PROCEDIMIENTO DE CONFORMACIÓN A PARTIR DE PIEZA EN BRUTO DE MATERIAL QUE SE TEMPLA CON ENFRIAMIENTO DIFERENCIAL.

Herramienta de embutición (1) para la conformación y el enfriamiento de una pieza de acero a partir de una pieza en bruto (6),

comprendiendo la herramienta: - por lo menos un punzón (2); y - por lo menos una matriz (3); comprendiendo el punzón y la matriz cada uno: - por lo menos una primera parte (21, 31) que corresponde a una zona caliente (11) de la herramienta de embutición; y - por lo menos una segunda parte (22, 32) que corresponde a una zona fría (12) de la herramienta de embutición; estando la segunda parte del punzón y la segunda parte de la matriz en contacto con la pieza en bruto, en la zona fría, cuando la herramienta de embutición está cerrada; y caracterizada porque en la zona caliente de la herramienta de embutición, están previstos unos medios de calentamiento (4) aptos para llevar esta zona caliente a una temperatura por encima de aproximadamente 400ºC; y porque en la zona caliente, una distancia (L) además de un espesor de pieza en bruto (e) prevista entre el punzón y la matriz cuando la herramienta de embutición está cerrada, está relacionada con la temperatura T de la zona caliente y viene dada por la fórmula: siendo L ≥ 0,2 y 400 ≤ T < 600; estando L expresada en mm y T en ºC

Procedimiento de conformación a partir de pieza en bruto de material que se templa con enfriamiento diferencial.

La presente invención se refiere a los procedimientos de conformación en caliente con enfriamiento. Más particularmente, la presente invención se refiere a los procedimientos de conformación en caliente a partir de pieza en bruto de material que se templa con enfriamiento diferencial. La invención se refiere a una herramienta según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 7.

Una herramienta y un procedimiento de este tipo se describen en el documento WO-A-2006/038868.

Un procedimiento de embutición con temple de una pieza de material que se templa en una misma herramienta es conocido y se describe en el documento JP 2005-205416. En este procedimiento, se conforma una pieza en bruto gracias a una herramienta de embutición. Después de embutición, cuando la pieza se mantiene aún en la herramienta, se realiza un temple por contacto entre la herramienta y la pieza en bruto embutida. Además de este contacto, se realiza una circulación de agua fría en unos tubos previstos a este fin en la herramienta de embutición, lo cual permitir acelerar el enfriamiento.

Sin embargo, para alguna pieza de acero, sería útil poder realizar un temple únicamente en una parte de la pieza.

Por ejemplo, en el campo del automóvil, sería ventajoso realizar un pie central que presenta unas zonas con unas características mecánicas diferentes. Así, algunas zonas pueden ser hechas o conservadas dúctiles con el fin de mejorar la absorción de los choques durante una colisión.

Actualmente, este tipo de pieza se realiza en dos o varias partes mediante unos procedimientos de conformación y enfriamiento diferentes. Las dos o varias partes se pegan a continuación mediante unas técnicas de soldadura bien conocidas por el experto en la materia.

El procedimiento actualmente utilizado es por tanto costoso en tiempo y en equipo. Además, la parte de soldadura constituye una zona de fragilidad que presenta un riesgo para el usuario durante un choque.

La patente US nº 5.916.389 describe también un procedimiento de este tipo en el que se obtiene un objeto de acero. Este objeto de acero está compuesto por diferentes partes cuyo material está en unos estados estructurales diferentes; algunas partes están endurecidas, y otras permanecen dúctiles.

A fin de conservar una estructura más dúctil del acero en ciertos puntos, se han propuesto varias posibilidades:

- unos elementos de calentamiento pueden estar previstos en un punzón y una matriz de una herramienta de embutición; o

- unos rehundidos están previstos en el punzón y la matriz de la herramienta de embutición, de manera que cuando el punzón y la matriz entran en contacto con la pieza en bruto de acero, no hay contacto allí donde hay rehundidos; es decir allí donde el acero debe permanecer dúctil.

Sin embargo, las propiedades mecánicas al final de la fabricación dependen estrechamente de la velocidad de 45 enfriamiento. La sola utilización de los medios de calentamiento o la sola utilización de los rehundidos no permiten obtener los resultados previstos sobre las propiedades mecánicas.

El documento US 2002/0104591 describe un procedimiento en el que un pie central está formado con dos partes que tienen unas propiedades mecánicas diferentes. Una primera parte, que corresponde a la parte superior del pie 50 central tiene una estructura martensítica con una resistencia mecánica más allá de 1.400 N/mm2. Una segunda parte que corresponde a la parte inferior del pie central tiene una estructura ferritica-perlítica y una resistencia mecánica inferior a 850 N/mm2 (aproximadamente 500 N/mm2) y un alargamiento de menos de 25% (preferentemente de 20%) .

55 A fin de obtener un pie central que tenga dos partes con unas propiedades mecánicas diferentes, la parte baja que debe permanecer dúctil está protegida del calor durante el calentamiento a una temperatura austenítica. Así, la parte inferior del pie central no se encuentra en un estado austenítico al final del calentamiento y por tanto no podrá ser templada para obtener una estructura martensítica.

60 Este procedimiento presenta la desventaja siguiente: cuando la pieza en bruto permanece en el horno más tiempo que el tiempo requerido (incluso un tiempo ligeramente más largo) , la zona de transición entre las partes templada y no templada corre el riesgo de ensancharse.

El documento US 2002/0113041 describe un procedimiento de conformación en caliente con enfriamiento 65 diferencial, que presenta varias variantes:

- una primera variante consiste en realizar pocas cosas más con respecto el mismo procedimiento que el descrito en el documento US 2002/0104591;

- una segunda variante consiste en utilizar una herramienta de embutición que presenta unos medios de 5 enfriamiento allí donde se desea un temple;

- en una tercera variante, la herramienta de embutición presenta diferentes partes de materiales diferentes, que tienen unos valores de conductividad térmica diferentes.

Los inventores han intentado obtener unas piezas de acero templado que presentan las propiedades mecánicas deseadas utilizando unos materiales con conductividad baja (por ejemplo hormigón que tiene una conductividad del orden de 2W.m-1.K-1) para la herramienta de embutición. Los resultados obtenidos no han sido convincentes. También, una baja conductividad del material no impide que las primeras piezas en producción se templen puesto que éstas están en contacto con la herramienta fría.

El documento DE 10 2006 019 395 A1 describe un procedimiento, en el que la herramienta de embutición comprende una matriz, un punzón y un pisador. Los tres elementos de la herramienta de embutición pueden ser calentados a unas temperaturas diferentes. Sin embargo, solamente se proporcionan unos ejemplos en los que se calientan las tres piezas a una temperatura idéntica. El procedimiento consiste en calentar la herramienta de embutición a una temperatura comprendida entre 200 y 650ºC.

Para una temperatura más baja de 200ºC, el alargamiento A80 es de aproximadamente 5%, y la resistencia mecánica por encima de 1.500 MPa. Para una temperatura por encima de 200ºC, el alargamiento A80 es superior a 5, 8% y la resistencia mecánica por debajo de 1.500 MPa. Para una temperatura de 400ºC, la resistencia mecánica es de 820 MPa y el alargamiento A80 de 10%.

Cuando hay un descenso de temperatura de 790ºC a 390ºC, se mide una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 80 a 115 K/s (parecería que esto es válido para una temperatura de herramienta por encima de 200ºC) . La estructura del acero es entonces martensítica de grano fino. Para una temperatura de herramienta por debajo de 200ºC, se mide una velocidad de enfriamiento de aproximadamente 80 a 480 K/s. En este caso, la estructura del acero es martensitica de grano grueso.

Sin embargo, las condiciones en las que se han realizado estos ensayos no permiten obtener las propiedades mecánicas deseadas, a saber un alargamiento A80 superior a aproximadamente 15% y una resistencia mecánica Rm

superior a 500 MPa.

Únicamente al precio de una selección de las condiciones de enfriamiento los inventores han conseguido obtener un objeto de acero templado y cuyas propiedades mecánicas son satisfactorias.

Los inventores han presentado una solicitud de patente el 1º de Agosto de 2007 con el número 07/56863 y publicada con el número FR-A-2 919 512. En esta solicitud se describe un procedimiento de conformación en caliente con temple diferencial a partir de tubo en el que se calienta un tubo hasta una temperatura de austenitización y después se conforma y se enfría en una herramienta de embutición, que presenta unos medios de calentamiento, por inyección de un fluido de enfriamiento a través de la cavidad del tubo. Estos medios de calentamiento permiten 45 impedir, en ciertos puntos, que el material se vuelva martensítico.

Este procedimiento, aunque funciona para los tubos, no es aplicable a la conformación de una pieza en bruto a causa de la diferencia de geometría.

50 Un objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento que permita obtener una pieza embutida a partir de una pieza en bruto de acero y cuyas características mecánicas pueden cubrir toda una gama de características mecánicas... [Seguir leyendo]

1. Herramienta de embutición (1) para la conformación y el enfriamiento de una pieza de acero a partir de una pieza en bruto (6) , comprendiendo la herramienta: 5

- por lo menos un punzón (2) ; y

- por lo menos una matriz (3) ;

comprendiendo el punzón y la matriz cada uno: 10

- por lo menos una primera parte (21, 31) que corresponde a una zona caliente (11) de la herramienta de embutición; y

- por lo menos una segunda parte (22, 32) que corresponde a una zona fría (12) de la herramienta de embutición;

estando la segunda parte del punzón y la segunda parte de la matriz en contacto con la pieza en bruto, en la zona fría, cuando la herramienta de embutición está cerrada; y caracterizada porque en la zona caliente de la herramienta de embutición, están previstos unos medios de calentamiento (4) aptos para llevar esta zona caliente a una temperatura por encima de aproximadamente 400ºC; y porque en la zona caliente, una distancia (L) además de un espesor de pieza en bruto (e) prevista entre el punzón y la matriz cuando la herramienta de embutición está cerrada, está relacionada con la temperatura T de la zona caliente y viene dada por la fórmula:

siendo L ≥ 0, 2 y 400 ≤ T < 600; estando L expresada en mm y T en ºC.

2. Herramienta de embutición según la reivindicación anterior, caracterizada porque sobre una cara de conformación 30 (21f) de la primera parte del punzón está previsto por lo menos un resalte (211) .

3. Herramienta de embutición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque sobre una cara de conformación (31f) de la primera parte de la matriz está previsto por lo menos un resalte (211) .

4. Herramienta de embutición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque, en la primera parte del punzón, están previstos por lo menos en parte los medios de calentamiento.

5. Herramienta de embutición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque, en la primera parte de la matriz, están previstos por lo menos en parte los medios de calentamiento. 40

6. Herramienta de embutición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque presenta un juego de aire (8) entre la zona fría y la zona caliente.

7. Procedimiento de conformación y de enfriamiento, caracterizado porque utiliza la herramienta de embutición 45 según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el procedimiento las etapas que consisten en:

- calentar la pieza en bruto a una temperatura austenítica;

- colocar la pieza en bruto en la herramienta de embutición;

- cerrar la herramienta de embutición sobre la pieza en bruto; .

50. retirar la pieza formada de la herramienta de embutición;

siendo la zona caliente de la herramienta de embutición llevada a una temperatura por encima de 400ºC gracias a los medios de calentamiento.

55 8. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la temperatura de calentamiento de la zona caliente de la herramienta de embutición está por debajo de aproximadamente 600ºC.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque en la zona caliente, se efectúa un enfriamiento a una velocidad comprendida entre aproximadamente 5ºC/seg y aproximadamente 15ºC/seg. 60

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque en la zona fría, se efectúa un enfriamiento a una velocidad comprendida entre aproximadamente 27ºC/seg. y aproximadamente 100ºC/seg.