TL;DR

La proceso de estampado del refuerzo de paragolpes para vehículos modernos se logra predominantemente mediante Estampado en caliente (también conocido como endurecimiento por prensado). Este método transforma el acero aleado con boro (típicamente 22MnB5 ) en componentes de acero ultrarresistente (UHSS) con resistencias a la tracción superiores a 1,500 MPa . El proceso implica calentar los tochos a más de 900°C para alcanzar un estado austenítico, seguido de su traslado rápido a una matriz refrigerada por agua donde se realiza simultáneamente el conformado y el temple. Esto elimina el rebote elástico y permite crear estructuras complejas, ligeras y resistentes al impacto, esenciales para cumplir con las normas internacionales de seguridad.

La función técnica de los refuerzos de paragolpes

Los refuerzos de paragolpes, comúnmente conocidos como vigas de paragolpes, sirven como la estructura principal del sistema de gestión de impactos de un vehículo. Al funcionar como punto de conexión entre la fascia externa y el chasis del vehículo (a menudo mediante cajas de choque), estos componentes deben absorber y disipar la energía cinética durante colisiones frontales o traseras. El desafío de ingeniería consiste en equilibrar resistencia en caso de colisión con reducción de peso (LW) exigidas por las regulaciones de eficiencia de combustible y los requisitos de autonomía en vehículos eléctricos.

Tradicionalmente, las vigas de paragolpes se fabricaban en acero suave mediante métodos de estampado en frío. Sin embargo, la demanda de calificaciones de seguridad superiores ha desplazado el estándar industrial hacia Aceros de Ultra Alta Resistencia (UHSS) , específicamente aleaciones de boro-manganeso como el 22MnB5. Aunque las aleaciones de aluminio (series 6000 o 7000) se utilizan en algunas aplicaciones premium por su alta relación resistencia-peso, el acero al boro sigue siendo el material dominante debido a su excepcional relación costo-rendimiento y su capacidad para lograr un endurecimiento martensítico.

La transformación metalúrgica es fundamental: el acero comienza con una microestructura ferrito-perlítica (resistencia a la tracción ~600 MPa) y se procesa térmicamente para alcanzar una estructura completamente martensítica (resistencia a la tracción >1.500 MPa). Esta transformación permite a los ingenieros reducir el espesor de la pared, a menudo hasta 1,2 mm–2,0 mm, sin comprometer la integridad estructural.

Proceso principal: Flujo de trabajo del estampado en caliente (endurecimiento por prensado)

El estampado en caliente es el único proceso de fabricación capaz de formar vigas paragolpes de más de 1.500 MPa sin los importantes problemas de recuperación elástica asociados al conformado en frío. El proceso consiste en un ciclo térmico controlado con precisión que integra el conformado y el tratamiento térmico.

1. Austenización (Calentamiento)

El proceso comienza desapilando los topos prensados previamente cortados (a menudo recubiertos con Al-Si para evitar la descamación) y alimentándolos en un horno de rodillos. Los topos se calientan hasta aproximadamente 900°C–950°C y se mantienen durante un tiempo específico de permanencia. Esta inmersión térmica convierte la microestructura del acero de ferrita a austenita , haciendo que el material sea altamente maleable y reduciendo su límite elástico a aproximadamente 200 MPa para facilitar el conformado.

2. Transferencia y Conformado

Una vez que el topo sale del horno, la velocidad es fundamental. Brazos robóticos de transferencia mueven el topo incandescente al troquel de prensa en cuestión de segundos (típicamente <3 segundos) para evitar el enfriamiento prematuro. Luego, la prensa hidráulica o servo-mecánica cierra rápidamente. Las velocidades de cierre suelen oscilar entre 500 a 1.000 mm/s para asegurar que el material sea conformado antes de que comience la transformación de fase.

3. Temple en el troquel

Este es el paso definitorio del proceso de estampado del refuerzo de paragolpes . La matriz está equipada con canales internos de refrigeración complejos a través de los cuales circula agua fría. Cuando la prensa alcanza el punto muerto inferior (BDC), permanece en esta posición, manteniendo la pieza formada bajo una alta tonelaje (típicamente entre 500 y 1.500 toneladas según el tamaño de la pieza). Este contacto extrae rápidamente el calor, logrando una velocidad de enfriamiento superior a 27°C/s . Esta temple rápido evita las zonas de formación de perlita/bainita y transforma la austenita directamente en martensita .

4. Expulsión de la Pieza

Después de un tiempo de temple de aproximadamente 5 a 10 segundos, la prensa se abre y la pieza endurecida es expulsada. El componente ahora posee sus propiedades mecánicas finales: extrema dureza, alta resistencia a la tracción y ausencia total de recuperación elástica, ya que las tensiones térmicas se alivian durante el cambio de fase.

Comparación de Metodologías de Fabricación

Aunque el estampado en caliente es el estándar dorado para refuerzos de alto rendimiento, el estampado en frío y el conformado por rodillos siguen siendo relevantes para aplicaciones específicas. Comprender los compromisos es esencial para la selección del proceso.

Estampado en frío sirve bien para componentes de baja resistencia o soportes de acero suave donde se prioriza el costo y el tiempo de ciclo sobre la reducción de peso. Sin embargo, formar UHSS en frío provoca un desgaste severo de las herramientas y un retorno impredecible. Formación de rollos es eficiente para vigas con una sección transversal constante (vigas rectas), pero no puede acomodar las complejas curvas pronunciadas y las características integradas de montaje requeridas por los diseños aerodinámicos modernos.

Para los fabricantes que navegan entre estas opciones, seleccionar al socio de fabricación adecuado es crucial. Empresas como Shaoyi Metal Technology cubren esta brecha al ofrecer capacidades completas de estampado. Con certificación IATF 16949 y capacidades de prensa hasta 600 toneladas, apoyan proyectos automotrices desde prototipado rápido hasta producción en masa, manejando componentes estructurales críticos con la precisión requerida por los estándares globales de OEM.

Post-procesamiento y control de calidad

La extrema dureza de los refuerzos de paragolpes conformados en caliente introduce desafíos únicos en el procesamiento posterior. Las matrices tradicionales de corte mecánico normalmente fallan o se desgastan instantáneamente al trabajar acero de 1.500 MPa.

Corte y Trimming por Láser

Para lograr las dimensiones finales y cortar los orificios de montaje, los fabricantes utilizan predominantemente células de corte láser de 5 ejes . Este método sin contacto garantiza bordes precisos sin microgrietas, que son puntos potenciales de falla en escenarios de colisión. Aunque más lento que el punzonado mecánico, el trimming por láser ofrece la flexibilidad necesaria para diferentes variantes de paragolpes en la misma línea.

Tratamiento superficial

Si la preforma de acero bórico estaba sin recubrimiento, las altas temperaturas del horno provocan oxidación superficial (óxido). Estas piezas deben someterse a granallado antes del recubrimiento electrostático para asegurar una adecuada adherencia. Alternativamente, Al-Si (Aluminio-Silicio) las preformas con recubrimiento previo evitan la formación de óxido, pero requieren un control cuidadoso del proceso para evitar la deslaminación del recubrimiento durante la fase de conformado.

Verificación de calidad

Los protocolos rigurosos de pruebas son imprescindibles para las piezas de seguridad. Las medidas estándar de control de calidad incluyen:

• Prueba de dureza Vickers: verificación de la transformación martensítica en las zonas críticas.
• escaneo tridimensional con luz azul: comprobación de la precisión dimensional respecto a los datos CAD, asegurando que los puntos de montaje coincidan con el chasis.
• Análisis de microestructura: ensayos destructivos periódicos para confirmar la ausencia de bainita o ferrita en las áreas portantes.

Optimización de la estrategia de producción

La transición hacia refuerzos de paragolpes conformados en caliente representa un cambio definitivo en la fabricación automotriz, priorizando la seguridad de los pasajeros y la eficiencia del vehículo. Al dominar las variables de temperatura, velocidad de transferencia y presión de temple, los fabricantes producen componentes capaces de soportar fuerzas inmensas mientras minimizan la masa. A medida que los grados de acero evolucionan hacia 1.800 MPa y más allá, la precisión del proceso de estampado sigue siendo el factor crítico para definir las estructuras de seguridad del próximo nivel en vehículos.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre el estampado en caliente directo e indirecto?

En estampado en caliente directo , primero se calienta la chapa y luego se forma y temple en un solo paso. Este es el método más común para las barras estabilizadoras del paragolpes. Estampado en caliente indirecto consiste en formar la pieza en frío hasta alcanzar una forma casi final, luego calentarla y finalmente colocarla en una matriz refrigerada para el temple y la calibración. El estampado indirecto permite geometrías más complejas, pero es más costoso debido a las herramientas adicionales requeridas.

2. ¿Por qué se añade boro al acero utilizado en los refuerzos de paragolpes?

El boro se añade en cantidades mínimas (típicamente entre 0,002 % y 0,005 %) para mejorar significativamente la capacidad de endurecimiento del acero. Retrasa la formación de microestructuras más blandas como ferrita y perlita durante el enfriamiento, asegurando que el acero se transforme completamente en martensita dura incluso con las velocidades de enfriamiento alcanzables en matrices industriales de estampado.

3. ¿Se pueden soldar las piezas estampadas en caliente?

Sí, las piezas de acero al boro ennoblecidas en caliente se pueden soldar, pero requieren parámetros específicos. Debido a que el calor de la soldadura puede recocer localmente (ablandecer) la zona tratada térmicamente, creando una "zona blanda", el proceso de soldadura—ya sea soldadura por puntos o soldadura láser—debe controlarse cuidadosamente. A menudo, se utiliza ablación láser para eliminar el recubrimiento de Al-Si en las áreas de soldadura antes del ensamblaje, a fin de garantizar la integridad de la soldadura.