ES3062800T3 - Method for the production of sheet metal parts and device therefor - Google Patents

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Procedimiento de fabricación de componentes de chapa y dispositivo para ello

[0003] Campo técnico

[0004] La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de componentes de chapas.

[0005] Antecedentes técnicos

[0006] En el estado de la técnica se describen procedimientos y dispositivos para fabricar componentes de chapa metálica dimensionalmente estables, véanse, por ejemplo, los documentos DE 102007 059 251 A1, DE 102008037 612 A1, DE 102009 059 197 A1, DE 102013 103 612 A1, DE 102013 103 751 A1, realizándose la fabricación en al menos dos pasos (procesos de conformación). En el primer paso, una placa moldeada, en particular plana, se convierte en una preforma. La preforma dispone de un excedente de material distribuido de la forma más uniforme posible en comparación con la geometría final del componente que se va a fabricar. Este excedente de material adicional se comprime en la dirección del plano de chapa en el segundo paso, conocido como calibrado. El estado de tensión no homogéneo de la preforma se realinea a este respecto y se evita en gran medida el indeseable retorno elástico (springback) dependiente del lote del componente, que se produce en particular con materiales de alta resistencia en combinación con espesores de chapa bajos. Por el documento DE 102018 210 174 A1 se conoce, además, cómo fabricar un componente de chapa sin rebordes de alta precisión dimensional creando una preforma con un ángulo de apertura de los marcos inferior a 6° a partir de una placa moldeada, que se calibra a continuación para formar un componente de chapa final.

[0007] Al fabricar la preforma deben respetarse distintas condiciones marco.

[0008] Esto significa que las longitudes de los desdoblamientos locales de la sección transversal solo pueden variar dentro de límites estrechos, incluso con variables de influencia variables como la fricción, las propiedades mecánicas del lote de material utilizado y el desgaste de la herramienta. Por lo tanto, es necesario diseñar la herramienta de preformado con al menos un soporte de chapa exterior distanciado o, preferentemente, sin ningún soporte de chapa exterior (lo que se denomina "conformado de choque" o también "estampado/doblado"). De este modo se evita que las placas moldeadas se estiren más o menos en la herramienta de preformado en función de los factores de influencia mencionados anteriormente durante la producción de varios componentes y al utilizar diferentes lotes de material. Este estiramiento incontrolado del material de componente a componente daría lugar a que la distribución del excedente de material para la subsiguiente calibración. en determinadas circunstancias, saliera del intervalo de valores admisible y controlable de forma fiable.

[0009] En comparación con la fabricación convencional mediante embutición profunda con un soporte de chapa exterior activo, esto se traduce en una reducción de las fuerzas de tracción, en particular en los marcos, durante la fabricación de la preforma. Debido a la ausencia de tensiones de tracción superpuestas en la zona de conformado, las preformas fabricadas de este modo a veces se retraen tanto que no pueden utilizarse para el subsiguiente calibrado, o solo de forma limitada. Además, las desviaciones demasiado grandes de la geometría nominal pueden provocar desviaciones dimensionales no deseadas que permanecen en el componente final incluso después del calibrado. Esto se aplica en particular a deformaciones en el componente, como la torsión, la flexión y/o la curvatura, que, en determinadas circunstancias, pueden no detectarse suficientemente en el proceso de calibrado, de modo que la torsión y/o la flexión no deseadas permanezcan incluso en los componentes finales calibrados. Este efecto es más pronunciado con materiales de mayor/alta resistencia, en particular si la relación de límite elástico R<e>/R<m>adopta valores elevados. Los conceptos anteriores prevén la creación de una preforma que se corresponde esencialmente con la geometría final, diseñándose la herramienta de preformado con sus superficies de actuación esencialmente para coincidir con las superficies de actuación de la herramienta de calibrado.

[0010] Sumario de la invención

[0011] Así pues, la invención se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento genérico y un dispositivo genérico con los que se pueda producir una geometría de componente final que presente una desviación lo más pequeña como posible o nula de la geometría de componente final (geometría nominal).

[0012] Este objetivo se consigue mediante un procedimiento genérico con las características de la reivindicación 1.

[0013] De acuerdo con la enseñanza del procedimiento de acuerdo con la invención, se prevé que el procedimiento para fabricar un componente de chapa comprenda al menos dos etapas: preconformado de una chapa para formar una preforma de chapa, que presenta en la sección transversal una base, al menos un marco, al menos una transición entre la base y el marco, opcionalmente al menos por zonas un reborde y opcionalmente al menos por zonas una transición entre el marco y el reborde en una herramienta de preformado, que actúa sobre la chapa con sus superficies de actuación, presentando la preforma de chapa un exceso de material de chapa al menos por zonas; y conformación final de la preforma de chapa en un componente de chapa en una herramienta de calibrado, que actúa sobre la preforma de chapa con sus superficies de actuación y en la que el exceso de material de chapa se comprime en el plano de chapa, aumentando así en particular el espesor de la chapa al menos en por zonas. Para ello, las superficies de actuación de la herramienta de preformado de la preforma de chapa que se va a fabricar, en comparación con las superficies de actuación de la herramienta de calibrado del componente de chapa que se va a fabricar, se disponen de tal manera que, al comparar la herramienta de preformado y la herramienta de calibrado, al observar el ángulo de diferencia entre los dos ejes principales de inercia orientados de la misma manera con respecto a la respectiva forma de sección transversal a través los centros de gravedad de dos superficies de sección transversal paralelas a una distancia de 100 mm del intersticio de herramienta delimitado por las respectivas superficies de actuación, se establece una diferencia de ángulo de torsión de al menos 0,2°.

[0015] Este método se conoce en el estado de la técnica como "compensación clásica del springback", pero para la fabricación de geometrías de componentes finales en un proceso de conformado de una sola etapa, véase, por ejemplo, el documento EP 3771 502 A1, de modo que ya no son necesarias otras medidas en forma de un proceso adicional, el proceso de calibrado. El proceso de acuerdo con la invención está diseñado en al menos dos etapas en al menos dos herramientas.

[0017] Se ha puesto de manifiesto que se puede generar una geometría de componente final que presente una desviación lo más pequeña posible o nula de la geometría de componente final (geometría nominal), en particular si ya se ha generado una preforma de chapa que también presente una desviación lo más pequeña posible o nula de la geometría de componente final. Por el estado de la técnica es conocido de manera general que es ventajoso de manera fundamental que la geometría de la preforma de chapa se fabrique de forma que se corresponda en la mayor medida posible con la geometría final del componente, que se ajusta en la herramienta de calibrado. En particular, la curvatura de los marcos inducida por el retorno elástico debe evitarse ya en la preforma en la medida de lo posible dentro del procedimiento, que se caracteriza, por ejemplo, por un control reducido del flujo de material.

[0019] El enfoque de acuerdo con la invención evita la deformación (torsión y/o flexión) de la preforma de chapa con retorno elástico en relación con la geometría del componente final mediante el diseño adecuado de las superficies de actuación de la preforma de chapa, de modo que cuanto mejor se corresponda la preforma de chapa con retorno elástico con el componente final de chapa, más preciso será dimensionalmente el resultado tras la calibración y más sencillo podrá ser el control del proceso, en particular en la herramienta de calibrado, pero también en cualquier otro proceso posterior que pueda planificarse.

[0021] La diferencia de ángulo de torsión es, por tanto, el incremento angular al comparar la herramienta de preformado y la herramienta de calibrado cuando se considera el ángulo de diferencia entre los ejes principales de inercia, con la misma orientación con respecto a la respectiva forma de sección transversal, a través de los centros de gravedad de dos superficies de sección transversal paralelas a una distancia de 100 mm del intersticio de herramienta delimitado por las respectivas superficies de actuación y es de al menos 0,2°, en particular de al menos 0,5°, preferentemente de al menos 0,7°, preferentemente de al menos 1°, más preferentemente de al menos 2° y más preferentemente de al menos 3°.

[0023] La compensación clásica del springback está estrictamente ligada a las libertades geométricas, que deben tenerse en cuenta en el diseño de la geometría final del componente de chapa. Por esta razón, los componentes de chapa con secciones transversales en forma de sombrero (rebordes de base/marco) en particular están provistos de la denominada abertura de marco. Dependiendo del ángulo de apertura del marco, que suele situarse en el intervalo entre 3 y 8°, existe la posibilidad limitada de reproducir el springback esperado, en particular de los marcos en la herramienta, en la dirección opuesta. El objetivo es fabricar componentes de chapa que presenten la precisión dimensional requerida después del springback. El ángulo de apertura del marco del componente final de chapa determina el grado máximo de compensación posible en la herramienta, ya que solo pueden utilizarse superficies de actuación sin destalonamiento en la dirección de trabajo. Si el espacio disponible no es suficiente para la compensación, debe adaptarse la geometría final de componente de chapa o reajustarse el componente de chapa en cuestión con gran esfuerzo, por ejemplo, con elementos que actúen transversalmente a la dirección de trabajo de la prensa. Estas medidas quedan así obsoletas por el procedimiento de acuerdo con la invención.

[0025] Acumulativa o alternativamente, las superficies de actuación de la herramienta de preformado se disponen, en comparación con las superficies de actuación de la herramienta de calibrado, de tal manera que se ajusta una curvatura en la extensión longitudinal de la preforma de chapa que se va a fabricar antes del springback, al menos por zonas, en comparación con el componente de chapa que se va a fabricar, que se desvíe al menos en un 1 %, en particular al menos en un 2 %, preferentemente al menos en un 5 %, preferentemente al menos en un 7 %, de manera especialmente preferente al menos en un 9 % de la curvatura variable en la extensión longitudinal del componente de chapa que se va a fabricar. La curvatura variable de un componente puede describirse como la curvatura de una B-spline imaginaria, que viene definida por los centros de gravedad de las secciones transversales locales, es decir, las intersecciones de los ejes principales de sección transversal. Si se crea una sección a través del componente de chapa y de la preforma de chapa a lo largo del eje principal en la dirección longitudinal del componente, por ejemplo, cada 50 mm, se determina el centro de gravedad de las líneas de sección transversal en cada caso y, a continuación, estas intersecciones se conectan mediante una B-spline, las líneas de curvatura del componente de chapa y de la preforma de chapa (compensada) antes del springback, y así se pueden obtener las superficies de actuación de la herramienta de preformado, en particular la herramienta de preformado compensada. Si la curvatura de la preforma de chapa (compensada) antes del springback se desvía en más de un 5 % de la curvatura del componente de chapa que se va a fabricar en el mismo punto o en la misma zona, por ejemplo, la preforma de chapa se considera compensada con respecto a la curvatura del componente de chapa en la extensión longitudinal. 5 % de desviación - esto significa que un radio de curvatura del componente de, por ejemplo, 500 mm (curvatura = 1/R) en la preforma de chapa (compensada) antes del springback tendría que convertirse en un radio de curvatura de 475 mm.

[0027] La preforma de chapa puede fabricarse a este respecto en una o varias etapas utilizando cualquier combinación de procedimientos de conformado. El preformado puede comprender, por ejemplo, una etapa de conformado por embutición profunda. En particular, también se puede realizar una conformación en varias fases, por ejemplo, estampando la base que se va a fabricar y elevando los marcos que se van a fabricar o colocando los rebordes que se van a fabricar. También es concebible cualquier combinación de plegado y/o doblado y/o estampado (gofrado). La embutición profunda realizada para el preformado, por ejemplo, puede llevarse a cabo en particular en una o varias etapas. Preferentemente, el conformado puede llevarse a cabo sin control activo del flujo de material para fabricar la preforma de chapa.

[0029] Por compresión/calibrado se entiende la conformación final de la preforma de chapa, que puede lograrse, por ejemplo, mediante una o más operaciones de prensado. Al menos en algunas zonas de la preforma de chapa producida se prevé un excedente de material de chapa. En la preforma de chapa, la chapa sobrante presenta una longitud desenrollada en la sección transversal, al menos por zonas, que es entre un 0,5 % y un 6 % más larga en relación con la longitud desenrollada del componente de chapa acabado (geometría nominal). La longitud desenrollada de las secciones transversales de la preforma de chapa así consideradas es a este respecto en particular entre un 0,7 % y un 4,3 % más larga que la del componente de chapa acabado. Si la longitud desenrollada de las secciones transversales variara demasiado como resultado del control del proceso durante la fabricación de la preforma de chapa, no habría suficiente material sobrante de chapa disponible para el proceso de calibrado posterior si la longitud desenrollada es demasiado corta, lo que perjudicaría la precisión dimensional del componente final. Si, por el contrario, la longitud desenrollada de la sección transversal considerada de la preforma de chapa fuera demasiado larga, el material de chapa sobredimensionado se colapsaría en ondas durante el proceso de calibrado posterior, lo que podría dar lugar a un defecto visual y/o dimensional. Adicionalmente, habría un mayor riesgo de daños en la herramienta debido a fuerzas de compresión excesivas o a zonas de los componentes sobresalientes y aplastadas, como, por ejemplo, los bordes de la chapa.

[0031] El componente de chapa esencialmente totalmente acabado puede entenderse, por tanto, como un componente de chapa final conformado. Sin embargo, es posible que el componente de chapa acabado pueda someterse a otras etapas de procesamiento que modifiquen el componente de chapa como, por ejemplo, la inserción de orificios de conexión y/o un pequeño recorte final. Sin embargo, el objetivo es diseñar la herramienta de calibrado de tal manera que no se requieran más etapas de conformado, además de cualquier operación necesaria posterior al moldeo, como la retirada de rebordes o la posterior inserción de gofrados. Al comprimir el exceso de material de chapa, al menos por zonas, en el plano de la chapa, se superponen tensiones de compresión dentro del material de chapa y se genera una homogeneización del estado de tensión residual no homogéneo, con lo que puede lograrse una elevada precisión dimensional del componente de la chapa calibrado de este modo.

[0033] La preforma de chapa generada y el componente de chapa acabado tienen esencialmente una extensión longitudinal y una extensión transversal, siendo la extensión longitudinal mayor que la extensión transversal en términos de dimensiones en la mayoría de los componentes de chapa. Por sección transversal se entiende una sección a través de la extensión transversal de la preforma/componente de chapa.

[0035] Un reborde es una sección de reborde prevista al menos en un lado del componente de chapa en extensión longitudinal y/o transversal, en particular a ambos lados del componente de chapa, que se utiliza, por ejemplo, para la conexión con otros componentes y también se denomina reborde de unión. El marco está previsto en al menos un lado del componente de chapa en extensión longitudinal, en particular a ambos lados del componente de chapa, presentando el componente de chapa una sección transversal, por ejemplo, esencialmente en forma de sombrero, en cada caso con un marco en ambos lados, pudiendo estar realizados los bastidores de manera idéntica, pero también con diferentes profundidades, en particular en el curso de su extensión longitudinal. Entre reborde y marco, hay integralmente una zona de transición. La base se forma integralmente con el marco a través de otra zona de transición y, dependiendo de la complejidad del componente de chapa que se vaya a fabricar, no tiene por qué limitarse a un plano, sino que también puede estar prevista en diferentes planos en extensión longitudinal y/o transversal. Las transiciones entre los distintos planos de la superficie de base pueden realizarse escalonadas o curvas, en particular se puede hablar de la denominada realización acodada. El componente de chapa también puede presentar formas distintas a las de extensión longitudinal o longitudinal-axial, por ejemplo, puede ser curvo, en forma de C o en forma de L.

[0037] A diferencia de la compensación clásica del springback y de la compensación de las superficies de actuación de herramienta vinculadas a la geometría final de componente, la compensación de la preforma ofrece la posibilidad de aumentar el ángulo de apertura del marco de la preforma de chapa con respecto a la geometría final del componente, con el fin de conseguir más espacio libre para las medidas de compensación necesarias sin destalonamiento. Un mayor ángulo de apertura del marco de la preforma de chapa puede procesarse fácilmente en la herramienta de calibrado, en particular reducirse de nuevo, si es necesario a 0°, y apenas influye a este respecto en la precisión dimensional de la geometría del componente final. Por otra parte, se pueden obtener muy buenos resultados en la herramienta de calibrado posterior si se ajusta la abertura de marco (incluso localmente), en particular en el caso de preformas de chapa muy retorcidas. Así, de acuerdo con una realización del procedimiento, las superficies de actuación de la herramienta de preformado pueden configurarse ventajosamente en comparación con las superficies de actuación de la herramienta de calibrado de manera que se establezca en el mismo punto de la preforma de chapa que se va a fabricar una diferencia de ángulo de apertura de marco de al menos 0,5°, en particular de al menos 1°, preferentemente de al menos 3°, preferentemente de al menos 5°, de manera especialmente preferente de al menos 8°, más preferentemente de al menos 10° en comparación con el componente de chapa que se va a fabricar.

[0039] El ángulo de apertura de marco es a este respecto el ángulo máximo en el que el marco de componente puede girar hacia el interior con respecto a la dirección de acción del cilindro de prensado alrededor de un eje orientado en la dirección longitudinal del componente de chapa en la zona de transición entre marco y base de componente antes de que se produzca un destalonado en la herramienta.

[0041] La diferencia de ángulo de apertura del marco es la diferencia entre el ángulo local de apertura de marco de la preforma de chapa, en particular de la preforma de chapa compensada o de la herramienta de preformado compensada, y el ángulo local de apertura de marco del componente de chapa en el mismo punto o en la misma sección transversal. En particular, las secciones transversales o superficies de sección transversal de la preforma de chapa y del componente de chapa se encuentran en el mismo plano.

[0043] De acuerdo con una realización del procedimiento, se utiliza una chapa de acero con un límite elástico R<e>de al menos 400 MPa. Cuanto mayor sea el límite elástico de la chapa de acero, menos favorable será el springback y/o la torsión de la preforma de chapa, por lo que ya no se puede garantizar un control fiable del proceso en la herramienta de calibrado. En particular, el límite elástico puede ser de al menos 500 MPa, preferentemente de al menos 600 MPa, preferentemente de al menos 700 MPa.

[0045] El objetivo mencionado al principio se resuelve con un dispositivo genérico con al menos una herramienta de preformado para preformar una chapa en una preforma de chapa que presenta en la sección transversal una base, al menos un marco, al menos una transición entre base y marco, opcionalmente un reborde al menos por zonas y opcionalmente una transición entre marco y reborde al menos por zonas, que actúa con sus superficies de actuación sobre la chapa, presentando la preforma de chapa exceso de material de chapa al menos por zonas; y con al menos una herramienta de calibrado para comprimir la preforma de chapa en un componente de chapa, que actúe con sus superficies de actuación sobre la preforma de chapa y en la que se comprima el material sobrante de chapa en el plano de chapa, estando configuradas las superficies de actuación de la herramienta de preformado de la preforma de chapa que se va a fabricar en comparación con las superficies de actuación de la herramienta de calibrado del componente de chapa que se va a fabricar de tal manera que, al comparar la herramienta de preformado y la herramienta de calibrado, al observarse el ángulo de diferencia entre los ejes de inercia principales, ambos con la misma orientación con respecto a la respectiva forma de sección transversal, a través de los centros de gravedad de dos superficies de sección transversal paralelas a una distancia de 100 mm del intersticio de herramienta delimitado por las respectivas superficies de actuación, se establezca una diferencia de ángulo de torsión de al menos 0,2°, o las superficies de actuación de la herramienta de preformado están configuradas en comparación con las superficies de actuación de la herramienta de calibrado de tal manera que se establece, al menos por zonas, una curvatura en la extensión longitudinal de la preforma de chapa que se va a fabricar antes del springback, en comparación con el componente de chapa que se va a fabricar, que se desvía al menos en un 1% de la curvatura variable en la extensión longitudinal del componente de chapa que se va a fabricar.

[0047] Las superficies de actuación de la herramienta de preformado se han adaptado de tal manera que las desviaciones esperadas de la preforma de chapa con respecto a la geometría nominal del componente de chapa se reproducen por adelantado en la dirección opuesta. En particular, mediante una simulación FE se puede predecir que una preforma de chapa con retorno elástico se deforma X° alrededor del eje principal en extensión longitudinal (torsiones en sí misma), de modo que las superficies de actuación de la herramienta de preformado se corrigen y adaptan de tal manera que la preforma de chapa se tuerce intencionadamente con antelación en la dirección opuesta en una magnitud adecuada. De este modo se garantiza que la preforma de chapa con retorno elástico se corresponda esencialmente con la geometría nominal requerida del componente de chapa que se va a fabricar tras la descarga y que las preformas de chapa fabricadas de este modo se puedan insertar de forma segura en la herramienta de calibrado y se pueda mejorar el resultado de la calibración.

[0049] Para evitar repeticiones, se remite a las explicaciones relativas al procedimiento de acuerdo con la invención.

[0051] De acuerdo con un diseño del dispositivo, las superficies de actuación de la herramienta de preformado se configuran en comparación con las superficies de actuación de la herramienta de calibrado de tal manera que se establece una diferencia de ángulo de apertura de marco de al menos 0,5° en el mismo punto de la preforma de chapa que se va a fabricar, en comparación con el componente de chapa que se va a fabricar.

[0052] De acuerdo con un diseño del dispositivo, el dispositivo comprende una herramienta de calibrado con un punzón de calibración, una matriz de calibración y un elemento u opcionalmente varios elementos, estando dispuesto el elemento en la matriz de calibración y pudiendo moverse con respecto a la matriz de calibración. El contorno del punzón de calibración y de la matriz de calibración se corresponde esencialmente con la base, el marco y el reborde opcional, así como con las zonas de transición entre base y marco y, opcionalmente, marco y reborde de la geometría nominal del componente de chapa. El elemento, que está dispuesto en la matriz de calibración, sirve a este respecto para posicionar la preforma de chapa antes de comprimir/calibrar la preforma de chapa en el punzón de calibración. Alternativamente, la herramienta de calibrado puede comprender un punzón de calibración, una matriz de calibración y un elemento u opcionalmente varios elementos, estando dispuesto el elemento en el punzón de calibración y pudiendo moverse con respecto al punzón de calibración.

[0054] Si, por ejemplo, debe fabricarse un componente de chapa final con un perfil abierto hacia abajo en la posición de prensado, el punzón de calibrado se dispone en la parte inferior y la matriz de calibrado en la parte superior de la herramienta de calibrado y pueden moverse relativamente entre sí. El elemento está dispuesto en la matriz de calibración, se mueve en particular por carrera de empujador, es decir, junto con la matriz de calibración en la dirección del punzón de calibración, presiona a este respecto la preforma de chapa hacia abajo y la posiciona sobre el punzón de calibración por arrastre de fuerza, por ejemplo, por resorte, accionamiento de cuña, hidráulica o neumáticamente. A medida que continúa la carrera del empujador, se produce un movimiento relativo entre la matriz de calibración y el elemento hasta que el elemento queda finalmente enrasado en la matriz de calibración en el punto muerto inferior.

[0055] Si, alternativamente, debe fabricarse un componente de chapa final con un perfil abierto hacia arriba en la posición de prensado, el punzón de calibrado se dispone en la parte superior y la matriz de calibrado en la parte inferior de la herramienta de calibrado y pueden moverse relativamente entre sí. El elemento está dispuesto en el punzón de calibración, se mueve en particular por carrera de empujador, es decir, junto con el punzón de calibración en la dirección de la matriz de calibración, presiona a este respecto la preforma de chapa hacia abajo y la posiciona en la matriz de calibración por arrastre de fuerza, por ejemplo, por resorte, accionamiento de cuña, hidráulica o neumáticamente. A medida que continúa la carrera del empujador, se produce un movimiento relativo entre el punzón de calibración y el elemento hasta que el elemento queda finalmente enrasado en el punzón de calibración en el punto muerto inferior.

[0057] En otro diseño del dispositivo, el elemento dispuesto en la matriz de calibración, u opcionalmente varios elementos, se desplaza de forma controlada, por ejemplo, a través de la carrera del empujador y/o unidades de control adicionales, que pueden accionarse, por ejemplo, mediante resortes, accionadores de cuña, sistemas hidráulicos o neumáticos, de forma que se cree una separación definida entre el elemento y el punzón de calibración durante el cierre de la herramienta de calibrado, que no se rebaje hasta que el elemento esté completamente enrasado en la matriz de calibración. Esta separación definida se selecciona preferentemente de modo que durante el cierre de la matriz de calibración en la zona del elemento no actúe una fuerza inadmisiblemente grande sobre el componente de chapa que se va a calibrar y, por ejemplo, la superficie del componente conformado final no resulte dañada de forma inadmisible por el elemento y/o el proceso de calibración no se vea obstaculizado de forma inadmisible y/o el material sobrante introducido en la base, por ejemplo, se deforme de forma inadmisible. Si el elemento se introduce enrasado en la matriz de calibración durante la carrera del émbolo, no puede producirse ningún otro movimiento relativo entre el elemento y la matriz de calibración, lo que significa que el elemento y la matriz de calibración forman una superficie de actuación cerrada sin resalte. En particular, el elemento se cierra esencialmente enrasado con la superficie de actuación de la matriz de calibrado durante el cierre, antes de alcanzar la posición final inferior.

[0059] De acuerdo con otro diseño del dispositivo, el dispositivo comprende una herramienta de calibrado con un punzón de calibración montado en la mesa de prensa, una matriz de calibración montada en el cilindro de prensa y un elemento sobresaliente, u opcionalmente varios elementos salientes, estando dispuesto el elemento sobresaliente en el punzón de calibración y pudiendo moverse con respecto al punzón de calibración. El contorno del punzón de calibración y de la matriz de calibración se corresponde esencialmente con la base, el marco y el reborde opcional, así como con las zonas de transición entre base y marco y, opcionalmente, entre marco y reborde de la geometría nominal del componente de chapa. El elemento sobresaliente, dispuesto en el punzón de calibración, sirve a este respecto para posicionar la preforma de chapa en el punzón de calibración a una altura predefinida antes de comprimir/calibrar la preforma de chapa. El elemento sobresaliente puede sobresalir, por ejemplo, hasta 30 mm, en particular hasta 15 mm o preferentemente hasta 5 mm del punzón de calibración, pero > 0 mm. El posicionamiento a una altura definida puede tener un efecto ventajoso sobre la posición de la preforma de chapa al cerrar la herramienta de calibrado y, por ejemplo, evitar que la preforma de chapa se atasque entre las partes móviles de la matriz de calibración como, por ejemplo, cuando se prevén deslizadores laterales. Alternativamente, la herramienta de calibrado puede comprender un punzón de calibración, una matriz de calibración y un elemento sobresaliente u opcionalmente varios elementos sobresalientes, estando dispuesto el elemento en la matriz de calibración y pudiendo moverse con respecto a la matriz de calibración.

[0061] Si, por ejemplo, debe fabricarse el componente de chapa como un perfil abierto hacia abajo en la posición de prensado, el punzón de calibrado se dispone en la parte inferior y la matriz de calibrado en la parte superior de la herramienta de calibrado y pueden moverse relativamente entre sí. El elemento está dispuesto de forma que sobresale en el punzón de calibración y posiciona la preforma de chapa insertada a una altura definida por encima del punzón de calibración por arrastre de fuerza, por ejemplo, mediante resortes, accionamientos de cuña, sistemas hidráulicos o neumáticos. Cuando la matriz de calibración dispuesta por encima del punzón de calibración se cierra a medida que avanza la carrera del empujador, se produce un movimiento relativo entre el punzón de calibración y el elemento hasta que el elemento se retrae finalmente enrasado en el punzón de calibración en el punto muerto inferior. El elemento que sobresale previamente se dispone preferentemente en su posición más baja en el punzón de calibración de tal manera que se crea una superficie de actuación cerrada sin resalte y el elemento y el punzón de calibración se corresponden esencialmente con la geometría del componente de chapa que se va a fabricar.

[0062] En otro diseño del dispositivo, el elemento dispuesto en el punzón de calibración por medio de resortes, o un sistema hidráulico o neumático y que sobresale de la superficie de actuación del punzón de calibración puede moverse de forma controlada, por ejemplo, a través de la carrera del empujador u otras unidades de control que, por ejemplo, pueden accionarse por medio de resortes, accionadores de cuña, sistemas hidráulico o neumático, de tal forma que el elemento sobresaliente se avellane preferentemente enrasado en el punzón de calibración antes de que se alcance el punto muerto inferior de la carrera de la prensa. De este modo se garantiza que, durante el proceso de calibrado propiamente dicho, la superficie del componente de chapa acabado no resulte dañada de forma inadmisible por el elemento sobresaliente y/o no se obstaculice de forma inadmisible el proceso de calibrado y/o, por ejemplo, se deforme de forma inadmisible el material sobrante introducido en la base.

[0063] En otro diseño del dispositivo, el elemento sobresaliente u opcionalmente los elementos sobresalientes del punzón de calibración se combinan con un elemento previo u opcionalmente varios elementos previos de la matriz de calibración. La disposición de un elemento sobresaliente o de elementos sobresalientes opcionales también puede llevarse a cabo de forma análoga en la matriz de calibración para un componente de chapa abierto hacia arriba en la posición de prensado. La combinación de un elemento sobresaliente u opcionalmente de varios elementos sobresalientes en la matriz de calibración puede realizarse de forma análoga con un elemento previo u opcionalmente con varios elementos previos en el punzón de calibración.

[0064] De acuerdo con un diseño del dispositivo, el dispositivo se integra en una línea de prensado o en una prensa de transferencia. En particular en la fabricación de productos en serie, por ejemplo, para productos de la industria automovilística, productos como componentes de chapa se fabrican en particular de forma económica en líneas de prensado o prensas de transferencia. El dispositivo puede utilizarse de forma económica en líneas de fabricación ya existentes en forma de insertos intercambiables, que prevén al menos una herramienta de preformado y al menos una herramienta de calibrado. También es concebible utilizar el dispositivo en prensas progresivas.

[0065] Breve descripción de los dibujos

[0066] A continuación, la invención se explica con más detalle con la ayuda de los dibujos. Las mismas partes están provistas de las mismas referencias. En concreto, muestran:

[0067] la figura 1 una secuencia para fabricar un componente de chapa de acuerdo con una realización del procedimiento de acuerdo con la invención y del dispositivo en una vista en sección esquemática, y

[0068] la figura 2 una vista en perspectiva de una simulación de una preforma de chapa y de un componente de chapa resultante de esta.

[0069] Descripción de las formas de realización preferidas (mejor modo de llevar a cabo la invención)

[0070] En la figura 1, se muestra esquemáticamente en una vista en sección una secuencia de una realización de un procedimiento o un dispositivo (100) de acuerdo con la invención. El procedimiento de acuerdo con la invención para fabricar un componente de chapa (3) comprende al menos dos etapas. Por un lado, el procedimiento comprende un preconformado de una chapa (1) para formar una preforma de chapa (2), que presenta en la sección transversal (Q, Q1.1, Q1.2) una base (2.1), al menos un marco (2.2), al menos una transición (2.4) entre la base (2.1) y el marco (2.2), opcionalmente al menos por zonas un reborde (2.3) y opcionalmente al menos por zonas una transición (2.5) entre el marco (2.2) y el reborde (2.3) en una herramienta de preformado (10), que actúa sobre la chapa (1) con sus superficies de actuación (10.1, 10.2), presentando la preforma de chapa (2) exceso de material de chapa (4) al menos por zonas. Por otro lado, el procedimiento comprende una conformación final de la preforma de chapa (2) en un componente de chapa (3) en una herramienta de calibrado (20), que actúa sobre la preforma de chapa (2) con sus superficies de actuación (20.1, 20.2) y en la que el exceso de material de chapa (4) se comprime en el plano de chapa (E).

[0071] En este ejemplo, las vistas en sección mostradas de la herramienta de preformado (10) y la herramienta de calibrado (20) se refieren a una sección en la zona de un extremo de preformado de chapa metálica o un extremo de componente de chapa. Las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10) de la preforma de chapa (2) que se va a fabricar se configuran, en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) del componente de chapa (3) que se va a fabricar, de tal manera que, al comparar la herramienta de preformado (10) y la herramienta de calibrado (20), se establece una diferencia de ángulo de torsión (tdiff) de al menos 0,2° al observar el ángulo de diferencia entre los dos ejes principales de inercia (A2, A3) que están orientados de la misma manera con respecto a la respectiva forma transversal a través de los centros de gravedad de dos superficies de sección transversal paralelas (Q1.1, Q1.2, Q2.1, Q2.2) a una distancia de 100 mm.

[0073] Acumulativa o alternativamente (no mostrado en este caso), las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10) pueden configurarse en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) para que, en la preforma de chapa (2) que se va a fabricar, en comparación con el componente de chapa (3) que se va a fabricar, se ajuste una curvatura en la extensión longitudinal de la preforma de chapa (2), al menos por zonas, que se desvíe al menos en un 1 % de la curvatura en la extensión longitudinal del componente de chapa (3) que se va a fabricar.

[0075] Además, las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10), en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20), pueden configurarse de manera que, en el mismo punto de la preforma de chapa (2) que se va a fabricar, se establezca una diferencia de ángulo de apertura de marco (zdiff) de al menos 0,5° en comparación con el componente de chapa (3) que se va a fabricar.

[0077] Una chapa plana (1) se desenrolla y se corta a medida, por ejemplo como una pieza en bruto definida o placa moldeada a partir de una bobina metálica no mostrada, y se pone a disposición para del subsiguiente procedimiento. La chapa (1) está fabricada preferentemente de un material de acero, preferentemente de un material de acero de alta resistencia, por ejemplo, con un espesor de material de entre 0,5 y 4 mm. Alternativamente, también pueden utilizarse materiales de aluminio u otros metales.

[0079] De acuerdo con la invención, está previsto que la chapa (1) se preforme primero utilizando procedimientos convencionales de tal manera que la geometría de la preforma de chapa (2) se proporcione con el exceso de material de chapa (4) para el proceso posterior. La preforma de chapa (2) puede preformarse, por ejemplo, mediante conformado por colisión o alternativamente mediante embutición profunda con un soporte de chapa distanciado o, alternativamente, mediante embutición profunda. La preforma de chapa (2) se fabrica, por ejemplo, en una herramienta de preformado (10), introduciéndose la chapa plana (1) en la herramienta de preformado abierta (10) con agentes adecuados, no mostrados en este caso, y en la que las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10) actúan sobre la chapa (1). El exceso de material chapa (4) proporcionado en la preforma de chapa (2), al menos por zonas, durante la fabricación de la preforma de chapa (2) significa que el exceso de material de chapa (4) necesario para la compresión/calibrado, en particular en la base (2.1) de la preforma de chapa (2), por ejemplo, en forma de ondas introducidas, relieves, protuberancias, curvaturas, y/o en particular en los marcos (2.2) y/o en los rebordes opcionales (2.3) de la preforma de chapa (2), por ejemplo, mediante alargamiento, se tiene en cuenta en la herramienta de preformado (10). La fabricación de la preforma de chapa (2) no se limita a una herramienta de preformado (10), sino que puede tener lugar en dos o más etapas o herramientas de preformado en función de la complejidad del componente de chapa (3) que se vaya a fabricar (no mostrado en este caso). El diseño de la preforma de chapa (2) se caracteriza por su flexibilidad y ofrece muchas posibilidades para conseguir una preforma de chapa (2) adecuada gracias a la libertad geométrica. Esta preforma de chapa (2) debe acercase geométricamente lo más posible a la geometría final del componente de chapa (3).

[0081] Tras el preformado, la preforma de chapa (2) se retira de la herramienta de preformado (10), que presenta un springback y/o torsión como resultado de un estado no homogéneo de tensión introducido en la preforma de chapa (2). En el diseño de la herramienta de preformado (10) se han tomado medidas de compensación en forma de superficies de actuación (10.1, 10.2) modificadas en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) con el fin de obtener una preforma de chapa (2) que se aproxime lo más posible a la geometría nominal del componente de chapa (3). Las fluctuaciones en el springback y/o la torsión se compensan en la herramienta de calibrado (20), de modo que no se requiere en este caso un laborioso rectificado de corrección. Lo mismo se cumple para las fluctuaciones que pueden resultar de los cambios de lote y/o del desgaste de las herramientas de preformado y/o de las propiedades tribológicas de las herramientas y del material. La preforma de chapa (2) presenta una longitud desenrollada en la sección transversal (Q), al menos por zonas, que es entre un 0,5% y un 6% mayor con respecto a la longitud desenrollada del componente de chapa (3).

[0083] La preforma de chapa (2) se retira de la herramienta de preformado (10) y sigue presentando una desviación de su geometría nominal causada por diversas variables de influencia. La preforma de chapa (2) se coloca en una herramienta de calibrado (20), que comprende un punzón de calibración (21) y una matriz de calibración (22). Además, la herramienta de calibrado (20) puede comprender un elemento (23) que está dispuesto en la matriz de calibración (22) y puede moverse con respecto a la matriz de calibración (22). Antes de cerrar la herramienta de calibrado (20), la preforma de chapa insertada (2) se fija o se sujeta por apriete en posición segura entre el elemento (23) y el punzón de calibración (21). Durante el cierre, las superficies de actuación (20. 1, 20.2) sobre la preforma de chapa (2) y el exceso de material de chapa (4) se comprime en el plano de chapa (E) mediante superposición de tensiones de presión, de modo que la preforma de chapa (2) se termina de conformar en un componente de chapa (3) que se corresponde esencialmente con la geometría nominal. La superposición de tensiones de presión o compresión en el plano de chapa (E) tiene lugar actuando sobre el exceso de material en la preforma de chapa (2), por ejemplo, en forma de segmentos de sección transversal de componente rectilíneos u ondulados con bloqueo simultáneo de la preforma de chapa a través de sus bordes en la sección transversal (Q). Esto se hace, por ejemplo, mediante el bloqueo (21.1) en el punzón de calibración (21). En particular, también pueden disponerse en la herramienta de calibrado deslizadores no mostrados para bloquear los bordes de la preforma de chapa.

[0084] La diferencia de ángulo de torsión (tdiff) se corresponde, por tanto, con el incremento angular del ángulo de diferencia entre los ejes principales de inercia (A2, A3) de las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10) de la preforma de chapa (2) que se va a fabricar, que están orientados de la misma manera con respecto a la forma de sección transversal, en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) del componente de chapa (3) que se va a fabricar entre los ejes principales de inercia (A2, A3) de las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10), que están orientadas de la misma manera con respecto a la sección transversal, en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) en dos secciones transversales paralelas (Q1.1, Q1.2, Q2.1, Q2.2) a una distancia de 100 mm. Las secciones transversales (Q1.1, Q2.1) y (Q1.2, Q2.2) son congruentes, por ejemplo, es decir, están definidas en cada caso en el mismo punto de la preforma de chapa (2) y del componente de chapa (3) o en la herramienta de preformado (10) y la herramienta de calibrado (20). Por ejemplo, los ejes principales de inercia (A2, A3) pueden ser congruentes.

[0086] Primero se diseñó metódicamente un componente de chapa (3) de un material de acero con un límite elástico de 440 MPa y un grosor de 1,5 mm en el marco de una simulación FE y, a continuación, se implementó por el lado de la herramienta. En el pasado, los materiales de acero de alta resistencia y ultra alta resistencia han demostrado que las preformas de chapa fabricadas mediante el procedimiento convencional se desvían de la geometría nominal deseada hasta tal punto que no se puede lograr ni una inserción segura en la herramienta de calibrado ni un resultado de calibración satisfactorio, porque tienden a producir efectos muy pronunciados de springback y/o torsión no deseados. La diferencia entre la preforma de chapa y la geometría nominal se refiere a este respecto, en particular, a una torsión excesiva, inducida por el retorno elástico, de toda la preforma de chapa (2'). En la figura 2, con la referencia (2') se muestra la preforma de chapa que resultaría si se fabricara convencionalmente una preforma de chapa (2') a partir de un material de acero de alta resistencia. En el extremo de la preforma de chapa, la torsión en la preforma de chapa fabricada de forma convencional es muy pronunciada en comparación con el extremo del componente de chapa del componente de chapa (3) acabado y ya no puede reducirse lo suficiente ni procesarse con seguridad en los procesos posteriores. Mediante el diseño de las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10) de la preforma de chapa (2) que se va a fabricar, en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) del componente de chapa (3) que se va a fabricar, con una diferencia de ángulo de torsión (tdiff) de al menos 0,2° ajustada entre los ejes principales de inercia (A2, A3), orientados de la misma manera con respecto a la sección transversal, de las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10) en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) en dos secciones transversales paralelas (Q1.1, Q1.2, Q2.1, Q2.2) a una distancia de 100 mm, el springback y/o la torsión no deseados de la preforma de chapa (2) pueden compensarse esencialmente. Por ejemplo, puede ajustarse e implementarse por el lado de la herramienta una torsión contraria a la alineación de la preforma de chapa (2') establecida convencionalmente, de modo que en la realización mostrada de acuerdo con la figura 2, se establece una diferencia de ángulo de torsión (tdiff) de 5° para preformar una preforma de chapa (2) que ya se corresponde muy estrechamente con la geometría nominal. Basándose en simulaciones FE, se implementó un correspondiente dispositivo (100) en el lado de la herramienta y se moldeó la preforma de chapa (2) en la herramienta de calibrado (20) formando un componente de chapa (3) con un alto grado de fiabilidad del proceso. Adicionalmente, las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10), en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20), pueden configurarse de manera que, en la preforma de chapa (2) que se va a fabricar, se establezca una diferencia de ángulo de apertura de marco (zdiff) de al menos 0,5° en comparación con el componente de chapa (3) que se va a fabricar. En la figura 2, este enfoque también se ha tenido en cuenta con una diferencia de ángulo de apertura de marco (zdiff) de 5°, en particular para evitar el destalonamiento en la herramienta de preformado (10).

[0088] La invención no se limita a las realizaciones mostradas. También son posibles otras formas de componentes de chapa que requieren contornos de herramienta adaptados. Además de los componentes de chapa con rebordes, también se pueden fabricar componentes de chapa sin rebordes con un retorno elástico reducido. En particular, las herramientas (10, 20) pueden realizarse como herramientas intercambiables y pueden utilizarse en una línea de fabricación, en particular en una línea de prensa, prensa de transferencia o prensa progresiva.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de fabricación de un componente de chapa (3), comprendiendo el procedimiento al menos dos etapas:

- preconformado de una chapa (1) para formar una preforma de chapa (2), que presenta en la sección transversal (Q) una base (2.1), al menos un marco (2.2), al menos una transición (2.4) entre la base (2.1) y el marco (2.2), opcionalmente al menos por zonas un reborde (2.3) y opcionalmente al menos por zonas una transición (2.5) entre el marco (2.2) y el reborde (2.3) en una herramienta de preformado (10), que actúa sobre la chapa (1) con sus superficies de actuación (10.1, 10.2), presentando la preforma de chapa (2) un exceso de material de chapa (4) al menos por zonas; y

- conformación final de la preforma de chapa (2) para dar un componente de chapa (3) en una herramienta de calibrado (20), que actúa sobre la preforma de chapa (2) con sus superficies de actuación (20.1, 20.2) y en la que el exceso de material de chapa (4) se comprime en el plano de chapa (E);

caracterizado por que

- las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10) de la preforma de chapa (2) que se va a fabricar, en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) del componente de chapa (3) que se va a fabricar, están configuradas de tal manera que, al comparar la herramienta de preformado (10) y la herramienta de calibrado (20), al considerar el ángulo de diferencia entre los dos ejes principales de inercia (A2, A3), que están orientados de la misma manera con respecto a la respectiva forma de sección transversal, a través de los centros de gravedad de dos superficies de sección transversal paralelas (Q1.1, Q1.2, Q2.1, Q2.2) a una distancia de 100 mm del intersticio de herramienta delimitado por las respectivas superficies de actuación (10.1, 10.2, 20.1, 20.2), se establece una diferencia de ángulo de torsión (tdiff) de al menos 0,2°, correspondiéndose la diferencia de ángulo de torsión (tdiff) con el incremento angular del ángulo de diferencia entre los ejes principales de inercia (A2, A3), que están orientados de la misma manera con respecto a la forma de sección transversal; y/o

- las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10) están configuradas en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20) de tal manera que, en la preforma de chapa (2) que se va a fabricar, en comparación con el componente de chapa (3) que se va a fabricar, se establece una curvatura en la extensión longitudinal de la preforma de chapa (2), al menos por zonas, que difiere al menos en un 1 % de la curvatura en extensión longitudinal del componente (3) que se va a fabricar, definiéndose la curvatura variable de un componente como la curvatura de una B-spline imaginaria por los centros de gravedad de las secciones transversales locales, es decir, los puntos de intersección de los ejes principales de sección transversal.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, estando configuradas las superficies de actuación (10.1, 10.2) de la herramienta de preformado (10), en comparación con las superficies de actuación (20.1, 20.2) de la herramienta de calibrado (20), de manera que, en el mismo punto de la preforma de chapa (2) que se va a fabricar se establece una diferencia de ángulo de apertura de marco (zdiff) de al menos 0,5° en comparación con el componente de chapa (3) que se va a fabricar.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, utilizándose una chapa de acero con un límite elástico Re de al menos 400 MPa.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, comprendiendo la herramienta de calibrado (20) un punzón de calibración (21), una matriz de calibración (22) y un elemento (23) u opcionalmente varios elementos, estando dispuesto el elemento (23) en la matriz de calibración (22) y moviéndose con respecto a la matriz de calibración (22).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, estando dispuesto el punzón de calibración (21) en la parte inferior y la matriz de calibración (22) en la parte superior de la herramienta de calibrado (20).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, comprendiendo la herramienta de calibrado (20) un punzón de calibración (21), una matriz de calibración (22) y un elemento (23) u opcionalmente varios elementos, estando dispuesto el elemento (23) en el punzón de calibración (21) y moviéndose con respecto al punzón de calibración (21).

7. Procedimiento según la reivindicación 6, estando dispuesto el punzón de calibración (21) en la parte superior y la matriz de calibración (22) en la parte inferior de la herramienta de calibrado (20).

8. Procedimiento según la reivindicación 4, moviéndose el elemento dispuesto en la matriz de calibración, u opcionalmente varios elementos, de forma controlada a través de la carrera del émbolo y/o unidades de control adicionales de tal forma que se produce una separación definida entre el elemento y el punzón de calibración durante el cierre de la herramienta de calibrado.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, estando enrasado el elemento esencialmente con la superficie de actuación de la matriz de calibración durante el cierre antes de alcanzar la posición final inferior.

10. Procedimiento según la reivindicación 6, moviéndose el elemento dispuesto en el punzón de calibración, u opcionalmente varios elementos, de forma controlada a través de la carrera del émbolo y/o unidades de control adicionales de tal forma que se produce una separación definida entre el elemento y la matriz de calibración durante el cierre de la herramienta de calibrado.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, estando enrasado el elemento esencialmente con la superficie de actuación de la matriz de calibración durante el cierre antes de alcanzar la posición final inferior.