ES2228944T3 - Procedimiento para la conformacion de estructuras formadas por aleaciones de aluminio. - Google Patents
Procedimiento para la conformacion de estructuras formadas por aleaciones de aluminio.Info
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Abstract
Procedimiento para la conformación de estructuras de aleaciones de aluminio, en particular, a partir de aleaciones de AlMg de dureza natural, de AlMgSc de dureza natural y/o de AlMgLi que se pueden endurecer, caracterizado por las etapas de: a) conformación elástica de una pieza constructiva (1) que se ha de conformar bajo la acción externa de una fuerza (F, P, p), en la que la pieza constructiva (1) adopta el contorno (2a) de un dispositivo de sujeción (2) que se corresponde con la forma final (1a) deseada de la pieza constructiva (1); b) calentamiento de la pieza constructiva (1) conformada de modo elástico a una temperatura (T1) mayor que la temperatura necesaria para una conformación de fluencia y para una relajación de tensión de la aleación, de manera que la pieza constructiva (1) se conforma manteniendo la forma final (1a) impresa en la etapa a) por medio de la conformación elástica.
Description
Procedimiento para la conformación de estructuras
formadas por aleaciones de aluminio.
La presente invención trata de un procedimiento
para la conformación de estructuras de aleaciones de aluminio, en
particular a partir de aleaciones de AlMg de dureza natural, de
AlMgSc de dureza natural y/o de AlMgLi que se pueden endurecer.
En la técnica aeronáutica y astronáutica se
requieren estructuras complejas con una alta solidez y rigidez, que
deben presentar un diseño óptimo teniendo en cuenta el peso y
consideraciones aerodinámicas. Este tipo de estructuras o piezas
preformadas comprenden, por ejemplo, superficies principales de las
alas, elementos de cubierta o de repostaje para vehículos
espaciales, superficies del fuselaje de los aviones con elementos de
refuerzo de la estructura como puntales longitudinales y cuadernas.
La fabricación conforme al diseño y precisa en su contorno de este
tipo de piezas preformadas a partir de aleaciones de aluminio es
normalmente difícil, y requiere al menos varias etapas de
conformación de cada uno de los componentes con tratamientos
correspondientes de recocido intermedio.
La realización de modos de construcción
integrales soldados en la construcción de aviones presupone el uso
de materiales que se puedan soldar bien y que sean resistentes a la
corrosión como las aleaciones de AlMgSc y AlMgLi. Estas aleaciones,
debido a su espectro de características, presentan únicamente una
ductilidad muy limitada. Como consecuencia, no es posible
parcialmente una conformación para conformar el contorno final
deseado con procedimientos convencionales, puesto que la capacidad
de variación de forma no es suficiente.
El estado actual de la técnica es que los campos
de las envolturas externas se conformen a partir de chapas de la
aleación AA2024 en estado recocido de disolución por medio del
estirado sobre molde. Al realizar el estirado sobre molde, que se
puede llevar a cabo tanto en estado frío como en estado caliente,
tal y como se conoce, la estructura que se ha de conformar se
conforma en una o varias etapas o fases (ver el documento DE 195 04
649 C1). En este caso, la estructura que se ha de conformar se
puede estirar en primer lugar en la dirección longitudinal, y a
continuación a lo largo de una pieza preformada que presenta el
contorno final deseado.
En este caso es desventajoso el que surgen
tensiones internas en el material por medio del proceso de
conformado, que pueden llevar a un fallo de la estructura por medio
de solapes de cargas en servicio. Adicionalmente, una conformación
como estructura con una curvatura esférica, es decir, con
curvaturas a lo largo de diferentes direcciones espaciales, es
difícil y requiere máquinas diseñadas de modo correspondiente y
herramientas con forma estable. Además, la estructura que se ha de
conformar se daña por medio de la aplicación de mordazas de
sujeción, en la mayoría de los casos en los bordes exteriores, de
manera que estas regiones se han de eliminar, por ejemplo, por
medio de fresados del contorno. Esto lleva no sólo a una pérdida de
material, sino que también requiere una etapa de mecanizado
adicional, que lleva a un coste innecesario y a una pérdida de
tiempo unida.
En el caso de aleaciones de AlMg se observa
además, en una conformación a temperatura ambiente, una deformación
discontinua y la conformación de apariciones características en la
superficie, que se denominan también líneas de Lüder y pueden
afectar de un modo negativo a las características del material.
Además, se ha mostrado que el grupo de las
aleaciones de AlMg presentan una anisotropía planar con un mínimo
valor de r en la dirección L (dirección de laminación). Esto
significa que el flujo de material, al realizar el estirado sobre
molde, se lleva a cabo en su mayor parte a partir del grosor de la
chapa, y como consecuencia, la estructura que se ha de conformar
tiende antes a hacerse más fina y a un fallo prematuro. Además, la
reducción del grosor de la chapa por medio del estirado sobre molde
lleva a que la consecución de un grosor final conforme al diseño
sólo pueda ser realizado con grados de dilatación uniformes, y con
ello sólo se pueda realizar con dificultades en piezas constructivas
con grandes diferencias de desarrollo.
Además del estirado sobre molde, para la
conformación, tal y como se conoce, también se usa un procedimiento
de endurecimiento, que se realiza, por ejemplo, bajo el efecto de
presión y temperatura en un autoclave o en un horno, en el que se
produce al mismo tiempo un efecto de endurecimiento. Este proceso,
denominado "envejecimiento", se usa para aleaciones de Al que
se pueden endurecer de las series 2xxx, 6xxx, 7xxx y 8xxx. En este
caso, en primer lugar, se realiza bajo el efecto de presión y
fuerza una conformación elástica de la estructura que se ha de
conformar. La estructura que se ha de conformar se ciñe a una pieza
preformada que presenta un menor radio de curvatura que la pieza
constructiva lista, para tener en cuenta el denominado efecto de
"recuperación elástica". Así pues, la estructura que se ha de
conformar se deforma en primer lugar a lo largo de la forma final
deseada. Por medio de un calentado posterior a la temperatura de
endurecimiento específica de la aleación se lleva a cabo una
modificación de la forma bajo una relajación parcial de tensión, tal
y como se describe, por ejemplo, en el artículo de D.M. Hambrick,
"Age forming technology expanded in an autoclave", SAE
Technical Paper Series, General Aviation Aircraft Meeting and
Exhibition, Wichita, Kansas, abril 16-19, 1985, Nº
850885. Esto lleva a que la pieza constructiva recupere
elásticamente al enfriarse hasta un cierto grado, y que adopte
entonces la forma final. Con ello, la estructura conformada
presenta, después del enfriamiento y de la descarga, un radio de
curvatura mayor que antes del calentamiento. Esto es problemático,
especialmente para la fabricación de piezas preformadas, puesto que
el efecto de "recuperación elástica" se ha de predecir con una
gran precisión para diseñar la pieza preformada de tal manera que
finalmente la pieza constructiva terminada adopte la forma final
deseada. Esto requiere, de nuevo, una costosa simulación del efecto
de "recuperación elástica", tal y como se describe en los
documentos EP 0517982A1 y EP 0527570B1.
A parte de las aleaciones usadas hoy que se
pueden endurecer (por ejemplo AA2024, AA6013, AA6056), para las
generaciones futuras de aviones se han desarrollado nuevas
aleaciones de dureza natural, es decir, que no se pueden endurecer,
que, al contrario que las aleaciones establecidas, no pueden ser
recocidas de disolución por razones metalúrgicas, ya que esto
llevaría a una pérdida irreversible de rigidez. Con ello, los
nuevos materiales no se pueden conformar sin problemas por medio de
los procedimientos convencionales. Debido a ello, son necesarias
alternativas para la fabricación de campos principales curvados o
esféricos.
Por ello, el objetivo de la presente invención es
conseguir un procedimiento con el que puedan ser conformadas de un
modo sencillo, es decir, con el menor número posible de etapas de
proceso, estructuras complejas de las aleaciones conformes a la
invención sin una acción de recuperación elástica significativa.
En este caso, al mismo tiempo, la pérdida de material causada por
sobremedidas para el mecanizado ha de ser lo menor posible.
Según la invención, el objetivo se alcanza por
medio de un procedimiento con las características de la
reivindicación 1.
De este modo se consigue que la pieza
constructiva se conforme sin una recuperación elástica significativa
bajo en efecto del calor y que, en este caso, la forma final
impresa por medio de la conformación elástica prácticamente se
mantenga. Así pues, después de la conformación y el enfriamiento
posterior, la pieza constructiva presenta principalmente la misma
curvatura que antes del tratamiento térmico. Esto tiene la ventaja
de que las piezas preformadas y los dispositivos de sujeción usados
en la conformación elástica presentan con una precisión suficiente
la misma forma que la forma teórica de la pieza constructiva, y con
ello no es necesaria una compleja simulación para predecir el
efecto de "recuperación elástica".
La conformación elástica de la pieza constructiva
antes del tratamiento térmico, en la que la pieza constructiva ya
adopta su forma final deseada, se puede llevar a cabo según una
primera forma de realización de tal manera que después de la
introducción de la pieza constructiva que se ha de conformar en un
dispositivo de sujeción, actúe una fuerza exterior en la pieza
constructiva, como consecuencia de la cual se ciñe la pieza
constructiva bajo la deformación elástica al contorno del
dispositivo de sujeción. En este caso, la fuerza externa se puede
transmitir a través de un dispositivo de presión o de sellado que
presiona a la pieza constructiva en la dirección del dispositivo de
sujeción. Alternativamente, la conformación elástica se puede
producir por medio de la actuación de una presión exterior que se
genera, por ejemplo, en un espacio en el que se ha hecho el
vacío.
Según otra forma de realización, es adecuado que
sobre la pieza constructiva introducida en el dispositivo de
sujeción actúe una fuerza exterior de tal manera que la pieza
constructiva se curve elásticamente en la dirección del dispositivo
de sujeción, de manera que entre la pieza constructiva y el
dispositivo de sujeción se produzca un espacio hueco. En este
espacio hueco se hermetiza entonces con un material de obturación,
y a continuación se hace el vacío en él. Gracias a la presión
negativa que se genera, la pieza constructiva se ciñe completamente
bajo conformación elástica al contorno del dispositivo de sujeción,
y adopta la forma final deseada. A continuación se realiza la
conformación de la pieza constructiva bajo el efecto del calor con
temperaturas que están por encima de las necesarias para la
conformación de fluencia y para la relajación de tensión de la
aleación.
Así pues, la ventaja no reside sólo en el hecho
de que el contorno del dispositivo de sujeción se corresponde con la
forma final deseada de la pieza constructiva que se ha de conformar,
sino también en el hecho de que la conformación por medio de la
acción de fuerzas externas es de una naturaleza puramente elástica.
Esto significa que la pieza constructiva vuelve a su forma
originaria cuando ya no actúa ninguna fuerza externa más sobre la
pieza constructiva. Con ello, son posibles las correcciones o una
nueva introducción sin ningún tipo de problema. Con ello, la
conformación elástica de la pieza constructiva por medio de la
acción de las fuerzas externas se puede repetir en cualquier
momento.
También es adecuado el hecho de calentar la pieza
constructiva con una velocidad de calentamiento desde 20ºC/s a
10ºC/s a una máxima temperatura por encima de la temperatura
necesaria para la conformación de fluencia y para la relajación de
tensión de la aleación, y a continuación enfriar la pieza
constructiva con una tasa entre 200ºC/s y 10ºC/s. Preferentemente,
la temperatura máxima está entre 200ºC y 450ºC y se mantiene
constante típicamente durante un periodo de tiempo de 0 a 72 h.
En este caso representa una ventaja el hecho de
que dentro de los intervalos mencionados, la tasa de calentamiento
y/o de enfriamiento, así como la temperatura máxima, se pueda
adaptar a la aleación usada o a las características físicas
deseadas. Además, después de la realización del procedimiento se
puede realizar una nueva conformación de la pieza constructiva, lo
cual no es posible con los procedimientos conocidos, o bien sólo se
puede hacer de un modo condicionado.
Otra ventaja del procedimiento conforme a la
invención viene dada por el hecho de que se pueden conformar en una
etapa de trabajo tanto estructuras curvadas de un modo sencillo
como estructuras esféricas. A tal fin, el dispositivo de sujeción
presenta curvaturas que se extienden en diferentes direcciones y
que se corresponden con el contorno final listo de la pieza
constructiva que se ha de conformar. Adicionalmente, además de las
estructuras 2D también se pueden conformar de un modo sencillo
complejas estructuras 3D en las que ya están fijados puntales
longitudinales y cuadernas. Al mismo tiempo, por medio del
procedimiento de conformación conforme a la invención se compensan
las deformaciones provocadas por tensiones térmicas a través de un
proceso de soldado previo.
A continuación se explica la invención a partir
de las figuras anexas con particularidades más detalladas. En ellas
se muestra:
Fig. 1 una representación esquemática para la
explicación de la introducción de una pieza constructiva que se ha
de conformar en un dispositivo de sujeción;
Fig. 2 una representación esquemática para la
explicación de la actuación de una fuerza exterior sobre la pieza
constructiva que se ha de conformar;
Fig. 3 una representación esquemática de la etapa
de conformación conforme a la invención; y
Fig. 4 un diagrama de T(t) del tratamiento
térmico necesario para la conformación de la pieza
constructiva.
La Fig. 1 muestra una representación esquemática
para la explicación de la introducción de una pieza constructiva 1
que se ha de conformar en un dispositivo de sujeción 2. La pieza
constructiva 1 que se ha de conformar puede ser una chapa
bidimensional hecha de material de dureza natural con temple de
laminado. Del mismo modo, en la chapa pueden estar colocados
elementos de refuerzo (no representados) mediante soldado de
contacto por fricción, soldado por láser u otro procedimiento
adecuado, de manera que la estructura que se ha de conformar
presente una forma tridimensional. En este caso, la chapa se
introducen en el dispositivo de sujeción 2 de tal manera que las
estructuras de refuerzo del dispositivo de sujeción 2 señalan hacia
fuera. En general se puede introducir cualquier estructura
tridimensional compleja en el dispositivo de sujeción para la
conformación, que está formada en particular por una aleación de
aluminio de dureza natural, es decir, que no se puede endurecer.
Estas aleaciones de aluminio que no se pueden endurecer pueden ser
aleaciones de AlMg o, en particular, aleaciones de AlMgSc. Sin
embargo, también se pueden usar aleaciones AlMgLi que se pueden
endurecer.
El dispositivo de sujeción 2 en el que se
introduce la pieza constructiva 1 que se ha de conformar presenta
una forma o un contorno 2a que se corresponde con la forma final
deseada de la pieza constructiva 1 conformada. A continuación se
designa la forma final de la pieza constructiva 1 con la cifra de
referencia 1a. La curvatura del dispositivo de sujeción 2 se puede
extender tanto en el plano representado en la Fig. 1 como en el
plano perpendicular a éste, de manera que una pieza constructiva
también puede ser conformada en una etapa de trabajo conformado una
forma final con curvatura esférica o doble.
La pieza constructiva 1 se introduce en primer
lugar en su estado conformado en el dispositivo de sujeción 2. En
este caso, entre la pieza constructiva 1 y el dispositivo de
sujeción 2 se conforma un espacio hueco 3.
A continuación actúa sobre la pieza constructiva
1 conformada, desde arriba, es decir, desde la parte de la pieza
constructiva 1 opuesta al dispositivo de sujeción 2, una fuerza F.
Esta fuerza F se puede transmitir a la pieza constructiva 1, por
ejemplo, a través de una disposición de sellado o de presión 4
representada en la Fig. 1 únicamente de modo esquemático. También
son posibles otros medios adecuados para la actuación de esta
fuerza exterior. Esto puede ser, por ejemplo, la actuación de una
presión exterior P en el interior de un espacio en el que se ha
hecho el vacío, en el que se encuentran el dispositivo de sujeción
y la pieza constructiva. Así mismo es posible una combinación de
las fuerzas F y P.
Debido a la actuación de la fuerza exterior F y/o
P, la pieza constructiva 1 se conforma elásticamente de tal manera
que se curva en la dirección del dispositivo de sujeción 2. Tal y
como se puede ver a partir de la Fig. 2, en este caso, el radio de
curvatura de la pieza constructiva 1 deformada de modo elástico es
mayor que el del dispositivo de sujeción 2, de manera que sigue
existiendo un espacio hueco 3 entre la pieza constructiva 1 y el
dispositivo de sujeción 2. Sin embargo, el volumen del espacio
hueco 3 es menor comparado con el estado de salida representado en
la Fig. 1. La conformación elástica de la pieza constructiva 1 por
medio de la actuación de las fuerzas externas también lleva a que
la superficie de contacto entre la pieza constructiva 1 y el
dispositivo de sujeción 2 se haga mayor y, con ello, se pueda cerrar
el espacio hueco 3 de modo hermético al aire usando un material de
obturación 5. El material de obturación 5, en este caso, es
típicamente un material de silicona modificable resistente a la
temperatura que se aplica en la región del borde de la pieza
constructiva 1.
Después de realizar la obturación, se hace el
vacío en el espacio hueco 3 entre la pieza constructiva 1 y el
dispositivo de sujeción 2. A tal fin están dispuestos taladros
pasantes 6 en el dispositivo de sujeción 2, a través de los cuales
se conecta el espacio hueco 3 a una bomba de vacío (no
representada). Por medio de la creación del vacío se produce en el
espacio hueco una presión negativa p, gracias a lo cual la pieza
constructiva 1 se sigue llevando en la dirección del dispositivo de
sujeción 2 hasta que está completamente en contacto con el contorno
2a del dispositivo de sujeción 2, tal y como se representa en la
Figura 3. Hay que reseñar que en la Fig. 3 se ha prescindido de la
representación de la disposición de presión y/o sellado. Además, la
disposición se encuentra en una carcasa 7 cerrada, que puede ser un
horno, una autoclave o similar.
En este sentido hay que señalar además que en los
casos en los que la fuerza exterior o las fuerzas exteriores F y/o
P son suficientes para presionar la pieza constructiva
completamente sobre el contorno 2a del dispositivo de sujeción 2,
se puede prescindir de hacer el vacío en el espacio hueco. Esto es
el caso, por ejemplo, cuando se conforman placas delgadas o bien
estructuras poco curvadas.
En el estado representado en la Fig. 3 también se
encuentra la pieza constructiva 1 en primer lugar en un estado
conformado de modo elástico, de modo que la conformación es
reversible y el proceso se puede llevar a cabo desde cero si ya no
actuara ninguna fuerza externa sobre la pieza constructiva que se ha
de conformar. Es decir, si ya no actuara ninguna fuerza exterior
sobre la pieza constructiva que se ha de conformar, entonces
volvería de nuevo a su posición de salida original no conformada.
Con ello, son posibles en cualquier momento correcciones sin ningún
problema.
Después de que la pieza constructivo haya sido
llevada por medio de las etapas anteriores bajo una conformación
elástica a su posición final 1a, la pieza constructiva 1 es tratada
térmicamente en el interior de la carcasa 7 cerradas manteniendo el
vacío. Por medio del calentamiento se conforma la pieza
constructiva 1 bajo la relajación de tensión de las tensiones
introducidas durante la conformación elástica en el material.
Después de finalizar la relajación de tensión por medio de la
acción térmica se puede desconectar el vacío y se pasa a una fase
de enfriamiento. La pieza constructiva mantiene entonces
prácticamente la forma final 1a prefijada por el contorno del
dispositivo de sujeción sin que se produzca una recuperación
elástica considerable.
En este caso, el tratamiento térmico se realiza
según el desarrollo T(t) esquemático representado en la
Figura 4. En el estado al vacío, es decir, cuando la pieza
constructiva 1 se encuentra completamente en contacto con el
contorno 2a del dispositivo de sujeción 2, se calienta la pieza
constructiva 1 a una temperatura máxima T_{1} que se encuentra
por encima de la temperatura necesaria para la conformación de
fluencia y para la relajación de tensión de la aleación, que
típicamente es mayor o igual que 200ºC. En este caso, la pieza
constructiva se calienta con una velocidad de calentamiento de entre
20ºC/s y 10ºC/s dentro de un primer intervalo de tiempo
\Deltat_{1} hasta la temperatura objetivo deseada T_{1}. En
este caso, la tasa de calentamiento también puede variar, en contra
del desarrollo continuo representado en la Fig. 4, dentro del
intervalo \Deltat_{1}, de forma escalonada o de otra manera
adecuada. La temperatura máxima T_{1}, que normalmente está entre
220ºC y 450ºC, se alcanza en el instante t_{1}. La temperatura se
mantiene entonces constante durante un periodo de tiempo
\Deltat_{2}, en el que \Deltat_{2} está normalmente entre 0
y 72 h. Dentro de este intervalo temporal \Deltat_{2} se
realiza la relajación de tensión fundamental de la pieza
constructiva. Una vez ha pasado este intervalo temporal, es decir,
en el instante t_{2}, se puede desconectar el vacío y se pasa a
una fase de enfriamiento con una tasa que va típicamente de 200ºC/s
a 10ºC/s. Tal y como se representa en la Fig 4 de modo esquemático,
el enfriamiento se puede llevar a cabo de un modo continuo o
también de modo escalonado En este caso, el enfriamiento se puede
realizar por medio de un enfriamiento normal por aire o bien de
otro modo adecuado.
Es fundamental que la pieza constructiva mantenga
durante el proceso de enfriamiento su forma final 1a prefijada por
el contorno 2a del dispositivo de sujeción 2. No se produce una
recuperación elástica significativa resultando en una forma con un
radio de curvatura mayor que el dispositivo de sujeción. Con ello,
el dispositivo de sujeción se puede fabricar con una precisión
suficiente con las dimensiones de la forma final deseada. No es
necesaria una complicada simulación del efecto de recuperación
elástica, tal y como es el caso, por ejemplo, en las aleaciones
convencionales que se pueden endurecer que se conforman por medio
del procedimiento de "envejecimiento".
Tal y como ya se ha mencionado al comienzo, las
piezas constructivas en cuestión que se han de conformar no son sólo
las chapas bidimensionales de las aleaciones de aluminio mencionadas
anteriormente, sino también las formas tridimensionales, que se
pueden conformar en una forma deseada doblemente curvada o esférica.
De este modo se hace innecesario una fabricación costosa de piezas
curvadas antes del proceso de soldado. Esto era necesario hasta
ahora, puesto que las chapas y los puntales longitudinales en un
estado cercado al contorno final se unión, por ejemplo, por medio
de soldado láser.
Además, una deformación de la pieza constructiva
derivada de un soldado láser, o bien las irregularidades o
ondulaciones de la chapa (también denominado efecto Zeppelín) que se
generan al fijar los puntales longitudinales por medio de
procedimientos de soldado láser en la chapa, se compensan casi
prácticamente durante el proceso de conformación esquemático
representado en la Fig. 3. Con ello, el procedimiento conforme a la
invención tiene además la ventaja de que compensa casi
completamente este tipo de irregularidades sin que sean necesarios
procedimientos de tratamiento posterior o procesos de
enderezado.
Adicionalmente, en el procedimiento conforme a la
invención sólo hay una pequeña pérdida de material, puesto que no
han de ser separadas las regiones del borde en los cantos
longitudinales en los que en los procedimientos de conformación
convencionales se introduce la fuerza de elongación.
Claims (10)
1. Procedimiento para la conformación de
estructuras de aleaciones de aluminio, en particular, a partir de
aleaciones de AlMg de dureza natural, de AlMgSc de dureza natural
y/o de AlMgLi que se pueden endurecer, caracterizado por las
etapas de:
- a)
- conformación elástica de una pieza constructiva (1) que se ha de conformar bajo la acción externa de una fuerza (F, P, p), en la que la pieza constructiva (1) adopta el contorno (2a) de un dispositivo de sujeción (2) que se corresponde con la forma final (1a) deseada de la pieza constructiva (1);
- b)
- calentamiento de la pieza constructiva (1) conformada de modo elástico a una temperatura (T_{1}) mayor que la temperatura necesaria para una conformación de fluencia y para una relajación de tensión de la aleación, de manera que la pieza constructiva (1) se conforma manteniendo la forma final (1a) impresa en la etapa a) por medio de la conformación elástica.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la conformación elástica comprende las
siguientes etapas:
- -
- Introducción de la pieza constructiva (1) que se ha de conformar en un dispositivo de sujeción (2) que presenta un contorno (2a) que se corresponde con la forma final (1a) deseada de la pieza constructiva (1) que se ha de conformar;
- -
- Actuación de una fuerza externa (F, P) sobre la pieza constructiva (1), de manera que la pieza constructiva (1) se dobla en la dirección del dispositivo de sujeción (2);
- -
- Obturación del espacio hueco (3) que se genera entre la pieza constructiva (1) y el dispositivo de sujeción (2) con un material de obturación (5); y
- -
- Creación del vacío en el espacio hueco (3), de manera que la pieza constructiva (2) se pegue al contorno (2a) del dispositivo de sujeción (2) y adopte la forma final (1a) deseada.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la pieza constructiva (1) se calienta
con una velocidad de calentamiento de entre 20ºC/s y 10ºC/s a la
temperatura (T_{1}), porque la temperatura (T_{1}) se mantiene
durante un periodo temporal entre 0 y 72 h, y porque a continuación
la pieza constructiva (1) se enfría con una tasa que va de 200ºC/s
a 10ºC/s.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la temperatura (T_{1}) está entre
200ºC y 450ºC.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la pieza constructiva (1) introducida
en el dispositivo de sujeción (2) se conforma como una pieza
constructiva con contorno curvado de modo sencillo y doble o con
contorno esférico.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se introducen en el dispositivo de
sujeción (2) complejas estructuras 2D o 3D para la
conformación.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la pieza constructiva (1) que se ha de
conformar está formada por una aleación de AlMg de dureza
natural.
8. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la pieza constructiva (1) que se ha de
conformar está formada por una aleación de AlMgSc de dureza
natural.
9. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la pieza constructiva (1) que se ha de
conformar está formada por una aleación de AlMgLi que se puede
endurecer.
10. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la pieza constructiva (1) que se ha de
conformar está formada por una combinación de los materiales según
la reivindicación 7-9.
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| US9773077B2 (en) * | 2012-04-09 | 2017-09-26 | Arcelormittal Investigacion Y Desarrollo, S.L. | System and method for prediction of snap-through buckling of formed steel sheet panels |
| EP2727665B1 (de) * | 2012-10-31 | 2018-06-06 | Airbus Defence and Space GmbH | Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils und Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Formbauteils |
| WO2016057688A1 (en) * | 2014-10-07 | 2016-04-14 | The Penn State Research Foundation | Method for reducing springback using electrically-assisted manufacturing |
| CN104438481B (zh) * | 2014-11-28 | 2016-04-06 | 中南大学 | 一种大曲率铝合金整体壁板构件的制备方法 |
| DE102016207172B3 (de) * | 2016-04-27 | 2017-08-24 | Premium Aerotec Gmbh | Vorrichtung und Anordnung zum Formen eines gekrümmt flächigen Bauteils, sowie Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung |
| CN106862377B (zh) * | 2017-03-14 | 2018-12-28 | 中南大学 | 一种铝合金板的成形方法 |
| CN106978578B (zh) * | 2017-05-18 | 2019-01-25 | 中南大学 | 一种铝合金板蠕变时效成形方法 |
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| EP3880859A1 (en) * | 2018-11-12 | 2021-09-22 | Airbus SAS | Method of producing a high-energy hydroformed structure from a 7xxx-series alloy |
| US20200222967A1 (en) * | 2019-01-11 | 2020-07-16 | Embraer S.A. | Methods for producing creep age formed aircraft components |
| CN112207522A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-12 | 许晨玲 | 一种大型铝合金整体壁板平度控制方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4188811A (en) | 1978-07-26 | 1980-02-19 | Chem-Tronics, Inc. | Metal forming methods |
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| FR2696957B1 (fr) * | 1992-10-21 | 1994-11-25 | Snecma | Procédé de formage de pièces en alliages à base de titane. |
| US5597529A (en) * | 1994-05-25 | 1997-01-28 | Ashurst Technology Corporation (Ireland Limited) | Aluminum-scandium alloys |
| DE19504649C1 (de) * | 1995-02-13 | 1996-08-22 | Daimler Benz Ag | Verfahren und Ziehwerkzeug zum Streckziehen von Blechen |
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