MX2012005581A - Metodo para formar un componente de forma compleja a partir de material laminado. - Google Patents
Metodo para formar un componente de forma compleja a partir de material laminado.Info
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Abstract
Un método para formar un componente de forma compleja a partir de una lámina de aleación de Al o una lámina de aleación de Mg; el método comprende los pasos de: a) calentar la lámina hasta una temperatura por debajo de la temperatura de tratamiento térmico en solución (SHT) de la aleación; b) formar la lámina calentada entre troqueles calientes en o hacia la forma compleja; c) calentar la lámina hasta por lo menos su temperatura de SHT y sustancialmente mantener esa temperatura hasta que la SHT se haya completado; y d) templar la lámina tratada térmicamente en solución entre troqueles fríos y al mismo tiempo completar el formado en la forma compleja o mantener esa forma.
Description
METODO PARA FORMAR UN COMPONENTE DE FORMA COMPLEJA A PARTIR DE MATERIAL LAMINADO
CAMPO TÉCNICO
Esta invención se refiere al formado de componentes de forma compleja a partir de lámina de aleación de aluminio. Esta invención también se refiere al formado de tales componentes de una aleación de magnesio.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En general es deseable que los componentes utilizados en aplicaciones automotrices y aeroespaciales sean formados tan ligeros como sea posible. Los componentes más ligeros contribuyen a disminuir el peso total de un automóvil o aeronave y así ayudan a mejorar la economía en combustible. La utilización de componentes de peso ligero puede también proporcionar otras ventajas tales como, en aplicaciones automotrices, manejo mejorado del desempeño, y, en aplicaciones aeroespaciales, permite portar una carga más pesada. Por estas razones, es deseable hacer componentes para tales aplicaciones de aleaciones de peso ligero, tales como aleaciones de aluminio (aleaciones de Al).
Sin embargo, las aleaciones de Al, son menos dúctiles que las aleaciones por ejemplo de acero. Como resultado, es por lo menos difícil, y algunas veces imposible, formar componentes de forma compleja a partir de aleaciones de Al. En cambio, los componentes de forma compleja algunas veces son molidos de bloques sólidos de aleación de Al tratada con calor. Esto puede resultar en un alto porcentaje de desperdicio de la aleación de Al, y entonces en altos costos de fabricación. Lo mismo es verdadero cuando se forman componentes a partir de aleaciones de magnesio (aleaciones de Mg).
La WO 2008/059242 describe un método para formar una lámina de aleación de aluminio (aleación de Al) en componentes de forma compleja. El método descrito en WO 2008/059242 incluye los siguientes pasos generales:
(i) calentar un molde de lámina de aleación de Al a su temperatura de tratamiento térmico en solución (SHT) y mantener esa temperatura hasta que se haya completado la SHT;
(ii) transferir rápidamente el molde de lámina a un conjunto de troqueles fríos para que la pérdida de calor del molde de lámina sea llevado al mínimo;
(iii) inmediatamente cerrar los troqueles fríos para formar el molde de lámina en el componente; y
(iv) mantener el componente formado en los troqueles cerrados durante el enfriamiento del componente formado.
Aunque este método tiene ciertas ventajas sobre los métodos anteriores, es cierto que también tiene ciertos inconvenientes. Por ejemplo, las necesidades de formación a ser realizadas antes del enfriamiento de la lámina para que el método sea exitoso. A medida que la lámina tiende a enfriarse rápidamente (es delgada y tiene una baja capacidad calorífica específica y alta conductividad térmica) el formado debe ser realizado muy rápidamente. Esto es problemático porque entonces el formado requiere un prensado muy rápido con altas fuerzas de formación. Tales prensas son costosas y las altas fuerzas de formación tienden a disminuir la vida de la herramienta. También, es difícil de formar partes complejas: la lámina tiende a enfriarse antes de que la parte compleja sea completamente formada.
Por lo tanto es deseable resolver este inconveniente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
De acuerdo con un primer aspecto de esta invención, se proporciona un método para formar un componente de forma compleja a partir de una lámina de aleación de Al, el método comprende los pasos de:
a) calentar la lámina hasta una temperatura por debajo de la temperatura de tratamiento térmico en solución (SHT) de la aleación;
b) formar la lámina calentada entre los troqueles calientes en o hacia la forma compleja;
c) calentar la lámina hasta por lo menos su temperatura de SHT y sustancialmente mantener esa temperatura hasta que la SHT se haya completado; y
d) templar la lámina tratada térmicamente en solución entre troqueles fríos y al mismo tiempo completar el formado en la forma compleja o mantener la forma.
Ha sido encontrado que la capacidad de formación de las aleaciones de Al es mayor a temperaturas por debajo de la temperatura de SHT que a la temperatura de SHT. Esto se debe a que las inclusiones en la aleación pueden volverse líquidas a la temperatura de SHT y lleva a la creación de micro huecos dentro del material antes de que comience la formación. Como resultado, la capacidad de formación después de la SHT, y en la temperatura de SHT, disminuye.
Entonces, al formar por lo menos parcialmente la lámina a una temperatura por debajo de la temperatura de SHT, cuando la capacidad es mayor, es más fácil formar una parte compleja. Esto se realiza en el método presente al calentar primero la lámina hasta una temperatura por debajo de esa temperatura de SHT y luego formando la lámina por lo menos parcialmente en la forma compleja entre troqueles calientes. Además, al colocar la lámina por lo menos parcialmente formada entre troqueles fríos para templar la lámina, el formado puede ser terminado (o mantenido si ya está completamente formado) durante la operación de templado, resultando así en el componente de la forma deseada.
El paso (a) puede incluir el calentamiento de la lámina a una temperatura debajo de esa a la cual se funden las inclusiones en la aleación. El paso (a) puede incluir el calentamiento de la lámina a una temperatura a la cual la capacidad de formación de la aleación es mayor que esa a la temperatura de SHT. El paso (a) puede incluir el calentamiento de la lámina a una temperatura a la cual la capacidad de formación de la aleación es sustancialmente llevada al máximo.
El paso (b) puede incluir la formación de la lámina en troqueles calientes dispuesta para llevar al mínimo las pérdidas de calor de la lámina. En el paso (b) los troqueles pueden estar a una temperatura debajo de la temperatura de SHT para la aleación. En el paso (b) los troqueles pueden estar sustancialmente a la misma temperatura que esa a la cual la lámina es calentada en el paso (a). Durante el paso (b), la temperatura de los troqueles puede mantenerse sustancialmente constante. Los troqueles del paso (b) pueden comprender uno o más elementos de calentamiento.
El paso (d) puede incluir el paso de formar hoyos o cortes en la lámina. Los troqueles del paso (b) pueden ser sustancialmente de la misma forma que el troquel del paso (b). Los troqueles del paso (b) pueden estar arreglados para conducir el calor lejos de la lámina cuando lo tiene. Los troqueles del paso (b) pueden ser enfriados; y pueden comprender uno o más elementos enfriamiento y/o canales de enfriamiento.
El método puede incluir el paso subsiguiente de (e) envejecer artificialmente el componente resultante de forma compleja.
La aleación de Al puede ser una aleación de Al serie 2XXX, tal como AA2024. En el paso (a), la lámina puede ser calentada a menos de 493 °C; la lámina puede ser calentada a menos de 470 °C; la lámina puede ser calentada a entre 430 °C y 470 °C; la lámina puede ser calentada entre 440 °C y 460 °C. El paso (a) puede comprender el calentamiento de la lámina a esta temperatura por entre 1 y 10 minutos, o por más tiempo, antes de comenzar el paso (b); y puede comprender el calentamiento de la lámina a esta temperatura sólo por 5 minutos. El paso (c) puede comprender el calentamiento de la lámina entre 490 °C y 495 °C, y puede comprender el calentamiento de la lámina a 493 °C. El paso (c) puede comprender el calentamiento de la lámina a esta temperatura y sustancialmente mantenerse a esta temperatura por entre 10 y 20 minutos, 15 a 20 minutos antes del comienzo del paso (d); y puede comprender el calentamiento de la lámina a esta temperatura y sustancialmente mantenerse a esta temperatura por entre 15 y 20 minutos, tal como por ejemplo, sólo por 15 minutos.
Ha sido encontrado que los principios del método del primer aspecto también pueden ser utilizados con aleaciones de Mg.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método para formar un componente de forma compleja a partir de una lámina de aleación de Al o una lámina de aleación de Mg, el método comprende los pasos de:
a) calentar la lámina hasta una temperatura por debajo de la temperatura del tratamiento térmico en solución (SHT) de la aleación;
b) formar la lámina calentada entre los troqueles calientes en o hacia la forma compleja;
c) calentar la lámina hasta por lo menos su temperatura de SHT y sustancialmente mantener esa temperatura hasta que la SHT se haya completado; y
d) templar la lámina tratada térmicamente en solución entre troqueles fríos y al mismo tiempo completar el formado en la forma compleja o mantener esa forma.
Las características opcionales del primer aspecto también pueden ser características opcionales de este segundo aspecto.
Cuando el método es para el formado a partir de una aleación de Mg, la aleación de Al puede ser una aleación tal como AZ31 o AZ91 . En el paso (a), la lámina puede ser calentada a menos de 480 °C, la lámina puede ser calentada a menos de 470 °C, la lámina puede ser calentada a entre 400 °C y 420 °C; la lámina puede ser calentada a aproximadamente 413 °C. El paso (a) puede comprender el calentamiento de la lámina a esta temperatura por entre 1 y 10 minutos, o por más tiempo, antes del comienzo del paso (b); y puede comprender el calentamiento de la lámina a esta temperatura por sólo 5 minutos o sólo 3 minutos. El paso (c) puede comprender el calentamiento de la lámina a entre 400 °C y 525 °C, y puede comprender el calentamiento de la lámina hasta aproximadamente 480 °C. El paso (c) puede comprender el calentamiento a esta temperatura y sustancialmente mantenerse a esta temperatura por entre 10 y 20 minutos antes del comienzo del paso (d); y puede comprender el calentamiento de la lámina a esta temperatura y
sustancialmente mantenerse a esta temperatura por entre 15 y 20 minutos, tal como, por ejemplo, sólo por 15 minutos.
La temperatura de los troqueles fríos puede ser menor que 50
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Las modalidades específicas de la invención se describen a continuación a manera de ejemplo únicamente y con referencia a los dibujos que la acompañan, en los cuales:
La figura 1 es una representación de la variación de la temperatura para una lámina de aleación de Al con el tiempo durante un método que incorpora la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Con referencia a la figura 1 , una modalidad del método para formar un componente de forma compleja a partir de una lámina de aleación de Al ahora será descrita.
Una lámina de aleación de Al AA2024 es primero calentada a una temperatura de 450 °C en un horno. Esta temperatura de calentamiento inicial está por debajo de la temperatura de tratamiento térmico en solución (SHT) para AA2024 de 493 °C. La lámina luego es mantenida a 450 °C por cinco minutos. Esta parte del método es ilustrada por la línea B en la figura 1.
La lámina es luego transferida a un conjunto de troqueles calientes. En esta modalidad, los troqueles son mantenidos a una temperatura por debajo de 400 °C, específicamente, en esta modalidad, 350 °C por la operación de elementos de calentamiento colocados en y alrededor de los troqueles. La lámina es transferida a los troqueles calientes sin demora para llevar al mínimo el enfriamiento de la lámina durante esta transferencia. Los troqueles calientes luego son puestos conjuntamente para formar la lámina en la forma del componente complejo que será formada. Esta parte del método es representada por la línea C en la figura 1. En otras modalidades, los troqueles calientes pueden ser tales que forman la lámina hacia la forma del componente complejo de manera que es necesaria una deformación subsiguiente para lograr finalmente este componente. Esto será explicado con más detalle a continuación.
Regresando a la presente modalidad, una vez que la lámina ha sido formada entre los troqueles calientes, se calienta en otro horno hasta su temperatura de SHT de 493 °C y se mantiene a esta temperatura por 15 minutos de manera que la SHT de la lámina formada se complete. Esta parte del método es representada por la línea D en la figura 1.
Inmediatamente después de que la SHT ha sido completada, la lámina es transferida a troqueles fríos. En esta modalidad, los troqueles fríos son exactamente de la misma forma que los troqueles calientes (aunque
pueden diferir en otras modalidades, como se describirá en lo siguiente). Los troqueles fríos son puestos conjuntamente de manera que la lámina formada se mantenga con la forma del componente, de manera que la forma sea recuperada en el caso de cualquier distorsión de la misma durante la SHT, y de manera que la lámina sea simultáneamente templada. En esta modalidad, los troqueles fríos son mantenidos a una temperatura por debajo de 150 °C. Esto es realizado por la provisión de canales de enfriamiento en y alrededor de los troqueles fríos para transportar un refrigerante a través de los mismos. Una vez que la lámina ha sido templada, es retirada de los troqueles fríos. Esta parte del método es representada por la línea E en la figura 1.
Finalmente, la lámina, que ahora está formada como el componente de forma compleja es envejecida artificialmente de una manera convencional. Esta parte del método es representada por la línea F en la figura 1.
Ha sido encontrado que la capacidad de formación del AA2024 a su temperatura de SHT de 293 °C es aún menor que su capacidad de formación a temperatura ambiente. Investigaciones posteriores revelaron que la aleación contiene grandes inclusiones de AI2oCu2Mn3 que funden entre 470 °C y 480 °C (es decir, por debajo de la temperatura de SHT), dependiendo de la velocidad de calentamiento. Como resultado, estas inclusiones se vuelven líquidas a la temperatura de SHT, lo que resulta en la formación de huecos en la micro-estructura de la lámina. Esto causa que la capacidad de formación sea menor. Por esta razón, la lámina es calentada a una temperatura por
debajo de la temperatura de SHT en el primer paso del método. Ha sido encontrado que la AA2024 exhibe una capacidad de formación máxima a 450 °C, de manera que esta temperatura es utilizada. Características similares han sido encontradas en otras aleaciones de Al. En particular, se contempla que las modalidades del método puedan también ser utilizadas para formar componentes de forma compleja a partir de aleaciones de las series AA5XXX y AA6XXX, con los cambios adecuados en las temperaturas y duraciones.
La formación de la lámina calentada entre los troqueles calientes lleva al mínimo la pérdida de calor de la lámina de manera que puede ser formada en o cerca de las condiciones isotérmicas. El procedimiento de formación no requiere por lo tanto ser realizado tan rápidamente con en WO 2008/059242 o con dichas altas fuerzas de formación. Entonces, puede utilizarse equipo de formación menos costoso y se puede esperar una vida más larga de las herramientas.
El resto del método es similar a ese descrito en WO
2008/059242, excepto que no se realiza ninguna deformación de la lámina durante el templado entre los troqueles fríos (aunque, en otras modalidades, puede ocurrir alguna deformación, tal como una pequeña deformación). El propósito principal de esta parte del método es templar la aleación después de la SHT y llevar al mínimo la distorsión del componente formado durante el rápido enfriamiento. En modalidades donde se realiza una deformación posterior en esta parte del método, la forma del componente se refina además en la forma terminada y pueden añadirse características adicionales del componente.
Como ya se mencionó, en otras modalidades, la lámina puede no formarse completamente en el componente deseado entre los troqueles calientes. En cambio, puede haber un formado adicional entre los troqueles fríos. En tales modalidades, se contempla que los troqueles fríos y calientes tendrán exactamente la misma forma.
Como se describió antes, también se ha encontrado que este método trabaja bien con aleaciones de Mg. En una modalidad adicional, este método es por lo tanto utilizado para formar un componente de forma compleja a partir de aleación de Mg, que en esta modalidad es AZ31 . La descripción anterior del método descrito con referencia a y mostrado en la figura 1 aplica, principalmente, igualmente a esta modalidad. Sin embargo, ciertas temperaturas y duraciones varían considerando la aleación diferente. Estas diferencias se describen a continuación.
La lámina de AZ31 es inicialmente calentada a 413 °C, y mantenida a esta temperatura por aproximadamente 3 minutos. De nuevo, esta parte del método es ilustrada por la línea B en la figura 1. La parte del método ilustrada por la línea C es como en lo anterior. En la parte del método ilustrada por la línea D, la lámina es calentada a su temperatura de SHT de 480 °C y mantenida ahí por, como en lo anterior, 15 minutos. La parte del método ilustrada por la línea E es como en lo anterior, pero con los troqueles fríos siendo mantenidos por debajo de 50 °C. Finalmente, el envejecimiento artificial representado por la línea F es, como en lo anterior, realizado de
manera convencional.
Claims (13)
1.- Un método para formar un componente de forma compleja a partir de una lámina de aleación de Al o una lámina de aleación de Mg, el método comprende los pasos de: a) calentar la lámina hasta una temperatura por debajo de la temperatura de tratamiento térmico en solución (SHT) de la aleación; b) formar la lámina calentada entre troqueles calientes en o hacia la forma compleja; c) calentar la lámina hasta por lo menos su temperatura de SHT y sustancialmente mantener esa temperatura hasta que la SHT se haya completado; y d) templar la lámina tratada térmicamente en solución entre troqueles fríos y al mismo tiempo completar el formado en la forma compleja o mantener la forma.
2 - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el paso (a) incluye el calentamiento de la lámina a una temperatura por debajo de esa a la cual funden las inclusiones en la aleación.
3.- El método de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado además porque el paso (a) incluye el calentamiento de la lámina a una temperatura en la cual la capacidad de formación de la aleación es mayor que esa a la temperatura de SHT.
4.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el paso (a) incluye el calentamiento de la lámina a una temperatura en la cual la capacidad de formación de la aleación es sustancialmente llevada al máximo.
5.- El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el paso (b) incluye la formación de la lámina en troqueles calientes arreglados para llevar al mínimo la pérdida de calor de la lámina.
6. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque en el paso (b), los troqueles están sustancialmente a la misma temperatura que esa a la cual la lámina es calentada en el paso (a).
7. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque durante el paso (b), la temperatura de los troqueles se mantiene sustancialmente constante.
8. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque los troqueles del paso (b) comprenden uno o más elementos de calentamiento.
9. -El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque los troqueles del paso (d) tienen sustancialmente la misma forma que el troquel del paso (b).
10. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque los troqueles del paso (d) son enfriados, y opcionalmente comprenden uno o más elementos de enfriamiento y/o canales de enfriamiento. 1 1. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el método incluye el paso subsiguiente de (e) envejecer artificialmente el componente resultante de forma compleja. 12. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la aleación de Al es una aleación de Al de la serie 2XXX, tal como AA2024. 13.- El método de conformidad con cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque la aleación de Mg es AZ31 o AZ91.
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