ES2906633T3 - Método para conformar preformas de aleación de aluminio - Google Patents

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Abstract

Un método (100) de conformación de una preforma de aleación de Al (2) AA6082 o de la serie 7xxx, en donde el método comprende las etapas de: calentar (102) la preforma a una temperatura (TTTS) de solucionizado (TTS) para la aleación de la preforma en una estación de calentamiento (10) y mantener la preforma a dicha temperatura de TTS hasta que se completa el TTS, enfriar (104) la preforma en una estación de enfriamiento (20) a una temperatura intermedia (TINT) y a una velocidad de enfriamiento lo suficientemente alta como para que no se produzca la recristalización en la aleación de la preforma, en donde, para una preforma de aleación de Al AA6082, la temperatura intermedia está entre 300 °C y 350 °C y la velocidad de enfriamiento es de al menos 30 K/s, y para una preforma de aleación de Al de la serie 7xxx, la temperatura intermedia está entre 400 °C y 420 °C y la velocidad de enfriamiento es de al menos 50 K/s, conformar (106) la preforma en una herramienta de conformación (32), templar (108) la preforma conformada (2') a temperatura ambiente (TA), preenvejecer la preforma conformada y templada en una estación de preenvejecimiento (40a) en el plazo de una hora desde el templado de la preforma conformada para una preforma de aleación de Al AA6082 y en el plazo de 30 minutos desde el templado de la preforma conformada para una preforma de aleación de Al de la serie 7xxx, preenvejecimiento, en donde la preforma conformada y templada se calienta a una temperatura de envejecimiento (TE), se mantiene a la temperatura de envejecimiento durante un periodo de tiempo y se enfría a temperatura ambiente.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para conformar preformas de aleación de aluminio
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un método de tratamiento térmico de chapas de preformas de aleaciones de aluminio, y especialmente a un método adecuado para chapas de preformas de cualquier grado, composición o temple de aleación de aluminio.
Antecedentes
Especialmente, en la industria automovilística, el conformado en caliente de chapas de preformas es importante, en particular, el conformado en caliente de chapas de preformas de aleaciones de aluminio de alta resistencia. Se conocen numerosos métodos para conformar preformas de aleación de aluminio. Por ejemplo, los métodos de conformado en caliente y templado en matriz como se presenta en los documentos WO2010/032002 y WO2015/136299.
Sin embargo, tales métodos conocidos tienen varios inconvenientes. Por ejemplo, estos métodos no son adecuados para todos los grados de aleación de aluminio. El método del documento WO2010/032002 puede ser adecuado para el material AA6082, pero no para ningún material Aa7xxx. Además, las composiciones y los temples de los materiales de grado de aleación de aluminio pueden variar según los diferentes proveedores de materiales. Los componentes conformados resultantes usando los métodos conocidos son muy sensibles a diferentes composiciones y temples.
Además, los procesos conocidos tienen problemas para ser adecuados para la producción en masa debido a la falta de estabilidad, repetibilidad y precisión de los componentes conformados.
El documento EP2987878 A2 divulga un método de conformación de una preforma de aleación de AI que comprende etapas de calentamiento de la preforma para el tratamiento térmico en solución, protección de una parte de la preforma de modo que una primera parte de la preforma se temple a una temperatura entre 150 °C - 200 °C y una segunda parte de la preforma se temple por debajo de 150 °C, conformación de la preforma durante o después del templado, y envejecimiento de la preforma conformada. El documento DE102012007213 A1 divulga un método que comprende calentar una chapa de aluminio a la temperatura de recocido en solución y moldear y templar simultáneamente. En consecuencia, existe la necesidad de métodos de producción para conformar chapas de preformas de aleación de aluminio que mitiguen los inconvenientes mencionados de la tecnología conocida.
Sumario
Un objetivo de la presente invención es proporcionar una solución mejorada que mitigue los inconvenientes mencionados con los dispositivos actuales. Asímismo, es un objetivo proporcionar un método que dé como resultado una precisión mejorada de las partes conformadas.
La invención está definida por la reivindicación independiente adjunta 1, con realizaciones que se exponen en las reivindicaciones dependientes adjuntas 2-4.
Al usar un método de acuerdo con la presente invención, se proporciona un método que, con una alta precisión de los componentes conformados y una baja cantidad de recuperación elástica, es adecuado para preformas de chapa de grado de aleación de aluminio de las series AA6082 o 7xxx.
El tiempo en el que la preforma se mantiene a la temperatura de tratamiento térmico en solución (TTS) o por encima de ella puede elegirse para que sea suficiente para garantizar la máxima concentración de elementos de endurecimiento, tales como cobre, cinc, magnesio, manganeso, silicio, etc. en la solución sólida. La concentración y la velocidad de disolución de estos elementos en la solución sólida pueden aumentar al aumentar la temperatura.
Al enfriar la preforma a una velocidad de enfriamiento específica, la composición de TTS de la solución sólida puede conservarse a la temperatura intermedia. Si la preforma fuera a enfriarse a una velocidad demasiado lenta, los elementos de aleación pueden difundirse a través de la solución sólida y concentrarse en los límites de grano, en grandes huecos, partículas no disueltas u otras ubicaciones no deseadas. Para lograr propiedades de resistencia mejoradas de la parte conformada, puede ser deseable evitar tal recristalización y disminuir el proceso de difusión y mantener los elementos de aleación en la solución sólida proporcionando un enfriamiento rápido. La velocidad de enfriamiento para lograr esto puede seleccionarse dependiendo del grado de aleación de aluminio y la composición de la preforma. Además, puede seleccionarse una velocidad de templado dependiendo del grado de aleación de aluminio y la composición de la preforma.
En una realización, la herramienta de conformación puede precalentarse a la temperatura intermedia. De este modo, la preforma puede conformarse a la temperatura intermedia. De este modo, la temperatura de la preforma puede controlarse durante la conformación, lo que puede mejorar la precisión en las propiedades del componente conformado final.
En una realización, la preforma puede mantenerse a la temperatura intermedia durante la etapa de conformación en la herramienta de conformación. La temperatura de la herramienta puede controlarse con el fin de mantener estable la temperatura tanto de la herramienta como de la preforma a la temperatura intermedia durante la conformación. Después de la conformación, la temperatura de la herramienta de conformación puede controlarse con el fin de templar la preforma conformada a temperatura ambiente. Puede proporcionarse una función de control de temperatura para la herramienta de conformación con el fin de controlar la temperatura de la herramienta de conformación a la temperatura intermedia durante toda la etapa conformación.
En una realización, la conformación y el templado pueden realizarse en herramientas de conformación separadas. Una primera herramienta de conformación puede conformar la preforma a la temperatura intermedia, y una segunda herramienta de conformación puede templar la preforma a temperatura ambiente. En una realización adicional, la primera herramienta de conformación puede precalentarse a la temperatura intermedia, manteniendo de este modo la preforma a la temperatura intermedia durante la conformación. Entonces, la preforma puede transferirse a la segunda herramienta de conformación, templando la preforma a temperatura ambiente. La segunda herramienta de conformación puede ser una herramienta de conformación en frío. Como alternativa, la primera herramienta de conformación puede no precalentarse, enfriando de este modo la preforma durante la conformación. Entonces, la preforma en la segunda herramienta de conformación puede templarse de manera controlada a temperatura ambiente en la segunda herramienta de conformación.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá a continuación con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
la figura 1 muestra un diagrama de flujo de un método de acuerdo con una realización de la invención;
la figura 2 muestra un esquema de bloques de un sistema de acuerdo con una realización de la invención; la figura 3 muestra una vista esquemática de un proceso del método de acuerdo con una realización de la invención;
la figura 4 muestra un diagrama de flujo de un método de acuerdo con una realización de la invención;
la figura 5 muestra un esquema de bloques de un sistema de acuerdo con una realización de la invención; y la figura 6 muestra una vista esquemática de un proceso del método de acuerdo con una realización de la invención.
Descripción de las realizaciones
La presente invención se describirá más detalladamente a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran las realizaciones preferidas de la invención. Esta invención puede, sin embargo, realizarse de muchas formas diferentes y no debería interpretarse que está limitada a las realizaciones expuestas en el presente documento; por el contrario, estas realizaciones se proporcionan de manera que la presente divulgación sea minuciosa y completa, y transmita completamente la invención a los expertos en la materia. En los dibujos, los números similares hacen referencia a elementos similares.
Como se ilustra en la figura 1, un método 100 de acuerdo con una realización de la presente invención comprende una primera etapa de calentar 102 una preforma de aleación 2 de Al de la serie 6xxx o 7xxx a la temperatura de solucionizado (TTS) para la aleación específica de la preforma 2. Como se ve además en la figura 2, se proporciona un sistema de conformación 1 de preformas, en donde el calentamiento 102 se realiza en una estación de calentamiento 10. En la estación de calentamiento 10, cuando la preforma 2 ha alcanzado su temperatura de TTS o superior, la temperatura de la preforma 2 se mantiene a la temperatura de TTS o superior hasta que se completa el solucionizado de la aleación de la preforma 2.
En una etapa siguiente, la preforma 2 se enfría 104 a una temperatura intermedia. En el sistema de conformación 1 de preformas, el enfriamiento 104 se realiza en una estación de enfriamiento 20. La temperatura intermedia se selecciona para la aleación de la preforma 2, temperatura a la cual se detiene el movimiento cinético de la aleación. El enfriamiento 104 se realiza a una velocidad de enfriamiento lo suficientemente alta como para que no se produzca la recristalización en la aleación de la preforma 2.
En una etapa siguiente, la preforma 2 se conforma 106 en una herramienta de conformación 32 en una estación de prensa 30 en el sistema de conformación 1 de preformas. La estación de prensa 30 puede ser una prensa adecuada para la conformación de chapas de preformas de aleación de aluminio, tal como una prensa hidráulica, una servoprensa (servohidráulica o servomecánica).
Después de la conformación 106 de la preforma 2, la preforma conformada 2', o componente conformado 2', se templa 108 en la herramienta de conformación 32 a temperatura ambiente.
Por último, la preforma conformada 2' se envejece artificialmente 110 en una estación de envejecimiento 40. El proceso de envejecimiento se proporciona para controlar y limitar la recristalización en el material de aleación de la preforma 2.
La figura 3 ilustra el método 100 de conformación de preformas de acuerdo con una realización de la presente invención. La preforma 2 se calienta desde la temperatura ambiente Ta hasta la temperatura de TTS Ttts, y se mantiene a la Ttts durante un tiempo necesario M 2 como se ha analizado anteriormente. En t2, la preforma 2 se enfría rápidamente a la temperatura intermedia T int a la velocidad de enfriamiento necesaria, como se ha analizado anteriormente. Entonces, la preforma 2 se conforma durante t2-t3 en la herramienta de conformación 32. En t3, la preforma conformada 2' se templa a temperatura ambiente Ta .
En la estación de envejecimiento 40, el componente conformado 2' se procesa para su envejecimiento artificial calentándolo a una temperatura de envejecimiento Te. El componente 2' se mantiene a la temperatura de envejecimiento Te durante un período ts-te hasta que se completa el proceso de envejecimiento. El tiempo t3-t4 proporciona una transferencia de la preforma conformada a la estación de envejecimiento 40.
La preforma 2 se transfiere entre las diferentes estaciones 10, 20, 30, 40. La transferencia puede realizarse de modo que se logre una mínima pérdida de calor en la preforma 2.
Las figuras 4 y 5 ilustran un método 200 y un sistema 3 de acuerdo con una realización de la invención. Las etapas de calentar 202 y enfriar 204 corresponden a las etapas 102 y 104 como se ha analizado anteriormente. Posteriormente, la preforma 2 se conforma 206 en una primera herramienta de conformación 32a precalentada en una estación de prensa 30 en el sistema de conformación 3 de preformas. La primera herramienta de conformación 32a se precalienta a la temperatura intermedia. De este modo, la preforma 2 no se enfría más cuando se dispone en la primera herramienta de conformación 32a. La temperatura intermedia puede mantenerse en la primera herramienta de conformación 32a y la preforma 2 durante todo el proceso de conformación 106.
Posteriormente, la preforma conformada se mueve a una segunda herramienta de conformación en frío 32b separada. En la segunda herramienta de conformación en frío 32b, la preforma se templa a temperatura ambiente. La segunda herramienta de conformación en frío 32b puede seguir conformando y templando la preforma hasta su componente formado final.
La figura 5 ilustra además una disposición opcional de envejecimiento que puede usarse para cualquiera de las realizaciones presentadas anteriormente. En tal realización de envejecimiento, se realiza una primera etapa de preenvejecimiento en una estación de preenvejecimiento 40a, en la que el componente conformado 2' se calienta a la temperatura de envejecimiento Te, se mantiene a Te hasta que se completa el preenvejecimiento y posteriormentese enfría a temperatura ambiente Ta . Después de la transferencia a una segunda estación de envejecimiento 40b, el componente 2' se vuelve a calentar a Te, se mantiene a Te durante un período de tiempo y acto seguido se enfría a temperatura ambiente Ta , para proporcionar un horneado de la pintura del componente 2'. Como alternativa, el componente puede calentarse a una temperatura diferente en el proceso de horneado de la pintura que la temperatura Te en el proceso de preenvejecimiento. De este modo se proporciona un proceso de envejecimiento en dos etapas que comprende el preenvejecimiento y el horneado de la pintura.
Preferentemente, el proceso de preenvejecimiento está integrado en la línea de conformado/estampado y se realiza en conexión directa con el conformado del componente 2'. El proceso de horneado de la pintura puede realizarse en una etapa posterior, cualquiera que sea adecuada para la línea de producción.
El uso del proceso de preenvejecimiento impide el envejecimiento natural después del estampado en la segunda herramienta de conformación. De lo contrario, el envejecimiento natural puede producirse después de aproximadamente 30 minutos para los materiales de aleación de aluminio de la serie 7xxx o de aproximadamente una hora para los materiales de aleación de aluminio de la serie 6xxx. El proceso de horneado de la pintura no puede tener efecto en el componente conformado para lograr el pico de dureza. El proceso de preenvejecimiento posibilita además actividades de procesamiento posterior, como el transporte a otra ubicación, el almacenamiento durante un período requerido antes de las operaciones de ensamblaje o unión. Entonces, la operación de horneado de la pintura puede realizarse en el momento más adecuado para proporcionar un pico de dureza óptimo en un tiempo de ciclo corto y a un bajo coste. Esto puede, por ejemplo, ser después de unir el componente conformado 2' a un conjunto deseado.
La figura 6 ilustra el método 200 de conformación de preformas del proceso de acuerdo con una realización de la presente invención. La preforma 2 se calienta desde la temperatura ambiente Ta hasta la temperatura de TTS Ttts, y se mantiene a la Ttts durante un tiempo necesario M 2 como se ha analizado anteriormente. Entre t2 y t3, la preforma 2 se enfría a la temperatura intermedia T int a la velocidad de enfriamiento necesaria, como se ha analizado anteriormente. Entonces, la preforma 2 se conforma durante t3-t4 en la primera herramienta de conformación 32a precalentada. Entre t4 y ts, la preforma conformada 2' se templa a temperatura ambiente Ta en la segunda herramienta de conformación 32b.
La figura 6 ilustra además el proceso de la realización que comprende una etapa de preenvejecimiento y horneado de la pintura, como se ha analizado anteriormente. En la estación de preenvejecimiento 40a, la preforma conformada 2' se procesa para el envejecimiento artificial calentándose a la temperatura de envejecimiento Te y manteniéndose a la temperatura de envejecimiento Te durante un período t7% Después de enfriarse a temperatura ambiente, la preforma 2' se calienta de nuevo en la segunda estación de envejecimiento 40b a la temperatura de envejecimiento Te y se mantiene a Te entre tn-ti2 hasta que se completa el proceso de envejecimiento. La preforma 2' conformada en un componente formado final se enfría entonces de nuevo a temperatura ambiente Ta.
En los dibujos y la memoria descriptiva, se han divulgado realizaciones preferidas y ejemplos de la invención y, aunque se emplean términos específicos, se usan solo en un sentido genérico y descriptivo y no con fines de limitación, exponiéndose el alcance de la invención en las siguientes reivindicaciones.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un método (100) de conformación de una preforma de aleación de Al (2) AA6082 o de la serie 7xxx, en donde el método comprende las etapas de:
calentar (102) la preforma a una temperatura (Ttts) de solucionizado (TTS) para la aleación de la preforma en una estación de calentamiento (10) y mantener la preforma a dicha temperatura de TTS hasta que se completa el TTS, enfriar (104) la preforma en una estación de enfriamiento (20) a una temperatura intermedia (Tint) y a una velocidad de enfriamiento lo suficientemente alta como para que no se produzca la recristalización en la aleación de la preforma, en donde, para una preforma de aleación de Al AA6082, la temperatura intermedia está entre 300 °C y 350 °C y la velocidad de enfriamiento es de al menos 30 K/s, y para una preforma de aleación de Al de la serie 7xxx, la temperatura intermedia está entre 400 °C y 420 °C y la velocidad de enfriamiento es de al menos 50 K/s, conformar (106) la preforma en una herramienta de conformación (32),
templar (108) la preforma conformada (2') a temperatura ambiente (Ta),
preenvejecer la preforma conformada y templada en una estación de preenvejecimiento (40a) en el plazo de una hora desde el templado de la preforma conformada para una preforma de aleación de Al AA6082 y en el plazo de 30 minutos desde el templado de la preforma conformada para una preforma de aleación de Al de la serie 7xxx, preenvejecimiento, en donde la preforma conformada y templada se calienta a una temperatura de envejecimiento (Te), se mantiene a la temperatura de envejecimiento durante un periodo de tiempo y se enfría a temperatura ambiente.
2. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la herramienta de conformación (32) se precalienta a la temperatura intermedia (Tint).
3. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la preforma (2) se mantiene a la temperatura intermedia (Tint) durante la conformación (106) en la herramienta de conformación (32).
4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la conformación se realiza en una primera herramienta de conformación (32a) y el templado se realiza en una segunda herramienta de conformación (32b).
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