Procedimiento y dispositivo para la fabricación de un componente metálico y uso de tal componente metálico.

Procedimiento para la fabricación de un componente metálico, especialmente de un componente de automóvil,

en el que una pieza de acero (16, 104) se conforma en caliente y se templa al menos por secciones mediante el contacto con una superficie de herramienta (14) y en el que la pieza de acero (16, 104) se enfría durante el temple en al menos dos zonas parciales (152, 154, 162, 164) con velocidades de enfriamiento diferentes, de tal forma que las zonas parciales (152, 154, 162, 164) se diferencian en cuanto a su estructura después del temple, y en el que las diferentes velocidades de enfriamiento se realizan mediante secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) de la superficie de herramienta (14) correspondientes a las zonas parciales (152, 154, 162, 164) de la pieza de acero (16, 104), las cuales difieren en cuanto a su termoconductividad, caracterizado porque al menos una de las dos secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) de la superficie de herramienta (14) presenta un recubrimiento superficial que reduce o aumenta la termoconductividad, pudiendo eliminarse el recubrimiento superficial y volver a aplicarse en caso de necesidad.

Procedimiento y dispositivo para la fabricación de un componente metálico y uso de tal componente metálico

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un componente metálico, especialmente de un componente de automóvil según la reivindicación 1. La invención se refiere también a una herramienta para la fabricación de un componente metálico de este tipo según la reivindicación 10.

Los componentes metálicos conformados en caliente tienen un amplio uso en la industria automovilística, especialmente en zonas de la carrocería relevantes en caso de impactos, y expuestas a elevados esfuerzos transversales. Las columnas B o refuerzos de columna B frecuentemente se fabrican en acero al manganeso-boro de alta resistencia conformado en caliente. Mediante el procesamiento de este tipo de materiales en un proceso de conformación en caliente se consiguen elevadas resistencias al alargamiento y a la tracción en el componente, de modo que el grosor de chapa necesario se reduce notablemente con respecto a los componentes de acero fabricados de manera convencional y por tanto se consigue una contribución a la construcción ligera y por tanto a la reducción de C02. La desventaja de componentes metálicos completamente conformados en callente consiste en que es relativamente reducido el alargamiento a la rotura de un componente metálico conformado en callente. Por lo tanto, los componentes metálicos conformados en caliente se pueden emplear bien en zonas sometidas a esfuerzos transversales, ya que aquí las elevadas resistencias, especialmente el límite al alargamiento impiden que se doble el componente metálico. Sin embargo, en componentes metálicos sometidos a esfuerzos longitudinales, como por ejemplo largueros, no se pueden usar componentes metálicos conformados en caliente, ya que el reducido alargamiento a la rotura no permitiría un plegado regular de los componentes metálicos y la recepción de una energía relativamente pequeña tendría como consecuencia un fallo de material.

En el documento DE10256621B3, una pletina se callenta de diferentes maneras en un horno de paso continuo, de modo que debido a las diferentes temperaturas de material, después de la conformación resultan diferentes resistencias en el componente metálico. En este procedimiento, la pletina se tempera de diferentes maneras en paso continuo en dos cámaras de horno, de forma que resultan diferentes zonas estructurales en el proceso de temple. Este procedimiento tiene la desventaja de que se consiguen sólo entre dos y tres zonas diferentes con respecto a la resistencia y el alargamiento a la rotura en el componente metálico. Además, estas se pueden realizar también sólo en el sentido de paso de la pletina. El sentido de paso de un componente de acero o de una pletina corresponde generalmente a la mayor extensión longitudinal de la pieza de acero o de la pletina.

Con el objetivo de emplear componentes metálicos conformados en caliente también en zonas sometidas a esfuerzos longitudinales, el documento DE102006019395A1 da a conocer un dispositivo y un procedimiento para conformar pletinas a partir de aceros de mayor resistencia y de máxima resistencia. El procedimiento se caracteriza porque la herramienta conformadora presenta para la conformación en caliente medios para la temperación, con los que una pieza de acero se puede temperar a diferentes valores de temperatura predefinidas en diferentes zonas de temperatura durante la conformación. De esta manera, es posible influir localmente en la estructura en el componente metálico, de tal forma que se pueden fabricar componentes metálicos con propiedades dependientes del lugar. Por características de material dependientes del lugar se entiende que las características de material se diferencian en al menos dos zonas parciales del componente metálico. Los diferentes tipos de estructura se consiguen mediante diferentes velocidades de enfriamiento del material. Sin embargo, las herramientas conformadoras con medios para la temperación son relativamente complicadas de fabricar y por tanto costosas.

Finalmente, por el documento US2002/0113041A1 se dio a conocer un procedimiento para el temple parcial de una pieza de trabajo. Una parte de una pieza de trabajo que se puede componer de metal se calienta a una temperatura más elevada que una segunda parte y, a continuación, la pieza de trabajo se enfría bruscamente en una herramienta conformadora con características de enfriamiento localmente diferentes, mediante el contacto con la herramienta. Esto se puede conseguir también si una parte conformadora se compone de otro material o está realizada de tal forma que presenta una mayor termoconductividad que la otra parte.

Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo técnico de proporcionar un procedimiento y un dispositivo para la fabricación de un componente metálico que permita un ajuste local de la estructura en el componente metálico y que al mismo tiempo se pueda realizar de forma económica y sencilla.

Según una primera teoría de la presente Invención, este objetivo se consigue en un procedimiento genérico de tal forma que al menos una de las dos secciones de la superficie de la herramienta presenta un recubrimiento superficial que reduce o aumenta la termoconductividad, pudiendo eliminarse el recubrimiento superficial y, en caso de necesidad, volver a aplicarse.

Se encontró que el enfriamiento de la pieza de acero en la herramienta conformadora es infiuenciada fuertemente por la termoconductlvldad de la superficie de la herramienta conformadora. Por termoconductividad se entiende especialmente el coeficiente de conducción térmica.

En caso de una alta termoconductlvldad de la superficie adyacente se produce un rápido enfriamiento de la pieza de acero durante el que la pieza de acero se enfría más lentamente con una menor conductividad. Por al ajuste de la velocidad de enfriamiento por la termoconductividad de la superficie de herramienta se puede reducir el número de elementos de temperación, es decir, de los elementos de calentamiento o de enfriamiento, de modo que resulta un ahorro de costes. Además, se puede renunciar a una disposición poco homogénea o una controlabilidad necesaria de los elementos de temperación. También de esta manera resulta una reducción de costes.

Mediante las diferentes velocidades de enfriamiento se produce en la pieza de acero o en el componente metálico fabricado la presencia de diferentes tipos de estructura. Si la velocidad de enfriamiento en una zona parcial del componente metálico es superior a 27 K/s, allí resulta una estructura martensítica con una mayor resistencia y un menor alargamiento a la rotura. En caso de una menor velocidad de enfriamiento resulta una estructura ferrítico- balnítlca con una resistencia media y un alargamiento de rotura medio, una estructura ferrítico-perlítica con una menor resistencia y un gran alargamiento de rotura o una mezcla de ello. Las estructuras ferrítico-bainíticas y ferrítlco-perlítlcas presentan una resistencia a la tracción inferiora 860MPa.

En una forma de realización preferible del procedimiento según la invención, la herramienta se compone en la zona de las al menos dos secciones de la superficie de herramienta de dos materiales diferentes con termoconductlvldades diferentes. Mediante la selección de diferentes materiales se puede infíuir de manera sencilla en la termoconductlvldad de la superficie de herramienta. De esta manera, se pueden fabricar especialmente secciones contiguas con termoconductlvldades muy diferentes.

Generalmente, el número de secciones evidentemente no está limitado, sino que se puedo elegir a discreción. Preferentemente, se prevén al menos tres secciones, de modo que en el componente metálico resultan tres zonas parciales con diferentes tipos de estructura o resistencias, presentando al menos una zona una estructura preponderantemente martensítica y presentando al menos dos zonas parciales adicionales una estructura preponderantemente ferrítlca-balnítlca y/o ferrítlca-perlítlca.

Una termoconductlvldad especialmente ventajosa a la vez de una estabilidad suficiente para el uso en una herramienta se consigue en otro ejemplo de realización preferible porque las secciones se componen de aceros, aleaciones de acero y/o cerámicas.

Según la Invención, al menos una de las dos secciones de la superficie de herramienta presenta un recubrimiento superficial que reduce o aumenta la termoconductlvldad. De esta manera, la termoconductividad de la superficie de herramienta se modifica por el recubrimiento superficial. Esto permite cambios complejos y locales de la termoconductlvldad y por tanto la fabricación de componentes metálicos con una estructura compleja que varía localmente. Otra ventaja... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento para la fabricación de un componente metálico, especialmente de un componente de automóvil, en el que una pieza de acero (16, 104) se conforma en caliente y se templa al menos por secciones mediante el contacto con una superficie de herramienta (14) y en el que la pieza de acero (16, 104) se enfría durante el temple en al menos dos zonas parciales (152, 154, 162, 164) con velocidades de enfriamiento diferentes, de tal forma que las zonas parciales (152, 154, 162, 164) se diferencian en cuanto a su estructura después del temple, y en el que las diferentes velocidades de enfriamiento se realizan mediante secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) de la superficie de herramienta (14) correspondientes a las zonas parciales (152, 154, 162, 164) de la pieza de acero (16, 104), las cuales difieren en cuanto a su termoconductividad, caracterizado porque al menos una de las dos secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) de la superficie de herramienta (14) presenta un recubrimiento superficial que reduce o aumenta la termoconductividad, pudlendo eliminarse el recubrimiento superficial y volverá aplicarse en caso de necesidad.

2.- Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la zona de las al menos dos secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) de la superficie de herramienta (14), la herramienta (30, 64) se compone de diferentes materiales con diferentes termoconductlvldades.

3.- Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque las secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) se componen de aceros, de aleaciones de acero y/o de cerámicas.

4.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la pieza de acero (16, 104) se templa en una herramienta de prensado.

5.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la pieza de acero (16, 104) se somete de forma directa o Indirecta a una conformación en callente y/o un temple en prensa.

6.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque al menos un límite entre las zonas parciales (152, 154, 162, 164) se extiende de forma transversal u oblicua con respecto a la mayor extensión longitudinal de la pieza de acero (16, 104) y/o de forma no lineal.

7.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque como pieza de acero (16, 104) se usa un semiproducto, especialmente una pieza bruta a medida, una pieza bruta soldada a medida, una pieza bruta de tipo patchwork o una pieza bruta laminada a medida, o una pletina recortada.

8.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se usa una pieza de acero (16, 104) de MBW 1500, MBW 1200 o MBW 1900, preferentemente en combinación con un acero microaleado, por ejemplo MHZ340, y/o de un acero microaleado, por ejemplo MHZ340.

9.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la pieza de acero (16, 104) presenta un recubrimiento orgánico, especialmente una protección contra la oxidación, preferentemente una protección contra la oxidación de uno, dos o más componentes, a base de disolvente o de agua, y/o un recubrimiento inorgánico, preferentemente un recubrimiento basado en aluminio o en aluminio-silicio, especialmente un recubrimiento aluminizado al fuego y/o un recubrimiento basado en zinc.

10.- Herramienta para la conformación en caliente y para el temple de piezas de acero , especialmente para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3 o 5 a 9, en la que la superficie de herramienta (14) que entra en contacto con la pieza de acero (16, 104) presenta varias secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) que se diferencian en cuanto a su conductividad térmica, caracterizada porque la al menos una de las secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) presenta un recubrimiento superficial (74, 76, 78) que reduce o aumenta la conductividad térmica, y que puede eliminarse y volver a aplicarse en caso de necesidad..

11.- Herramienta según la reivindicación 10, caracterizada porque las secciones (32, 34, 36, 38, 66, 68, 70, 72) se componen de diferentes materiales, especialmente de aceros, de aleaciones de acero y/o de cerámicas, con diferentes conductividades térmicas.

12.- Herramienta según la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque la superficie de herramienta (14) que entra en contacto con la pieza de acero (16, 104) está dispuesta al menos en parte sobre segmentos (52a-r) y/o insertos de herramienta recambiables de la herramienta (2, 30, 64).