BR112012025340B1 - processo de fabricação de peças ocas - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS OCAS. O processo compreende : a) definição da peça oca final em sua parte interna após forjamento com deformação das seções sólidas ou afiladas, b) modelagem das seções sólidas e afiladas, c) fabricação do afilamento por meio de núcleos de único material recicláveis posicionados em locais que requerem regiões com um filamento, e modelagem do(s) núcleo(s), d) após a modelagem, definição do produto semiacabado (2) e dos núcleos em suas formas iniciais, tendo uma configuração diferente dos núcleos forjados, e) após fundição do metal em torno do(s) núcleo(s), na forma inicial prévia, operação de batida do produto semiacabado com seus núcleos gerando a deformação da peça e seus núcleos de suas formas iniciais para suas formas finais, f) recorte das rebarbas, g) remoção dos núcleos.

Description

[0001] A invenção refere-se ao setor técnico de forjamento a quente ou frio que permite fabricar peças ocas de liga leve. A invenção refere-se também ao setor técnico da fundição em que é conhecido derreter o material em torno de um núcleo previamente arranjado e mantido dentro de um molde.

[0002] A invenção refere-se à aplicação do processo para todos os dominios técnicos para a produção de peças com características mecânicas elevadas, especialmente, mas sem limitação, para algumas peças ou componentes relativos à indústria automotiva e de bicicletas.

[0003] A tecnologia de forjamento de peças ocas é bem conhecida. Por exemplo, é o caso do forjamento de lingotes de material previamente perfurado. É também o caso do forjamento radial de esboços ou lingotes de forja que exigem tempo e várias etapas de forjamento.

[0004] Também é conhecido o forjamento de peças ocas com a colocação de pinos que permitem a produção de cavidades. Esta técnica requer a utilização de mecanismos de inserção de pinos e automação capaz de operar à taxa de martelos pilões para uma boa produtividade. Para além do fato de que as formas destas cavidades não devem ser demasiado complexas, pois elas geram a forma dos pinos, essas cavidades são sempre visiveis para permitir o posicionamento dos pinos, e cria limitações de uso. Além disso, a cinemática a calcular nem sempre é fácil de realizar.

[0005] Conhece-se também o método de usinagem das peças, mas este é demorado tem alto custo de material inicial a ser usinado.

[0006] Conhece-se também o processo de forjamento de peças ocas com a colocação de duas metades de formas complementares que são soldadas entre si ao longo de sua borda periférica desenvolvida para esta montagem. Isto exige aparelhos de soldadura de alta frequência sofisticados e caros, um controle de qualidade da soldadura no que diz respeito a agressões externas da peça produzida. Esta técnica exige a fabricação independente de cada uma das metades e, em seguida, proceder à montagem como indicado acima.

[0007] Além disso, a combinação de processos de moldagem por fundição de materiais do tipo liga leve e seguido por uma etapa de forjamento, também é bem conhecida por muitas patentes da Requerente, com origem na EP 119 365 e seus desenvolvimentos EP 1250204, EP 1219367. A fabricação de peças ocas por forjando e fundição encontra inúmeras aplicações cada vez mais importantes.

[0008] Além das patentes da Requerente, foi proposta a integração em um processo hibrido que combina fundição e forjamento um núcleo dentro da peça forjada. Este é o caso, por exemplo, da divulgação da patente EP 850825, que é especifica para uma manivela de pedal de bicicleta. A solução descrita neste documento, embora interessante, tem algumas desvantagens ou limitações. Antes da operação de forjamento, os apoios de fundição são removidos, e durante o forjamento, o núcleo não se encontra em situação de estabilidade. Há também a possibilidade de detritos do núcleo causarem defeitos de superficie durante a operação de forjamento.

[0009] A patente EP 850825 não leva em conta a possibilidade de deformação do núcleo durante a operação de batida durante o forjamento. Esta patente é limitada às manivelas de pedal para bicicletas em que as restrições são completamente diferentes daquelas resultantes dos componentes técnicos para a concepção de automóveis.

[0010] Também é conhecido um processo de produção de peças forjadas ocas definido no pedido de patente PCT WO 2009/050382. O documento ilustra e descreve a utilização de um núcleo. No entanto, o processo descrito tem muitas desvantagens. Ele busca selar o esboço de modo que o núcleo é completamente isolado do ambiente externo. Esta vedação é garantida por meio de vedação de cada duto de retirada gases utilizados para manter o posicionamento do núcleo por um elemento de vedação. Cada duto de retirada de gases é por sua vez vedado por um elemento de reforço em forma de haste ou cabo de metal.

[0011] De acordo com esta patente, e como indicado na descrição, apoios associados ao núcleo são dispostos nas áreas a serem usinadas. Para remover o núcleo e os referidos dutos associados, o processo descrito na patente de invenção requer que seja perfurada e pré-usinada a peça obtida para desentupimento do núcleo. Esta restrição é muito pesada e dificil de conseguir. O operador deve também recortar a peça final. O recorte implica a recuperação de materiais variados e incompatíveis tais como aluminio e aço, o aluminio estando contido na rebarba forjada e o aço sendo o material constituinte dos meios de selagem (pinos, apoios-relatados). Isto exige uma triagem no caso de se fazer reciclagem.

[0012] Assim, em ambos os documentos de patente EP 850 825 e WO 2009/050382, as operações descritas são caras tanto econômica quanto ambientalmente.

[0013] O processo descrito nesta patente exige que a peça seja oca de um lado a outro, o que limita a aplicação. No entanto, as especificações dos fabricantes de automóveis com os quais a requerente trabalha não exigem que as peças assim fabricadas sejam ocas em seu volume inteiro. A técnica descrita no pedido de patente PCT WO 2009/050382 não permite fabricar peças que apresentem ao mesmo tempo áreas ocas e áreas sólidas.

[0014] Assim, os dois documentos de patente acima mencionados têm limitações inerentes aos processos implementados.

[0015] A abordagem da Requerente foi a de reconsiderar completamente o problema proposto e desenvolver uma abordagem diferente, trabalhando primeiro sobre o controle das restrições resultantes da operação de forjamento da deformação do material e, em particular, do núcleo.

[0016] A solução fornecida pela Requerente responde a este problema com o dominio perfeito dos controles de deformações durante a operação de forjamento da peça a ser obtida, oca na totalidade ou em parte do seu volume.

[0017] O processo de fabricação de peças ocas feitas em duas operações sucessivas de fundição de material para a produção de um produto semiacabado após forjamento realiza as seguintes etapas de operação: a)definição da peça oca final em sua parte interior a se obter após forjamento com deformação das seções sólidas ou afiladas segundo as restrições ambientais e de mecânica, b) modelagem das seções sólidas e afiladas nas áreas da peça que o requerem c) produção do afilamento por meio de um ou mais núcleos de único material e reciclável em areia ou sal, tendo regiões funcionais para o seu posicionamento desejado no molde, o ou os referido (s) núcleo (s) sendo dispostos nos locais que requerem regiões com um afilamento, e modelagem do ou dos referido(s) núcleo(s) nas seções afiladas d) após modelagem da peça final a ser obtida e do ou dos núcleos, definição do produto semiacabado e do ou dos núcleos em suas formas iniciais tendo uma configuração diferente do ou dos núcleos forjados correspondendo ao ou aos vazios interiores a serem obtidos na peça forjada, e)após a fundição do metal em torno do ou dos referido(s) núcleo(s) na forma inicial prévia permitindo obtenção de um produto semiacabado com o seu ou os seus núcleos, operação de batida deste produto semiacabado com seu ou seus núcleos gerando a deformação da peça e de seu ou seus núcleos de suas formas iniciais para suas formas finais, f)recorte das rebarbas constituídas por material de fundição e obtidas por forjamento, livres de outros materiais que não sejam o material de fundição, g)remoção do ou dos núcleos de único material e reciclável.

[0018] De acordo com outra característica, o processo de fabricação de peças ocas em duas operações sucessivas, a primeira de fundição de material para a produção de um produto semiacabado, a segunda de forjamento, o dito processo executado pelas etapas de: a) escolha da peça oca a ser fabricada, b) seleção do material para o núcleo de único material reciclável (areia/sal), c) modelagem da peça oca e do(s) núcleo(s) de único material na sua configuração desejada após forjamento incluindo a modelagem das regiões funcionais do núcleo, tais como os apoios do núcleo necessários para a sua colocação no molde de fundição, em sua configuração após forjamento, d) modelagem das deformações introduzidas pelo forjamento, e) com o resultado da etapa d) modelagem da peça e seu núcleo antes do forjamento, ou seja, da peça fundida e do núcleo na sua forma inicial, f) após a fundição do metal em torno do ou do(s) referido (s) núcleo(s) por todo ou parte do seu volume na forma inicial prévia permitindo da obtenção de um produto semiacabado com seu ou seus núcleos, operação de batida deste produto semiacabado com seu ou seus núcleos gerando a deformação da peça e de seu ou seus núcleos de suas formas iniciais para suas formas finais, g) recorte das rebarbas constituídas do material fundido, h) remoção do ou dos núcleos de material único reciclável, é notável pelo fato de que - a etapa de modelagem das regiões funcionais do núcleo prevê que as regiões funcionais do núcleo terminando na superfície da peça após forjamento devem estar situadas fora das regiões de recorte da peça, em particular, fora do plano de união das matrizes de forjamento, e suficientemente longe deles, para permitir recorte sem remoção de material do núcleo, e pelo fato de que - o recorte é realizado de modo que o residue de eliminação, constituido de material de fundição forjado, está livre de outros materiais que não sejam este material de fundição.

[0019] Estas e outras características tornar-se-ão aparentes a partir da descrição que se segue.

[0020] Para estabelecer o objeto da invenção ilustrada de maneira não limitativa pelas figuras em que

[0021] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um conjunto de vários núcleos destinados a serem inseridos em uma peça para fundição e depois forjamento. Os núcleos (1) são de um único material incluindo os seus apoios (la) que asseguram o seu posicionamento dentro do molde.

[0022] A Figura 2 é uma vista que ilustra os núcleos posicionados dentro do molde de fundição, antes da operação de moldagem.

[0023] A Figura 3 é uma vista em corte que ilustra o produto semiacabado (2), obtido após a fundição, com os 2 núcleos posicionados nas áreas de afilamento.

[0024] A Figura 3A é idêntica à Figura 3, mas com uma representação hachurada para melhor compreensão do desenho.

[0025] A Figura 4 é uma vista de uma peça forjada acabada (3) , com as áreas incluindo núcleos (1) nas partes afiladas e partes sólidas.

[0026] A Figura 4A é idêntica à Figura 4, mas com uma representação hachurada para melhor compreensão do desenho.

[0027] A Figura 5 consiste em 2 vistas:

[0028] Esquema (5A) imagem do produto semiacabado (2), obtido após a fundição com seus núcleos em regiões com seções afiladas e suas regiões de seções sólidas. O esquema 5A1 é idêntico ao esquema 5A, mas com uma representação hachurada para melhor compreensão do desenho,

[0029] Esquema (5B): imagem do produto semiacabado (3) após forjamento e remoção dos núcleos (1). O esquema 5B1 é idêntico ao esquema 5B, mas com uma representação hachurada para melhor compreensão do desenho.

[0030] Para tornar mais concreto o objeto da invenção, ele será agora descrito de um modo não limitativo ilustrado pelas figuras.

[0031] Assim, o método de acordo com a presente invenção difere do estado da técnica pelas operações de modelagem iniciais da peça incluindo um ou mais núcleos (1) de único material e recicláveis e incorporando o mesmo material nos respectivos apoios (la) posicionamento. Estas operações de modelagem permitem a definição das partes das peças que devem ser sólidas e aquelas que apresentam afilamentos por meio da introdução dos núcleos. As modelagens iniciais combinadas com o dominio e o conhecimento das características dos materiais que constituem a peça e o núcleo ou núcleos permitem simular o fluxo de metal em torno do núcleo ou núcleos que se deformam durante o forjamento. Isto permite a otimização da forma do núcleo ou núcleos colocados dentro da peça tendo em vista sua execução por fundição e forjamento.

[0032] O dominio de todos estes dados nos permite definir a peça segundo as espessuras desejadas.

[0033] O processo de acordo com a invenção também executa um software de valores de integração de todos os dados relativos à peça acabada a ser obtida, todos os dados do ou dos núcleos, todos os dados sobre o equipamento ou ferramentas de batida, o referido software calcula o conjunto de deformações da peça e do núcleo ou núcleos para definir as formas iniciais e finais a serem obtidas.

[0034] A modelagem permite não haver nenhuma falha interna, pois a forma inicial do ou dos núcleos é definida previamente para atingir esse objetivo, por exemplo, os tipos de defeitos, liberação do núcleo na rebarba ou afilamento não homogêneo sobre a seção em questão, não podem acontecer. A modelagem permite não haver nenhuma falha externa aparente tipo retirada, vestigios de bruto por exemplo. A rebarba obtida após forjamento permanece exclusivamente no material de moldagem e pode ser facilmente aparada e reciclada.

[0035] O processo de acordo com a invenção permite também definir, por exemplo, uma otimização da rigidez e por outro lado diminuir o peso sem deterioração da tenacidade da peça.

[0036] Portanto, há uma liberdade de projetar a peça de acordo com a rigidez desejada, o que oferece maiores oportunidades, sem nenhum custo adicional.

[0037] O ou os núcleo (s) (1) são também selecionados e definidos apresentando ter uma taxa de compressão inferior a 0,30 a 1500 MPa.

[0038] O ou os núcleos podem ser de diferentes materiais, particularmente feito de areia, mas, em uma versão otimizada, de sal conforme necessário, mas cada núcleo é de um único material. Pode-se recuperar totalmente após remoção do núcleo de acordo com métodos conhecidos. Em particular, o núcleo pode ser removido por extração térmica ou extração mecânica quando é feito de areia ou por pressão de ar/água, se o núcleo é de sal. A remoção do núcleo ou núcleos é efetuada de uma maneira convencional através de orificios previstos no invólucro e na matriz de batida.

[0039] A solução apresentada permite, assim, uma otimização da produção de peças em liga leve ocas em parte ou na totalidade do seu volume pela execução de fundição da liga e do forjamento da peça. Assim, uma mesma peça tratada pelo processo de acordo com a invenção pode ter, de acordo com a modelagem, uma única região oca para a recepção de um núcleo, várias regiões ocas alternadas com regiões sólidas, as regiões ocas recebendo núcleos em número correspondente. Além disso, os apoios (la) podem ser multidirecionais.

[0040] O processo oferece grandes vantagens em termos econômicos e ambientais, oferece grande liberdade de projeto de peças e evita o problema de restrições de selagem tais como as identificadas no pedido de patente PCT WO 2009/050382.

Claims (3)

1. Processo de fabricação de peças ocas feitas em duas operações sucessivas, a primeira de fundição de material para a produção de um produto semiacabado, a segunda de forjamento, o dito processo implementado pelas etapas de: a) escolha de uma peça oca a ser fabricada, b) seleção de material para pelo menos um núcleo de único material reciclável a partir de areia e sal, c) modelagem da peça oca e do pelo menos um núcleo de único material em uma configuração final desejada após forjamento incluindo a modelagem das regiões funcionais do pelo menos um núcleo (1) , incluindo apoios do material (la) único para o posicionamento do núcleo em um molde de fundição, na configuração final após forjamento, d) modelagem das deformações introduzidas pelo forjamento, e) com o resultado da etapa d), modelagem da peça e do pelo menos um núcleo em uma forma inicial antes do forjamento que é diferente da configuração final, f) fundição do metal em torno do pelo menos um núcleo por todo ou parte de um volume do pelo menos um núcleo na forma inicial para obter um produto semiacabado com pelo menos um núcleo, depois forjamento e operação de batida do referido produto semiacabado com pelo menos um núcleo gerando a deformação da peça e de pelo menos um núcleo das formas iniciais para a configuração final, g) recorte das rebarbas constituídas do material fundido, h) remoção do pelo menos um núcleo de material único reciclável, caracterizado pelo fato de que a etapa de modelagem das regiões funcionais do pelo menos um núcleo prevê que as regiões funcionais emergindo na superficie da peça após forjamento devem estar situadas fora das regiões de recorte da peça, em especial fora de um plano de partição de matrizes de forjamento, e suficientemente longe delas, para permitir recorte sem remoção de material do pelo menos um núcleo, e em que o recorte é realizado de modo que o residuo de eliminação, constituído de material de fundição forjado, está livre de outros materiais que não sejam este material de fundição.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os um ou mais núcleos têm uma taxa de compressão menor que 0,30 a 1500 MPa.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os apoios (la) dos um ou mais núcleos são multidirecionais.

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