Homogeneidad de las formas en piezas para automóviles fabricadas con acero AHSS: hacia un enfoque integral

A medida que las calidades de acero AHSS/UHSS continúan aumentando su resistencia —permitiendo al mismo tiempo geometrías optimizadas pero complejas (por ejemplo, para ayudar a mejorar la resistencia a impactos) y espesores más finos (para aligerar)—, cada vez resulta más complicado para los fabricantes de piezas producir componentes para automóviles que mantengan una forma homogénea.

Las tolerancias de los OEM para la forma de la pieza pueden ser tan rigurosas como permitir solamente una desviación de ±0,2 a 0,5 mm para garantizar una soldadura robótica de precisión y la posibilidad de rellenar las cavidades de las piezas con una cantidad cada vez mayor de componentes electrónicos, cables y sensores. Cuando las piezas no presentan una forma homogénea, los fabricantes de piezas se enfrentan a cuatro pérdidas:
1) El desperdicio de recursos de producción para conformar piezas fuera de forma.
2) El desperdicio de recursos de mano de obra necesarios para clasificar las piezas fuera de forma.
3) El desperdicio de los materiales que generan la chatarra y, mucho más significativamente, tratar de determinar los motivos por los que los materiales de acero AHSS/UHSS que cumplen las especificaciones pueden dar lugar a formas fuera de tolerancia.
4) El desperdicio de recursos de planificación y la menor eficiencia de la producción en general debido a las ralentizaciones y paradas de la producción.

Si su proceso de conformado no presenta problemas, ¿podrían ser las formas fuera de tolerancia el resultado de una falta de homogeneidad de su acero AHSS/UHSS?

La homogeneidad del acero AHSS/UHSS incluye, obviamente, el espesor y la planicidad del acero. Otras consideraciones son menos obvias. Por ejemplo, los problemas de homogeneidad de las propiedades del material (límite elástico, tensión de rotura, elongación, etc.) pueden provocar problemas tales como tensiones extremas que, a su vez, provocan problemas de planicidad. Las problemas de homogeneidad también pueden provocar comportamientos inesperados o no deseados en la recuperación elástica. Un acero AHSS/UHSS puede cumplir todas sus especificaciones en cuanto a dimensiones y propiedades mecánicas —pero el fabricante de piezas sigue teniendo problemas con formas de piezas fuera de tolerancia. ¿Qué sucede?

En la situación anterior, lo primero que puede preguntarse el fabricante de piezas es: ¿Existe una tendencia hacia piezas fuera de tolerancia? Si la respuesta es afirmativa, ¿podemos compensar este problema realizando múltiples ajustes en nuestro equipo de conformado? 

Si la respuesta es afirmativa, entonces la pregunta pasa a ser: ¿funcionan nuestros ajustes de compensación en toda la longitud de la bobina de acero AHSS/UHSS? (En otras palabras, ¿existen variaciones dentro de una bobina?) ¿Existen variaciones de una bobina a la siguiente? 

Se puede afirmar casi con seguridad que existirán variaciones en bobinas procedentes de distintos proveedores de acero AHSS/UHSS. Ahora, el fabricante de piezas deberá disponer de un conjunto de herramientas para cada proveedor de AHSS/UHSS. Este enfoque se complica rápidamente y es sensible a los problemas de homogeneidad cada vez que se ajusta el equipo.

La conclusión: cuanto más uniforme sea el material de acero AHSS, más sencillo resultará obtener la pieza final con las tolerancias requeridas.

Una planicidad no homogénea del acero AHSS/UHSS constituye un factor importante para que las formas especificadas para las piezas queden fuera de tolerancia. Entre los problemas de formas fuera de tolerancia se incluyen la rectitud de los perfiles, el ensanche de los extremos, problemas de control de posición y los agujeros de los puntos de referencia que no quedan correctamente alienados en relación a la parte delantera y trasera de la pieza. ¿Pueden ayudar los niveladores de precisión a solucionar estos problemas?

Se han utilizado niveladores de precisión para abordar problemas de planicidad en bobinas de acero AHSS, incluidos el conjunto de la bobina, la teja y los llamados problemas de ‘reservas de calor’. Las niveladoras de precisión tienen su lugar en la industria metalúrgica, pero citando un reciente artículo de WorldAutoSteel:

“La corrección de la distorsión y la ondulación de los bordes requiere exceder el límite elástico del fleje de acero (AHSS) a niveles del 50% o más de la sección transversal del fleje; esto puede aumentar el potencial de endurecimiento del fleje de acero, afectando negativamente a su capacidad de conformado. El límite de elasticidad, progresivamente más alto de los aceros AHSS, plantea desafíos a las capacidades de las enderezadoras y las niveladoras de precisión que no se diseñaron para aplanar estos materiales de alta resistencia”.

El límite de elasticidad, progresivamente más alto, de los aceros AHSS plantea desafíos a las capacidades de las enderezadoras y las niveladoras de precisión que no se diseñaron para aplanar estos materiales de alta resistencia.

Las niveladoras de precisión son también equipos muy voluminosos difíciles de posicionar frente a las operaciones de punzonado. Sin embargo, la alternativa de externalizar el proceso de aplanado de precisión presenta sus propios inconvenientes: El fabricante de piezas no puede estar seguro de que se hayan mantenido las propiedades mecánicas del acero AHSS/UHSS (por ejemplo, que no se haya producido endurecimiento).

SSAB trabaja continuamente en el perfeccionamiento de los procesos de laminación para que quienes reciban nuestras bobinas de acero AHSS/UHSS Docol® no tengan que utilizar una niveladora de precisión. Por ejemplo, para el problema de las ‘reservas de calor’ —las condiciones menos planas que pueden resultar de tensiones internas durante el proceso de templado—, hemos desarrollado en nuestras acerías varios pasos exclusivos patentados para reducir esas tensiones. 

SSAB también ofrece su propia y muy precisa conversión de bobinas de acero AHSS/UHSS en láminas o bobinas cortadas conforme a nuestras especificaciones de Docol®, que minimiza el endurecimiento y  la reducción de ductilidad resultante. Los clientes consideran que este servicio es especialmente útil para nuestras calidades martensíticas de mayor resistencia.

“Muchas veces, te encontrarás con problemas que no pueden ser abordados completamente mediante las especificaciones del OEM de automóviles”, explica José Puente Cabrero, director de producto de SSAB para aceros AHSS laminados en frío Docol®. “Si se revisa todo el proceso de producción, las especificaciones de acero AHSS son quizás el 20% de los retos a los que se tiene que enfrentar un material”.
 
“Por ejemplo, podemos tratar el requisito del OEM en cuanto a la elongación o la capacidad de plegado de una pieza y descubrir que lo que realmente preocupa al OEM es cómo se comporta la pieza en pruebas de impacto. Ahora bien, es algo que es muy difícil de expresar en una sencilla especificación”.

“En lugar de limitarse a las especificaciones, SSAB, como proveedor de aceros AHSS, necesita comprender completamente la función de la pieza. Necesitamos saber cómo interactuará con las piezas circundantes. ¿Cómo se unirá? ¿Qué pruebas de impacto son relevantes? ¿Cuáles son las cargas de dichas pruebas de impacto? ¿Cuáles son los criterios relevantes en esas pruebas?”

“El escenario ideal es cuando el OEM, el fabricante de piezas y el productor de aceros AHSS/UHSS trabajan juntos en las primeras fases del diseño del automóvil. En otras palabras: ¿cuáles son los objetivos finales del OEM para esta pieza? Si conocemos los objetivos finales del OEM, podremos trabajar hacia atrás, por lo  que determinaremos juntos las geometrías optimizadas, la conformación y qué acero AHSS utilizar”.

“La experiencia de SSAB es que cuando nos encontramos con una tolerancia muy estricta, tenemos que preguntar: ‘¿qué hay detrás de este requisito?’ ¿Está intentando el OEM solucionar un problema de producción —como la homogeneidad de las formas—, elevando las especificaciones del proveedor?”

“Lo que funciona mejor para todos los implicados —para todo el proceso y los resultados finales—, es cuando, en las primeras fases de diseño de una pieza, también está pensando en qué material utilizará, cómo se conformará y cómo responderá a esos procesos de conformado. Cuando los diseñadores piensan así, su diseño se optimiza más —al igual que el conformado y la homogeneidad de la forma de la pieza final”.

Puente Cabrero continúa: “Cuanto más homogéneo hagamos nuestro acero AHSS Docol®, más problemas se evitarán a lo largo de toda la cadena de suministro y montaje”.

“Nuestro objetivo continuo como fabricante de aceros AHSS es lograr que los ciclos de producción en masa sean homogéneos. SSAB tiene algunas ventajas intrínsecas: nuestra fuente de mineral de hierro, en el norte de Suecia, es de una calidad y homogeneidad extremadamente altas. Además, cada calidad de Docol® se produce siempre con una gran repetibilidad, independientemente de la acería de SSAB en la que se produzca”.

“Nuestros clientes nos cuentan que el acero AHSS Docol® es ya muy homogéneo. Pero esta es la era de la digitalización: así que nos estamos preparando para ofrecer más. Por ejemplo, ¿podemos superar el estándar actual de la industria de proporcionar curvas límite de conformado o FLC? ¿Qué pasaría si pudiéramos predecir con precisión las propiedades de los aceros AHSS para poder crear gemelos digitales para nuestros clientes?” 

“Imagine: gemelos digitales que son específicos para cada una de nuestras bobinas de acero AHSS, por lo que los productores podrían, usando el gemelo, cambiar los parámetros de las herramientas para obtener una homogeneidad final de la forma aún más precisa”.

“Siga conectado”, concluye Puente Cabrero.