Perfilado de acero de alta resistencia para piezas de automóviles

Perfilado de acero de alta resistencia

El laminado de acero de alta resistencia (HSS) y acero avanzado de alta resistencia (AHSS) significa pasar bobinas planas a través de una serie de rodillos de forma progresiva, cada uno de los cuales dobla el material unos grados más, hasta que alcanza el perfil de sección transversal final. Debido a que la deformación ocurre gradualmente a través de muchas estaciones de rodillos en lugar de en una sola carrera, el perfilado mantiene la tensión en el material distribuida de manera más uniforme que los métodos de conformado de un solo golpe, lo cual es una de las principales razones por las que es el proceso preferido para los grados AHSS que se agrietan más fácilmente bajo una fuerza repentina y concentrada.

Los grados HSS y AHSS, incluidos los aceros de doble fase (DP), de plasticidad inducida por transformación (TRIP) y martensíticos, ofrecen resistencias a la tracción que van desde aproximadamente 440 MPa hasta 1500 MPa, en comparación con los 270-400 MPa del acero dulce convencional. Esa resistencia permite a los fabricantes de automóviles utilizar material de calibre más delgado para obtener el mismo rendimiento estructural, apoyando directamente los objetivos de reducción de peso de los vehículos sin sacrificar la seguridad en caso de colisión.

Proceso de perfilado automotriz

En la fabricación de automóviles, la línea de perfilado suele seguir esta secuencia:

1. La bobina se desenrolla y se introduce continuamente en la línea, a menudo con un nivelador para eliminar la curvatura de la bobina antes de formarla.
2. La tira pasa a través de una serie de estaciones de rodillos, cada una de las cuales agrega un pequeño incremento de curvatura, dando forma gradualmente a la tira plana en el perfil objetivo: un canal tipo sombrero, un tubo o una forma estructural compleja de múltiples curvaturas.
3. Las estaciones de punzonado o entallado en línea, si es necesario, cortan orificios de montaje o presentan recortes mientras la tira aún está plana o parcialmente formada, ya que el punzonado después del conformado completo es mucho más difícil.
4. El perfil formado pasa a través de una prensa de corte que lo corta a medida sin detener la línea, utilizando un corte volante sincronizado con la velocidad de la línea.
5. Las piezas terminadas pueden someterse a soldadura, recubrimiento o tratamiento térmico en línea o secundario antes de ser preparadas para el ensamblaje.

Esta naturaleza continua y de gran volumen es lo que hace que el perfilado sea particularmente adecuado para la producción de automóviles, donde el mismo perfil estructural (vigas de puertas, refuerzos de parachoques, rieles del techo o componentes del marco de los asientos) puede necesitar funcionar a decenas o cientos de miles de pies lineales por año.

Perfilado vs Estampado

Tanto el laminado como el estampado dan forma al acero plano en piezas estructurales, pero se adaptan a diferentes geometrías de piezas y perfiles de producción.

Comparación del perfilado y estampado para la producción de piezas estructurales de automoción.

Específicamente para AHSS, la flexión gradual en múltiples estaciones del perfilado es una gran ventaja sobre la deformación de un solo golpe del estampado, ya que los grados de AHSS generalmente tienen un menor alargamiento antes de la fractura y son más sensibles a la velocidad de deformación y la concentración de tensión que aplica un troquel de estampado en un solo movimiento.

Diseño de herramientas de perfilado para AHSS

El diseño de herramientas para el perfilado de AHSS difiere del de las herramientas de acero dulce en varios aspectos, impulsado por las mayores fuerzas de formación y la recuperación elástica que genera el material:

• Más estaciones de formación — Los perfiles AHSS normalmente requieren pasadas de rodillo adicionales en comparación con un perfil de acero dulce equivalente, lo que distribuye el ángulo de curvatura en más incrementos para reducir la tensión por pasada.
• Materiales en rollo más duros — Normalmente se requieren rodillos de acero para herramientas con revestimientos resistentes al desgaste o superficies endurecidas, ya que el AHSS acelera el desgaste de los rodillos en comparación con el acero dulce.
• Mayores fuerzas de separación de rodillos — Los marcos, ejes y cojinetes del molino deben estar clasificados para cargas más altas que una línea de acero dulce únicamente, ya que el AHSS resiste la deformación con mayor fuerza en cada estación.
• Compensación por sobreflexión — Los perfiles de herramientas generalmente se diseñan con ángulos de sobreflexión calculados para contrarrestar la recuperación elástica y alcanzar los objetivos dimensionales finales.

Springback en acero de alta resistencia

La recuperación elástica es la tendencia del metal formado a regresar parcialmente a su forma plana original después de que se elimina la fuerza de formación, causada por la parte de recuperación elástica de la deformación del material. Los aceros de mayor resistencia generalmente tienen un límite elástico más alto en relación con su módulo elástico, lo que significa que una mayor proporción de la deformación total es elástica (recuperable) en lugar de plástica (permanente), por lo que el AHSS recupera su elasticidad más que el acero dulce doblado en el mismo ángulo.

Las líneas de perfilado abordan la recuperación elástica principalmente a través del doblado excesivo: cada estación de rodillos dobla el material ligeramente más allá del ángulo objetivo, anticipando la cantidad que se relajará una vez liberado. El ángulo exacto de sobreflexión generalmente se determina mediante una combinación de software de simulación de conformado y pruebas físicas, ya que la recuperación elástica varía según el grado del acero, el espesor del calibre y la geometría del perfil, e incluso pequeños cambios en las propiedades del material de bobina a bobina pueden cambiar la cantidad de corrección necesaria.