ES2225707T3 - THERMAL CONFORMATION PROCEDURE FOR INTERNAL PRESSURE. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de conformación térmica por presión interna, en el que se calientan unas pletinas metálicas soldadas una con otra en el borde, en un útil de moldeo, hasta cerca de la temperatura de fusión de dichas pletinas metálicas y se ensanchan éstas en estado calentado, por introducción de un medio de presión entre las pletinas, hasta que éstas se aplican a la cavidad de moldeo del útil de moldeo formando un cuerpo hueco, y a continuación se retiran dichas pletinas del útil de moldeo, caracterizado porque las pletinas metálicas consisten en un material no estabilizado en tamaño de grano y porque para la fase de calentamiento y de deformación por alta presión interna de las pletinas metálicas se mantiene un corto intervalo de tiempo de aproximadamente 5 minutos situado por debajo del tiempo de transformación de la estructura del material no estabilizado en tamaño de grano a la temperatura de calentamiento.Procedure of thermal forming by internal pressure, in which metal plates welded together with one another on the edge are heated, in a molding tool, until near the melting temperature of said metal plates and these are widened in a heated state, by introduction of a pressure means between the plates, until they are applied to the molding cavity of the molding tool forming a hollow body, and then said plates are removed from the molding tool, characterized in that the metal plates consist of a non-material stabilized in grain size and because for the phase of heating and deformation by high internal pressure of the metal plates a short time interval of approximately 5 minutes is maintained below the transformation time of the structure of the material not stabilized in size of grain at heating temperature.

Description

Procedimiento de conformación térmica por presión interna.Pressure thermal forming procedure internal

La invención se refiere a un procedimiento de conformación térmica por presión interna según el preámbulo de la reivindicación 1.The invention relates to a method of thermal conformation by internal pressure according to the preamble of the claim 1.

Se conoce por el documento DE 195 31 035 C2 un procedimiento de esta clase para la conformación por presión interna de pletinas de chapa y especialmente de aluminio soldadas una con otra en el borde, en el que las pletinas de chapa se calientan fuera del útil de moldeo o en este mismo mediante precalentamiento o recalentamiento del molde o del medio de presión hasta un nivel de temperatura elevado y se conforman en este estado para lograr de esta manera altos grados de conformación con unas presiones relativamente bajas. Sin embargo, en materiales como el titanio o incluso también el aluminio, que se utilizan con mayor frecuencia cada vez en la industria de los vehículos automóviles y los vehículos aéreos, resultan entonces unas transformaciones de estructura sumamente indeseadas con efectos de recristalización y fragilización cuando recurre a materiales especiales superplásticos estabilizados en tamaño de grano, los cuales son muy costosos y no resultan aceptables al menos para una fabricación en serie.It is known from DE 195 31 035 C2 a procedure of this kind for internal pressure shaping of sheet metal plates and especially of aluminum welded one with another on the edge, in which the plate plates are heated outside of the molding tool or in this by preheating or overheating of the mold or the pressure medium to a level of elevated temperature and conform in this state to achieve of this way high degrees of conformation with pressures relatively low. However, in materials such as titanium or even also aluminum, which are used most frequently every time in the automotive vehicle industry and the air vehicles, then result in transformations of highly unwanted structure with recrystallization effects and embrittlement when resorting to special superplastic materials stabilized in grain size, which are very expensive and not they are acceptable at least for mass production.

El cometido de la invención consiste en configurar el procedimiento de la clase citada al principio de modo que incluso materiales convencionales propensos a recristalización bajo la acción del calor, tales como aluminio o titanio normales, puedan ser conformados por presión interna de una manera sencilla en la técnica de fabricación, sin transformaciones de estructura no deseadas, en el rango de temperatura próximo al punto de fusión para obtener componentes huecos de alto valor cualitativo.The purpose of the invention consists in configure the procedure of the class mentioned at the beginning of the mode that even conventional materials prone to recrystallization under the action of heat, such as normal aluminum or titanium, can be shaped by internal pressure in a simple way in manufacturing technique, no structure transformations no desired, in the temperature range near the melting point for obtain hollow components of high qualitative value.

Este problema se resuelve según la invención con el procedimiento indicado en la reivindicación 1.This problem is solved according to the invention with the method indicated in claim 1.

Según la invención, mediante un sensible acortamiento de la fase de calentamiento y deformación en comparación con los procedimientos conocidos se suprime una molesta transformación de la estructura en materiales sensibles en este aspecto y, en unión del empleo de materiales convencionales no estabilizados en tamaño de grano, en lugar de materiales superplásticos, se asegura una fabricación de componentes considerablemente más barata con altos grados de conformación, sin que el estado de calentamiento de las pletinas de chapa próximo al punto de fusión repercuta desventajosamente sobre las propiedades del material del componente hueco terminado, con el efecto adicional, importante especialmente para una fabricación en serie, de que, debido a los tiempos de ciclo acortados, se pueden lograr al mismo tiempo también tasas de producción correspondientemente elevadas.According to the invention, by means of a sensitive shortening of the heating and deformation phase in comparison with known procedures suppresses an annoying transformation of the structure into sensitive materials in this aspect and, together with the use of conventional materials, stabilized in grain size, instead of materials superplastics, component manufacturing is ensured considerably cheaper with high degrees of conformation, without that the heating state of the sheet metal plates close to melting point adversely affects properties of the material of the finished hollow component, with the effect additional, especially important for mass production, that, due to the shortened cycle times, they can be achieved by same time also production rates correspondingly high.

La fase de calentamiento y deformación se limita según la invención a un período de tiempo de aproximadamente 5 minutos. En el marco de la invención se deforman por presión interna preferiblemente chapas de aluminio convencionales o bien chapas de una aleación de aluminio no estabilizada en tamaño de grano con un nivel de temperatura de aproximadamente 500ºC. En otra ejecución especialmente preferida de la invención se calientan las pletinas de chapa después de su colocación en el útil de moldeo durante el recorrido de las mismas por una instalación de calentamiento integrada en éste, con lo que, por un lado, se evitan pérdidas de tiempo que se originan al calentar las pletinas fuera del útil de moldeo, y, por otro lado - a diferencia de lo que ocurre en el calentamiento de pletinas de chapa con ayuda de un medio de presión calentado - se hace posible un control exacto separado en el tiempo del proceso de recalentamiento y el proceso de deformación.The heating and deformation phase is limited according to the invention at a period of approximately 5 minutes Within the framework of the invention they are deformed by internal pressure preferably conventional aluminum sheets or plates of an aluminum alloy not stabilized in grain size with a temperature level of approximately 500 ° C. In another execution Especially preferred of the invention are heated the plates of sheet after placement in the molding tool during tour of them through a heating installation integrated into it, which, on the one hand, prevents losses of time that originates when heating the plates outside the useful of molding, and, on the other hand - unlike what happens in the heating of sheet metal plates with the help of a pressure medium heated - exact time-controlled control is possible of the overheating process and the deformation process.

La deformación por presión interna se efectúa convenientemente con ayuda de un medio de presión gaseoso, en el caso más sencillo aire, bajo una presión de normalmente 20 a 40 bares hasta valores de presión de alrededor de 250 bares, en caso de que, por ejemplo, deban formarse zonas de esquina de arista viva en los componentes huecos. Para asegurar que las pletinas de chapa no se funden conjuntamente bajo la acción del calor en sus superficies de contacto adyacentes a la costura de soldadura, éstas se prerrevisten convenientemente en parte con un medio de separación. Finalmente, la rigidez constructiva de los componentes huecos puede aumentarse de manera sencilla en cuanto a la técnica de fabricación disponiendo entre las pletinas de chapa exteriores a al menos una pletina interior del mismo material y soldando ésta con aquellas en el lado del borde, cuya pletina interior se deforma al ensancharse las pletinas exteriores dando una chapa de rigidización que atraviesa el cuerpo hueco.The deformation by internal pressure is effected conveniently with the aid of a gaseous pressure medium, in the simplest air case, under a pressure of normally 20 to 40 bars up to pressure values of around 250 bars, in case of that, for example, corner areas of living edge must be formed in The hollow components. To ensure that sheet metal plates do not they melt together under the action of heat on their surfaces of contact adjacent to the welding seam, these are conveniently pre-check in part with a means of separation. Finally, the constructive stiffness of the hollow components can Increase easily in terms of manufacturing technique disposing at least one of the outer sheet plates inner plate of the same material and welding it with those in the edge side, whose inner plate deforms when it widens the outer plates giving a stiffening plate that It goes through the hollow body.

Se explica ahora la invención con más detalle haciendo referencia a dos ejemplos de ejecución en unión con los dibujos. Estos muestran en representación fuertemente esquematizada:The invention is now explained in more detail. referring to two examples of execution in conjunction with the drawings. These show strongly schematized:

Las Figuras 1a, b, dos etapas de fabricación consecutivas de un componente hueco a.) después de la colocación de las pletinas de chapa en el útil de moldeo y b.) después de concluido el proceso de conformación; yFigures 1a, b, two manufacturing stages consecutive of a hollow component a.) after placement of sheet metal plates in the molding tool and b.) after the conformation process concluded; Y

las Figuras 2a, b, c, el desarrollo de la fabricación para un componente hueco modificado rigidizado por chapa interior a.) antes del comienzo, b.) en una etapa intermedia y c.) después de concluido el proceso de conformación,Figures 2a, b, c, the development of the fabrication for a modified hollow component stiffened by sheet interior a.) before the start, b.) in an intermediate stage and c.) after the completion of the conformation process,

En el proceso de conformación explicado con ayuda de la Figura 1 para fabricar un componente hueco 1 de sección transversal cerrada dos pletinas de chapa 2, 3 con un espesor de pared de algunos milímetros en cada caso, hechas de aluminio convencional no estabilizado en tamaño de grano o de una aleación de aluminio semejante, las cuales están revestidas en sus superficies de contacto - con excepción de una estrecha franja de borde - con una capa de medio de separación 4 representada en línea de trazos, que contiene nitruro de silicio, son colocadas primeramente, con intercalación de una lanza de presión 5, dentro de un útil de moldeo designado en conjunto con 6. Este está constituido por unas partes superior e inferior 8, 9 provistas de una cavidad de moldeo 7 correspondiente al contorno exterior del componente hueco 1, las cuales están rodeadas en el lado exterior por sendas capas de aislamiento térmico 10 y son mantenidas continuamente por una instalación de calentamiento 11 en un nivel de temperatura de aproximadamente 500ºC situado cerca del punto de fusión de las pletinas de chapa 2, 3. Para vigilar el nivel de temperatura se han dispuesto sendos sensores de temperatura 12 en la zona de la cavidad de moldeo 7 y en la zona del borde de las pletinas de chapa 2, 3.In the conformation process explained with help of Figure 1 for manufacturing a hollow component 1 of section transverse closed two plates of sheet 2, 3 with a thickness of wall of a few millimeters in each case, made of aluminum conventional not stabilized in grain size or an alloy of similar aluminum, which are coated on their surfaces of contact - with the exception of a narrow edge strip - with a layer of separating means 4 represented in dashed line, containing silicon nitride, they are placed first, with interleaving a pressure lance 5, into a molding tool designated in conjunction with 6. This is made up of parts upper and lower 8, 9 provided with a molding cavity 7 corresponding to the outer contour of the hollow component 1, the which are surrounded on the outer side by two layers of 10 thermal insulation and are continuously maintained by a heating installation 11 at a temperature level of approximately 500 ° C located near the melting point of the sheet metal plates 2, 3. To monitor the temperature level they have arranged two temperature sensors 12 in the cavity area of molding 7 and in the area of the edge of the sheet metal plates 2, 3.

Después de colocar las pletinas de chapa 2, 3 se desplazan las partes 8, 9 del útil una hacia otra y se sueldan por prensado las pletinas de chapa 2, 3 una con otra bajo la acción de presión de las partes 8, 9 del útil y el calentamiento simultáneo próximo al punto de fusión en sus zonas de borde exentas de agente de separación, mientras que se suprime una unión por fusión en las restantes superficies de contacto a consecuencia del revestimiento 4 del medio de separación.After placing the plate plates 2, 3 move parts 8, 9 of the tool towards each other and weld by pressing the sheet metal plates 2, 3 with each other under the action of pressure of parts 8, 9 of the tool and simultaneous heating near the melting point in its agent-free edge zones of separation, while a fusion junction is suppressed in the remaining contact surfaces as a result of coating 4 of the separation medium.

A continuación, se solicitan las pletinas de chapa 2, 3 por presión interna a través de la lanza de presión 5 con un medio de presión, por ejemplo aire comprimido, y se ensanchan así hasta que se apliquen a la cavidad de moldeo 7 del útil de moldeo 6, con lo que se obtiene el cuerpo hueco 1 mostrado en la Figura 1b. El nivel de presión del medio de presión está normalmente entre 20 y 40 bares, pero puede ser elevado hasta 250 bares según el grado de deformación y la geometría de la sección transversal del componente hueco 1.Next, the plates are requested sheet 2, 3 by internal pressure through the pressure lance 5 with a pressure medium, for example compressed air, and thus widen until they are applied to the molding cavity 7 of the molding tool 6, whereby the hollow body 1 shown in Figure 1b is obtained. He pressure level of the pressure medium is normally between 20 and 40 bars, but can be raised up to 250 bars depending on the degree of deformation and geometry of the cross section of the component hollow 1.

Después de concluido el proceso de conformación, se abre el útil de moldeo 6 y se retira el cuerpo hueco 1, tras lo cual se puede seccionar la lanza de presión 5, cerrar la abertura producida en el cuerpo hueco y comenzar un nuevo ciclo de fabricación. Es esencial que el intervalo de tiempo entre el recalentamiento de las pletinas de chapa 2, 3 y la retirada del cuerpo hueco 1 sea de una magnitud tan reducida que se suprima una transformación de la estructura de las pletinas de chapa 2, 3. Este intervalo de tiempo es del orden de unos pocos minutos, concretamente unos 5 minutos, en el caso de pletinas de aluminio convencionales no estabilizadas en tamaño de grano.After the conformation process is completed, the molding tool 6 is opened and the hollow body 1 is removed, after which can be sectioned the pressure lance 5, close the opening produced in the hollow body and begin a new cycle of manufacturing. It is essential that the time interval between the overheating of sheet plates 2, 3 and removal of hollow body 1 is of such a small magnitude that a transformation of the structure of the plate plates 2, 3. This time interval is of the order of a few minutes, specifically about 5 minutes, in the case of aluminum plates conventional not stabilized in grain size.

La forma de ejecución según la Figura 2, en donde los componentes correspondientes al primer ejemplo de ejecución están identificados por un símbolo de referencia incrementado en 100, se diferencia de este primer ejemplo de ejecución, en primer lugar, por un conjunto de pletinas estructurado de otra manera, el cual se compone aquí de pletinas exteriores 102, 103 y pletinas interiores más pequeñas 16, 17 atravesadas por aberturas de paso 15, estando dichas pletinas presoldadas una con otra en el borde, por ejemplo por medio de costuras 13, 14 de rayo láser y estando hechas nuevamente de aluminio convencional no estabilizado en tamaño de grano o de una aleación de aluminio equivalente. En la Figura 2b puede apreciarse el modo en que las pletinas exteriores 102, 103 se ensanchan a manera de balón bajo la acción de la presión interna y del calentamiento simultáneo próximo al punto de fusión y el modo en que al mismo tiempo se estiran las pletinas interiores 16, 17 hasta que al final del proceso de conformación térmica (Figura 2c) se obtiene un componente hueco 101 de sección transversal cerrada con zonas de esquina de arista viva y chapas de rigidización formadas por las pletinas interiores 16, 17 y que discurren paralelamente a la costura de unión 13 de las pletinas exteriores 102, 103. Debido a la geometría de forma rectangular de la sección transversal del componente hueco 101 se tiene que trabajar en este caso con presiones internas sensiblemente más altas del orden de 200 bares. Por lo demás, el modo del procedimiento tanto respecto del recalentamiento del lado del útil de moldeo como respecto del intervalo de tiempo limitado a unos pocos minutos entre la colocación del conjunto de pletinas y el desmoldeo del componente hueco 101 es el mismo que en el primer ejemplo de ejecución.The embodiment according to Figure 2, where the components corresponding to the first execution example are identified by a reference symbol increased by 100, differs from this first example of execution, first instead, by a set of differently structured plates, the which is composed here of outer plates 102, 103 and plates smaller interiors 16, 17 crossed by openings of passage 15, said plates being presolded with one another at the edge, by example by means of seams 13, 14 of laser beam and being made again of conventional aluminum not stabilized in size of grain or an equivalent aluminum alloy. In Figure 2b the manner in which outer plates 102, 103 can be seen widen as a balloon under the action of internal pressure and of simultaneous heating near the melting point and the mode in that at the same time the inner plates 16, 17 are stretched until that at the end of the thermal forming process (Figure 2c) obtains a hollow component 101 of closed cross section with corner areas with sharp edges and stiffening plates formed through the inner plates 16, 17 and running parallel to the joint seam 13 of the outer plates 102, 103. Due to the rectangular geometry of the cross section of the hollow component 101 you have to work in this case with significantly higher internal pressures of the order of 200 bar. Otherwise, the procedure mode both with respect to overheating of the side of the molding tool as compared to the limited time interval to a few minutes between the placement of the plate assembly and component demoulding gap 101 is the same as in the first example of execution.

Claims (6)

1. Procedimiento de conformación térmica por presión interna, en el que se calientan unas pletinas metálicas soldadas una con otra en el borde, en un útil de moldeo, hasta cerca de la temperatura de fusión de dichas pletinas metálicas y se ensanchan éstas en estado calentado, por introducción de un medio de presión entre las pletinas, hasta que éstas se aplican a la cavidad de moldeo del útil de moldeo formando un cuerpo hueco, y a continuación se retiran dichas pletinas del útil de moldeo, caracterizado porque las pletinas metálicas consisten en un material no estabilizado en tamaño de grano y porque para la fase de calentamiento y de deformación por alta presión interna de las pletinas metálicas se mantiene un corto intervalo de tiempo de aproximadamente 5 minutos situado por debajo del tiempo de transformación de la estructura del material no estabilizado en tamaño de grano a la temperatura de calentamiento.1. Procedure of thermal forming by internal pressure, in which metal plates welded together at the edge, in a molding tool, are heated up to near the melting temperature of said metal plates and they are widened in a heated state , by introducing a pressure means between the plates, until they are applied to the molding cavity of the molding tool forming a hollow body, and then said plates are removed from the molding tool, characterized in that the metal plates consist of a material not stabilized in grain size and because for the heating and deformation phase due to high internal pressure of the metal plates a short time interval of approximately 5 minutes is maintained below the transformation time of the structure of the non-stabilized material in grain size at heating temperature. 2. Procedimiento de conformación según la reivindicación 1, caracterizado porque las pletinas metálicas no estabilizadas en tamaño de grano son de aluminio o una aleación de aluminio y se calientan a una temperatura de aproximadamente 500ºC.2. Forming method according to claim 1, characterized in that the metal plates not stabilized in grain size are made of aluminum or an aluminum alloy and are heated to a temperature of approximately 500 ° C. 3. Procedimiento de conformación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las pletinas metálicas, después de ser colocadas dentro del útil de moldeo, son calentadas durante su recorrido por una instalación de calentamiento integrada en éste.3. Method of forming according to one of the preceding claims, characterized in that the metal plates, after being placed inside the molding tool, are heated during their travel by a heating installation integrated therein. 4. Procedimiento de conformación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las pletinas metálicas se deforman por medio de gas comprimido con una presión interna de como máximo 250 bares.4. Forming method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal plates are deformed by means of compressed gas with an internal pressure of a maximum of 250 bars. 5. Procedimiento de conformación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las pletinas metálicas se revisten con un medio de separación en sus superficies de contacto adyacentes a la costura de soldadura.5. Method of forming according to one of the preceding claims, characterized in that the metal plates are coated with a separation means on their contact surfaces adjacent to the welding seam. 6. Procedimiento de conformación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre las pletinas metálicas exteriores se inserta otra pletina metálica soldada en el borde con las pletinas exteriores y que, después del ensanchamiento de dichas pletinas exteriores, forma una chapa interior que atraviesa el cuerpo hueco.6. Method of forming according to one of the preceding claims, characterized in that another metal plate welded on the edge with the outer plates is inserted between the outer metal plates and that, after the widening of said outer plates, forms an inner plate that crosses the hollow body