ES2295824T3 - Procedimiento de embuticion en caliente de piezas de aleacion al-mg. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de piezas embutidas de aleación de aluminio que consta de las etapas siguientes: - fabricación de una banda de espesor comprendido entre 0,5 y 5 mm de aleación de composición (% en peso): Mg: 1-6 Mn < 1,2 Cu < 1 Zn < 1 Si < 3 Fe < 2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 con un contenido del resto de elementos < 0,1 cada uno y < 0,5 en total, siendo el resto Al, - corte de una pieza troquelada a partir de esta banda, - calentamiento local o total de la pieza troquelada a una temperatura comprendida entre 150 y 350ºC y con una duración < 30 s, - embutido de la pieza troquelada caliente mediante un utillaje calentado, al menos parcialmente, a una temperatura comprendida entre 150 y 350ºC, en presencia de un lubricante compatible con las operaciones posteriores.
Description
Procedimiento de embutición en caliente de
piezas de aleación Al-Mg.
La invención tiene que ver con la fabricación,
por embutición en caliente, es decir, a una temperatura
comprendida entre 150 y 350ºC, de piezas de aleación de aluminio
muy deformadas, en especial de aleaciones de tipo
Al-Mg (serie 5000 según la norma EN
573-3) destinadas en concreto a la fabricación
automovilística.
Se sabe que, a partir de 150ºC, crece el
alargamiento a la rotura de las aleaciones de aluminio, siendo este
efecto tanto más marcado cuanto más baja es la velocidad de
deformación. Contrariamente al conformado superplástico, que se
realiza a temperaturas superiores a 450ºC y que exige aleaciones
que presenten una microestructura particular de grano muy fino, el
conformado en caliente, a temperaturas comprendidas entre 150 y
350ºC, permite incrementar la ductilidad de las aleaciones
convencionales, especialmente las de la serie 5000.
Los primeros ensayos de embutición en caliente
de aleaciones de aluminio en la industria automovilística se
realizaron en los EE. UU., en la década de los años 1970 con el
objeto de sustituir el acero por el aluminio sin tener que
modificar el utillaje. La patente US 4090889 de Chrysler,
depositada en 1976, describe un procedimiento de embutición a una
temperatura comprendida entre 100 y 315ºC de piezas para el
automóvil en diversos tipos de aleaciones, entre las que se
encuentra la aleación 5252-H25. El calentamiento de
las piezas troqueladas, recubiertas con lubricante grafítico, se
realiza preferentemente por infrarrojos. Desde esa época, no se ha
realizado ninguna aplicación industrial, probablemente por falta
de control térmico del procedimiento y debido a la dificultad de
obtener cadencias de fabricación próximas a las del embutido en
frío convencional.
El objetivo de la presente invención consiste en
remediar este inconveniente y facilitar la embutición en caliente
de piezas de aleación de aluminio, especialmente de
Al-Mg, para el automóvil con una productividad
compatible con las exigencias de la industria automovilística, o
bien para obtener piezas que no se podrían realizar en frío, o bien
para facilitar la realización, especialmente disminuyendo el
número de pasadas de embutición, bien empleando aleaciones más
económicas, pero poco conformables en frío.
La invención tiene por objeto un procedimiento
de fabricación de piezas embutidas de aleación de aluminio, con
las etapas siguientes:
la fabricación de una banda de espesor
comprendido entre 0,5 y 5 mm de aleación de composición (% en
peso): Mg: 1-6 Mn < 1,2 Cu < 1 Zn < 1 Si
< 3 Fe <2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 con un contenido del resto
de elementos < 0,1 cada uno de ellos y < 0,5 en total, siendo
el resto Al.
- el corte de una pieza troquelada a partir de
esta banda,
- el calentamiento local o total de la pieza
troquelada a una temperatura comprendida entre 150 y 350ºC y de una
duración < 30 s,
- el embutido de la pieza troquelada mediante
un utillaje, al menos calentado parcialmente, a una temperatura
comprendida entre 150 y 350ºC, en presencia de un lubricante
compatible con las operaciones posteriores.
El lubricante se puede o bien depositar
previamente en la pieza troquelada, o bien ser proyectado en el
utillaje de embutido justo antes de procederse a la embutición de
la pieza troquelada. El embutido se realiza, preferentemente, en
una sola pasada.
La invención tiene también por objeto una pieza
embutida a partir de una pieza troquelada de aleación de aluminio
con la composición antes citada, que tiene zonas sin deformación o
poco deformadas y zonas muy deformadas, en la cual las partes menos
deformadas presentan un límite de elasticidad R_{0,2} superior al
menos en un 30% (o una dureza Vickers superior al menos en un 20%)
a la de las zonas más deformadas.
La figura 1 representa, en perspectiva, un forro
de puerta de automóvil realizado por el procedimiento según la
invención descrita en el ejemplo 1.
La figura 2 representa la zona precalentada de
la pieza troquelada empleada en los ejemplos 1 y 2.
La figura 3 es una vista en corte de la
contraembutición en esquina de la pieza del ejemplo 2.
La invención se aplica a la fabricación de
piezas embutidas de aleaciones de aluminio que contengan entre el
1 y el 6%, preferentemente entre el 3,5 y el 5% de magnesio. El Mg
contribuye a la resistencia mecánica de la aleación, al igual que
el Cu, Mn, o Zn, que pueden estar presentes hasta un contenido del
1% para el Cu y el Zn, y un 1,2% para el Mn. Estas aleaciones son
esencialmente aleaciones de la serie 5000, por ejemplo, aleaciones
5052, 5083, 5182 o 5754, pero pueden ser de la serie 4000 si el
contenido en Si es superior al de Mg, o de la serie 3000 si el
contenido en Mn es ligeramente superior al de Mg. Dichas aleaciones
3000 o 4000 pueden haber sido elaboradas a partir de una parte de
reciclados de fabricación, lo que las convierte en aleaciones
económicas.
Las bandas se pueden obtener de manera
tradicional por colada de placas, laminado en caliente, posterior
laminado en frío, pero también por colada continua de bandas, bien
entre dos correas metálicas ("colada por correa o
belt-casting") posterior laminado en caliente y,
posiblemente en frío, bien entre dos cilindros refrigerados
("colada en rodillo o roll-casting") y
posterior laminado en frío. En el caso de colada entre correas,
puede ser interesante, tanto en el plano técnico como en el
económico, utilizar bandas laminadas en caliente si es que lo
permite el espesor a
obtener.
obtener.
En la colada tradicional, el Fe está limitado al
0,8%, pero puede alcanzar el 2% en las aleaciones obtenidas por
colada continua. Asimismo, puede haber algo más de silicio, hasta
el 3% en colada continua, mientras que resulta mejor limitarlo al
2% en la colada tradicional.
La última pasada de laminación se puede realizar
con un cilindro texturado, por ejemplo, por tratamiento de haces
de electrones (EBT), por electro erosión (EDT) o por haz láser, lo
que mejora la conformabilidad y el aspecto superficial de la pieza
formada después de la pintura.
Las bandas pueden recocerse (estado O) si se
desean grandes alargamientos para fabricar piezas muy deformadas de
difícil embutición y se es menos exigente con la resistencia
mecánica final. Pero uno de los aspectos de interés del
procedimiento amparado por la presente invención es a partir de un
estado marteleado en frío o parcialmente restaurado (estados H1x o
H2x). Efectivamente, además de la ventaja económica de evitar el
recocido, se evita también la aparición de líneas de Lüders en el
embutido, lo que sucede cuando se parte del estado recocido. Es una
ventaja importante porque, además de una resistencia a la
indentación insuficiente debida al uso de un estado recocido, el
riesgo de las líneas de Lüders ha impedido hasta ahora el empleo de
aleaciones de Al-Mg para las piezas vistas de la
carrocería, destinadas a ser pintadas, mientras que se emplean
profusamente en las piezas de refuerzo que no se ven. Se puede
constatar que los mismos defectos de aspecto desaparecen también
durante el conformado en caliente de chapas en estado recocido, lo
que presenta interés para aquellas aplicaciones que necesitan una
gran conformabilidad y un aspecto atractivo, pero no una gran
resistencia mecánica como, por ejemplo, los forros visibles de
batientes. Por último, el empleo de un mismo tipo de aleación para
la pared y los refuerzos simplifica el reciclado.
Las bandas se troquelan con la forma
correspondiente a la pieza a fabricar. En esta etapa, las piezas
troqueladas se pueden recubrir con un lubricante relativamente
estable a la temperatura de embutición y que, a esta temperatura,
no emita vapores tóxicos. El lubricante debe ser además fácil de
eliminar en el desengrase y compatible con operaciones posteriores
como la soldadura o pegado sin preparación superficial adicional y
con la cataforesis. A título de ejemplo, se pueden utilizar
lubricantes obtenidos de ésteres sintéticos de alto punto de
ebullición y elevado punto de inflamación, que contengan como
aditivos de lubricación estearatos de cinc, de sodio o de litio, o
lubricantes sólidos del tipo nitruro de boro.
Las piezas troqueladas se calientan a
continuación a una temperatura comprendida entre los 150 y los
350ºC. Este precalentamiento debe realizarse con la rapidez
suficiente, en menos de 30 s, y preferentemente en menos de 20 s,
incluso menos de 10 s, para alimentar el útil de embutición a la
cadencia necesaria. Si hace falta, pueden disponerse varios puestos
de precalentamiento para alimentar un mismo útil. El
precalentamiento puede realizarse de manera homogénea en el
conjunto de la pieza troquelada, pero también de modo selectivo,
creando así un gradiente de temperatura entre las diferentes zonas
de la pieza troquelada. Este precalentamiento localizado optimiza
las características mecánicas, bien facilitando la conformación por
una mejor distribución de las deformaciones, bien conduciendo a una
pieza final con propiedades mecánicas heterogéneas, adaptadas a la
función de cada zona de la pieza conformada. Se puede así, por
ejemplo, precalentar selectivamente las zonas destinadas a sufrir
mayor deformación. En el caso de piezas troqueladas empalmadas, se
puede focalizar el precalentamiento en los alrededores de la zona
de empalme para evitar la rotura en esta zona durante la
embutición.
También se puede, partiendo de una pieza
troquelada de aleación muy marteleada en frío, calentar localmente
la periferia para obtener, al final de la conformación, una pieza
cuya parte central, que no ha sido sometida a calentamiento,
conserve un límite elástico elevado y cuya periferia, recocida
durante la conformación, presente por ello una buena aptitud de
engarce posterior.
Un medio apropiado para obtener un
precalentamiento rápido y, si es necesario, localizado, consiste en
utilizar un calentamiento por contacto mediante una zapata térmica
aplicada a la pieza troquelada con la forma de la zona o zonas a
calentar. Tal dispositivo garantiza una subida de temperatura de 20
a 300ºC en menos de 15 s, lo que permite alimentar una línea de
embutido de cadencia elevada con un número reducido de aparatos de
precalentamiento. Además, en el caso de que se parta de una pieza
troquelada marteleada en frío, más sensible a la temperatura y al
tiempo de exposición, este dispositivo permite realizar un control
de modo preciso y una buena reproducibilidad de las temperaturas
alcanzadas, con un buen control del tiempo de ciclo.
Cuando existe una zona muy deformada localizada
en el centro de la pieza, como por ejemplo un contraembutido, la
solicitadora ha constatado de modo sorprendente que, para evitar
una rotura en el embutido, la zona de precalentamiento de la pieza
troquelada debe situarse no en la zona a conformar, sino en las
proximidades. La aportación de calor debe provenir del
calentamiento de la pieza troquelada y no del útil ya que, en tal
caso, el contacto entre el útil y la pieza troquelada es demasiado
rápido para poder calentar de modo suficiente. El precalentamiento
de la pieza troquelada se realiza, por ejemplo, mediante un calzo
calefactor situado preferentemente a una distancia superior a 5 mm
de la zona de la pieza troquelada correspondiente a la zona
localmente muy deformada de la pieza.
La pieza troquelada se transfiere a continuación
hacia el útil de embutido y, para obtener la temperatura deseada
en prensa, se debe tener en cuenta el posible enfriamiento de la
pieza entre la salida del horno y la prensa, lo que conduce a
sobrecalentar ligeramente la pieza troquelada en relación con la
temperatura del útil.
A continuación ya se puede embutir la pieza
precalentada. Una de las características de la invención consiste
en que el útil de embutición se caliente también, al menos
parcialmente, a una temperatura comprendida entre 150 y 350ºC. Esto
se logra incorporando resistencias eléctricas al útil. Sólo se
pueden calentar ciertas zonas del útil, preferentemente la matriz y
el pisón de piezas más que el punzón. Una disposición especialmente
ventajosa consiste en tener una matriz dividida en dos partes
calentadas separadas por una lámina de aire. Se tiene así un borde
de matriz caliente bajo el guarnecido de la pieza troquelada que
sufre recalcado y un fondo de matriz más frío para optimizar la
resistencia mecánica de la pieza troquelada en los radios de la
matriz.
Se pueden usar también otros métodos para
mantener una parte del útil frío en la proximidad de una parte
caliente; por ejemplo, la proyección de aire comprimido para
evacuar el calor de la parte a mantener fría o bien la circulación
de un fluido de refrigeración por el interior de esta parte. La
temperatura de las diferentes partes del útil se controla por
regulación.
En el caso de que la pieza troquelada, no se
haya revestido previamente de una capa de lubricante tal como se
ha indicado anteriormente, se puede depositar el lubricante
directamente en el útil de embutido, por ejemplo, por
pulverización. De este modo, se reduce el tiempo de exposición del
lubricante a temperaturas elevadas, lo que evita que se degrade
prematuramente durante el precalentamiento.
El diseño del útil debe tener en cuenta la
dilatación no uniforme del útil cuando la temperatura no es
homogénea. El útil puede tratarse superficialmente para evitar que
se agarrote. El ciclo de conformado se realiza, preferentemente, en
una sola pasada de embutición, seguida de pasadas de acabado para
recortar o afinar los bordes. La cadencia de embutido es de, al
menos, 6 golpes por minuto.
El procedimiento según esta invención se puede
emplear para la fabricación de piezas con zonas muy deformadas,
especialmente piezas para la fabricación de automóviles, tanto para
piezas vistas de la carrocería como para piezas estructurales o de
refuerzo.
Gracias a la combinación óptima del
precalentamiento de las piezas troqueladas en ciertas zonas, y al
calentamiento del útil con un gradiente térmico entre diferentes
partes, se pueden obtener piezas estéticas para la parte vista de
la carrocería, como por ejemplo las de los batientes o los techos,
realizadas a partir de piezas troqueladas de espesores comprendidos
entre 0,6 y 1,5 mm, con una configuración a todas luces poco
habitual de propiedades mecánicas en función de las propiedades
exigidas por las diferentes partes de la pieza conformada, por
ejemplo, la resistencia a la indentación o el comportamiento al
impacto.
En el procedimiento clásico de embutición en
frío, las zonas más deformadas son las más batidas en frío y, por
lo tanto, las más duras. A la inversa, con el procedimiento según
esta invención, cuando se parte de un estado marteleado en frío,
las zonas más deformadas, generalmente en la periferia, se
encuentran, durante la embutición, en el estado parcialmente
restaurado, gracias al calentamiento del útil frente a estas zonas,
lo que permite que fluya bien el metal por el útil. Estas zonas no
endurecen, mientras que las zonas poco deformadas, más frías,
conservan su resistencia mecánica elevada de origen.
Se puede, así, obtener, para estas zonas poco
deformadas, un límite elástico R_{0,2} > 250 MPa, o una dureza
Vickers > 97 Hv, que garantizan especialmente una buena
resistencia a la indentación, con, además, un aspecto superficial
excelente por ausencia de líneas de Lüders y una baja recuperación
elástica. Además, las zonas periféricas parcialmente restauradas
durante el precalentamiento y la embutición se han ablandado y
presentan así una buena aptitud al engarce posterior. La
combinación de una buena resistencia a la indentación en el centro
y de una buena aptitud al engarce por la periferia se adapta muy
bien al empleo en paneles exteriores de carrocería, como capós,
puertas y techos.
Para los techos de aleación de aluminio, que se
pueden montar en un bastidor de acero, el procedimiento permite, al
disponer de una aleación de alto límite de elasticidad antes de la
etapa de cataforesis, evitar que aparezcan deformaciones
permanentes por la dilatación térmica diferencial que surge durante
esta operación.
\newpage
Para las piezas estructurales y de refuerzo, por
ejemplo, las vigas de los parachoques, las uniones al piso, los
varales, los soportes y los refuerzos de batientes, realizados a
partir de piezas troqueladas de espesor comprendido entre 2 y 5 mm,
se pueden obtener profundidades de embutición que no se consiguen
en frío, una recuperación elástica menor y una resistencia
mecánica más elevada.
En ciertos casos, en particular en los forros de
puerta, la resistencia mecánica elevada de las partes poco
deformadas, como por ejemplo, la franja situada bajo el marco de la
ventanilla, puede ser favorable en caso de colisión frontal y
permite, así, aligerar el perfil de refuerzo de esta zona.
De este modo, gracias al empleo de chapas
marteleadas en frío, el procedimiento según esta invención permite
una gran libertad de regulación para conseguir la forma final con
las características deseadas. Combinando un estado metalúrgico
intermedio (Hn4 o Hn2) con un calentamiento de la pieza troquelada
y de los útiles adecuados, se puede disminuir temporalmente el
límite elástico de la pieza a conformar. Después de enfriar, la
pieza recupera una resistencia mecánica elevada, poco degradada
respecto de la pieza troquelada original. Esta elección es muy
útil cuando se desea marcar los detalles en una pieza vista,
conservando un límite de elasticidad elevado después de
conformar.
El procedimiento según esta invención permite
alimentar una prensa de embutido a una cadencia de, al menos 6
piezas por minuto. Con respecto al embutido en frío, permite
optimizar las propiedades mecánicas para el conformado y lleva, en
productos conformados, a gradientes de propiedades mecánicas que
contribuyen a mejorar la función de servicio de la pieza final (por
ejemplo, su resistencia al impacto o a la indentación) o a
simplificar las operaciones posteriores de montaje de las piezas
conformadas (por ejemplo, el engarce).
Por último, la etapa de precalentamiento de la
pieza troquelada en el procedimiento según esta invención garantiza
una buena estabilidad térmica del procedimiento limitando los
intercambios térmicos entre la pieza troquelada y el útil para
simplificar el dispositivo de calentamiento de los útiles y
hacerlos menos sensibles a las variaciones de temperatura durante
el conformado a cadencia elevada.
Ejemplo
1
El forro de puerta representado en la figura 1
se ha realizado mediante el procedimiento de la invención en una
sola pasada de embutido y lleva un marco de ventanilla integrado
cuya profundidad de cajón es de, al menos, 100 mm. Los radios de
curvatura que se encuentran en la pieza son severos (de hasta 6 a 8
mm). El contorneado y recorte de los calados se realiza
posteriormente mediante los útiles de corte tradicionales.
Se parte de una pieza troquelada con forma de
paralelogramo, de aleación 5754-O de 1 mm de espesor
prelubricada con una emulsión acuosa que, después de la
evaporación, deja una película seca de aceite mineral (parafina de
C14 a C28).
Esta pieza no se puede realizar por el
procedimiento de embutido convencional (en frío) en una sola
pasada: se producen roturas en el radio del punzón, en aquellos
lugares en los que se solicita fuertemente el plegado del metal
bajo tracción en deformación plana. El metal, en consecuencia, no
tiene la resistencia suficiente para arrastrar el material
prensado por el pisón. Una disminución de la presión del pisón
conlleva la formación de pliegues.
La aplicación del procedimiento de la invención
consiste en precalentar la periferia de la pieza troquelada,
correspondiente a la zona (1) de la figura 2 que se va a encontrar
bajo el pisón de la pieza para disminuir su límite de elasticidad y
facilitar con ello el desplazamiento de metal por el útil, incluso
a presiones de pisón elevadas. Por el contrario, el centro de la
pieza troquelada se deja frío, en particular la zona que se pliega
bajo tracción en el radio del punzón, para no degradar su
resistencia mecánica.
La pieza troquelada se precalienta durante 10 s
por contacto. Con el propósito de realizar un calentamiento
localizado, se atornilla bajo una plataforma calefactora un calzo
con la forma de la zona a calentar. A continuación, la pieza
troquelada se aprieta contra dicho calzo y la pieza alcanza una
temperatura de 250ºC. La figura 2 ilustra la forma del calzo
atornillado bajo la plataforma calefactora. El tiempo de
calentamiento rápido (10 s) permite garantizar la alimentación de
la prensa a la cadencia necesaria y mantiene un gradiente térmico
en la pieza.
La pieza se eyecta bajo la prensa de embutido,
que es una prensa hidráulica de 900 toneladas. El útil de embutido
consta de 4 elementos: punzón, pisón y matriz dividida en dos
partes. La primera, denominada anillo de matriz está frente al
pisón. La segunda, denominada, fondo de matriz está situada frente
al punzón. Sólo el anillo de la matriz y el pisón se calientan a
250ºC por medio de resistencias en U que bordean la línea de
entrada de la matriz. El fondo de matriz, aislado del anillo de
matriz por una lámina de aire y el punzón, permanecen a una
temperatura inferior a 130ºC durante todo el ensayo.
La pieza se embute a una velocidad de punzón de
200 mm/s. La pieza conformada se expulsa de la prensa. La cadencia
que se puede lograr es de 6 a 10 golpes/minuto, que es la de una
línea de embutido clásico de forro de puertas de acero. La
combinación de precalentamiento localizado de la pieza y de
calentamiento del útil permite limitar los intercambios térmicos
entre la pieza troquelada y el útil y garantiza así la estabilidad
térmica del procedimiento.
Ejemplo
2
2a - Se ha realizado una pieza semejante a la
del ejemplo 1, pero que presenta en la esquina de la ventanilla un
contraembutido (3) especialmente crítico, cuya geometría se
representa en la figura 2. Aplicando las mismas condiciones que en
el ejemplo 1, es decir, precalentando la pieza únicamente en la zona
periférica (1) representada en la figura 2, aparece una rotura al
final de la carrera, durante la formación del contraembutido (3).
Para tratar de evitar esta rotura, se ha modificado el
precalentamiento de la pieza troquelada añadiendo un calzo (2) bajo
la zapata de precalentamiento, con objeto de precalentar a 300ºC,
además de la periferia, una zona en esquina, como la que se indica
en la figura 2. Se constata que si el calzo cubre toda la zona de
esquina, el metal se ablanda demasiado y no puede salir la pieza
sin que se rompa. Por el contrario, si no se calienta más que
localmente, de una parte a otra de la zona destinada a la
contraembutición (2) a más de 5 mm de ésta, sale la pieza sin que
se rompa. En tal caso, hubiera sido imposible calentar esta zona
con el útil, dado que el tiempo de contacto es demasiado corto para
conseguir los 300ºC. Se constata además una fuerte sensibilidad a
la posición del calzo (2). Desplazando la zona de calentamiento
adicional 2 cm hacia la periferia, se observa una rotura en el
radio del contraembutido. Desplazándola 2 cm hacia el interior, se
observa una rotura en el interior de la zona de vano de
cristal.
La combinación entre el precalentamiento
optimizado de la pieza troquelada y el calentamiento del útil
permite embutir esta pieza difícil a una cadencia de 6
piezas/minuto, garantizando la estabilidad térmica del
procedimiento.
2b - Se realizan las mismas operaciones que en
el ejemplo 2a, pero con una aleación 5052-0
obtenida de colada continua de bandas entre cilindros
("twin-roll casting"). Se obtiene, con los
mismos parámetros de procedimiento, una pieza conformada sin
rotura, lo que resulta imposible hacer en frío con este
material.
2c - Se repiten las mismas operaciones que en el
ejemplo 2b, pero con una aleación 5052 bruta de laminación en
caliente, obtenida de colada continua de bandas entre dos correas
("twin-belt casting"). El resultado es
idéntico.
Ejemplo
3
Se realiza la misma pieza que en el ejemplo 1,
pero partiendo de una pieza troquelada de 5182-H18,
cuyo límite elástico es superior a 300 MPa y su dureza Vickers es
superior a 110 Hv. La pieza troquelada se prelubrica con una
emulsión saturada de estearato de litio.
La pieza troquelada es demasiado dura para ser
conformada. El papel del precalentamiento consiste en facilitar la
deformación en las zonas que se van a deformar fuertemente, es
decir, las zonas periféricas. Estas zonas se precalientan mediante
el mismo dispositivo que anteriormente, pero a una temperatura de
350ºC. El precalentamiento rápido y local permite mantener un
gradiente de temperatura fuerte en el seno de la pieza troquelada
(250ºC en 10 cm).
Los útiles se calientan a 300ºC. Una regulación
sencilla permite mantener los útiles a 300ºC, ya que el intercambio
con la pieza troquelada, de mayor temperatura, es menor. En el
transcurso del conformado, el calentamiento de las partes
deformadas provoca la disminución del esfuerzo de fluidez, que
facilita la consecución del embutido, el metal ablandado puede
fluir por el útil y conformarse.
Ahora bien, la zona de la tira del
acristalamiento, poco deformada y sin calentar, conserva una
resistencia mecánica elevada (Rm > 340 MPa, o una dureza Vickers
> 105 Hv), favorable en caso de choque frontal. Se puede
aligerar el perfil de refuerzo de esta zona sin pérdida de
deformación global.
Ejemplo
4
Se realiza, por embutición en caliente según el
procedimiento de la presente invención, un techo de aleación 5182.
Una de las propiedades de empleo de este tipo de pieza es su
resistencia a la indentación, directamente relacionada con el
límite elástico. Como las aleaciones 5000 no son de endurecimiento
estructural, contrariamente a las aleaciones 6000 que endurecen
durante la cocción de las pinturas, la pieza debe tener un límite
elástico después del conformado suficientemente grande para cumplir
el pliego de prescripciones técnicas. Es por ello por lo que se
parte de una pieza troquelada de 1 mm de espesor, de aleación
fuertemente batida en frío, 5182 en estado H14, cuyo límite
elástico es superior a 240 MPa, con una dureza Vickers > 95 Hv.
Por el procedimiento de embutición convencional en frío, no se
podría conformar dicha pieza troquelada.
Se emplea el mismo lubricante que en el ejemplo
3.
La pieza troquelada se precalienta durante 10 s
en un calentador que entra en contacto con toda la pieza. De
hecho, contrariamente a lo sucede en el ejemplo 1, es preferible
calentar toda la pieza troquelada a 275ºC para controlar mejor la
geometría final y marcar bien las líneas de la pieza.
El útil consta de 3 elementos: punzón, pisón y
matriz. Se insertan cartuchos calefactores en los elementos para
calentarlos uniformemente a 275ºC. El embutido se realiza en la
misma prensa hidráulica de 900 toneladas que en los ejemplos
anteriores, con una velocidad de punzón de 200 mm/s. La cadencia es
de 6 piezas/minuto.
Se sacan unas probetas de la pieza conformada y
luego se pasan por una estufa para simular un ciclo de cocción de
pinturas (mantenimiento a 180ºC durante 20 min). Los ensayos de
tracción muestran que se conserva un límite elástico superior a 220
MPa, es decir, una dureza Vickers > 90 Hv, lo que basta, en una
chapa de 1 mm de espesor, para obtener una resistencia a la
indentación satisfactoria.
Por último, este alto límite elástico evita que
aparezcan defectos permanentes que podrían producirse durante la
cocción de las pinturas. En efecto, si la pieza se sujeta en un
marco de acero, la diferencia de coeficientes de dilatación térmica
provoca una mayor dilatación del techo, de ahí el riesgo de pandeo.
Si el límite elástico del techo es bajo, este pandeo puede
provocar deformaciones irreversibles (plastificación), pero con un
límite de elasticidad alto este riesgo desaparece.
Ejemplo
5
Como en el ejemplo 4, se emplea una aleación
5182 marteleada en frío para obtener un panel exterior de batiente
(capó). Los criterios de aspecto y de resistencia a la indentación
son los mismos que antes. Sin embargo, el panel exterior debe
engarzarse en un forro. Los contornos del panel, en consecuencia,
deben ser aptos al engarce; de ahí la necesidad de una pieza
conformable en dicho sitio. Las zonas destinadas a ser engarzadas
se encuentran bajo el pisón de la primera pasada de embutido.
Se parte pues de un estado fuertemente deformado
en frío, H18, que es muy sensible a la temperatura de
conformado.
Se realiza un precalentamiento local a 300ºC en
la zona periférica de la pieza troquelada, tanto para facilitar el
embutido como para ablandar la zona que se engarzará
posteriormente. Como en el ejemplo 3, el calentamiento rápido por
contacto permite mantener un gradiente térmico fuerte en el seno de
la pieza.
Los útiles de embutido se calientan
uniformemente a 300ºC. En el alcance del pisón, ello persigue el
ablandamiento de las zonas destinadas a ser engarzadas, iniciado
durante el precalentamiento, mientras que en la zona de punzón, el
calentamiento ayuda a disminuir temporalmente el límite elástico y
a marcar bien las formas de la pieza.
El producto final es pues un panel cuya zona
central ha perdido muy poco sus características mecánicas antes de
la embutición debido a que ha sido expuesto muy brevemente (sólo
durante el embutido) a 300ºC: se obtiene así un límite elástico
R_{0,2} > 250 MPa, o una dureza Vickers > 97 Hv. Esta zona
presenta pues una buena resistencia a la indentación. La zona
periférica, por el contrario, presenta un límite elástico más bajo
R_{0,2} < 160 MPa o una dureza Vickers < 75 Hv. En
consecuencia, es muy conformable y apta para ser engarzada en una
pieza de forro.
Claims (23)
1. Procedimiento de fabricación de piezas
embutidas de aleación de aluminio que consta de las etapas
siguientes:
- fabricación de una banda de espesor
comprendido entre 0,5 y 5 mm de aleación de composición (% en
peso): Mg: 1-6 Mn < 1,2 Cu < 1 Zn < 1 Si
< 3 Fe < 2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 con un contenido del resto
de elementos < 0,1 cada uno y < 0,5 en total, siendo el resto
Al,
- corte de una pieza troquelada a partir de esta
banda,
- calentamiento local o total de la pieza
troquelada a una temperatura comprendida entre 150 y 350ºC y con
una duración < 30 s,
- embutido de la pieza troquelada caliente
mediante un utillaje calentado, al menos parcialmente, a una
temperatura comprendida entre 150 y 350ºC, en presencia de un
lubricante compatible con las operaciones posteriores.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la banda de partida está
marteleada en frío o parcialmente restaurada
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que la
banda de 5 partida es de aleación 5182, 5052, 5083 o 5754.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que la
banda se obtiene de colada continua.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que la banda se obtiene por
colada continua entre dos correas, laminada en caliente y empleada
en dicho estado.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que el
lubricante contiene un estearato de litio y de sodio en emulsión
acuosa.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que el
lubricante se deposita en la pieza troquelada.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que el
lubricante se deposita en el útil antes del embutido.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que el
calentamiento de la pieza troquelada se realiza por contacto
mediante una zapata calefactora que tiene la forma de la zona a
calentar.
10. Procedimiento según una las reivindicaciones
1 a 9, caracterizado por el hecho de que el calentamiento
de la pieza troquelada se realiza en una zona periférica.
11. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado por el hecho de que la pieza troquelada se
calienta localmente mediante un calzo sujeto a la zapata
calefactora.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por el hecho de que la
pieza lleva en su centro una zona localizada muy deformada y que la
zona precalentada está colocada a una distancia superior a 5 mm de
la zona de la pieza troquelada correspondiente a la zona localmente
muy deformada de la pieza.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho de que el
útil de embutido está constituido de punzón, pisón, un anillo de
matriz situada frente al pisón y un fondo de matriz situado frente
al punzón en el que sólo se calientan el anillo de matriz y el
pisón.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que el
embutido se hace en una sola pasada.
15. Utilización del procedimiento según una de
las reivindicaciones 1 a 14 para la fabricación de piezas de
refuerzo o de forro de carrocería del automóvil.
16. Utilización del procedimiento según una de
las reivindicaciones 1 a 14 para la fabricación de piezas vistas
de carrocería del automóvil.
17. Pieza embutida a partir de una pieza
troquelada de espesor comprendido entre 0,5 y 5 mm de aleación de
composición (% en peso): Mg: 1-6 Mn < 1,2 Cu
< 1 Zn < 1 Si < 3 Fe < 2 Cr < 0,4 Zr < 0,3 con un
contenido del resto de elementos < 0,1 cada uno y < 0,5 en
total, siendo el resto Al, que tiene zonas sin deformación o poco
deformadas y zonas muy deformadas, caracterizada por el
hecho de que el límite elástico R_{0,2} de las zonas menos
deformadas es superior al menos en un 30%, o la dureza Vickers Hv
superior en al menos un 20% respecto de las zonas más
deformadas.
18. Pieza según la reivindicación 17,
caracterizada por el hecho de que es una pieza vista de la
carrocería del automóvil.
19. Pieza según la reivindicación 17,
caracterizada por el hecho de que tiene zonas ablandadas
para un conformado posterior.
20. Pieza según la reivindicación 19,
caracterizada por el hecho de que es una pieza a engarzar en
un forro.
21. Pieza según la reivindicación 17,
caracterizada por el hecho de que es un forro de puerta de
automóvil.
22. Pieza según la reivindicación 21,
caracterizada por el hecho de que tiene una franja bajo la
ventanilla y la resistencia a la rotura Rm de esta franja es
superior a 340 MPa o su dureza es superior a 105 HV.
23. Pieza según la reivindicación 18,
caracterizada por el hecho de que es una parte de techo
sujeta a un marco de acero.
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