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Formatos soldados multiespesor: Tailored Blanks

Extracto del catálogo de productos -edición para Europa

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Para cualquier otra información complementaria, pueden escribirnos a la dirección: automotive.request@arcelormittal.com  

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Formatos soldados multiespesor: Tailored Blanks

Introducción

Tailored Blanks de ArcelorMittal es el mayor productor de formatos soldados y posee centros de producción en casi todo el mundo. Los formatos soldados son elementos esenciales en el chasis de un automóvil, también llamado body-in-white (BIW). Los formatos soldados Tailor son productos que resultan de la soldadura conjunta de varios formatos (láminas de acero plano) con características de espesor, conformabilidad, formas, etc... diferentes. Se utilizan para reducir el peso de un coche y mejorar su seguridad gracias a una mayor resistencia al choque. Además, está demostrado que los formatos soldados reducen el costo total de la estructura de un coche. En un BIW tipo hay cerca de 20 aplicaciones posibles de los formatos soldados.

La tecnología de los formatos soldados

La utilidad de los formatos soldados se puede resumir en la "buena calidad del acero, con espesor suficiente en el lugar adecuado". Este concepto permite variaciones de espesor y de calidad de acero sin operaciones de ensamblaje posterior y sin encabalgamiento de las chapas que se van a montar, evitando el aumento de peso que se derivaría de ello.

Tailored Blanks de ArcelorMittal ofrece tres tipos diferentes de formatos soldados:Formatos de geometría relativamente sencilla, con cordón de soldadura lineal, que permite una gran productividad o formatos soldados de forma compleja, con cordones de soldadura no lineales, que permiten optimizar el peso;Formatos patchwork soldados por puntos o por tiras láser, adaptados a las piezas que exigen refuerzos locales;Naturalmente, es posible combinar los formatos patchwork con las dos técnicas de soldadura láser.

Tres tecnologías de formatos soldados

Aplicaciones

Actualmente, el uso de formatos soldados es una práctica corriente entre todos los constructores y fabricantes de equipos. Las aplicaciones, así como el número total de formatos soldados en un vehículo no dejan de multiplicarse.

Aplicaciones más frecuentes y calidades de acero existentes sobre la base de las últimas técnicas de producción

Soporte al cliente

ArcelorMittal posee equipos especializados en el desarrollo de soluciones con formatos soldados a disposición de los clientes para acompañarlos desde las primeras fases del diseño de un vehículo. El mismo ingeniero sigue al cliente hasta la industrialización del formato soldado multiespesor para garantizar la mejor reactividad.

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Los ingenieros en desarrollo de los equipos de I +D de ArcelorMittal pueden ofrecer una asistencia completa para el diseño de formatos soldados, la elección de las calidades de acero, la estrategia de conformación y los estudios de viabilidad. Esta asistencia permite reducir de forma considerable los costos y tiempos de prototipado.

Calidades de acero

Actualmente, los formatos soldados se fabrican a partir de una amplia gama de aceros con todos los tipos de revestimiento. Los aceros de muy alta resistencia, como las calidades Dual Phase y TRIP se utilizan cada vez mas.

Las ventajas obtenidas cuando se aplica el concepto de los formatos soldados a los aceros de alta resistencia ordinarios son variables para el caso de aceros de muy alta resistencia, así como para la calidad Usibor® 1500 para la estampación en caliente.

Estos aceros permiten utilizar formatos todavía más ligeros y resistentes.

En realidad, la utilización de formatos soldados aumenta incluso las ventajas de los aceros de muy alta resistencia cuando éstos se asocian a calidades de menor resistencia que permiten una adaptación local de la conformabilidad para piezas sometidas a estampación profunda.

Optimización potencial de piezas mediante el empleo de formatos soldados

Los últimos diseños de carrocería combinan las ventajas de los aceros de alta resistencia a los de los formatos soldados:Las ventajas en materia de costos que procura el uso de formatos soldados aumentan más con el uso de acero de muy alta resistencia. La imbricación de los materiales es más crucial gracias al aumento de su precio y el recurso al acero de alta resistencia avanzado permite mayor integración de funciones;La oferta de ArcelorMittal incluye una amplia selección de aceros de muy alta resistencia.

Tailored Blanks cuenta con un procedimiento de soldadura láser dedicado totalmente funcional que le permite ofrecer a sus clientes formatos soldados que sacan partido de la completa oferta de aceros de muy alta resistencia de ArcelorMittal.

La tabla adjunta incluye todas las combinaciones posibles

Herramientas de análisis únicas

Para estar en condiciones de acompañar a sus clientes en el desarrollo de nuevas soluciones de formatos soldados, ArcelorMittal ha desarrollado una amplia gama de herramientas necesarias para cada etapa del proceso de evaluación.

En la fase de anteproyecto y de proyecto, la evaluación de la viabilidad en términos de conformabilidad de la solución elegida es evidentemente crítica y hace necesario la utilización de herramientas de simulación por elementos finitos.

Para estar en condiciones de predecir de forma rápida y precisa el margen respecto a los riesgos de rotura descritos anteriormente, ArcelorMittal ha desarrollado dos modelos específicos, únicos en el mercado de los formatos soldados:

Curva Límite de Conformación específica para formatos soldados; predicción de la rotura en el metal más débil paralela a la línea de soldadura;Modelo de rotura de los ensamblajes soldados a tope; predicción de la rotura en la línea de soldadura en la dirección perpendicular.

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Estas herramientas están adaptadas a toda la gama de soluciones de formatos soldados, incluidas las que utilizan calidades de acero de muy alta resistencia.

Las Curvas Límite de Conformación para formatos soldados

Ya se ha demostrado en diferentes ocasiones que la sola utilización de la curva límite de conformación (CLF) del metal más débil no permite predecir correctamente la aparición de fenómenos de estricción cerca de los ensamblajes soldados a tope. Es así incluso cuando la rotura tiene lugar efectivamente en el metal más débil.

Para estar en condiciones de resolver esta dificultad, ArcelorMittal ha desarrollado una herramienta dedicada al análisis digital de estas configuraciones, con el fin de estar en condiciones de predecir con precisión el margen real con respecto a los riesgos de rotura de una pieza realizada a partir de un formato soldado durante la estampación.

Ejemplo de utilización de la curva límite de conformación para formatos soldados, único medio de predecir la rotura que tiene lugar en la práctica durante la estampación.

Rotura en pieza real

Simulación sin CLF formatos soldados para el ensamblaje A1 y B1

La CLF de formatos soldados permite predecir la rotura en la simulación de estampación

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Simulación con CLF formatos soldados para el ensamblaje A1 y B1

Las CLF específicas para formatos soldados se imponen como una solución indispensable para predecir correctamente la estricción.

Un nuevo modelo de predicción del alargamiento en el sentido longitudinal respecto a la soldadura

Para tener en cuenta los riesgos de rotura en el sentido de la soldadura, se ha desarrollado un nuevo modelo en el seno del departamento de I +D de ArcelorMittal.

El modelo se basa en la interacción de varios fenómenos físicos:Aspecto mecánico (caracterización mecánica...);Aspecto metalúrgico (composición química...);Aspecto térmico (potencia, velocidad...).

Comparación entre los resultados de alargamiento distribuido obtenidos experimentalmente y las predicciones del nuevo modelo ArcelorMittal: una excelente correlación en todos los casos

La comparación entre los resultados experimentales existentes y las predicciones del modelo demuestra una excelente correlación para todos los aceros de muy alta resistencia probados.

ArcelorMittal posee dos herramientas específicas para el análisis de las soluciones de formatos soldados que les permite acompañar lo mejor posible a sus clientes dentro del marco de los estudios de coingeniería que se interesan por toda la gama de las soluciones de formatos soldados, incluyendo las que incorporan aceros de muy alta resistencia.

Las soluciones de formatos soldados estampados en caliente

La demanda siempre creciente de reducir el pese de los vehiculos con el fin de reducir sus emisiones de CO2 impone el desarrollo de soluciones cada vez más innovadoras con el fin de generar reducciones de masa, al tiempo que se mantiene, o incluso se mejora, el nivel de prestaciones, sin sobre costo.

Ya se ha demostrado que las soluciones que combinan la utilización de aceros de muy alta resistencia y la solución de formatos soldados, permite contar con las ventajas de ambas tecnologías.

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Ya se ha demostrado que las soluciones que combinan la utilización de aceros de muy alta resistencia y la solución de formatos soldados, permite contar con las ventajas de ambas tecnologías.

Dentro de esta perspectiva, se han desarrollado soluciones de formatos soldados estampados en caliente.

De esta forma, contamos con las optimizaciones en términos de espesor y de utilización de la materia que procura la solución de formatos soldados, unidas a las prestaciones mecánicas máximas obtenidas tras estampación en caliente de Usibor® 1500.

Un procedimiento de soldadura específico

Las características específicas de Usibor® 1500, especialmente su revestimiento aluminizado, han requerido el desarrollo por parte de ArcelorMittal de un procedimiento específico de soldadura para garantizar unas prestaciones óptimas de la junta soldada que se obtiene y para garantizar el comportamiento funcional de la pieza realizada.

Cuadro comparativo de los comportamientos de dos montajes de Usibor® 1500 en soldadura láser a tope, uno untilizando un procedimiento convencional y el otro el procedimiento específico Tailored Blanks: en el segundo caso, el punto débil se encuentra en el material más débil, y no en la zona soldada.

El objetivo del desarrollo de productos y tecnología llevado a cabo por ArcelorMittal consiste en poder ofrecer soluciones de formatos soldados estampados en caliente, robustos y que garanticen el conjunto de las funciones previstas.

A título de ilustración, en términos de diseño, es indispensable poder garantizar en cualquier circunstancia que la soldadura no constituye un punto débil en la estructura así realizada.

Por lo tanto, los ingenieros responsables del diseño de las estructuras de la carrocería pueden tener en cuenta estas soluciones, sin tener que introducir, por ejemplo, modelos de rotura refinados para la soldadura en sus cálculos de dimensionamiento en choque y proceder de acuerdo con sus métodos habituales.

Ductibor® 500: una amplia gama de aplicaciones de formatos soldados estampados en caliente

Tal y como se indica en el apartado consagrado a los productos específicos para estampación en caliente, el desarrollo de Ductibor® 500 ha sido motivado por un único objetivo: ofrecer soluciones de formatos soldados estampados que cuenten con zonas que se puedan deformar de manera importante durante el choque, lo que garantiza un alto nivel de absorción de energía.

El éxito del desarrollo de Ductibor® 500 permite tener en cuenta todas las aplicaciones vinculadas al comportamiento respecto a la resistencia al choque de la carrocería, incluso las más exigentes en términos de absorción de energía, como los largueros delantero o trasero.

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El éxito del desarrollo de Ductibor® 500 permite tener en cuenta todas las aplicaciones vinculadas al comportamiento respecto a la resistencia al choque de la carrocería, incluso las más exigentes en términos de absorción de energía, como los largueros delantero o trasero.

La siguiente ilustración representa la deformación típica de un refuerzo central realizado a partir de una solución de este tipo de formatos soldados estampados en caliente Usibor® 1500 /Ductibor® 500 durante un choque lateral. La parte baja realizada en Ductibor® 500 garantiza el control del desarrollo del choque y la absorción de energía necesaria para el correcto comportamiento global de la estructura durante el mismo.

Aplicaciones potenciales de formatos soldados estampados en caliente obtenidos a partir de Usibor® 1500 y de Ductibor® 500. Hasta 50 Kg de aceros estampados en caliente por coche → 20% de masa BIW.

Caracterización de las soluciones de formatos soldados Usibor® 1500 /Ductibor® 500 durante el choque

Las soluciones ensambladas Usibor® 1500 /Usibor® 1500 y Usibor® 1500 /Ductibor® 500 han sido ampliamente caracterizadas con el fin de confirmar su comportamiento funcional y ofrecer a nuestros clientes los elementos necesarios para considerar la implementación de una solución de este tipo dentro del marco de un anteproyecto o de un proyecto de vehículo.

Crash behavior characterization of Usibor® 1500 /Ductibor® 500 welded blank solutions: bending (left) and compression (right) -Cortesía de Adam Opel GmbH

Las pruebas de resistencia al choque presentadas más abajo han permitido validar los puntos siguientes:Ninguna rotura en la zona de soldadura;Estabilidad perfecta de la estructura;La zona Ductibor

® 500 se deforma y realiza su función de absorción de la energía;

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La zona Ductibor 500 se deforma y realiza su función de absorción de la energía;La zona Usibor® 1500 no se deforma y realiza su función anti-intrusión.

La calidad Ductibor® 500 está perfectamente caracterizada en el plano mecánico (tracciones grandes velocidades, barras de Hopkinson...) para poder ofrecer fichas de materiales completas.

Las soluciones de formatos soldados estampados en caliente Usibor® 1500 /Usibor® 1500 y Usibor® 1500 /Ductibor® 500 constituyen soluciones cuya robustez y comportamiento funcional han sido ampliamente documentados y validados.

Constituyen una nueva herramienta muy eficaz a disposición de los ingenieros responsables del diseño de carrocerías, que les permite una optimización en términos de masa, de prestaciones y de costes.

Coches más ligeros y más seguros para hoy y mañana Soluciones Usibor® 1500/Ductibor® 500

Las soluciones genéricas en acero Usibor® 1500/Ductibor® 500 LWB han convencido a los fabricantes de coches que son un elemento esencial de las nuevas plataformas.

Aplicación Pilar B: Propuesta Usibor®/Ductibor® LWB frente a monolítico

Referencia monolítica

O

Mejor utilización del material (hasta el 67%)nivel alto de chatarra

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nivel alto de chatarracoste de material elevado

Concepto LWB

Ningún coste adicional del LWB debido a una mejor utilización del material (>85%):Toda optimización del espesor producirá ahorros de peso y coste a favor del LWB.Usibor® 1,75 mm /Ductibor® 1,5 mm LWB tendrán un peso menor del 8,5% y un coste menor del 6,5% en relación con el temple monolítico/parcial.

© ArcelorMittal | Actualización: 25-04-2018

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