11 kn. de publicación: ES kint. Cl. 5 : B21D 22/20

Transcripción

1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 kn. de publicación: ES kint. Cl. : B21D 22/ B21D 37/18 CM 3/06 12 k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 86 knúmero de solicitud europea: k Fecha de presentación : k Número de publicación de la solicitud: k Fecha de publicación de la solicitud: k 4 Título: Procedimiento para mejorar la embutibilidad de una chapa o de un disco de chapa metalica. k Prioridad: FR k 73 Titular/es: Sollac Immeuble Elysées-La Défense, 29 Le Parvis F Puteaux, FR k 4 Fecha de la publicación de la mención BOPI: k 72 Inventor/es: Keller, Jacques k 4 Fecha de la publicación del folleto de patente: k 74 Agente: Ponti Sales, Adelaida Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 DESCRIPCION La presente invenciónse refiereaunprocedimientoparalaembutición de chapas o discos de chapa metálica especialmente de acero, según el preámbulo de la reivindicación El principio bien conocido de la embutición consiste en deformar plásticamente un disco de chapa sostenido por su periferia entre una matriz y una pisa por medio de un punzón, teniendo la matriz y el punzón una configuración determinada en función de la forma deseada del producto embutido. El punzón, la matriz y la pisa que son los órganos que se ponen en contacto con el disco durante la operación de embutición, se designarán en conjunto a partir de ahora herramientas de embutición. En los procedimientos de dar forma por deformaciòn plástica, tales como la embutición, el coeficiente de fricción chapa-herramienta tiene una importante función. Puede limitar la capacidad de deformación de la chapa, y conducir a roturas del disco si es muy elevado. La lubrificación, el estado de la superficie y la naturaleza de las herramientas son parámetros en los cuales se puede actuar para reducir la fricción. Durante la embutición, la superficie de contacto de estas herramientas con el disco está lubrificada, generalmente por un lubrificante líquido o aceite de embutición para facilitar la deformación del disco, reducir el coeficiente de fricción entre disco y herramientas y limitar de este modo los riesgos de gripado y rotura del disco. Sin embargo esta lubrificación no es siempre suficiente para evitar el gripado y la rotura del disco de chapa, especialmente cuando la presión de embutición es importante. Para resolver estos problemas, se ha propuesto realizar un tratamiento de superficie de la chapa a embutir. En particular se conocen procedimientos de conversión química de la superficie de la chapa, tales como la fosfatación, que permiten reducir el coeficiente de fricción chapa-herramienta y favorecen así la conformación del disco. Un tratamiento de este tipo sin embargo es costoso, y no se puede aplicar a todas las chapas que se deben embutir. Un inconveniente de estos procedimientos reside también en el hecho de que provocan una modificación de las características químicas de una capa de metal en la superficie de la chapa. Por mínima que sea, persistiendo esta capa en superficie después de la conformación de la pieza puede ser un estorbo para la utilización de la pieza obtenida. Especialmente puede haber incompatibilidad entre las características de superficie obtenidas y de los tratamientos químicos deseados después de la conformación. Otros inconvenientes en cuanto a la utilización de las piezas después de la conformación, también pueden ser redhibitorios. Por ejemplo, la fosfatación de las chapas constituye un inconveniente importante durante la soldadura de las piezas que se han sometido a la fosfatación. Otro inconveniente de estos procedimientos reside en la pesadez y el coste de las instalaciones industriales necesarias para estos tratamientos de superficie. Una instalación de fosfatación de chapas es costosa tanto por la importancia del material constitutivo, como por sus altos requerimientos energéticos. Además, los procedimientos de conversión química implican una duración mínima de tratamiento y por lo tanto para un tratamiento en una línea de fabricación continua, una longitud y un espacio considerables de la instalación de tratamiento. Por otra parte, se han hecho otras tentativas para mejorar las características lubrificantes de los aceites de embutición. Sin embargo, el riesgo de gripado subsiste, sobre todo en las partes sometidas a fuertes presiones, tales como los bordes de herramientas, donde la lubrificación con tales aceites puede ser insuficiente. Se conoce así por el documento US-A , que corresponde al preámbulo de la reivindicación 1, un procedimiento de embutición según el cual se utiliza una composición lubrificante constituida por un aceite y sales. Pero esta composición no puede ser homogénea. Por consiguiente, la capacidad lubrificante de un producto de este tipo no es constante en todos los puntos de la chapa, ya que la sal no está distribuida uniformemente en su superficie, lo que perturba la operación de embutición. La presente invención tiene por objeto resolver estos distintos problemas y suprimir los inconvenientes anteriormente citados. 2

3 Con estos objetivos a la vista, la invención tiene por objeto un procedimiento de embutición de chapas o discos de chapa metálica especialmente de acero, revestido o no, caracterizado por el hecho de que antes de la embutición en frío, se desposita en la chapa, o en las herramientas de embutición, una sal de un metal alcalino escogido de entre el grupo formado por Li, Na, K, y de un anión químicamente inerte a la vista del metal constitutivo de la chapa, escogido de entre los fosfatos, realizándose el depósito de dicha sal por aplicación sobre dichas herramientas o dicha chapa de una solución acuosa de dicha sal. Otras variantes del procedimiento según la invención se describen en las reivindicaciones 2 a Gracias a la invención, los riesgos de gripado y de rotura del disco pueden reducirse considerablemente, o hasta suprimirse. Además, se puede aumentar la presión de la pisa sin aumentar este riesgo, lo que mejora el confinamiento de los bordes del disco entre la matriz y la pisa y evita la formación de pliegues u ondulaciones en estos bordes. Además, la aplicación de dicha sal evita, en el caso en que se produjera un gripado durante una operación de embutición, la adhesión de las gripaduras en las herramientas, es decir de los vestigios del metal constitutivo de la chapa embutida y arrancados de ésta durante el eventual gripado. En consecuencia, la pieza embutida durante la siguiente operación no corre el riesgo de deteriorarse por gripaduras adherentes a las herramientas. Una explicación propuesta por los inventores para la mejora de la embutición observada, es que la sal depositada en la herramienta constituye un agente saponificante que provoca por reacción con el aceite de embutición un jabón, produciéndose esta reacción especialmente gracias a las condiciones de presión y de temperatura creadas a nivel de las superficies de contacto herramienta-disco durante la embutición. La presente invención, tomada en una de sus distintas disposiciones, permite reducir considerablemente el valor del coeficiente de fricción chapa-herramienta durante la embutición, y esto tanto si las chapas están, previamente al tratamiento, revestidas o no por ejemplo galvanizadas. Con respecto a las chapas anteriormente citadas, tratadas por conversión química de sus superficies, las chapas según la invención resultan muy económicas. Su procedimiento de fabricación permite realizar un ahorro de espacio considerable en cuanto a la instalación necesaria para su puesta en obra. Otras características y ventajas destacarán de la siguiente descripción hecha a título de ejemplo por unapartedepruebasqueponeenobraunprocedimientosegún la invención en el caso en el que se deposita dicha sal en las herramientas de embutición, y por otra parte pruebas comparativas de chapas tratadas según la invención y sometidas después a embutición. Se hace referencia a los dibujos anexos en los cuales: 4 -la figura 1 es una gráfica que muestra dos curvas representativas del coeficiente de fricción en función de la presión, estando establecidas estas curvas en las mismas condiciones operatorias para chapas respectivamente tratadas y no tratadas; - la figura 2 es una gráfica que muestra para distintas pruebas, la variación de presión P de pisa que provoca la rotura del disco, en función de la cantidad Q de sal depositada en la chapa, expresada en mg de potasio por m 2. En primer lugar se describirán las pruebas realizadas depositando la sal en las herramientas de embutición. 0 Estas pruebas han sido realizadas con un utillaje clásico de embutición en discos de chapa no revestida y de chapa electrogalvanizada por una cara. El depósito de sal en las herramientas se ha realizado por aplicación de una solución de K 3 PO 4,2H 2 O diluida en agua en concentraciones de a gramos por litro. Se han realizado varias pruebas, consistentes en embutir varios discos con el mismo utillaje en condiciones operatorias distintas, siendo la relación del diámetro del disco con el diámetro del punzón en todos los casos de 2,1. En cada prueba, se ha buscado la fuerza de pisa necesaria para obtener la rotura del disco. Para cada clase de chapa, revestida o no por una cara, se han realizado las pruebas siguientes: 3

4 embutición según el procedimiento clásico, sin aplicación de la solución de K 3 PO 4, embutición según la invención, con aplicación de la solución de K 3 PO 4 en el punzón, la matriz y la pisa limpios y previamente desengrasados, y según dos métodos, uno consistente en embutir el disco sin secado previo de la herramienta después de la aplicación y dejando por lo tanto que subsista en las herramientas un exceso de agua, y el otro consistente en embutir el disco después del secado de la herramienta, - embutición según la invención, con aplicación de la solución en las herramientas previamente aceitadas. Los resultados de estas pruebas están indicados en la siguiente tabla, en la que la fuerza de pisa necesaria para obtener la rotura del disco se ha indicado para cada una de las pruebas citadas anteriormente: Clases Condiciones K 3PO 4,2H 2O en herramienta K 3PO 4,2H 2O en Ganancia clásicas limpia y desengrasada herramienta en % con esceso de agua después del secado aceitada Chapa no 180 kn 2 Kn 2 kn 2 Kn 33 revestida Chapa revestida 1 kn 180 Kn 180kN 180kN 0 Una cara revestimiento lado matriz También se han realizado otras pruebas para determinar la cantidad de sal a depositar en las herramientas, necesaria para obtener una mejora notable de la embutibilidad con respecto a los procedimientos clásicos. Se puede observar que gracias a un procedimiento según la invención,la fuerza de pisa en la rotura del disco se aumenta un 33disco de chapa no revestida, y un 0revestida. El procedimiento según la invención permite aumentar considerablemente la fuerza de pisa antes de la rotura, y por lo tanto la latitud de ajuste de la prensa de embutición. De este modo gracias al procedimiento según la invención, se puede aumentar la fuerza de pisa, sin aumentar el riesgo de gripado y de rotura, y por lo tanto, por ejemplo realizar en una sola pasada piezas embutidas más profundas que en los procedimientos de embutición según la técnica anterior, o reducir la formación de pliegues u ondulaciones en estas piezas. Los resultados de estas pruebas están consignados en la tabla siguiente, que indica, para cada clase de chapa y en los dos casos de embutición según la invención, con aplicación de sal en las herramientas previamente desengrasadas, la concentración de potasio en miligramos por m 2 de superficie de las herramientas. En estas pruebas, se ha depositado en las herramientas una cantidad constante de solución, cambiando la concentración de potasio de esta solución. (Ver tabla en página siguiente) 4

5 Concentración de potasio en mg/m 2 en herramienta Clases Con esceso de agua Después del secado/evaporación del excedente de agua Chapa no revestida 0 Chapa revestida Se puede constatar así que en el caso de un secado después de la aplicación de la solución en las herramientas, y por lo tanto de la evaporación del agua en exceso, la cantidad de K 3 PO 4,H 2 O necesaria disminuye notablemente con respecto al caso en el que la embutición está realizada sin previo secado de las herramientas. Por otra parte, los inventores han constatado que el empleo de una solución poco concentrada de potasio y por lo tanto, a igual cantidad de sal depositada, una mayor cantidad de solución, y por lo tanto de agua, utilizada, retrasa la acción de la sal y provoca un efecto de ventosa entre matriz y pisa molesto durante la embutición. Por lo tanto, es preferible proceder a un secado al menos parcial de las herramientas después de la aplicación de la solución, tanto para reducir la cantidad de sal necesaria, como para mejorar la embutibilidad, estando realizado preferentemente este secado por aire caliente a presión. Los inventores también han constatado que la mejora de la embutibilidad por la puesta en obra del procedimiento según la invención es prácticamente inmediata durante la embutición de chapa revestida, mientras que con los discos de chapa no revestida, esta mejora sólo aparece después de la embutición, realizada con una presión reducida de pisa, de algunos discos. Aún otras pruebas han permitido determinar la durabilidad del efecto de la aplicación de la sal en la herramienta. Para ello se ha procedido a una aplicación previa de la solución, a continuación se han embutido sucesivamente varios discos sin renovación de la aplicación, estando realizada entonces la embutición con una fuerza de pisa correspondiente a alrededor de la mitad de la ganancia posible determinada por la primera serie de pruebas (alrededor de 2kN para la chapa no revestida). Así se han podido embutir sin rotura de a 6 discos de chapa no revestida y de a 12 discos de chapa revestida. Como consecuencia de estas pruebas, se ha determinado preferible, durante una campaña de embutición según el procedimiento de la invención, emplear una solución de fuerte concentración para iniciar más rápidamente el proceso que conduce a la mejora de la embutibilidad, y, especialmente en el caso de embutición de chapa no revestida, reducir la presión de pisa con respecto a la presión buscada durante esta campaña, en los dos o tres primeros discos embutidos después de la aplicación inicial de la solución. Lógicamente, en el caso de la aplicación de la solución en las herramientas previamente desengrasadas, esta aplicación no suprime la necesidad de una lubrificación, pudiéndose realizar ésta ya sea lubrificando la herramienta después de la aplicación de la solución, ya sea utilizando discos de chapa previamente aceitados. Se describirán ahora pruebas realizadas por aplicación de sal en la chapa, y después embutición de discos de la chapa así tratada. El procedimiento según la invención se ha experimentado en chapas no revestidas y en chapas revestidas (galvanizadas). Los inventores han observado una mejora más sensible de las características de embutición para las chapas revestidas. Las experiencias dirigidas por los inventores en laboratorio, y en instalaciones industriales han demostrado que chapas no tratadas solicitadas en embutición se rompen con una pequeña presión de pisa ( bares) mientras que estas mismas chapas tratadas según la invención permiten alcanzar presiones de pisa de 1 bares antes de la rotura.

6 De ello no sólo resulta la posibilidad de realizar embutidos con fuerte presión, sino también un aumento importante de la latitud de embutición, es decir de la horquilla de presión de la pisa, limitada hacia las presiones bajas por la aparición de pliegues de la forma embutida, y hacia las presiones altas por la rotura del disco. La siguiente tabla ilustra los resultados obtenidos durante las pruebas de embutición de muestras obtenidas por cinco tomas de muestras. Han sido tratadas en el laboratorio la mitad de las muestras (A) de las tomas de muestras 1,2 y 3, y las muestras (B) de las tomas de muestras 4 y tratadas en líneas de fabricación industrial. Cada muestra es un disco de chapa de acero en el cual se ha depositado fosfato de sodio, embadurnando la superficie de la chapa con una solución acuosa que contiene g de fosfato de sodio por litro, de manera que la cantidad de fosfato de sodio sea de mg/m 2,después secando la chapa, y por último revistiéndola con un aceite de protección ordinario. Refer. Presión de pisa por la cual hay rotura (bares) Sin tratamiento Con tratamiento 1 > 0 1 > 1 1 A > B Otras pruebas han permitido obtener las curvas de la gráfica de la figura 1 que representan la variación del coeficiente de fricción en función de la presión. Estas curvas se han obtenido por medición en un tribómetro clásico de superficies paralelas, con chapas electrogalvanizadas de doble cara cuyo revestimiento tiene un grosor de µm. Se constata fácilmente que en el caso de la chapa tratada, el coeficiente de fricción es globalmente netamente menor que en el caso de la chapa no tratada. La gráfica de la figura 2 muestra el resultado de otras pruebas realizadas haciendo variar la cantidad Q de sal, aquí fosfato de potasio con fórmula K 3 PO 4, depositada en la chapa (en una sola cara), expresada en mg de potasio por m 2. Se constata que para cantidades menores de alrededor mg/m 2, los valores de presión P de pisa que conducen a la rotura del disco se dispersan, con numerosos casos de rotura para presiones cercanas a bares, mientras que para cantidades superiores a mg/m 2, no se observa ninguna rotura hasta 1 bares. Se recuerda que en el caso en el que el depósito de sal se realiza en la chapa, o en el disco, este tratamiento no supone evidentemente la obligación de aceitar las chapas antes de la embutición, ya que la mejora de la embutibilidad obtenida gracias a la invención resulta de la combinación de los productos depositados según la invención y del aceite utilizado comúnmente durante la operación de embutición. 6

7 REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para la embutición en frío de chapas o discos de chapa metálica especialmente de acero, revestida o no, caracterizado por el hecho de que, antes de la embutición en frío se deposita en la chapa o en las herramientas de embutición, una sal de un metal alcalino escogido entre el grupo formado por Li, Na, K y de anión químicamente inerte a la vista de un metal constitutivo de chapa, escogido entre los fosfatos, realizándose el depósito de dicha sal por aplicación sobre dichas herramientas o dicha chapa de una solución acuosa de dicha sal. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la aplicación de la solución está localizada en determinadas partes de las herramientas. 3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el depósito de sal se realiza en las herramientas previamente desengrasadas. 4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que se secan al menos parcialmente las herramientas después de la aplicación de la solución.. Procedimiento según la reivindicación 3 o 4, caracterizado por el hecho de que se untan con aceite las herramientas después de la aplicación de la solución y/o secado. 6. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que se embute un disco de chapa previamente untado de aceite Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la aplicación de la solución se realiza en las herramientas untadas de aceite. 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado por el hecho de que se procede a la aplicación por depósito de gotas de la solución distribuidas en las herramientas. 9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado por el hecho de que después de una aplicación de la solución, se embuten varios discos antes de proceder a una nueva aplicación.. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la solución es una solución acuosa que contiene iones de potasio, sodio o litio, iones de fosfatos químicamente inertes a la vista del metal constitutivo de la chapa, e iones hidronio. 11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la solución es una solución acuosa de fosfato de potasio que contiene de a g/l de K 3 PO 4,2H 2 O. 12. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la solución es una solución acuosa de fosfato de potasio de fórmula K 3 PO 4,depositándose la solución en la chapa y después secándose, siendo la cantidad de sal uniformemente depositada, expresada en mg de potasio por m 2, mayor que. 0 NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del , no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. & Esta información no prejuzga que la patente esté onoincluída en la mencionada reserva. 7

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