástico y la resistencia a la tracción (es decir, la relación entre la resistencia de límite elástico y la resistencia a la tracción), Preferiblemente, el material metálico presenta una relación entre el límite elástico y la resistencia a la tracción de 0,85 a 1,0, más preferiblemente de 0,87 a 1,0, y, aún más preferiblemente, entre 0,9 y 1,0.
Tal y como se utilizan en esta memoria, las resistencias a la tracción y de límite elástico se miden utilizando la norma ISO 6892-1 o la EN 10002-1, preferiblemente la ISO 6892-1.
Un aspecto adicional de la presente invención es una matriz doble encajada para doblar en aire una placa de metal, de tal modo que dicha matriz doble comprende una primera matriz que tiene una primera anchura W1 de matriz, y una segunda matriz que tiene una segunda anchura W2 de matriz, de tal manera que la segunda anchura de matriz es más pequeña que la primera anchura de matriz, y de modo que la segunda matriz se coloca por debajo de la primera matriz y dentro de esta, y alineada de manera tal, que los planos formados por los soportes de matriz de las primera y segunda matrices son paralelos, y las líneas centrales de la primera y la segunda matrices son paralelas y ambas se encuentran dentro de un plano que es perpendicular a los planos formados por los bordes superiores de las primera y segunda matrices.
Semejante matriz doble encajada se muestra esquemáticamente en la Figura 7. A fin de garantizar que la matriz doble encajada proporcione una primera y una segunda etapas de doblamiento de acuerdo con las realizaciones preferidas de la presente invención, la diferencia de alturas H entre la primera matriz 103 y la segunda matriz 203 se establece de manera que se garantice que el ángulo de encaje p mostrado en la Figura 7 es aproximadamente la mitad de los ángulos de doblamiento a preferidos antes mencionados. De la misma manera, la anchura W2 de la segunda matriz se ajusta de manera que sea entre 1/3 y 2/3 de la anchura W1 de la primera matriz. Como H y X están relacionados con la tan(P ), y X corresponde a (W1 - W2)/2, estos requisitos significan que la matriz doble encajada de la invención cumple las siguientes ecuaciones:
Preferiblemente:
Preferiblemente:
Más preferiblemente:
De preferencia, el reborde de la primera matriz comprende unos rodillos. El uso de rodillos en la primera matriz reduce el rozamiento donde la placa contacta con la matriz, lo que reduce la probabilidad de que las fuerzas de doblamiento se concentren en el doblez y aparezcan deformidades.
Ejemplo 1
Se doblaron a 90° varias placas de Domex® 960 de 6 mm de espesor utilizando una matriz de doblamiento en aire convencional y utilizando una matriz doble encajada de conformidad con la presente invención. La matriz doble comprendía una matriz exterior con una anchura de 180 mm y una matriz interior con una anchura de 80 mm (es decir, 13xt). La matriz interior se colocó 35 mm por debajo de la matriz exterior (esto es, la distancia entre las partes superiores de los radios de la matriz entrante). Utilizando esta disposición, el primer ángulo de doblamiento es aproximadamente 70°. El porcentaje de elongación previa aproximado era en torno a 4,1%. El doblamiento de control utilizaba una única matriz de doblamiento con una anchura de matriz de 80 mm.
Los resultados obtenidos se resumen en la siguiente tabla:
Estos datos muestran que la susceptibilidad de doblamiento que se consigue utilizando la metodología de la presente invención representa una mejora significativa sobre el uso de una única etapa de doblamiento convencional.
Ejemplo 2
Se doblaron a 90° dos tipos de acero laminado en frío, el Docol® 1000 Roll y el Docol® 1200M, utilizando doblamiento en aire convencional y utilizando un método en dos etapas de acuerdo con la presente invención.
Se utilizó la misma configuración de doble matriz para los dos materiales ensayados, incluso aunque tenían diferentes espesores, 1,0 mm y 1,4 mm, respectivamente. La configuración para los dos ensayos se muestra en las tablas que se dan a continuación.
Los resultados se muestran en la siguiente tabla:
Como puede observarse, la susceptibilidad de doblamiento se ve mejorada significativamente utilizando la metodología de la presente invención.
Resultarán evidentes para una persona experta modificaciones adicionales de la invención que estén dentro del alcance de las reivindicaciones.
Claims (8)
1.- Un método para formar un doblez en una placa de material metálico, de tal manera que dicho método comprende:
doblar en aire una placa de material metálico en una primera etapa de doblamiento en aire, al aplicar una primera fuerza de doblamiento utilizando un primer punzón de doblamiento (102) y una primera matriz (103) que tiene una primera anchura W1 de matriz; a continuación
doblar en aire la placa de material metálico en una segunda etapa de doblamiento en aire, al aplicar una segunda fuerza de doblamiento utilizando un segundo punzón de doblamiento (202) y una segunda matriz (203) que tiene una segunda anchura W2 de matriz, de tal manera que las primera y segunda fuerzas de doblamiento se aplican en el mismo punto de la placa y en la misma dirección;
en el cual se utiliza una matriz doble encajada en la que la segunda matriz se encuentra por debajo de la primera matriz y dentro de ella, de modo que las primera y segunda matrices están alineadas de manera tal, que los planos formados por los soportes de matriz de las primera y segunda matrices son paralelos, y de tal forma que los puntos medios de la primera matriz y de la segunda matriz se encuentran en el plano atravesado por el punzón de doblamiento durante las primera y segunda etapas de doblamiento,
caracterizado por que
se utiliza el mismo punzón de doblamiento como el primer y el segundo punzones de doblamiento;
de tal manera que la primera anchura W1 de matriz y la segunda anchura W2 de matriz satisfacen la siguiente relación:
de modo que la diferencia de alturas H entre la primera matriz y la segunda satisface la siguiente relación:
2.- El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual W1 es de 18t a 30t, preferiblemente de 20t a 25t, y en el cual W2 es de 8t a 15t, preferiblemente de 10t a 13t, donde t es el espesor de la placa que está siendo doblada.
3. - El método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual la altura de la segunda matriz (203) puede ser ajustada con respecto a la primera matriz (103).
4. - El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la elongación de las fibras exteriores del doblez al final de la primera etapa de doblamiento es del 2% al 9%, preferiblemente del 3% al 7%.
5. - El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el ángulo de doblamiento tras la primera etapa de doblamiento es entre 50° y 120°, preferiblemente entre 60° y 100°.
6. - El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el material metálico tiene una relación entre límite elástico y resistencia a la tracción entre 0,85 y 1,0, preferiblemente de modo que el material metálico es acero.
7.- Una matriz doble encajada para doblar en aire una placa de metal, de tal modo que dicha matriz doble comprende una primera matriz (103), que tiene una primera anchura W1 de matriz, y una segunda matriz (203), que tiene una segunda anchura W2 de matriz, de manera que la segunda matriz está colocada por debajo de la primera matriz y dentro de ella, y están alineadas de tal manera que los planos formados por los soportes de matriz de las primera y segunda matrices son paralelos, y de forma que las líneas centrales de las primera y segunda matrices son paralelas y ambas se encuentran dentro de un plano perpendicular a los planos formados por los bordes superiores de las primera y segunda matrices, caracterizada por que la diferencia de alturas entre la primera y la segunda matrices es H, y se satisfacen las siguientes ecuaciones:
8.- La matriz doble encajada de acuerdo con la reivindicación 7, en la cual la altura de la segunda matriz puede ajustarse con respecto a la primera matriz.
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