BR112014014742B1

BR112014014742B1 - método para produzir uma articulação de direção de um veículo comercial com um contorno final préfornecido

Info

Publication number: BR112014014742B1
Application number: BR112014014742-6A
Authority: BR
Inventors: Markus Bachmann
Original assignee: Cdp Bharat Forge Gmbh
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2020-10-13
Also published as: EP2790850A1; JP6087372B2; KR102031596B1; WO2013087924A1; US9375778B2; DE102011088862A1; CA2859332A1; CA2859332C; BR112014014742A2; KR20140103154A; EP2790850B1; MX2014007088A; MX344480B; JP2015500744A; US20150013408A1

Abstract

MÉTODO PARA FORMAR PEÇAS FORJADAS. A presente invenção refere-se a um método para produzir peças forjadas com um contorno final pré-fornecido, compreende as seguintes etapas: pré-forjamento de uma peça em bruto de modo a obter uma peça forjada e subsequente reformação da peça forjada em uma matriz, em que uma ou uma pluralidade de ferramentas são inseridas na peça forjada durante a reformação e, no processo, o material da peça forjada é deslocado de tal modo que o contorno final especificado seja obtido.

Description

DESCRIÇÃO CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um método para formar peças forjadas, especificamente para a formação de assim denominados elementos formados secundários. Exemplos de tais peças forjadas são, por exemplo, articulações de direção para veículos comerciais.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] Na indústria automotiva assim como geralmente no campo de transporte e veículos comerciais (isto é, por exemplo, carros, caminhões, veículos de construção, trens), componentes forjados altamente solicitados que têm geometrias complexas estão sendo crescentemente empregados. Ao mesmo tempo, os requisitos para a precisão dos componentes também aumentaram. Quando produzindo tais peças forjadas, tal como, por exemplo, as articulações de direção para veículos comerciais mencionadas no início, na técnica anterior corrente uma peça bruta é primeiro gerada por forjamento, a qual após a rebarbação é novamente mecanicamente retrabalhada, isto é, por usinagem, para formar as características desejadas tais como sedes de rolamento com a precisão necessária e assim chegar ao produto acabado. Por este retrabalho mecânico, no entanto, os tempos de processamento para a peça forjada são estendidos por um lado, e por outro lado, devido á remoção de material por meio de subsequente usinagem, a porção de material bruto requerida para o produto acabado é aumentada. Ambos os aspectos levam a um aumento de custo não insignificante assim como um impacto ambiental aumentado. Apesar de ser concebível do ponto de vista de economia de material fundir tais componentes, os produtos fundidos, no entanto, têm claras desvantagens com relação à solidez de material e capacidade de carga se comparados com os produtos forjados, o que pode ser de grande significância especificamente com componentes altamente solicitados tais como as ditas articulações de direção para veículos comerciais.

APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO

[003] Começando com este problema, um objeto da invenção é prover um método para produzir peças forjadas, o qual sem perder a precisão de fabricação reduz o peso do componente utilizado e diminui o peso da peça bruta, e por meio disto como um todo simultaneamente reduz os tempos de fabricação.

[004] Este objeto é resolvido por um método para produzir peças forjadas que tem as características da reivindicação 1, As modalidades preferidas estão definidas nas sub-reivindicações.

[005] De acordo com a presente invenção, o método para produzir peças forjadas que têm um contorno final pré-fornecido compreende as seguintes etapas: pré-forjar uma peça em bruto de modo a obter uma peça forjada e subsequente formação da peça forjada em uma matriz, uma ou ferramentas plurais estão sendo inseridas durante a formação na peça forjada e, no processo, o material da peça forjada sendo deslocado em um modo tal que o contorno final pré-fornecido seja obtido.

[006] Dentro do significado da invenção, o contorno final deve ser compreendido como a forma da superfície da peça forjada acabada (antes de uma potencial usinagem fina tal como rebarbação ou desempeno a quente), portanto também compreende rebaixos, dentes, entalhes, e similares. Em contraste, o contorno externo deve ser considerado uma parte da superfície da peça forjada geralmente direcionada para fora afastando da peça forjada e assim, por exemplo, não compreende nenhum recorte, entalhe ou similar. Com o forjamento convencional, o contorno externo é determinado pela forma das superfícies internas da matriz de forjamento. No caso da presente invenção, durante o pré-forjamento de preferência uma peça meio forjada ou quase acabada é obtida tendo um menor contorno externo se comparado com o contorno final. O pré-forjamento pode consistir em uma, mas também duas ou múltiplas, etapas de forjamento, por meio das quais o contorno final da peça forjada é aproximado.

[007] Pela formação de acordo com a invenção, é possível produzir o blanque utilizando menos material já que para obter o contorno final, um acabamento mecânico e/ou de máquina não é necessário. Um retrabalho potencial pode assim, economizar tempo, ser focalizado sobre a busca precisa das dimensões, o que é porque é somente necessário remover uma quantidade mínima de material (por exemplo, na forma de rebarbação) de modo que por um lado a porção de material bruto sobre o produto acabado diminui e por outro lado uma quantidade de tempo considerável pode ser economizada durante a produção. Ainda, devido ao menor peso da peça bruta assim como o menor peso de material (volume) da peça forjada, economias podem ser feitas durante o transporte tanto dentro da fábrica quanto também subsequentemente durante o fornecimento. Tudo isto tem um efeito positivo não somente sobre os custos de produção, mas também contribui para a produção ter um menor impacto ambiental. Inserindo a ferramenta ou ferramentas na peça forjada e o deslocamento de material correspondente, a matriz é também cheia em um modo ótimo "por dentro", o que leva a essencialmente menos desperdício pelo enchimento incompleto da matriz. Em outras palavras, provendo a etapa de formar, isto é uma etapa adicional comparado com a técnica anterior, gera benefícios tanto com relação à rentabilidade assim como estabilidade de processo.

[008] É mais ainda uma vantagem que formando e especificamente inserindo a ferramenta / ferramentas, o material é deslocado e assim a orientação de fibra do material paralelo às superfícies (do contorno final) é mantida. Deste modo, à peça forjada acabada é dada uma solidez aumentada especificamente nas bordas e dobras assim como outras características geométricas mais complicadas da superfície da peça forjada, por exemplo, sedes de rolamento.

[009] Aqui, é preferido que no início da formação ligeiramente mais material esteja disponível dentro da matriz do que é necessário no sentido de volume para a peça forjada final (o que é definido pelo contorno final pré-fornecido), e assim inserindo a ferramenta / ferramentas durante a formação, o material também flui para dentro das rebarbas nas bordas da matriz. Uma segurança de processo adicional é por meio disto estabelecida com relação ao enchimento completo da matriz.

[0010] De preferência, a ferramenta a qual é inserida na peça forjada durante a formação é um punção (mandril) ou punção oco (mandril oco). Pela utilização de um punção ou um punção oco, altas forças de formação podem ser aplicadas, as quais levam a um eficiente deslocamento de material durante a formação e um enchimento completo da matriz. Um punção oco, além disso, permite uma formação especificamente precisa da peça forjada no ponto de inserção e pode assim ser empregado especificamente efetivamente para determinar o contorno final.

[0011] De acordo com uma modalidade preferida, os elementos formados secundários da peça forjada acabada são formados pela ferramenta e/ou ferramentas. Os elementos formados secundários dentro do significado do presente pedido são características de forma da superfície de peça forjada, as quais não podem ser produzidas ou somente com dificuldade com o forjamento por matrizes (metades de matriz movidas uma contra a outra), por exemplo, as sedes para os envoltórios de rolamento sobre as articulações de direção de caminhão. Especificamente a formação de elementos formados secundários necessitada nos processos usinagem de remoção de material da técnica anterior os quais não somente aumentavam o material utilizado, mas também estendiam os tempos de processamento. Formando tais elementos formados secundários por meio da ferramenta / ferramentas, uma grande quantidade de material e consequentemente de tempo pode ser economizada.

[0012] Em uma modalidade especificamente preferida, a formação é essencialmente executada na temperatura da etapa de pré-forjamento precedente. Aqui é vantajoso que devido às altas temperaturas ainda do processo de forjamento, uma formação essencialmente de economia de energia é possível e ao mesmo tempo nenhuma energia adicional é requerida para aquecer a peça forjada para a formação.

[0013] É mais ainda vantajoso que a direção / direções de formação determinada(s) pela ferramenta / ferramentas é/são essencialmente perpendiculares à direção de fechamento da matriz. Durante a formação, o blanque pré-forjado é depositado dentro da matriz e a matriz é fechada. Inserindo as ferramentas na dita direção de formação essencialmente perpendicular à direção de fechamento da matriz, o material deslocado na direção dos lados da ferramenta pode assim em um modo quase ideal preencher a cavidade de matriz determinada pela matriz. Esta cavidade de matriz de preferência define o contorno externo do contorno final pré-fornecido, em outras palavras a matriz determina a posição das superfícies da peça forjada acabada essencialmente direcionada para fora, enquanto que rebaixos, entalhes, ou elementos formados secundários similares podem ser definidos pelas ferramentas (por exemplo, punções ocos). Isto também contribui para o preenchimento eficiente da matriz e deste modo evita uma utilização excessiva de materiais.

[0014] Finalmente, é especificamente vantajoso submeter a peça forjada após a formação a uma etapa de rebarbação ou desempeno a quente. Deste modo, o comportamento de empeno da peça forjada como um resultado do punção oco pode ser eficientemente compensado sem a necessidade de remover uma grande quantidade de material ou utilizar uma grande quantidade de esforço para endireitar a quente, com a precisão de fabricação consistentemente sendo aperfeiçoada juntamente com a utilização mínima consistente de materiais e curtos tempos de processamento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] Uma modalidade preferida do método de acordo com a invenção está daqui em diante explicada como um exemplo por meio dos desenhos acompanhantes.

[0016] Figura 1 mostra esquematicamente, utilizando o exemplo de uma articulação de direção, um método de produção de acordo com a técnica anterior;

[0017] Figura 2 mostra esquematicamente um exemplo do método de acordo com a invenção para produzir peças forjadas que têm um contorno final pré-fornecido, também durante o exemplo de uma articulação de direção;

[0018] Figura 3 mostra uma comparação de uma articulação de direção convencionalmente produzida e uma articulação de direção produzida de acordo com a invenção, tanto como uma vista em perspectiva quanto como uma seção radial através das sedes de rolamento;

[0019] Figura 4 mostra uma vista em perspectiva de uma metade de matriz inferior com o blanque depositado para ilustrar a direção de formação e o enchimento de contorno de extremidade durante o processo de formação; e

[0020] Figura 5 mostra uma seção radial através de uma articulação de direção produzida de acordo com a invenção, a ilustração da articulação de direção após o forjamento e a ilustração da articulação de direção após a formação ter sido sobreposta para enfatizar o enchimento do contorno.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0021] A Figura 1 mostra esquematicamente o curso de um procedimento de produção de uma articulação de direção de caminhão de acordo com a técnica anterior. Uma peça em bruto 10 feito de aço é primeiramente comprimido, pré-prensado e sujeito a uma primeira etapa de pré-forjamento (Figuras 1a a c), a geometria externa essencial do componente que está sendo formado sendo produzida. Durante a subsequente segunda etapa de pré-forjamento (Figura 1d), os contornos externos detalhados deste produto intermediário 10' são produzidos pela matriz (mas não maiores do que o contorno final pré- fornecido). Na etapa final de rebarbação ou desempeno a quente (Figura 1 e), o material de forjamento em excesso é então removido de modo que o produto acabado forjado 10" seja obtido. Como por meio do processo de forjamento, no entanto, nenhum contorno tridimensional complicado pode ser formado, tal como, por exemplo, entalhes laterais para casquilho de rolamento, a peça forjada 10" completada deve ainda ser mecanicamente retrabalhada, isto é, por usinagem. O material em excesso acumulado durante o retrabalho assim aumenta a porção de material bruto sobre o produto acabado, o que em adição aos tempos de processamento requeridos para este também aumenta os custos de produção e mais ainda causa um maior impacto ambiental.

[0022] Na Figura 2, em comparação com o método convencional da Figura 1, o curso de um método exemplar está apresentado para produzir peças forjadas de acordo com a invenção, novamente utilizando o exemplo da articulação de direção de caminhão. Como na técnica anterior, uma peça em bruto 20 é primeiramente comprimido, pré-prensado e pré-forjado em duas etapas (Figuras 1a a d) para essencialmente aproximar o contorno externo da peça forjada acabada. Ao contrário da técnica anterior, no entanto, após o pré-forjamento (isto é, no presente caso após a segunda etapa de pré-forjamento) enquanto o blanque 20' está ainda essencialmente na temperatura de forjamento, a formação da peça forjada é executada em uma matriz, a cavidade de matriz da qual define o contorno externo do contorno final pré-fornecido do componente. No caso da articulação de direção durante o processo de formação, isto é, o fechamento da matriz, um punção oco de cada um dos lados de articulação de direção dianteiro e traseiro é inserido na peça forjada semiacabada 20' e deste modo as sedes de rolamento cavadas para dentro 21a e 21b (Figuras 2e e 3b) são formadas. Os punções ocos têm precisamente a forma e as dimensões da sede de rolamento a ser formada. Somente após isto o refugo de forjamento situado no nível de forjamento é removido por rebarbação / desempeno a quente com rebarbação ou desempeno a quente, no entanto, não mais sendo necessários para gerar o contorno final completo e assim, devido à essencialmente menor quantidade de material removida, isto leva muito menos tempo do que a rebarbação ou desempeno a quente na técnica anterior (conforme Figura 1e). Este ganho de tempo também não é cancelado pela etapa adicional de formação ("perfuração de punção oco") (Figura 2e) se comparado com a técnica anterior. Ao contrário, a etapa de formação adicional de "perfuração de punção oco" economiza uma usinagem adicional para formar as sedes de rolamento.

[0023] Na Figura 3, uma vista em perspectiva e em corte mostra uma comparação entre os componentes forjados e rebarbados completados. Como está evidente da Figura 3a, o blanque forjado completado 10' produzido com o método convencional não ainda compreende nenhum rebaixo para a sede de rolamento, e as porções laterais 11a e 11b correspondentes são sólidas. Consequentemente, o peso da articulação de direção convencionalmente produzida é de 32 kg. Em contraste a isto, a articulação de direção de caminhão produzida de acordo com a invenção já tem os rebaixos para os casquilhos de rolamento e estes, portanto, não mais precisam ser produzidos por meio de usinagem produzindo material de refugo. O peso da peça bruta forjada completada é de 29 kg, o qual é também correspondentemente menor. Não somente pode aproximadamente 10% assim ser economizado, mas tempos de processamento essencialmente mais curtos podem também ser conseguidos.

[0024] Na Figura 4, uma vista em perspectiva está mostrada de uma matriz empregada com o método de acordo com a invenção, com somente a metade de matriz inferior 30 sendo mostrada no interesse de compreensibilidade. Aqui o produto intermediário 20' produzido na segunda etapa de pré-forjamento (Figura 2d), o qual não está ainda essencialmente na temperatura de forjamento, está depositado dentro da matriz 30 e a matriz é fechada abaixando a metade de matriz superior (não mostrada) (ver seta: "direção de fechamento" na Figura 4). Simultaneamente, punções ocos 31a e 31b são empurrados de duas direções (ver setas de "direção de formação") para dentro dos lados da peça forjada semiacabada 20', os quais formam as sedes de rolamento na articulação de direção de caminhão forjada completada 20"'. Aqui, as duas direções de formação opostas uma à outra estão localizadas perpendiculares à direção de fechamento da matriz. Devido às ainda altas temperaturas do processo de forjamento precedente, a forma de matriz inteira, isto é, o contorno final predefinido, é completamente preenchido devido ao material deslocado pelos punções ocos 31a e 31b. Isto está mostrado pelos contornos sombreados da peça forjada 20". Em outras palavras, durante a formação de acordo com a invenção, o material flui para dentro dos espaços de matriz inicialmente vazios sobre as superfícies internas de matriz até que a forma de matriz seja preenchida. Aqui, de preferência no início de formação, ligeiramente mais material está disponível dentro da matriz do que é necessário no sentido de volume para a peça final forjada. Durante o subsequente deslocamento do material devido à inserção da ferramenta / ferramentas, este também flui para dentro das rebarbas nas bordas de matriz e assim sempre assegura um enchimento da matriz confiável, completo.

[0025] A economia em material bruto conseguida pelo método de acordo com a invenção está especialmente evidente do desenho em corte da Figura 5. O número de referência 22 designa o contorno forjado produzido após o segundo pré-forjamento (Figura 2d), enquanto que o número de referência 23 designa o contorno final após o processo de formação de acordo com a invenção, isto é, após a inserção dos punções ocos. Inserindo ou empurrando para dentro os punções ocos, o contorno final externo 24 pré-fornecido pela matriz 30 é assim preenchido, começando do contorno forjado 22. Em outras palavras, a proporção de volume do punção oco inserido preenche a matriz começando do contorno de forjamento 22 pré-forjado, menor até o contorno final prescrito 23.

Claims

1. Método para produzir uma articulação de direção (20”) de um veículo comercial com um contorno final (23) pré-fornecido, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: pré-forjar uma peça em bruto (20) para obter uma articulação de direção (20’) semiacabada ou quase-acabada de um veículo comercial, sendo que um contorno externo (22) da articulação de direção pré-forjada (20’) sendo menor do que um contorno final (23) da articulação de direção (20’, 20”), e subsequente formação da articulação de direção (20’) em uma matriz adicional (30), em que a formação é ainda executada essencialmente na temperatura de forjamento da etapa precedente de pré-forjamento, em que durante a formação a matriz (30) é fechada e uma ou ferramentas (31a, 31b) são inseridas na articulação de direção (20’) e o material da articulação de direção (20’) é deslocado e por meio disto a matriz (30) é preenchida por dentro de modo que o contorno final (23) pré-fornecido seja obtido.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no início da formação dentro da matriz adicional, mais material está disponível dentro da matriz (30) do que é necessário no sentido de volume para a articulação de direção final (20”).

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que por meio da ferramenta ou ferramentas (31a, 31b), elementos formados secundários da articulação de direção acabada (20”) são formados, a saber as sedes de rolamento (21a, 21b).

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a direção / direções de formação determinada(s) pela ferramenta ou ferramentas (31a, 31b) é/são essencialmente perpendiculares à direção de fechamento da matriz (30).

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a matriz (30) define o contorno externo (22) do contorno final (23) pré-fornecido.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a articulação de direção (20”) é sujeita após a formação adicional a uma etapa de rebarbação ou desempeno a quente.