ES2346142T3 - Procedimiento de fabricacion de una pieza de material compuesto. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de una pieza de material compuesto estratificada, que comprende las etapas que consisten en: - revestir al menos una cara de una chapa de acero cuyo espesor Ea es inferior a 0,65 mm mediante una o varias películas adherentes de polímero cuyo espesor total Ep es superior o igual a 0,1 mm para formar una chapa de acero de material compuesto estratificada que presenta un espesor E, según lo cual E = Ea + Ep, - eventualmente, cortar dicha capa para formar una pieza en bruto, y después - conformar mediante embutición la chapa o la pieza en bruto de chapa de material compuesto estratificada para obtener dicha pieza de material compuesto, realizándose la embutición en una herramienta de embutición que comprende un punzón, una matriz y un pisador, regulando el valor del paso de material Pm entre el punzón y la matriz, de tal modo que: E - 0,80 x Ep <=q Pm <=q E.
Description
Procedimiento de fabricación de una pieza de
material compuesto.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de fabricación de una pieza de material compuesto
estratificada, a las piezas obtenidas según este procedimiento, y
al uso de estas piezas en el campo del automóvil para fabricar la
caja en blanco de los vehículos, en los campos de los
electrodomésticos, de la industria en general o incluso de la
construcción.
Las nuevas legislaciones puestas en práctica con
vistas a reducir las emisiones de gases carbónicos, obligan a los
fabricantes a reducir el peso de los vehículos automóviles para
disminuir su consumo de carburante.
A pesar de los progresos realizados por los
profesionales de la siderurgia por perfeccionar clases de acero que
presentan a la vez una buena resistencia y una buena ductilidad, lo
que permite reducir sensiblemente el espesor de las chapas, éstas
presentan todavía espesores superiores a 0,65 mm para las piezas de
grandes dimensiones, es decir, piezas para las que la chapa o pieza
en bruto de chapa utilizada para realizarlas tiene al menos una de
sus dimensiones superior a 600 mm. Por consiguiente, el peso de este
tipo de piezas todavía sigue siendo superior a las exigencias de
los fabricantes. En efecto, no es factible la fabricación de piezas
de carrocería, es decir, de piezas visibles como por ejemplo las
aletas, mediante conformación mediante embutición de una chapa de
acero que tiene un espesor inferior a 0,65 mm, ya que es muy difícil
de controlar en una instalación industrial, especialmente debido a
los riesgos de formación de pliegues o de rasgados en la pieza
embutida.
Durante la embutición, la chapa de acero se
mantiene mediante pisadores entre una matriz y un punzón que
presentan formas a menudo complejas. Así, ciertas zonas de la chapa
experimentan estiramientos, mientras que otras zonas experimentan,
en cambio, compresiones.
De manera clásica, cuando la chapa tiene un
espesor superior a 0,65 mm, se regulan las herramientas de
embutición de modo que la distancia entre el punzón y la matriz,
que el experto en la técnica denomina clásicamente "paso de
material", sea igual o superior al espesor de la chapa que va a
embutirse. Se trabaja en estas condiciones, con una holgura
positiva entre las herramientas. Lo habitual es tomar un margen
equivalente a algunos tantos por ciento del espesor de la chapa,
teniendo esto por objetivo, por una parte, tolerar las variaciones
de espesor que puedan existir para tales chapas y, por otra parte,
facilitar el flujo del material en las zonas de contracción de la
pieza, es decir, allí donde la chapa va a tener tendencia a
engrosarse en el transcurso de la conformación. Se evitan así los
riesgos de pinzamientos entre las herramientas que pueden provocar
rasgados. A este nivel de espesor, el acero tiene una capacidad de
deformación suficiente para compensar las diferencias de holguras
que aparecen en el transcurso de la embutición, y evitar la
formación de pliegues y/o de rasgados.
En cambio, cuando el espesor de la chapa está
comprendido entre 0,50 y 0,65 mm, el acero se vuelve sensible a
las diferencias de holgura entre las herramientas, y ya no puede
compensar estas diferencias de holguras. Por consiguiente, se
producen pliegues y rasgados. Si, durante la embutición de tales
chapas, se conserva el hábito de regular las herramientas con una
holgura positiva, se consiguen evitar los rasgados. Sin embargo, la
formación de pliegues es inevitable, y esto es inaceptable sobre
todo para piezas de carrocería.
La embutición de una chapa que presenta un
espesor inferior a 0,50 mm con vistas a formar una pieza de forma
compleja que no presente pliegues es incluso imposible, ya que se
vuelve delicado encontrar un punto de funcionamiento de las
herramientas de embutición sin riesgo de rasgado.
Así, para reducir el peso de los vehículos, los
fabricantes recurren a materiales de baja densidad como el aluminio
o los polímeros termoplásticos para realizar este tipo de piezas. En
el caso de los polímeros termoplásticos, su utilización permite un
aligeramiento de las piezas del orden del 50% con respecto al mismo
tipo de piezas de acero, así como una gran libertad de forma.
Además, las piezas de polímero termoplástico presentan una
excelente tolerancia a los pequeños choques.
Sin embargo, los polímeros termoplásticos
presentan inconvenientes tales como:
- problemas de conductividad eléctrica que hacen
su utilización incompatible con los procedimientos convencionales
de pintado, como la cataforesis,
- dificultades para obtener una pieza cuyo tono
sea el mismo que el de las piezas circundantes que son generalmente
de acero, y
- limitaciones de ensamblaje relacionadas con la
dilatación diferencial de la pieza de polímero termoplástico frente
a las piezas circundantes durante los ciclos de calentamiento del
pintado, y en la vida útil del vehículo.
También se conocen chapas tipo "sándwich"
compuestas por dos paramentos exteriores de chapa de acero y de un
alma de polímero que une los dos paramentos, que permiten lograr un
aligeramiento del orden del 20 al 30% con respecto a una chapa de
acero que presenta las mismas características mecánicas. Sin
embargo, por una parte, el aumento de peso se considera
insuficiente por parte de los fabricantes de automóviles, por otra
parte, la fabricación de este tipo de chapas es delicada. En efecto,
es difícil hacer que se adhiera la capa de polímero entre los dos
paramentos de manera homogénea, y la chapa tipo "sándwich"
corre el riesgo de deslaminarse durante su conformación.
En los campos de los electrodomésticos y la
industria en general, los fabricantes también se ven forzados a
restricciones de aligeramiento para aumentar la productividad. Por
tanto, se encuentra de nuevo el mismo problema que el que se
encuentra en el campo del automóvil durante la conformación mediante
embutición de chapas o de piezas en bruto de chapas de espesores
finos para obtener piezas que presenten un buen aspecto.
En el campo del embalaje, se conoce así el
documento EP 648600 que da a conocer un procedimiento de fabricación
de una pieza de material compuesto que consiste en conformar una
chapa de acero de espesor comprendido entre 0,10 y 0,30 mm,
revestida con una película de polímero de espesor comprendido entre
0,002 y 0,1 mm.
En el campo del automóvil, se conoce el
documento EP 1342650 que da a conocer un procedimiento de
fabricación de una pieza de carrocería exterior mediante embutición
profunda de una chapa metálica revestida mediante recubrimiento de
bobinas (coil coating).
Por tanto, el objetivo de la presente invención
es evitar la formación de pliegues y/o de rasgados en piezas en
acero obtenidas mediante conformación de chapas o de piezas en bruto
de chapa de acero que tienen un espesor inferior a 0,65 mm.
Con este fin, la invención tiene como primer
objeto un procedimiento de fabricación de una pieza de material
compuesto estratificada que comprende las etapas que consisten
en:
- revestir al menos una cara de una chapa de
acero cuyo espesor E_{a} es inferior a 0,65 mm, mediante una o
varias películas adherentes de polímero cuyo espesor total E_{p}
es superior o igual a 0,1 mm para formar una chapa de acero de
material compuesto estratificada que presenta un espesor E = E_{a}
+ E_{p},
- eventualmente, cortar dicha capa para formar
una pieza en bruto, después
- conformar mediante embutición la chapa o la
pieza en bruto de chapa de material compuesto estratificada para
obtener dicha pieza de material compuesto, realizándose la
embutición en una herramienta de embutición que comprende un
punzón, una matriz y un pisador, regulando el valor del paso de
material Pm entre el punzón y la matriz de modo que: E - 0,80 x
E_{p} \leq Pm \leq E.
El procedimiento según la invención también
puede presentar las características siguientes:
- la embutición de la chapa o de la pieza en
bruto de chapa de material compuesto estratificada se realiza
aplicando el punzón o bien directamente sobre la cara revestida con
la película adherente de polímero de la chapa o de la pieza en
bruto de chapa, o bien directamente sobre la cara no revestida con
la película adherente de polímero de la chapa o de la pieza en
bruto de chapa,
- el espesor de la chapa de acero E_{a} es
inferior a 0,5 mm,
- el espesor de la película adherente de
polímero E_{p} es superior a 0,2 mm,
- el espesor total de la chapa de acero de
material compuesto estratificada E está comprendido entre 0,3 y 1,2
mm,
- la película de polímero se extrude
directamente sobre la chapa,
- la película de polímero se forma previamente,
antes de aplicarse sobre la chapa de acero mediante laminación en
caliente o mediante pegado por medio de un adhesivo,
- el polímero de la película adherente es un
polímero termoplástico seleccionado entre las poliolefinas, los
poliésteres, las poliamidas y sus mezclas.
Con vistas a mejorar la adherencia de la
película de polímero sobre la chapa de acero: el polímero se
funcionaliza mediante injerto con un ácido carboxílico o uno de sus
derivados, y/o la película de polímero experimenta, antes de su
aplicación sobre la chapa de acero, un tratamiento corona o un
tratamiento con llama, y/o la chapa de acero se somete a un
tratamiento de superficie previo con vistas a mejorar la adherencia
de la película de polímero sobre la chapa.
La chapa de acero utilizada para fabricar la
pieza de material compuesto estratificada según la invención tiene
un espesor E_{a} que es superior a 0,1 e inferior a 0,65 mm,
preferiblemente inferior a 0,5 mm y ventajosamente inferior a 0,4
mm.
En efecto, por debajo de 0,1 mm, la rigidez de
la pieza de material compuesto estratificada será insuficiente, y a
partir de 0,65 mm, el aumento de peso de la pieza será
insuficiente.
\newpage
Generalmente, les chapas utilizadas para
fabricar las piezas de carrocería externa para un automóvil,
incluyendo los forros de techos solares, o las piezas para
electrodomésticos, tienen una anchura superior a 600 mm, y las
piezas en bruto de chapa tienen al menos una de sus dimensiones
superior a 600 mm.
La clase de acero utilizada depende
principalmente de las aplicaciones previstas. Por ejemplo, en el
caso en el que la pieza de material compuesto estratificada se
utiliza para la fabricación de vehículos automóviles, las clases de
acero utilizadas normalmente son las clases Dual Phase, las clases
ES (EN DC01 a DC06), las clases HLE (EN H 240 LA a H 40 LA) o
incluso las clases IF P220 o P235.
La chapa de acero puede revestirse previamente o
no. Preferiblemente, con el fin de mejorar sus propiedades, se
revestirá previamente al menos en una de sus caras mediante un
revestimiento metálico, por ejemplo a base de zinc puro o de
aleación de zinc o mediante un revestimiento orgánico delgado (del
orden de \mum) del tipo película seca de lubricación, imprimación
anticorrosión, laca de acabado o imprimación de adherencia. También
puede haberse sometido a un tratamiento de cromado o de fosfatado, o
incluso haberse revestido mediante una película de aceite.
La película adherente de polímero tiene un
espesor E_{p} superior o igual a 0,1 mm, y preferiblemente
superior a
0,2 mm.
0,2 mm.
Por debajo de 0,1 mm, se corre el riesgo de
dañar rápidamente la pieza durante su fabricación, en primer lugar
porque se desprende el revestimiento previo, después porque se rompe
la pieza. Por encima de 0,2 mm, el aumento de peso de la pieza
empieza a ser apreciable, porque cuanto más importante sea el
espesor del polímero, más puede reducirse el espesor de la
chapa.
El polímero se elige en función del destino
final de la pieza; sin embargo, debe presentar en todos los casos
las características siguientes:
- un alto nivel de adherencia sobre la chapa de
acero para, por una parte, evitar los fenómenos del tipo
deslaminación durante la conformación de la pieza en bruto de chapa
de material compuesto estratificada y, por otra parte, garantizar
una buena resistencia a la corrosión, y
- un nivel de ductilidad suficiente para no
perjudicar las características de conformabilidad de la chapa de
material compuesto estratificada.
Finalmente, según el destino de la pieza de
material compuesto estratificada, el polímero presentará
características adicionales.
Así, en los campos del automóvil y de los
electrodomésticos, el polímero también puede presentar propiedades
de amortiguación vibroacústica.
En el campo del automóvil, además es preferible
que el polímero presente una buena resistencia mecánica según la
temperatura para garantizar el aspecto de la superficie y la
precisión geométrica de la pieza, y esto incluso después de haberse
sometido a un tratamiento térmico intenso como, por ejemplo, durante
su pintado mediante cataforesis. En efecto, la cataforesis implica
la exposición de la pieza a temperaturas comprendidas entre 140 y
200ºC durante de 15 a 30 minutos con el fin de curar la capa de
pintura.
El polímero es un polímero termoplástico elegido
entre las poliolefinas como, por ejemplo, el polietileno y el
polipropileno, los poliésteres como, por ejemplo, el
poli(tereftalato de etileno), las poliamidas, y sus
mezclas.
Para mejorar la adherencia de la película de
polímero sobre la chapa de acero, el polímero se funcionaliza
preferiblemente mediante injerto con un ácido carboxílico o uno de
sus derivados. También puede comprender un copolímero de estireno y
de ácido carboxílico o uno de sus derivados, o incluso una cantidad
muy pequeña de resina epoxídica. La película de polímero también
puede experimentar, antes de aplicación sobre la chapa, un
tratamiento corona o un tratamiento con llama. La chapa puede
someterse además a un tratamiento de superficie previo tal como un
cromado, un fosfatado o cualquier otro tratamiento de superficie
denominado como sin cromo VI.
El polímero también puede contener compuestos
bien conocidos por el experto en la técnica para mejorar
adicionalmente las propiedades del polímero, por ejemplo, aditivos
como agentes antiestáticos, pigmentos, colorantes y agentes
antioxidantes con el fin de evitar los fenómenos de termooxidación
que pueden tener lugar durante los ciclos de cocido de las
pinturas.
Además, las características de puesta en
práctica del polímero pueden mejorarse mediante la incorporación de
pequeñas cantidades de lubricantes o de agentes de
deslizamiento.
La película puede comprender una o varias capas
de polímero cuyo espesor total E_{p} es superior o igual a 0,1
mm, como por ejemplo una película coextrudida bicapa que comprende
una primera capa adhesiva de 50 \mum de espesor constituida por
polipropileno injertado con anhídrido maleico, y una segunda capa de
350 \mum de espesor de polipropileno.
Para fabricar la chapa de acero estratificada de
material compuesto, se aplican una o varias películas de polímero
sobre toda la superficie, o sobre una parte solamente de al menos
una cara de la chapa de acero mediante laminación en caliente o
mediante pegado por medio de un adhesivo.
Preferiblemente, la chapa de acero se
precalienta para garantizar una mejor adherencia de la película de
polímero sobre la chapa de acero.
La película de polímero se forma previamente,
por ejemplo mediante extrusión, después se aplica sobre la chapa de
acero, o bien se extrude directamente sobre la chapa.
Generalmente, el espesor total de la chapa de
acero de material compuesto estratificada E está comprendido entre
0,3 y 1,2 mm.
En efecto, no será posible fabricar, a partir de
una chapa de material compuesto estratificada de espesor E inferior
a 0,3 mm, piezas que presenten una rigidez suficiente para una
aplicación industrial. En cambio, a partir de 1,2 mm, el aumento de
peso de la pieza será insuficiente.
Después de haber fabricado la chapa de material
compuesto estratificada, todavía es posible reforzarla localmente
aplicando sobre la película adherente de polímero piezas en bruto de
chapa de acero, de modo que se forman chapas de tipo
"patchwork".
Una vez fabricada la chapa de acero de material
compuesto estratificada, o bien se conforma directamente en
herramientas denominadas "herramientas progresivas", es decir,
que la chapa inicialmente en forma de bobina, es desbobina, después
se encaja directamente entre las herramientas que van a realizar
todos o parte de los cortes de la pieza al mismo tiempo que ciertas
etapas de la conformación, o bien se corta para formar piezas en
bruto que serán aptas para una conformación posterior.
La conformación de la chapa o de la pieza en
bruto de chapa de material compuesto estratificada se realiza
mediante embutición en una herramienta de embutición que comprende
de manera clásica un punzón, una matriz y un pisador.
Tras haber fijado la chapa o la pieza en bruto
en el pisador, se regula el paso de material Pm entre el punzón y
la matriz de modo que el paso de material Pm esté comprendido,
incluyendo los extremos, entre el espesor de la chapa o de la pieza
en bruto de chapa de material compuesto estratificada E menos el 80%
del espesor total de la o de las películas de polímero adherente
E_{p}, y el espesor de la chapa o de la pieza en bruto de chapa de
material compuesto estratificada E, es decir: E - 0,80 x E_{p}
\leq Pm \leq E.
Esta regulación permite obtener una pieza que no
presenta ni pliegues, ni rasgados. Esto se debe a la capacidad del
polímero para comprimirse y deformarse, que es superior a la del
acero.
Tras haber regulado el paso de material Pm entre
el punzón y la matriz, se embute la chapa o la pieza en bruto
aplicando el punzón o bien sobre la cara de la chapa o de la pieza
en bruto revestida con la película de polímero adherente, o bien
sobre la cara no revestida de esta película.
Como se verá en los ejemplos posteriores, la
película de polímero aplicada sobre la chapa o la pieza en bruto de
chapa permite reducir el espesor de la chapa que se quiere
conformar, debido a la capacidad del polímero para comprimirse y
deformarse. Así, el polímero va a permitir que se mantenga una
presión y un contacto constantes y uniformes entre el punzón, la
chapa o la pieza en bruto, y la matriz, fluyendo de modo
sacrificial. Las zonas de contracción en la chapa o la pieza en
bruto de chapa de material compuesto estratificada, que en el caso
particular de una chapa de acero monolítica son tanto más críticas
cuanto menor sea el espesor de la chapa, van compensarse y
estabilizarse tanto más cuanto más importante sea el espesor de la
película de polímero, para un espesor de chapa dado. Por
consiguiente, la formación de pliegues en la pieza, la alteración
del revestimiento previo, y/o la rotura de la pieza se reducirán
como consecuencia, o incluso se eliminarán por completo.
Los inventores han puesto así de manifiesto que
si se regula el paso de material Pm a un valor superior al espesor
de la chapa o de la pieza en bruto de chapa de material compuesto
estratificada E, empiezan a formarse pliegues en la pieza a medida
que el punzón deforma la chapa o la pieza en bruto de chapa
revestida mediante la o las películas de polímero adherente,
pliegues que serán tanto más importantes cuanto más importante sea
Pm.
En cambio, si se regula el paso de material Pm a
un valor inferior a E - 0,80 x E_{p}, la pieza corre el riesgo
de rasgarse, debido a un rozamiento excesivo entre la matriz, el
punzón y la chapa o la pieza en bruto de chapa de material
compuesto estratificada. En el caso en el que la chapa o la pieza en
bruto de chapa de material compuesto estratificada está revestida
previamente, por ejemplo mediante un revestimiento previo de zinc,
este revestimiento previo va a deteriorarse, y después, cuando
aumenten las tensiones, la chapa o la pieza en bruto de chapa de
acero va a rasgarse debido a la compresión excesiva de la o de las
películas de polímero adherentes.
Las piezas obtenidas pueden utilizarse en
diferentes campos en los que puede buscarse un aumento de peso,
como por ejemplo, en el del automóvil para la fabricación de aletas,
en el de los electrodomésticos para la fabricación de carcasas de
lavadoras, y en el de la industria en general.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Según la aplicación a la que se destine la pieza
de material compuesto estratificada, ésta puede revestirse con una
película adherente de polímero sobre una cara o sobre las dos caras
de la chapa de acero.
Por ejemplo, una pieza destinada a la
fabricación de electrodomésticos puede revestirse ventajosamente en
sus dos caras mediante una película adherente de polímero, pudiendo
ser la naturaleza del polímero idéntica o diferente, de modo que se
confiera a la cara visible de la pieza un aspecto de superficie
satisfactorio.
Una chapa de acero revestida mediante una
película de polímero adherente permite así fabricar piezas que
presentan un aumento del orden del 30 al 50% en peso con respecto a
una pieza de acero monolítica, y esto con una pérdida limitada de
la rigidez de la pieza conformada.
Una chapa de material compuesto estratificada de
este tipo presenta además la ventaja de que no se marca durante las
etapas de manipulación de dicha capa, debido a su carácter
elástico.
La pieza de material compuesto estratificada
obtenida según la invención presenta, además, a igual espesor de
pieza, una resistencia a pequeños choques superior a la de una pieza
de acero monolítica o incluso de polímero monolítica. Esta
característica la buscan particularmente los fabricantes de
automóviles, para las piezas de carrocería como las aletas o las
cubiertas de techos solares por ejemplo, que experimentan
regularmente choques de baja intensidad.
Se entiende, por pieza resistente a pequeños
choques, una pieza que se deforma bajo la acción de un choque y
recupera su forma inicial sin ningún marcado residual. Para una
geometría de pieza dada, cada material, en función de su
comportamiento mecánico y de su espesor, tiene una energía de
formación de abolladuras más allá de la cual, tras un choque, la
pieza se marca de modo importante, sin posibilidad de recuperar su
forma inicial.
Considerando que el marcado de una pieza sólo es
visible a partir de una deformación residual de 0,25 mm, los
inventores han puesto así de manifiesto que el marcado irreversible
de una pieza monolítica de acero de la clase DP 500 y de 0,75 mm de
espesor se produce con un choque que tiene una energía de 2,28 J,
mientras que el marcado irreversible de una pieza de acero de la
clase DP 500, de 0,5 mm de espesor revestida mediante una película
de polipropileno de 0,25 mm de espesor sólo se produce a partir de
un choque con una energía de 4,73 J. Estos valores han de
considerarse sin que el acero DP 500 se haya sometido a
endurecimiento en horno (bake-hardening). Si
ese hubiera sido el caso, el marcado de la pieza sólo habría
comenzado a partir de un choque que presentara una energía superior
a la que se mencionó anteriormente.
La invención va a ilustrarse a continuación
mediante ejemplos dados a modo de indicación, y no limitativo, y en
referencia a la figura única adjunta.
La figura única ilustra los resultados de
ensayos de embutición efectuados con diferentes piezas en bruto de
chapa de acero revestidas mediante una película de polímero
adherente según la invención (cubetas A1 a A4) o no revestidas
(cubetas B1 a B4).
Con este fin, se fabricó una chapa de acero, de
la clase DP500, de 0,5 mm de espesor, revestida previamente en cada
una de sus caras mediante un revestimiento de zinc realizado
mediante electrozincado.
Después, se aplicó mediante colaminación una
película de polímero coextrudida a base de polipropileno injertado
con anhídrido maleico y de polipropileno, de 0,25 mm de espesor,
sobre una de las caras de una parte de la chapa.
A continuación se cortaron piezas en bruto de 64
mm de diámetro en la chapa revestida mediante la película de
polímero según la invención y en la chapa no revestida. Se aplicó
sobre las dos caras de cada una de las piezas en bruto una película
de teflón de 0,025 mm de espesor, para eliminar cualquier riesgo de
rozamiento contra las herramientas.
Las dos series de piezas en bruto experimentaron
a continuación un ensayo de deformación controlado por medio de una
prensa de embutición que comprende un punzón, una matriz y un
pisador, para formar cubetas tipo "Swift" de 33 mm de diámetro,
aplicando una fuerza de sujeción del pisador de 10 kN.
Para mostrar que la embutición de chapas de
acero de 0,5 mm de espesor se facilita cuando se revisten con una
película de polímero, los inventores variaron el paso de material
entre el punzón y la matriz, es decir, la holgura existente entre
las herramientas. En efecto, las prensas de embutición
convencionales no están adaptadas perfectamente para embutir piezas
en bruto de chapa de grandes dimensiones, es decir, piezas en bruto
de chapa de las que al menos una dimensión es superior a 600 mm,
estratificadas o no, que presentan un espesor inferior a 0,65
mm.
Para comprender el principio del ensayo de
embutición realizado para ilustrar la invención, vamos a considerar
una chapa de acero monolítica revestida previamente con zinc de un
espesor E. Para esta chapa, definimos diferentes zonas entre la
matriz y el punzón, en función de la contracción del acero:
- Si la distancia entre la matriz y el punzón es
igual a E, estamos en el caso ideal en el que la holgura entre la
chapa de acero y las herramientas de embutición es inexistente. Esto
permite obtener una pieza perfecta sin pliegues, ni rasgado.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- Si la distancia entre la matriz y el punzón es
superior a E, comienzan a formarse pliegues en la chapa de acero a
medida que el punzón deforma la chapa, pliegues que serán tanto más
importantes cuanto más importante sea la holgura.
- Si la distancia entre la matriz y el punzón es
inferior a E, el rozamiento entre las herramientas y la chapa de
acero es tanto más importante cuanto menor sea la distancia. En un
primer momento, el revestimiento previo se deteriora, y después,
cuando aumentan las tensiones, la chapa de acero se rasga.
Los resultados de la embutición de piezas en
bruto en función de la distancia entre la matriz y el punzón se
reagrupan en la siguiente tabla, clasificándose las cubetas
obtenidas de la siguiente manera:
- clasificación 1: cubeta bien formada, sin
pliegues, sin desprendimiento del revestimiento previo de zinc
- clasificación 2: cubeta bien formada, pero con
desprendimiento del revestimiento previo de zinc
- clasificación 3: formación de pliegues y
comienzo de ruptura de la cubeta
- clasificación 4: ruptura de la cubeta y/o
formación importante de pliegues
\vskip1.000000\baselineskip
Para cada una de las cubetas formadas, se señala
la clasificación en función de la distancia entre las herramientas
de embutición (se habla de "paso de material"), que se expresa
en función del espesor de la pieza en bruto de chapa, estratificada
o no, más la holgura entre la pieza en bruto y las herramientas de
embutición.
Las piezas en bruto A designan las piezas en
bruto, de 0,75 mm de espesor, cortadas en la chapa de acero
revestida con la película de polímero según la invención. Las
piezas en bruto B, de 0,5 mm de espesor, que sirven de comparación,
designan las piezas en bruto cortadas en la misma chapa de acero no
revestida con polímero.
Para comprender bien cómo debe leerse la tabla 1
a continuación, vamos a considerar la pieza en bruto A para la cual
el espesor es de 0,75 mm, con una holgura entre la pieza en bruto y
las herramientas de embutición de 0,1 mm, lo que corresponde a la
formación de la cubeta A4. El valor, puesto entre paréntesis en la
tabla, del espesor de la pieza en bruto + 0,1 mm es, por tanto, de
0,85 mm, y la clasificación señalada es de 3.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los inventores han mostrado que la presencia de
una película de polímero adherente sobre una chapa de acero permite
ampliar el área de funcionamiento de una herramienta de este tipo,
procurando además un mecanismo de compensación de holguras
negativas, de una parte la capacidad para la compresión del polímero
que es superior a la del acero, pero también de otra parte la
conformabilidad elevada del polímero. El polímero que fluye en modo
sacrificial, va a permitir, en un primer momento, preservar el
revestimiento previo de zinc, y retardar considerablemente la
aparición de una ruptura en la pieza.
\newpage
La caracterización de pequeños choques se
efectuó con piezas que tenían la forma general de una copela que
presenta una profundidad de 30 mm. Estas piezas se realizan mediante
embutición poco profunda, a partir de las siguientes chapas de
acero monolíticas o de material compuesto estratificadas:
- pieza A: chapa de acero monolítica de la clase
DP 500, de 0,5 mm de espesor, que no ha experimentado un
endurecimiento en horno,
- pieza B: chapa de acero de la clase DP 500, de
0,75 mm de espesor, que no ha experimentado un endurecimiento en
horno,
- pieza C: chapa de acero de la clase DP 500, de
0,5 mm de espesor, que no ha experimentado un endurecimiento en
horno, revestida en una sola de sus caras mediante una película de
polipropileno de 0,25 mm de espesor,
- pieza D: chapa en acero de la clase DP 500, de
0,5 mm de espesor, que no ha experimentado un endurecimiento en
horno, revestida en una sola de sus caras mediante una película de
polipropileno de 0,5 mm de espesor.
Para evaluar la deformación residual de la pieza
tras un pequeño choque, se deja caer sobre la misma un objeto móvil
que presenta una masa variable, con una altura de caída y una
velocidad igualmente variables, de modo que se hace variar la
energía de impacto del objeto móvil sobre la pieza.
Se deja caer así sobre las piezas un objeto
móvil que tiene la forma general de una semiesfera, de aluminio, de
85 mm de diámetro, revestida mediante una capa de caucho de 6,5 mm
de espesor.
Tras el impacto del objeto móvil sobre la pieza,
se observa y se mide el marcado residual de la pieza, es decir, la
profundidad de la marca que ha dejado el objeto móvil en el momento
de su caída sobre la pieza. Los resultados de los ensayos se
reagrupan en la tabla 2.
El marcado sobre la pieza es visible cuando la
profundidad del impacto es superior a 0,25 mm. Aunque la pieza B
sea más rígida que la pieza D, basta un choque de menor energía para
marcar la pieza B que para marcar la pieza D. Así, los inventores
han puesto así de manifiesto que la adición de una película de
polímero sobre la chapa de acero permite mejorar sensiblemente la
resistencia a los pequeños choques de las piezas según la
invención.
Claims (13)
1. Procedimiento de fabricación de una pieza de
material compuesto estratificada, que comprende las etapas que
consisten en:
- revestir al menos una cara de una chapa de
acero cuyo espesor E_{a} es inferior a 0,65 mm mediante una o
varias películas adherentes de polímero cuyo espesor total E_{p}
es superior o igual a 0,1 mm para formar una chapa de acero de
material compuesto estratificada que presenta un espesor E, según lo
cual E = E_{a} + E_{p},
- eventualmente, cortar dicha capa para formar
una pieza en bruto, y después
- conformar mediante embutición la chapa o la
pieza en bruto de chapa de material compuesto estratificada para
obtener dicha pieza de material compuesto, realizándose la
embutición en una herramienta de embutición que comprende un
punzón, una matriz y un pisador, regulando el valor del paso de
material Pm entre el punzón y la matriz, de tal modo que: E - 0,80
x E_{p} \leq Pm \leq E.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se embute la chapa o la pieza en bruto
de chapa de material compuesto estratificada, aplicando el punzón
directamente sobre la cara revestida con la película adherente de
polímero de la chapa o de la pieza en bruto de chapa.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se embute la chapa o la pieza en bruto
de chapa de material compuesto estratificada, aplicando el punzón
directamente sobre la cara no revestida con la película adherente de
polímero de la chapa o de la pieza en bruto de chapa.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el espesor de la
chapa de acero E_{a} es inferior a 0,5 mm.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el espesor de la
película adherente de polímero E_{p} es superior a 0,2 mm.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el espesor total
de la chapa de acero de material compuesto estratificada E está
comprendido entre 0,3 y 1,2 mm.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la película de
polímero se extrude directamente sobre la chapa.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la película de
polímero se forma previamente, antes de aplicarse sobre la chapa de
acero mediante laminación en caliente o mediante pegado por medio
de un adhesivo.
9. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el polímero de
la película adherente es un polímero termoplástico.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque el polímero termoplástico se elige entre
las poliolefinas, los poliésteres, las poliamidas y sus mezclas.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque el polímero se
funcionaliza mediante injerto con un ácido carboxílico o uno de sus
derivados.
12. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la película de
polímero experimenta, antes de su aplicación sobre la chapa de
acero, un tratamiento corona o un tratamiento con llama.
13. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la chapa de
acero se somete a un tratamiento de superficie previo con vistas a
mejorar la adherencia de la película de polímero sobre la
chapa.
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