ES2225707T3 - Procedimiento de conformacion termica por presion interna. - Google Patents
Procedimiento de conformacion termica por presion interna.Info
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Abstract
Procedimiento de conformación térmica por presión interna, en el que se calientan unas pletinas metálicas soldadas una con otra en el borde, en un útil de moldeo, hasta cerca de la temperatura de fusión de dichas pletinas metálicas y se ensanchan éstas en estado calentado, por introducción de un medio de presión entre las pletinas, hasta que éstas se aplican a la cavidad de moldeo del útil de moldeo formando un cuerpo hueco, y a continuación se retiran dichas pletinas del útil de moldeo, caracterizado porque las pletinas metálicas consisten en un material no estabilizado en tamaño de grano y porque para la fase de calentamiento y de deformación por alta presión interna de las pletinas metálicas se mantiene un corto intervalo de tiempo de aproximadamente 5 minutos situado por debajo del tiempo de transformación de la estructura del material no estabilizado en tamaño de grano a la temperatura de calentamiento.
Description
Procedimiento de conformación térmica por presión
interna.
La invención se refiere a un procedimiento de
conformación térmica por presión interna según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Se conoce por el documento DE 195 31 035 C2 un
procedimiento de esta clase para la conformación por presión interna
de pletinas de chapa y especialmente de aluminio soldadas una con
otra en el borde, en el que las pletinas de chapa se calientan fuera
del útil de moldeo o en este mismo mediante precalentamiento o
recalentamiento del molde o del medio de presión hasta un nivel de
temperatura elevado y se conforman en este estado para lograr de
esta manera altos grados de conformación con unas presiones
relativamente bajas. Sin embargo, en materiales como el titanio o
incluso también el aluminio, que se utilizan con mayor frecuencia
cada vez en la industria de los vehículos automóviles y los
vehículos aéreos, resultan entonces unas transformaciones de
estructura sumamente indeseadas con efectos de recristalización y
fragilización cuando recurre a materiales especiales superplásticos
estabilizados en tamaño de grano, los cuales son muy costosos y no
resultan aceptables al menos para una fabricación en serie.
El cometido de la invención consiste en
configurar el procedimiento de la clase citada al principio de modo
que incluso materiales convencionales propensos a recristalización
bajo la acción del calor, tales como aluminio o titanio normales,
puedan ser conformados por presión interna de una manera sencilla en
la técnica de fabricación, sin transformaciones de estructura no
deseadas, en el rango de temperatura próximo al punto de fusión para
obtener componentes huecos de alto valor cualitativo.
Este problema se resuelve según la invención con
el procedimiento indicado en la reivindicación 1.
Según la invención, mediante un sensible
acortamiento de la fase de calentamiento y deformación en
comparación con los procedimientos conocidos se suprime una molesta
transformación de la estructura en materiales sensibles en este
aspecto y, en unión del empleo de materiales convencionales no
estabilizados en tamaño de grano, en lugar de materiales
superplásticos, se asegura una fabricación de componentes
considerablemente más barata con altos grados de conformación, sin
que el estado de calentamiento de las pletinas de chapa próximo al
punto de fusión repercuta desventajosamente sobre las propiedades
del material del componente hueco terminado, con el efecto
adicional, importante especialmente para una fabricación en serie,
de que, debido a los tiempos de ciclo acortados, se pueden lograr al
mismo tiempo también tasas de producción correspondientemente
elevadas.
La fase de calentamiento y deformación se limita
según la invención a un período de tiempo de aproximadamente 5
minutos. En el marco de la invención se deforman por presión interna
preferiblemente chapas de aluminio convencionales o bien chapas de
una aleación de aluminio no estabilizada en tamaño de grano con un
nivel de temperatura de aproximadamente 500ºC. En otra ejecución
especialmente preferida de la invención se calientan las pletinas de
chapa después de su colocación en el útil de moldeo durante el
recorrido de las mismas por una instalación de calentamiento
integrada en éste, con lo que, por un lado, se evitan pérdidas de
tiempo que se originan al calentar las pletinas fuera del útil de
moldeo, y, por otro lado - a diferencia de lo que ocurre en el
calentamiento de pletinas de chapa con ayuda de un medio de presión
calentado - se hace posible un control exacto separado en el tiempo
del proceso de recalentamiento y el proceso de deformación.
La deformación por presión interna se efectúa
convenientemente con ayuda de un medio de presión gaseoso, en el
caso más sencillo aire, bajo una presión de normalmente 20 a 40
bares hasta valores de presión de alrededor de 250 bares, en caso de
que, por ejemplo, deban formarse zonas de esquina de arista viva en
los componentes huecos. Para asegurar que las pletinas de chapa no
se funden conjuntamente bajo la acción del calor en sus superficies
de contacto adyacentes a la costura de soldadura, éstas se
prerrevisten convenientemente en parte con un medio de separación.
Finalmente, la rigidez constructiva de los componentes huecos puede
aumentarse de manera sencilla en cuanto a la técnica de fabricación
disponiendo entre las pletinas de chapa exteriores a al menos una
pletina interior del mismo material y soldando ésta con aquellas en
el lado del borde, cuya pletina interior se deforma al ensancharse
las pletinas exteriores dando una chapa de rigidización que
atraviesa el cuerpo hueco.
Se explica ahora la invención con más detalle
haciendo referencia a dos ejemplos de ejecución en unión con los
dibujos. Estos muestran en representación fuertemente
esquematizada:
Las Figuras 1a, b, dos etapas de fabricación
consecutivas de un componente hueco a.) después de la colocación de
las pletinas de chapa en el útil de moldeo y b.) después de
concluido el proceso de conformación; y
las Figuras 2a, b, c, el desarrollo de la
fabricación para un componente hueco modificado rigidizado por chapa
interior a.) antes del comienzo, b.) en una etapa intermedia y c.)
después de concluido el proceso de conformación,
En el proceso de conformación explicado con ayuda
de la Figura 1 para fabricar un componente hueco 1 de sección
transversal cerrada dos pletinas de chapa 2, 3 con un espesor de
pared de algunos milímetros en cada caso, hechas de aluminio
convencional no estabilizado en tamaño de grano o de una aleación de
aluminio semejante, las cuales están revestidas en sus superficies
de contacto - con excepción de una estrecha franja de borde - con
una capa de medio de separación 4 representada en línea de trazos,
que contiene nitruro de silicio, son colocadas primeramente, con
intercalación de una lanza de presión 5, dentro de un útil de moldeo
designado en conjunto con 6. Este está constituido por unas partes
superior e inferior 8, 9 provistas de una cavidad de moldeo 7
correspondiente al contorno exterior del componente hueco 1, las
cuales están rodeadas en el lado exterior por sendas capas de
aislamiento térmico 10 y son mantenidas continuamente por una
instalación de calentamiento 11 en un nivel de temperatura de
aproximadamente 500ºC situado cerca del punto de fusión de las
pletinas de chapa 2, 3. Para vigilar el nivel de temperatura se han
dispuesto sendos sensores de temperatura 12 en la zona de la cavidad
de moldeo 7 y en la zona del borde de las pletinas de chapa 2,
3.
Después de colocar las pletinas de chapa 2, 3 se
desplazan las partes 8, 9 del útil una hacia otra y se sueldan por
prensado las pletinas de chapa 2, 3 una con otra bajo la acción de
presión de las partes 8, 9 del útil y el calentamiento simultáneo
próximo al punto de fusión en sus zonas de borde exentas de agente
de separación, mientras que se suprime una unión por fusión en las
restantes superficies de contacto a consecuencia del revestimiento 4
del medio de separación.
A continuación, se solicitan las pletinas de
chapa 2, 3 por presión interna a través de la lanza de presión 5 con
un medio de presión, por ejemplo aire comprimido, y se ensanchan así
hasta que se apliquen a la cavidad de moldeo 7 del útil de moldeo 6,
con lo que se obtiene el cuerpo hueco 1 mostrado en la Figura 1b. El
nivel de presión del medio de presión está normalmente entre 20 y 40
bares, pero puede ser elevado hasta 250 bares según el grado de
deformación y la geometría de la sección transversal del componente
hueco 1.
Después de concluido el proceso de conformación,
se abre el útil de moldeo 6 y se retira el cuerpo hueco 1, tras lo
cual se puede seccionar la lanza de presión 5, cerrar la abertura
producida en el cuerpo hueco y comenzar un nuevo ciclo de
fabricación. Es esencial que el intervalo de tiempo entre el
recalentamiento de las pletinas de chapa 2, 3 y la retirada del
cuerpo hueco 1 sea de una magnitud tan reducida que se suprima una
transformación de la estructura de las pletinas de chapa 2, 3. Este
intervalo de tiempo es del orden de unos pocos minutos,
concretamente unos 5 minutos, en el caso de pletinas de aluminio
convencionales no estabilizadas en tamaño de grano.
La forma de ejecución según la Figura 2, en donde
los componentes correspondientes al primer ejemplo de ejecución
están identificados por un símbolo de referencia incrementado en
100, se diferencia de este primer ejemplo de ejecución, en primer
lugar, por un conjunto de pletinas estructurado de otra manera, el
cual se compone aquí de pletinas exteriores 102, 103 y pletinas
interiores más pequeñas 16, 17 atravesadas por aberturas de paso 15,
estando dichas pletinas presoldadas una con otra en el borde, por
ejemplo por medio de costuras 13, 14 de rayo láser y estando hechas
nuevamente de aluminio convencional no estabilizado en tamaño de
grano o de una aleación de aluminio equivalente. En la Figura 2b
puede apreciarse el modo en que las pletinas exteriores 102, 103 se
ensanchan a manera de balón bajo la acción de la presión interna y
del calentamiento simultáneo próximo al punto de fusión y el modo en
que al mismo tiempo se estiran las pletinas interiores 16, 17 hasta
que al final del proceso de conformación térmica (Figura 2c) se
obtiene un componente hueco 101 de sección transversal cerrada con
zonas de esquina de arista viva y chapas de rigidización formadas
por las pletinas interiores 16, 17 y que discurren paralelamente a
la costura de unión 13 de las pletinas exteriores 102, 103. Debido a
la geometría de forma rectangular de la sección transversal del
componente hueco 101 se tiene que trabajar en este caso con
presiones internas sensiblemente más altas del orden de 200 bares.
Por lo demás, el modo del procedimiento tanto respecto del
recalentamiento del lado del útil de moldeo como respecto del
intervalo de tiempo limitado a unos pocos minutos entre la
colocación del conjunto de pletinas y el desmoldeo del componente
hueco 101 es el mismo que en el primer ejemplo de ejecución.
Claims (6)
1. Procedimiento de conformación térmica por
presión interna, en el que se calientan unas pletinas metálicas
soldadas una con otra en el borde, en un útil de moldeo, hasta cerca
de la temperatura de fusión de dichas pletinas metálicas y se
ensanchan éstas en estado calentado, por introducción de un medio de
presión entre las pletinas, hasta que éstas se aplican a la cavidad
de moldeo del útil de moldeo formando un cuerpo hueco, y a
continuación se retiran dichas pletinas del útil de moldeo,
caracterizado porque las pletinas metálicas consisten en un
material no estabilizado en tamaño de grano y porque para la fase de
calentamiento y de deformación por alta presión interna de las
pletinas metálicas se mantiene un corto intervalo de tiempo de
aproximadamente 5 minutos situado por debajo del tiempo de
transformación de la estructura del material no estabilizado en
tamaño de grano a la temperatura de calentamiento.
2. Procedimiento de conformación según la
reivindicación 1, caracterizado porque las pletinas
metálicas no estabilizadas en tamaño de grano son de aluminio o una
aleación de aluminio y se calientan a una temperatura de
aproximadamente 500ºC.
3. Procedimiento de conformación según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
pletinas metálicas, después de ser colocadas dentro del útil de
moldeo, son calentadas durante su recorrido por una instalación de
calentamiento integrada en éste.
4. Procedimiento de conformación según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
pletinas metálicas se deforman por medio de gas comprimido con una
presión interna de como máximo 250 bares.
5. Procedimiento de conformación según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
pletinas metálicas se revisten con un medio de separación en sus
superficies de contacto adyacentes a la costura de soldadura.
6. Procedimiento de conformación según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre las
pletinas metálicas exteriores se inserta otra pletina metálica
soldada en el borde con las pletinas exteriores y que, después del
ensanchamiento de dichas pletinas exteriores, forma una chapa
interior que atraviesa el cuerpo hueco.
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