BR0114006B1 - ferragem de conexão estampada interna e combinação da mesma. - Google Patents

ferragem de conexão estampada interna e combinação da mesma. Download PDF

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FERRAGEMDE CONEXÃO ESTAMPADA INTERNA E COMBINAÇÃO DA MESMA".
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Esta invenção refere-se, de uma maneira geral, a ferragens deconexão acopladas a tubos por estampagem e, mais particularmente, a fer-ragens de conexão estampadas internas.
Uma ferragem de conexão é uma peça de equipamento auxiliarpara estabelecer um ponto terminal ou uma junção para um cano, haste outubo. Em particular, um uso comum para uma ferragem de conexão é co-nectar tubos separados entre si, para permitir que fluido passa por eles, depreferência, sem vazamento. Uma ferragem de conexão é também usadafreqüentemente como um dispositivo de fechamento, para terminar a extre-midade de um tubo sob outras circunstâncias aberto. Entre muitas outrasaplicações, as ferragens de conexão são usadas na indústria aeroespacialpara encerrar tubos que transportam combustível, fluidos hidráulicos e se-melhantes de um local para outro. Nessas e em outras aplicações críticas, éimportante que a ferragem de conexão fique suficientemente segura em tor-no do tubo, de modo a suportar vibração, características do fluido e seme-lhantes sem falha.
As ferragens de conexão são freqüentemente acopladas aostubos por soldagem. A soldagem pode ser um método caro, intenso em tem-po de afixação de ferragem de conexão. Além disso, a solda pode não sersuficiente para garantir um acoplamento completo e pode provocar um fatorde intensificação de tração inaceitável do tubo. A estampagem é um proces-so mecânico alternativo para unir uma ferragem de conexão em um tubo,sem as limitações associadas com a soldagem. Há dois tipos de processosde estampagem: estampagem externa e estampagem interna. A estampa-gem externa envolve a aplicação de uma ferragem de conexão tendo varia-ções superficiais externas, tais como raias e ranhuras radiais ou axiais, emum tubo. A ferragem de conexão é estampada por forjamento, martelagemou compressão, de modo que a configuração superficial externa seja transfe-rida para a parte interna da ferragem de conexão e, desse modo, para otubo. O tubo é assim defletido e torcido na área na qual entra em contatocom a ferragem de conexão, de modo que há um acoplamento seguro dosdois. Infelizmente, a transferência da configuração superficial externa da ferra-gem de conexão pode não ser suficiente para estabelecer um acoplamentoadequado, ou pode provocar rachadura do tubo em fadiga de alto ciclo.
A estampagem interna endereça, em parte, alguns dos proble-mas associados com a estampagem externa. A estampagem interna envolvea aplicação de uma ferragem de conexão tendo variações superficiais inter-nas, novamente como raias e ranhuras, em um tubo. A ferragem de conexãoaplicada é estampada por colocação de um dispositivo expansor dentro dotubo e forçando o tubo para fora na superfície interna da ferragem de cone-xão, ou por compressão da ferragem de conexão no tubo. Há uma interfacemais direta entre a configuração da superfície da ferragem de conexão e aparte externa do tubo do que existe com a estampagem externa. O tubo,portanto, se conforma geralmente mais estreitamente à configuração super-ficial original, resultando em uma conexão aperfeiçoada entre a ferragem deconexão e o tubo.
Um tipo de ferragem de conexão de estampagem interna, verifi-cado como sendo adequado para algumas aplicações aeroespaciais, é des-crito na patente U.S. 4.844.517, emitida para Beiley et al. e atribuída à Sier-racin Corporation de Burbank, Califórnia. Em uma configuração, a ferragemde conexão de Beiley inclui três ou mais ranhuras retangulares radiais dedimensões de largura e profundidade específicas. A ranhura mais próxima àextremidade do tubo é de mesmo desenho que as outras ranhuras. Em umaoutra configuração, várias ranhuras em rampa são combinadas com umaranhura "terminal" retangular. A ranhura terminal retangular é substancial-mente a mesma que as ranhuras retangulares da primeira configuração deferragem de conexão descrita. Isto é, o tubo se apoia nela.
Em uso comercial, a ferragem de conexão de Beiley é mais ade-quada para a estampagem de tubos de material de baixa ductilidade, inclu-indo titânio. No entanto, materiais de ductilidade relativamente mais alta, taiscomo aços inoxidáveis incluindo SS321, Inconel 625 e outros materiais si-milarmente dúcteis, também são usados em uma ampla gama de aplicaçõesde tubos, incluindo sistemas de transferência de fluidos aeroespaciais. Osmateriais de ductilidade mais alta "escoam" em maior grau do que os mate-riais de ductilidade mais baixa, sob uma pressão de estampagem equiva-lente. O processo de estampagem realizado em um tubo de baixa ductilida-de faz com que o tubo seja estirado para a ferragem de conexão e resultaem um abaulamento do tubo na ranhura terminal. O material em escoamentoé forçado para fora no sentido da ferragem de conexão, colocando uma car-ga axial significativa nessa área localizada. Esse abaulamento do materialdo tubo pode provocar falha da ferragem de conexão, bem como variaçõesindesejadas nas dimensões do tubo.
Para considerar o escoamento ou "sucção" do tubo para a ferra-gem de conexão, durante o processo de estampagem, é necessário ajustaro tubo ao reverso em relação à ferragem de conexão. Isto é, o tubo deve sercolocado em uma posição deslocada com relação ao terminal da ferragemde conexão, para acomodar o escoamento axial e radial do material do tubo.O processo de estampagem faz com que o tubo escoa e preencha a ferra-gem de conexão, para constituir a diferença do revés. Uma vez que o tubodeve ser afixado, completa e firmemente, na ferragem de conexão, é impor-tante manter o revés correto de forma precisa. Isso é alcançado por aplica-ção de um colar de captura em torno do tubo adjacente à localização da fer-ragem de conexão. O colar deve ser afixado rígida, mas desprendidamenteem torno do tubo. Após completar o processo de estampagem, o colar deveser removido. As etapas de alinhamento preciso e de aplicação e remoçãodo colar devem ser repetidas para cada ferragem de conexão aplicada emcada tubo de material relativamente dúctil. Portanto, o que é necessário éuma ferragem de conexão de estampagem interna, que pode ser usada comtubulação dúctil. O que é também necessário é essa ferragem de conexãode estampagem interna, que elimina a necessidade para revés e o uso deum colar de revés.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
As necessidades mencionadas acima são satisfeitas pela pre-sente invenção, que proporciona uma ferragem de conexão de estampageminterna, que acomoda o fluxo dos materiais do tubo de alta ductilidade. Aferragem de conexão inclui um corpo cilíndrico oco, tendo uma superfícieinterna e uma superfície externa, uma região receptora de tubos e uma regi-ão de conexão de tubos. A superfície interna do corpo na região de conexãode tubos inclui uma ou mais ranhuras e uma cavidade de expansão parareceber excesso de material do tubo durante um processo de estampagem.A ferragem de conexão também inclui uma parede batente de tubos, adja-cente à cavidade de expansão. Uma extremidade de terminação do tubo seapóia na parede batente de tubos, quando o tubo é colocado dentro do cor-po cilíndrico. A cavidade de expansão inclui uma parede terminal se esten-dendo da parede batente de tubos e para longe da uma ou mais ranhuras, aum ângulo de modo a estabelecer uma região de espaço de enchimentopara escoamento do material do tubo, para encher sem aplicação excessivade pressão axial na ferragem de conexão.
A presente invenção e as suas vantagem em relação à técnicaanterior vão ficar evidentes mediante à leitura da descrição detalhada abaixoe das reivindicações em anexo, com referência aos desenhos em anexo.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
O objeto que considerado como a invenção é particularmenteapontado e reivindicado distintamente na parte de conclusão do relatóriodescritivo. A invenção pode ser, no entanto, melhor entendida por referênciaà seguinte descrição, feita em conjunto com as figuras dos desenhos emanexo, em que:
Figura 1 é uma vista em seção transversal de uma ferragem deconexão de estampagem adaptadora (fêmea), com a configuração internada presente invenção;
Figura 2 é uma vista em seção transversal de uma ferragem deconexão de estampagem de ponta esférica (macho), com a configuraçãointerna da presente invenção;
Figura 3 é uma vista em seção transversal em primeiro plano dacavidade de expansão da configuração da ferragem de conexão de estam-pagem interna da presente invenção;
Figura 4 é uma vista em seção transversal da combinação dasferragens de conexão adaptadora e de ponta esférica, em uma relação demontagem com os tubos no lugar, antes da estampagem; e
Figura 5 é uma vista em seção transversal da combinação dasferragens de conexão adaptadora e de ponta esférica, em uma relação demontagem com os tubos no lugar, subseqüente à estampagem.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Com referência aos desenhos, nos quais os números dè refe-rência idênticos denotam os mesmos elementos, a Figura 1 ilustra uma fer-ragem de conexão de estampagem interna fêmea (ou adaptadora) 10 dapresente invenção. A ferragem de conexão 10 é fabricada de qualquer mate-rial adequado para a aplicação particular. Por exemplo, na estampagem deum tubo formado de um material dúctil, tal como aço inoxidável SS321, In-conel 625 ou semelhantes, a ferragem de conexão 10 pode ser fabricada detitânio ou A286. Naturalmente, a ferragem de conexão 10 pode ser formadade qualquer material suficiente para provocar escoamento do tubo durante oprocesso de estampagem, sem uma distorção substancial da ferragem deconexão 10.
A ferragem de conexão 10 inclui um corpo cilíndrico oco principal12, tendo uma superfície externa 14 e uma superfície interna 16. O corpo 12tem uma região receptora de tubos 18 e uma região de conexão de tubos20. A superfície interna 16 da região de conexão de tubos 20 da ferragem deconexão 10 inclui uma pluralidade de ranhuras de acoplamento dispostasradialmente 22 espaçadas axialmente entre elas por uma raia 24. Comomostrado nas Figuras 1 e 3, a região de conexão de tubos 20 inclui aindauma cavidade de expansão disposta radialmente 26 e uma parede batentede tubos 28. A parede batente de tubos 28 bloqueia a progressão dianteirade um tubo a ser estampado na ferragem de conexão 10. A cavidade de ex-pansão 26 estabelece uma localização para o excesso de material do tubo,para escoamento durante o processo de estampagem.
A cavidade de expansão 26 inclui uma parede lateral de entrada30, uma região de enchimento curva 32 e uma parede traseira 34. A regiãode enchimento 32 se estende além da parede batente 28, para permitir queo excesso de material do tubo escoe nela, sem criar um excesso de traçãoaxial na ferragem de conexão 10 na região de conexão dos tubos 20. A pa-rede traseira 34 é angulada para longe da parede batente 28, pára materialque o material em escoamento entre no espaço 36, em vez de se movimen-tar diretamente ascendentemente contra a superfície interna 16 da ferragemde conexão 10. As dimensões das ranhuras 22, da raia 24 e da cavidade deexpansão 28 podem ser selecionadas em função das características estrutu-rais do tubo 12 e da ferragem de conexão 10. O ângulo da parede traseira34 com relação à parede batente dos tubos 28 também pode ser seleciona-do em função das características de escoamento do material do tubo e datração tangencial da ferragem de conexão 10. A parede traseira 34 pode serangulada para longe da parede batente 28, a um ângulo entre cerca de 10oe cerca de 75° e, em uma concretização, a um ângulo de cerca de 45°.
A Figura 2 ilustra uma ferragem de conexão de estampageminterna macho (ou de ponta esférica) 40. A ferragem de conexão de pontaesférica 40 inclui um corpo oco principal 42 e uma superfície externa 44 euma superfície interna 46. A ferragem de conexão 40 pode ser fabricada deum material adequado para estampagem de um tubo de material relativa-mente dúctil. Por exemplo, a ferragem de conexão 40 pode ser fabricada detitânio ou A286.
Com referência continuada às Figuras 2 e 3, o corpo 42 da fer-ragem de conexão 40 tem uma região de recebimento de tubos 48 e umaregião de conexão de tubos 50. Deve-se notar que o alojamento 42 da ferra-gem de conexão 40 pode ser de uma configuração selecionável. No entanto,para proporcionar uma reforça estrutura! para a ferragem de conexão 40 naregião de conexão de tubos 50, inclui uma região estrutural 45. A região es-trutural 45 é de uma maior espessura do que o restante das espessuras deparede do corpo 42, para proporcionar partes horizontais da ferragem deconexão 40, para apertar ou afrouxar a ferragem de conexão em um tubo,após a ferragem de conexão 40 ter sido estampada em um tubo.A superfície interna 46 da região de conexão de tubos 50 da fer-ragem de conexão 40 inclui várias ranhuras de acoplamento dispostas radi-almente 22 espaçadas entre si axialmente por uma raia 24. A região de co-nexão de tubos 50 inclui ainda uma cavidade de expansão disposta radial-mente 26 e uma parede batente de tubos 28. A parede batente de tubos 28bloqueia a progressão dianteira de um tubo a ser estampado na ferragem deconexão 40. A cavidade de expansão estabelece um local para o excesso dematerial do tubo, para escoar durante o processo de estampagem.
A cavidade de expansão 26 inclui uma parede lateral de entrada30, uma região de enchimento curva 32 e uma parede traseira 34. A regiãode enchimento 32 se estende além da parede batente 28, para permitir queo excesso de material do tubo escoe nela, sem criar um excesso de traçãoaxial na ferragem de conexão 10 na região de conexão dos tubos 20. A pa-rede traseira 34 é angulada para longe da parede batente 28, para materialque o material em escoamento entre no espaço 36, em vez de se movimen-tar direta ascendentemente contra a superfície interna 16 da ferragem deconexão 10. As dimensões das ranhuras 22, da raia 24 e da cavidade deexpansão 28 podem ser selecionadas em função das características estrutu-rais do tubo 12 e da ferragem de conexão 10. O ângulo da parede traseira34 com relação à parede batente dos tubos 28 também pode ser seleciona-do em função das características de escoamento do material do tubo e datração tangencial da ferragem de conexão 10. A parede traseira 34 pode serangulada para longe da parede batente 28, a um ângulo entre cerca de 10oe cerca de 75° e, em uma concretização, a um ângulo de cerca de 45°.
Quando dois tubos vão ser acoplados entre si em um processode estampagem, a ferragem de conexão adaptadora 10 e a ferragem de co-nexão de ponta esférica 40 são dispostas em relação aos tubos de uma ma-neira mostrada na Figura 4. Um primeiro tubo 52 é inserido na região de re-cebimento de tubos 18 da ferragem de conexão adaptadora 10. É dirigido nosentido da parede batente de tubos 28 da ferragem de conexão 10, até queentre em contato com aquela superfície. Um segundo tubo 54 é inserido naregião de recebimento de tubos 48 da ferragem de conexão de ponta esféri-ca 40. É dirigido no sentido da parede batente de tubos 28 da ferragem deconexão 40, até que entre em contato com aquela superfície. A ferragem deconexão 10 é depois estampada no tubo 52 e a ferragem de conexão 40estampada no tubo 54, usando métodos de estampagem convencionais. Osmétodos de estampagem convencionais podem incluir o uso de um expan-sor de roletes ou um macho de estampa de bexiga e de um mandril inseridosna combinação ferragem de conexão / tubo e remoção após o término doprocesso de estampagem.
As ferragens de conexão 10 e 40 são mostradas na Figura 4 emuma relação adjacente entre si, antes da estampagem. No entanto, os res-pectivos tubos e ferragens de conexão podem ser estampados entre si edepois colocados em comunicação entre si, antes da montagem final. Pode-se notar que as espessuras de parede dos tubos 52 e 54 são substancial-mente uniformes e retas antes da estampagem. O processo de estampa-gem, como mostrado na Figura 5, faz com que os tubos distorçam nas vizi-nhanças das ranhuras 22 e da cavidade de expansão 26 e uma parte domaterial do tubo escoa naquelas regiões. O desenho dessas regiões dasferragens de conexão internas 10 e 40 permite que o material do tubo nes-sas regiões escoe em uma direção adequada, sem colocar excesso de tra-ção axial nas ferragens de conexão. Além disso, o batente 28 impede qual-quer movimento para dentro posterior dos tubos.
A Figura 5 ilustra uma concretização da união dos dois tubosestampados com as ferragens de conexão internas da presente invenção.Em particular, uma porca rosqueada 56 é aplicada às roscas da ferragem deconexão 58 da ferragem de conexão 40, para estirar as duas ferragens deconexão conjuntamente. Uma superfície de união de recebimento de pontaesférica 60 da ferragem de conexão 10 é colocada em contato com uma su-perfície de união de entrada de adaptação 62 da ferragem de conexão 40. Aporca 56 é então apertada na ferragem de conexão 40. A ferragem de cone-xão 10 é estirada no sentido da ferragem de conexão 40, porque uma pare-de de captura de adaptação 64 do corpo 12 é agarrada pelo flange da porca66, na medida em que a porca 56 é rosqueada na ferragem de conexão 40.A ação de rosqueamento fixa conjuntamente as duas ferragens de conexão.Na concretização da presente invenção mostrada na Figura 5, os tubos 52 e54 são acoplados firmemente conjuntamente, de modo que o fluido podepassar entre os dois. Deve-se notar que uma concretização alternativa daferragem de conexão de ponta esférica 40 pode ser usada como "uma termi-nação do tubo 54, sem acoplamento em outro tubo.
As ferragens de conexão de estampagem interna mostradas edescritas, incluindo a cavidade de expansão 26, propiciam a estampagemseguro de tubulação de ductilidade relativamente alta, sem colocar uma for-ça axial excessiva nessas ferragens de conexão. Além disso, a cavidade deexpansão 26, em combinação com a parede batente 28, elimina a sucção dotubo durante o processo de estampagem. Os reveses não são mais neces-sários e, portanto, colares e as etapas de aplicação e remoção de colaressão eliminados.
Descreveu-se acima uma ferragem de conexão de estampageminterna aperfeiçoada. Ainda que concretizações específicas da presente in-venção tenham sido descritas, vai ser evidente para aqueles versados natécnica que várias modificações nela podem ser feitas, sem que se afaste doespírito e do âmbito da invenção, como definidos nas reivindicações emanexo.

Claims (10)

1. Ferragem de conexão de estampagem interna (10, 40), parafixação por estampagem em um tubo tendo uma extremidade de terminação,caracterizada pelo fato de que compreende:um corpo cilíndrico oco (12, 42) tendo uma superfície interna(16, 46) e uma superfície externa (14, 44), uma região de recebimento detubos (18, 48) e uma região de conexão de tubos (20, 50), em que a superfí-cie interna (16, 46) do corpo (12, 42) na região de conexão de tubos (20, 50)inclui uma ou mais ranhuras (22) e uma cavidade de expansão (26), adapta-da para receber excesso de material do tubo, durante um processo de es-tampagem interna, para fora no sentido das ranhuras (22) e da cavidade deexpansão (26).
2. Ferragem de conexão, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que a região de conexão de tubos (20, 50) incluiuma parede batente de tubos (28), adjacente à cavidade de expansão (26),em que a extremidade de terminação do tubo se apóia na parede batente detubos (28), quando o tubo é colocado dentro do corpo cilíndrico oco (12, 42).
3. Ferragem de conexão, de acordo com a reivindicação 2, ca-racterizada pelo fato de que a cavidade de expansão (26) inclui uma paredeterminal (34) se estendendo a partir da parede batente de tubos (28), paralonge de uma ou mais ranhuras (22) a um ângulo.
4. Ferragem de conexão, de acordo com a reivindicação 3, ca-racterizada pelo fato de que o ângulo da parede terminal (34), com relação àparede batente de tubos (28), está entre cerca de 10° e cerca de 75°.
5. Ferragem de conexão, de acordo com a reivindicação 4, ca-racterizada pelo fato de que o ângulo da parede terminal (34), com relação àparede batente de tubos (28), é cerca de 45°.
6. Ferragem de conexão, de acordo com a reivindicação 3, ca-racterizada pelo fato de que a cavidade de expansão (26) inclui uma paredelateral de entrada (30) e uma parede curva (32), entre a parede lateral deentrada (30) e a parede traseira (34).
7. Ferragem de conexão, de acordo com a reivindicação 6, ca-racterizada pelo fato de que a parede lateral de entrada (30), a parede curva(32) e a parede traseira (34) definem uma região de enchimento curva (36).
8. Ferragem de conexão, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que a uma ou mais ranhuras (22) da superfície in-terna (16, 46) são alinhadas radialmente dentro do corpo oco (12, 42).
9.
Combinação de ferragens de conexão de estampagem internapara acoplar em conjunto um primeiro tubo (52) e um segundo tubo (54) emum fixação por estampagem, caracterizada pelo fato de que cada um dostubos inclui uma extremidade de terminação, a combinação compreendendo:uma ferragem de conexão de estampagem interna (10), confor-me definido na reivindicação 1, formando uma ferragem de conexão adapta-dora e em que a superfície externa (14) da ferragem de conexão adaptadora(10) inclui uma superfície de união de recebimento de ferragem de conexãode ponta esférica (60);uma ferragem de conexão de ponta esférica (40) tendo um corpocilíndrico oco (42) com uma superfície interna (46) e uma superfície externa(44), uma região de recebimento de tubos (48) para receber o segundo tubo(54) e uma região de conexão de tubos (50), em que a superfície interna (46)do corpo (42) na ferragem de conexão de ponta esférica (40) na região deconexão de tubos (50) inclui uma ou mais ranhuras (22) e uma cavidade deexpansão (26) para receber excesso de material do segundo tubo (54), du-rante um processo de estampagem, e em que a superfície externa (44) incluiuma superfície de união de entrada de ferragem de conexão adaptadora(62); euma porca (56) para acoplar a ferragem de conexão adaptadora(10) e a ferragem de conexão de ponta esférica (40) conjuntamente, em quea porca (56) inclui o rosqueamento para acoplar a superfície externa (44) daferragem de conexão de ponta esférica (40).
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