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WO2010061007A1 - Procedimiento de temple de una pieza obtenida por estampación en caliente y dispositivo utilizado - Google Patents

Procedimiento de temple de una pieza obtenida por estampación en caliente y dispositivo utilizado Download PDF

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Publication number
WO2010061007A1
WO2010061007A1 PCT/ES2008/000679 ES2008000679W WO2010061007A1 WO 2010061007 A1 WO2010061007 A1 WO 2010061007A1 ES 2008000679 W ES2008000679 W ES 2008000679W WO 2010061007 A1 WO2010061007 A1 WO 2010061007A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
die
piece
fluid
cooling
application
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/ES2008/000679
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Beatriz Gonzalez Ciordia
Iñigo ARANGUREN MENDIETA
Iñaki PEREZ BILBAO
Sonia Varela Lopez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fundacion Tecnalia Research and Innovation
Original Assignee
Fundacion Labein
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fundacion Labein filed Critical Fundacion Labein
Priority to PCT/ES2008/000679 priority Critical patent/WO2010061007A1/es
Publication of WO2010061007A1 publication Critical patent/WO2010061007A1/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J13/00—Details of machines for forging, pressing, or hammering
    • B21J13/02—Dies or mountings therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
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    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working

Definitions

  • the present invention encompasses in the field of tempering procedures and devices for parts obtained by hot stamping.
  • the hot sheet to be stamped is introduced into a die for its conformation but, this sheet must be quickly cooled so that the tempering thereof is adequate and has good mechanical characteristics.
  • the sheet is at a stamping temperature, which is approximately 800 ° and, this temperature must be lowered to approximately 100 ° so that it can be handled without problems. It is desirable that the cooling time be as short as possible because, in this way, productivity is increased and the desired mechanical and structural properties are guaranteed.
  • the cooling of the sheet is achieved by direct contact with the die that is cold and this contact means that, in the most innovative designs, the temperature of the sheet falls from 800 ° to approximately 100 ° -200 °.
  • the most common procedure for cooling the die consists of using dies provided with a series of channels on the inner surface and causing the circulation of a cooling fluid through said channels.
  • the time required for cooling the die varies depending on the number and position of the channels, the flow rate of the cooling fluid, etc. Devices of this type are observed for example in EP Patents 1749593, JP 2005007442, US 7,165,434, DE 10341867, US 2002/0113041 and EP 1403029.
  • Methods and devices that use dies with channels or surface recesses are also known to define lines of contact between the die and the sheet, and spaces (corresponding to the channels or recesses) between the first part and the sheet metal part.
  • areas with different cooling, first areas with greater cooling and, therefore, better mechanical properties, where there is contact between the die and the piece or sheet, and a second areas with less cooling and, are achieved in the sheet. therefore, different mechanical properties (for example, in areas where the part must be cut) where the channels or recesses were and there was no direct contact between the piece and the metal of the die.
  • This type of cooling usually results in striped cooling.
  • patents WO2006 / 038868, US 5,916,389, JP 2003328031 and WO 2006/015849 define such procedures and devices.
  • PCT application WO2007 / 084089 describes a die comprising a series of channels through which air or a cooling agent can circulate, which increases rapid cooling.
  • This die also incorporates recesses in areas where it is not wanted that the cooling is fast, to be able to more easily cut the sheet in later operations.
  • the die can comprise holes so that the sheet can be cooled by sprayers that spray on the piece of sheet through these holes.
  • this operation is carried out with the die closed, which causes the cooling to not be homogeneous.
  • the cooling rate will be different, because with a closed die there can be no good circulation of refrigerant fluid, between the areas where there is a direct attack of the sheet and the areas where there are no holes, because the liquid does not have space to circulate with sufficient speed.
  • the tempering procedure of a piece obtained by hot stamping on a die and device used, object of this invention presents some technical peculiarities intended to allow a manufacturing of stamped parts with a reduced duty cycle that improves manufacturing productivity, enabling also a definition of the zones of major and minor mechanical properties by means of the controlled cooling of the piece during its conformation.
  • This procedure and device are based on the use of a refrigeration fluid cooling system applied directly against the piece to be tempered after stamping, so that tempering occurs in a way controlled and if necessary it can be variable by zones, obtaining different mechanical properties depending on the temper produced.
  • a first object of the invention is a tempering process of a piece obtained by hot stamping on a die comprising a first part, which can be a punch and a second part, which can be a matrix, movable between them, comprising the following phases:
  • the first separation distance is configured to allow the distribution of the refrigerant fluid applied to said first surface of the piece.
  • the application of the fluid can be done by spraying the said cooling fluid.
  • This application of the fluid can be done in a homogeneous way, so that a homogeneous tempering of the piece is obtained or, it can be done in a non-homogeneous way in order to be able to obtain a piece with zones of different levels of hardness and mechanical resistance.
  • the process may comprise an additional phase of securing the piece. This phase is carried out once it has been carried out. The conformation of the piece in the closed die so that the piece remains in contact with the second part of the die.
  • the method can comprise an additional phase of displacement of the piece, after the displacement of the first part of the die, so that, between the piece and the second part of the die, a second separation distance is configured to allow the application of fluid refrigerant on a second surface of the piece, which may be a surface of the piece formed by contact with the second part of the die. In this way, cooling fluid can be applied on the first surface of the piece, on a second surface of the piece or on both surfaces.
  • the refrigerant fluid can be applied until the microstructural transformations in the piece have been completed and, therefore, its extraction from the die is possible without changes in its shape. This temperature is approximately 250 °. However, in order to handle the already formed part, the refrigerant fluid can be applied until the part reaches an approximate temperature between 125 ° and 75 °.
  • the stamping of the piece and then the cooling of the same occurs, regardless of the temperature of the die.
  • the cooling of the piece occurs exclusively with the process of the invention, whether it is part of a cold or hot die.
  • the device used for tempering a piece obtained by stamping comprises:
  • a first part for example a matrix
  • a second part for example a punch, configured for the drawing of a steel sheet until the forming of the piece
  • the device may comprise:
  • fastening means configured to hold the part in contact with the second part of the die.
  • These fastening means can be treadmills and have the function of preventing deformations in the shape of the piece during tempering.
  • - lifting means configured to move the part, so that between the second part of the die and the part there is a second separation distance
  • Second means of applying a refrigerant fluid configured to apply a refrigerant fluid on a second surface of the part through said second separation distance.
  • the second surface of the piece can be a surface of the piece formed by contact with the second part of the die.
  • the lifting means may be arranged to hold and lift the piece. These means can be arranged to act from the lower part of the piece and produce its elevation, or they can be arranged to act from the upper part of the piece in which case they can hold the piece before its elevation.
  • the first and second coolant fluid application means may be arranged outside the die.
  • first and second fluid application means may be arranged inside the die, said die comprising holes configured to allow the passage of the refrigerant fluid applied by the first and second fluid application means. Inside these holes the first and second fluid application means can be housed, which can comprise, for example, sprayers.
  • the coolant is preferably a mixture of water and air that acts as a propellant and causes the drop size to be reduced, although the use of any other fluid suitable for stamping various metal parts is not ruled out.
  • the sprayers are arranged in those areas of the die that are not vital for the stamping of the piece, so that they will not be affected by significant efforts during the closing of the die, nor will they cause deformations and undesirable marks on the piece.
  • these sprayers are distributed and oriented in a non-homogeneous way, mainly applied in those areas in which the increase of mechanical properties and hardness is sought.
  • the present method and device have a series of advantages based on the fact that the time required to cool the part is significantly shorter, and the thermal properties required to the construction steels of the die elements are less than those required in a conventional system.
  • the system is more flexible when controlling the degree of cooling of each area of the piece to be stamped, enabling the realization of parts with different zones of different strength and hardness due to a different cooling.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the open device at the start of the stamping cycle.
  • FIG. 2 shows a second subsequent step of the device in the conformation of the piece by closing the die.
  • FIG. 3 shows a third step in which the cooling fluid is sprayed on a first surface of the shaped part.
  • FIG. 4 shows a fourth step in which the device is ready to extract the shaped and tempered part.
  • FIG. 5 shows a detail of the arrangement of the sprayers on the inner face of the first part or die matrix.
  • FIG. 6 shows a schematic view of the die with sprayers on both parts of the die (die and punch) in which the lifting means are observed.
  • FIG. 7 shows a view where the sprayers, which act on the first surface of the piece, are arranged outside the die.
  • FIG. 8 shows a view where the sprayers, which act on the second surface of the piece, are arranged outside the die.
  • the die (1) comprises a first part (11) and a second part (12), in addition to fastening means (2a and 2b).
  • the piece (3) of steel to be stamped is introduced hot into the die (1), at a temperature of approximately 800 ° C.
  • the first part (11) has completed its career forming the part (3) against the second part (12), so that the die (1) is in a closed position and in contact with the piece (3).
  • the first part (11) of the die (1) has on its inner face some first means of application, which can be sprayers (4), housed in holes (14) of the forming face, for spraying a refrigerant fluid on a first surface of the part (3) when the first part (11) has moved, so that between the part (3) and Ia cited first part (11) of the die (1), a first separation distance remains.
  • This first separation distance must be sufficient for the spray to reach the entire first surface of the part (3).
  • the first surface of the piece (3) can be a surface of the piece (3) formed by contact with the first part (11) of the die (1).
  • the refrigerant fluid used in the sprayers (4) is generally water mixed with pressurized air, which comes from an external feeding and mixing device (not shown) through distribution pipes (15).
  • the part (3) continues to be in contact with the second part (12) of the die (1) and with the fastening means (2a and 2b). In this way, any possible deformation of the part (3) during cooling is avoided.
  • the sprayers (4) are sized so that they alone can perform the necessary cooling to temper the part (3) so that the martensitic transformation of the steel takes place, without depending on the cooling produced by the contact of the part (3 ) in its lower part with the second part (12) of the die and with the treadmills (2a and 2b). That is, regardless of the temperature of the die.
  • the die (1) can have a series of channels (13) for the circulation of a cooling liquid.
  • the sprayers (4) are arranged both inside the holes (14) or hollows of the first part (11) of the die, and in the periphery of said first part (11). These holes (14) or holes are made in the areas where the first part (11) does not conform to the piece (3). The only condition is that the necessary sprayers are placed to project the coolant on the whole or the desired areas of the surface of the piece (3).
  • the cooling of the tread areas of the part (3) located between the clamping means (2a and 2b) can be done by the conventional method of ducts (21) inside said clamping means (2a and 2b), to enable the subsequent cutting of the piece is made in non-tempered material.
  • the die (1) can comprise lifting means (16,16 ') configured to move the part (3), so that between the second part (12) of the die ( 1) and the piece (3) there is a second separation distance, through which, a second means of application (4 ') can apply a cooling fluid on a second surface of the piece.
  • This second surface of the piece (3) can be a surface of the piece (3) formed by contact with the second part (12) of the die (1).
  • the lifting means (16 ') can be arranged to act from the lower part of the piece and produce its elevation, or they can be lifting means (16) arranged to act from the upper part of the piece in which case they hold the piece before lifting.
  • the first means of application (4) and the second means of application (4 ') of fluid can be arranged outside the die, as can be seen in Figures 7 and 8.

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Abstract

El procedimiento comprende la estampación en caliente de la pieza (3) en un troquel (1) que comprende una matriz (11) y un macho (12) y una vez realizada dicha estampación se desplaza la matriz (11) de forma que entre la pieza (3) y la citada matriz (11) quede una distancia de separación, a través de la cual se distribuye un liquido refrigerante sobre aquella superficie de la pieza (3) descubierta mediante el desplazamiento del troquel (1). El dispositivo utilizado comprende, unos medios de aplicación de un fluido refrigerante configurados para aplicar el fluido refrigerante de forma homogénea y controlada, sobre la pieza estampada a través de la distancia de separación.

Description

DESCRIPCIÓN
PROCEDIMIENTO DE TEMPLE DE UNA PIEZA OBTENIDA POR ESTAMPACIÓN EN CALIENTE Y DISPOSITIVO UTILIZADO.
Campo de Ia invención
La presente invención se engloba en el campo de los procedimientos y dispositivos de temple de piezas obtenidas por estampación en caliente.
Antecedentes de Ia invención.
En los procesos de estampación en caliente, Ia chapa caliente a estampar se introduce en un troquel para su conformación pero, esta chapa, debe enfriarse rápidamente para que el templado de Ia misma sea adecuado y presente unas buenas características mecánicas. La chapa se encuentra a una temperatura de estampación, Ia cual es de aproximadamente 800° y, esta temperatura, debe bajarse hasta aproximadamente 100° para que pueda manipularse sin problemas. Es deseable que el tiempo de enfriamiento sea el menor posible porque, de esta manera, se aumenta Ia productividad y se garantizan las propiedades mecánicas y estructurales deseadas.
En Ia actualidad, el enfriamiento de Ia chapa se consigue por contacto directo con el troquel que se encuentra frío y este contacto hace que, en los diseños más novedosos, Ia temperatura de Ia chapa baje de 800° a aproximadamente 100°-200°.
El procedimiento más habitual para enfriar el troquel consiste en utilizar troqueles provistos de una serie de canales en Ia superficie interior y, provocar Ia circulación de un fluido refrigerante por dichos canales. El tiempo requerido para el enfriamiento del troquel varia dependiendo del número y posición de los canales, del caudal del fluido refrigerante, etc. Dispositivos de este tipo, se observan por ejemplo en las Patentes EP 1749593, JP 2005007442, US 7,165,434, DE 10341867, US 2002/0113041 y EP 1403029.
También, se conocen procedimientos en los cuales se enfrían los troqueles, más bien Ia superficie de los troqueles que va a entrar en contacto con Ia chapa, por ejemplo mediante chorros de agua que se proyectan sobre las superficies de contacto del troquel. WO 2006/124005, EP 1598129, GB 207279, US 5916367, GB 1187041 , US 2006/0070421 , US 5,535,613 y JP 50017887.
También se conocen métodos y dispositivos que utilizan troqueles con canales o rebajes superficiales para definir líneas de contacto entre el troquel y Ia chapa, y espacios (correspondiente a los canales o rebajes) entre Ia primera parte y Ia pieza de chapa. De esta forma se consiguen en Ia chapa zonas con enfriamientos diferentes, unas primeras zonas con mayor enfriamiento y, por tanto, mejores propiedades mecánicas, allí donde existe contacto entre el troquel y Ia pieza o chapa, y una segundas zonas con menor enfriamiento y, por tanto, distintas propiedades mecánicas (por ejemplo, en zonas donde debe cortarse Ia pieza) allí donde estaban los canales o rebajes y no existía contacto directo entre Ia pieza y el metal del troquel. Este tipo de enfriamiento suele dar lugar a un enfriamiento a rayas. Por ejemplo, las patentes WO2006/038868, US 5,916,389, JP 2003328031 y WO 2006/015849 definen procedimientos y dispositivos de este tipo.
En fin, todos los dispositivos y métodos conocidos se basan en el mismo principio, que un rápido enfriamiento de Ia chapa solo se consigue por contacto directo con un troquel frío y, donde no existe contacto directo, el enfriamiento siempre es menor, característica ésta que puede ser de interés en ciertas zonas de Ia pieza.
La solicitud PCT WO2007/084089 describe un troquel que comprende una serie de canales por los que puede circular aire o un agente refrigerante, que incrementa el rápido enfriamiento. Este troquel también incorpora unos rebajes en zonas donde no se quiere que el enfriamiento sea rápido, para poder cortar más fácilmente Ia chapa en posteriores operaciones. En dicha patente se hace mención a que el troquel puede comprender orificios de forma que Ia chapa puede ser enfriada mediante pulverizadores que pulverizan sobre Ia pieza de chapa a través de estos orificios. Esto implica que el enfriamiento de las piezas de chapa por los pulverizadores solo se puede hacer en zonas muy concretas, que pueden no coincidir con las zonas de interés donde se buscan las máximas propiedades mecánicas, ya que estos orificios están realizados en partes de Ia primera parte y segunda parte del troquel que no realizan esfuerzo de conformación considerable durante Ia operación de estampación, quedando las zonas fuertemente conformadas, tales como los dobleces y pliegues ocultos fuera de los orificios o ventanas.
Además, esta operación se realiza con el troquel cerrado, Io que provoca que el enfriamiento no pueda ser homogéneo. Obviamente, en Ia zona de los orificios donde actúa el pulverizador, habrá una tasa de enfriamiento alta pero en las zonas de contacto entre Ia chapa y el troquel, el ratio de enfriamiento será distinto, porque con un troquel cerrado no puede haber una buena circulación de fluido refrigerante, entre las zonas donde hay un ataque directo de Ia chapa y las zonas donde no existen orificios, porque el líquido no tiene espacio para circular con una velocidad suficiente.
Descripción de Ia invención
El procedimiento de temple de una pieza obtenida por estampación en caliente en un troquel y dispositivo utilizado, objeto de esta invención, presenta unas particularidades técnicas destinadas a permitir una fabricación de piezas estampadas con un reducido ciclo de trabajo que mejora Ia productividad de fabricación, habilitando además una definición de las zonas de mayores y menores propiedades mecánicas mediante el enfriamiento controlado de Ia pieza durante su conformación. Este procedimiento y dispositivo se basan en Ia utilización de un sistema de refrigeración por fluido refrigerante aplicado directamente contra Ia pieza a templar tras el estampado, de forma que el temple se produzca de forma controlada y en caso necesario pueda ser variable por zonas consiguiendo distintas propiedades mecánicas en función del temple producido.
Un primer objeto de Ia invención es un procedimiento de temple de una pieza obtenida por estampación en caliente en un troquel que comprende una primera parte, que puede ser un punzón y una segunda parte, que puede ser una matriz, desplazables entre sí, comprende las siguientes fases:
- Introducir una chapa de acero en el troquel, entre Ia primera parte y Ia segunda parte,
- desplazar Ia primera parte respecto de Ia segunda parte realizándose Ia embutición de Ia chapa por contacto con las dos partes del troquel, hasta Ia conformación de Ia pieza, quedando el troquel cerrado,
- una vez finalizada Ia conformación de Ia pieza en Ia fase anterior, desplazar Ia primera parte del troquel de forma que entre Ia pieza y Ia citada primera parte quede una primera distancia de separación,
- aplicar un fluido refrigerante, a través de Ia primera distancia de separación, sobre una primera superficie de Ia pieza, que puede ser una superficie de Ia pieza conformada por contacto con Ia primera parte del troquel.
La primera distancia de separación está configurada para permitir Ia distribución del fluido refrigerante aplicado a Ia citada primera superficie de Ia pieza.
La aplicación del fluido puede realizarse mediante Ia pulverización del citado fluido refrigerante. Esta aplicación del fluido, puede realizarse de manera homogénea, de forma que se obtenga un templado homogéneo de Ia pieza o, puede realizarse de manera no homogénea con el fin de poder obtener una pieza con zonas de distintos niveles de dureza y resistencia mecánica.
Por otro lado, para evitar Ia deformación de Ia pieza durante el templado, el procedimiento puede comprender una fase adicional de sujeción de Ia pieza. Esta fase se lleva a cabo una vez que se ha realizado Ia conformación de Ia pieza en el troquel cerrado de forma que Ia pieza permanezca en contacto con Ia segunda parte del troquel.
El procedimiento puede comprender una fase adicional de desplazamiento de Ia pieza, posteriormente al desplazamiento de Ia primera parte del troquel, de forma que, entre Ia pieza y Ia segunda parte del troquel, quede una segunda distancia de separación configurada para permitir Ia aplicación de fluido refrigerante sobre una segunda superficie de Ia pieza, Ia cual puede ser una superficie de Ia pieza conformada por contacto con Ia segunda parte del troquel. De esta manera puede aplicarse fluido refrigerante por Ia primera superficie de Ia pieza, sobre una segunda superficie de Ia pieza o sobre ambas superficies.
El fluido refrigerante puede aplicarse hasta que han finalizado las transformaciones microestructurales en Ia pieza y, por tanto, es posible su extracción del troquel sin que se puedan producir cambios en su forma. Esta temperatura es aproximadamente 250°. No obstante, para poder manipular Ia pieza ya conformada, el fluido refrigerante se puede aplicar hasta que Ia pieza alcance una temperatura aproximada entre 125° y 75°.
Con el procedimiento de Ia invención en primer lugar, se produce Ia estampación de Ia pieza y posteriormente el enfriamiento de Ia misma, independientemente de Ia temperatura del troquel. El enfriamiento de Ia pieza se produce exclusivamente con el procedimiento de Ia invención, tanto si se parte de un troquel frío o caliente.
El dispositivo utilizado para el templado de una pieza obtenida por estampación comprende:
- una primera parte, por ejemplo una matriz y una segunda parte, por ejemplo un punzón, configuradas para Ia embutición de una chapa de acero hasta Ia conformación de Ia pieza,
- unos medios de desplazamiento de Ia primera parte respecto de Ia segunda parte para Ia apertura y cierre del troquel, definiendo una primera distancia de separación entre Ia pieza y Ia primera parte del troquel,
- unos primeros medios de aplicación de un fluido refrigerante configurados para aplicar un fluido refrigerante sobre una primera superficie de Ia pieza a través de Ia citada primera distancia de separación. Adicionalmente, el dispositivo puede comprender:
- unos medios de sujeción configurados para sujetar Ia pieza en contacto con Ia segunda parte del troquel. Estos medios de sujeción pueden ser unos pisadores y tienen Ia función de evitar que se produzcan deformaciones en Ia forma de Ia pieza durante el templado.
- unos medios de elevación configurados para desplazar Ia pieza, de forma que entre Ia segunda parte del troquel y Ia pieza exista una segunda distancia de separación, y
- unos segundos medios de aplicación de un fluido refrigerante configurados para aplicar un fluido refrigerante sobre una segunda superficie de Ia pieza a través de Ia citada segunda distancia de separación. La segunda superficie de Ia pieza puede ser una superficie de Ia pieza conformada por contacto con Ia segunda parte del troquel.
Los medios de elevación pueden estar dispuestos para sujetar y elevar Ia pieza. Estos medios pueden estar dispuestos para actuar desde Ia parte inferior de Ia pieza y producir su elevación, o bien pueden estar dispuestos para actuar desde Ia parte superior de Ia pieza en cuyo caso pueden sujetar Ia pieza antes de su elevación.
En una realización, los primeros y segundos medios de aplicación de fluido refrigerante pueden estar dispuestos en el exterior del troquel.
En otra realización, los primeros y segundos medios de aplicación del fluido pueden estar dispuestos en el interior del troquel, comprendiendo el citado troquel unos orificios configurados para permitir el paso del fluido refrigerante aplicado por los primeros y segundos medios de aplicación del fluido. En el interior de estos orificios pueden estar alojados los citados primeros y segundos medios de aplicación del fluido, que pueden comprender, por ejemplo, unos pulverizadores. El líquido refrigerante es preferentemente una mezcla de agua y aire que actúa de propelente y provoca que se reduzca el tamaño de gota, aunque no se descarta el uso de cualquier otro fluido adecuado a Ia estampación de piezas de metales diversos.
Igualmente el empleo de sistemas de regulación de caudal agua y aire permite controlar Ia capacidad de enfriamiento de cada pulverizador. Esto posibilitaría adecuar el enfriamiento de zonas concretas de Ia pieza, controlando de este modo el templado de las mismas y por ende las propiedades microestructurales resultantes.
Preferentemente, los pulverizadores están dispuestos en aquellas zonas del troquel que no resultan vitales para Ia estampación de Ia pieza, por Io que no se verán afectados por esfuerzos importantes durante el cierre del troquel, ni ocasionarán deformaciones y marcas indeseables en Ia pieza.
En el caso de desearse que Ia pieza estampada tenga zonas de mayor dureza y resistencia mecánica, combinadas con zonas de menor dureza, más adecuadas para Ia realización de cortes y mecanizados posteriores, estos pulverizadores están distribuidos y orientados de forma no homogénea, aplicándose principalmente en aquellas zonas en las que se busca el aumento de propiedades mecánicas y dureza.
El presente procedimiento y dispositivo presentan una serie de ventajas basadas en que el tiempo necesario para refrigerar Ia pieza es notablemente inferior, y las propiedades térmicas exigidas a los aceros de construcción de los elementos del troquel son inferiores a los exigidos a un sistema convencional. Además el sistema es más flexible a Ia hora de controlar el grado de enfriamiento de cada zona de Ia pieza a estampar, habilitando Ia realización de piezas con distintas zonas de resistencia y dureza determinadas diferentes debido a un diferente enfriamiento.
Descripción de las figuras. Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de facilitar Ia comprensión de las características de Ia invención, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
- La figura 1 muestra una vista esquematizada del dispositivo abierto en el inicio del ciclo de estampación.
- La figura 2 muestra un segundo paso posterior del dispositivo en la conformación de Ia pieza por cierre del troquel.
- La figura 3 muestra un tercer paso en Ia que se pulveriza el fluido refrigerante sobre una primera superficie de Ia pieza conformada.
- La figura 4 muestra un cuarto paso en Ia que el dispositivo está listo para extraer Ia pieza conformada y templada.
- La figura 5 muestra un detalle de Ia disposición de los pulverizadores en Ia cara interna de Ia primera parte o matriz del troquel.
- La figura 6 muestra una vista esquemática del troquel con pulverizadores en ambas partes del troquel (matriz y punzón) en Ia que se observan los medios de elevación.
- La figura 7 muestra una vista en donde los pulverizadores, que actúan sobre Ia primera superficie de Ia pieza, están dispuestos en el exterior del troquel.
- La figura 8 muestra una vista en donde los pulverizadores, que actúan sobre Ia segunda superficie de Ia pieza, están dispuestos en el exterior del troquel.
Realización preferente de Ia invención
Como se puede observar en las figuras referenciadas, el troquel (1 ) comprende una primera parte (11 ) y una segunda parte (12), además de unos medios de sujeción (2a y 2b). La pieza (3) de acero a estampar se introduce caliente en el troquel (1 ), a una temperatura de aproximadamente 800° C.
Existen diferentes procedimientos de calentamiento de Ia pieza (3), que no son objeto de esta invención.
Al completar Ia estampación, así representada en Ia figura 2, Ia primera parte (11) ha completado su carrera conformando Ia pieza (3) contra Ia segunda parte (12), de forma que el troquel (1 ) se encuentra en una posición cerrada y en contacto con Ia pieza (3).
Como se observa en Ia figura 3, para refrigerar Ia pieza (3), Ia primera parte (11) del troquel (1 ) dispone en su cara interior de unos primeros medios de aplicación, que pueden ser unos pulverizadores (4), alojados en unos orificios (14) de Ia cara de conformación, para el pulverizado de un fluido refrigerante sobre una primera superficie de Ia pieza (3) cuando Ia primera parte (11 ) se ha desplazado, de forma que entre Ia pieza (3) y Ia citada primera parte (11 ) del troquel (1 ), quede una primera distancia de separación. Esta primera distancia de separación tiene que ser suficiente para que Ia pulverización llegue a toda Ia primera superficie de Ia pieza (3). La primera superficie de Ia pieza (3) puede ser una superficie de Ia pieza (3) conformada por contacto con Ia primera parte (11 ) del troquel (1 ).
El fluido refrigerante utilizado en los pulverizadores (4) es generalmente agua mezclada con aire a presión, que proviene de un dispositivo exterior de alimentación y mezcla (no representado) a través de unas canalizaciones (15) de distribución.
Por Ia parte inferior, Ia pieza (3) sigue estando en contacto con Ia segunda parte (12) del troquel (1 ) y con los medios de sujeción (2a y 2b). De esta forma se evita cualquier posible deformación de Ia pieza (3) durante su enfriamiento. No obstante, los pulverizadores (4) están dimensionados para que ellos solos puedan realizar Ia refrigeración necesaria para templar Ia pieza (3) de forma que se produzca Ia transformación martensítica del acero, sin depender del enfriamiento producido por el contacto de Ia pieza (3) en su parte inferior con Ia segunda parte (12) del troquel y con los pisadores (2a y 2b). Es decir, independientemente de Ia temperatura del troquel. Opcionalmente, el troquel (1 ) puede presentar una serie de canales (13) para Ia circulación de un líquido refrigerante. En el ejemplo mostrado en Ia figura 5, los pulverizadores (4) están dispuestos tanto en el interior de los orificios (14) o huecos de Ia primera parte (11) del troquel, como en Ia periferia de dicha primera parte (11). Estos orificios (14) o huecos se encuentran realizados en las zonas donde Ia primera parte (11 ) no conforma a Ia pieza (3). La única condición es que se coloquen los pulverizadores necesarios para proyectar el líquido refrigerante sobre Ia totalidad o las zonas deseadas de Ia superficie de Ia pieza (3).
La refrigeración de las zonas de pisado de Ia pieza (3) situadas entre los medios de sujeción (2a y 2b) puede hacerse por el método convencional de conductos (21) en el interior de citados medios de sujeción (2a y 2b), para habilitar que el corte posterior de Ia pieza se realice en material no templado.
En una alternativa de realización representada en Ia figura 6, el troquel (1) puede comprender unos medios de elevación (16,16') configurados para desplazar Ia pieza (3), de forma que entre Ia segunda parte (12) del troquel (1) y Ia pieza (3) exista una segunda distancia de separación, a través de Ia cual, unos segundos medios de aplicación (4') puede aplicar un fluido refrigerante sobre una segunda superficie de Ia pieza. Esta segunda superficie de Ia pieza (3) puede ser una superficie de Ia pieza (3) conformada por contacto con Ia segunda parte (12) del troquel (1). Los medios de elevación (16') pueden estar dispuestos para actuar desde Ia parte inferior de Ia pieza y producir su elevación, o bien pueden ser medios de elevación (16) dispuestos para actuar desde Ia parte superior de Ia pieza en cuyo caso sujetan Ia pieza antes de su elevación.
Los primeros medios de aplicación (4) y los segundos medios de aplicación (4') de fluido pueden estar dispuestos en el exterior del troquel, tal y como se observa en las figuras 7 y 8.
Una vez descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de Ia invención que se reivindican a continuación.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento de temple de una pieza (3) obtenida por estampación en caliente en un troquel (1 ) que comprende una primera parte (11 ) y una segunda parte (12), desplazables entre si, que comprende las fases de:
a) introducir una chapa de acero en el troquel (1 ), entre Ia primera parte (11 ) y Ia segunda parte (12). b) desplazar Ia primera parte (11 ) respecto de Ia segunda parte (12) realizándose Ia embutición de Ia chapa por contacto con las dos partes del troquel (11 ) y (12), hasta Ia conformación de Ia pieza (3), quedando el troquel (1 ) cerrado,
caracterizado porque comprende adicionalmente las fases siguientes: c) Una vez finalizada Ia conformación de Ia pieza (3) en Ia fase b), desplazar Ia primera parte (11) del troquel (1) de forma que entre Ia pieza (3) y Ia citada primera parte (11) quede una primera distancia de separación d) Aplicar un fluido refrigerante, a través de Ia primera distancia de separación, sobre una primera superficie de Ia pieza (3).
2.- Procedimiento, según reivindicación 1 , en el cual Ia primera superficie de Ia pieza es una superficie de Ia pieza (3) conformada por contacto con Ia primera parte (11) del troquel (1).
3.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual Ia primera distancia de separación está configurada para permitir Ia distribución del fluido refrigerante aplicado en Ia primera superficie de Ia pieza (3).
4.- Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una fase adicional de sujeción de Ia pieza (3) después de Ia fase b) de forma que Ia pieza (3) permanezca en contacto con Ia segunda parte (12) del troquel (1 ).
5.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende una fase adicional de desplazamiento de Ia pieza (3), después de Ia fase c), de forma que entre Ia pieza (3) y Ia segunda parte (12) del troquel (1) quede una segunda distancia de separación y porque comprende una fase de aplicación de fluido refrigerante, sobre una segunda superficie de Ia pieza a través de Ia segunda distancia de separación.
6.- Procedimiento, según reivindicación 5, en el cual Ia segunda superficie de Ia pieza es una superficie de Ia pieza (3) conformada por contacto con Ia segunda parte del troquel (12).
7.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el cual Ia aplicación de fluido refrigerante comprende Ia pulverización del citado fluido refrigerante.
8.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el cual, el fluido refrigerante se aplica hasta que Ia temperatura de Ia pieza (3) es inferior a 25O0C
9.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el cual, el fluido refrigerante se aplica hasta que Ia pieza (3) alcanza una temperatura aproximada entre 125° C. y 75° C
10.- Dispositivo de temple de una pieza (3) obtenida por estampación en caliente en un troquel (1 ), que comprende una primera parte (11) y una segunda parte (12) configuradas para Ia embutición de una chapa de acero hasta Ia conformación de Ia pieza (3) y medios de desplazamiento de Ia primera parte (11) respecto de Ia segunda parte (12) para Ia apertura y cierre del troquel (1 ), definiendo una primera distancia de separación entre Ia pieza (3) y Ia primera parte (11 ) del troquel, caracterizado porque comprende unos primeros medios de aplicación (4) de un fluido refrigerante configurados para aplicar un fluido refrigerante sobre una primera superficie de Ia pieza a través de Ia citada primera distancia de separación.
11.- Dispositivo de temple, según reivindicación 10, que comprende medios de sujeción (2a, 2b) configurados para sujetar Ia pieza (3) en contacto con Ia segunda parte (12) del troquel (1 ).
12.- Dispositivo de temple, según reivindicaciones 10 u 11 , que comprende adicionalmente medios de elevación (16, 16') configurados para desplazar Ia pieza (3), de forma que entre Ia citada segunda parte (12) y Ia pieza (3) exista una segunda distancia de separación, y porque comprende segundos medios de aplicación (4') de un fluido refrigerante configurados para aplicar un fluido refrigerante sobre una segunda superficie de Ia pieza a través de Ia citada segunda distancia de separación.
13.- Dispositivo de temple, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque los primeros y segundos medios de aplicación (4, 4') de fluido están dispuestos en el exterior del troquel (1).
14.- Dispositivo de temple, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que los primeros y segundos medios de aplicación (4, 4') de fluido están dispuestos en el interior del troquel (1 ), comprendiendo el citado troquel (1 ) unos orificios (14, 14') configurados para permitir el paso del fluido refrigerante aplicado por los medios de aplicación de fluido (4, 4').
15.- Dispositivo de temple, según reivindicación 14, en el que los medios de aplicación de fluido (4, 4') están alojados en el interior de los orificios (14, 14') en el cual los medios de aplicación de fluido (4, 4') comprenden pulverizadores.
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