BR112015000389B1 - Método para fabricar pelo menos um componente para uma base do aro de uma roda de múltiplas peças para um veículo, método de fabricar uma base do aro para uma roda de múltiplas peças para um veículo, método de fabricar uma base de aro de peça única para uma roda de múltiplas peças para um veículo, base do aro, ou um componente para uma base do aro para uma roda de múltiplas peças, roda de múltiplas peças e ferramental de prensagem - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA FABRICAR PELO MENOS UM COMPONENTE PARA UMA BASE DO ARO DE UMA RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS PARA UM VEÍCULO; MÉTODO DE FABRICAR UMA BASE DE ARO DE PEÇA ÚNICA PARA UMA RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS PARA UM VEÍCULO; BASE DO ARO, OU UM COMPONENTE PARA UMA BASE DO ARO PARA UMA RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS; RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS; E FERRAMENTAL DE PRENSAGEM Um método de produção de pelo menos um componente de uma base do aro de uma roda de múltiplas peças para um veículo, que compreende a provisão de uma peça de configuração tubular e a forjadura por recalcamento a quente da peça em um ferramental de prensagem para formar uma parte da mesma em uma configuração requerida, onde a parte da peça é aquecida a uma temperatura de forja in situ no ferramental de prensagem, preferivelmente por meio de aquecimento por indução.

Description

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção se refere à fabricação de rodas para veículos.

[002] Mais particularmente, a invenção se refere à fabricação de rodas de múltiplas peças para veículos pesados (por exemplo, veículos de mineração, de construção, de terraplenagem, de lavoura), onde o aro da roda apresenta uma ou ambas as suas partes na direção das extremidades axiais do aro, com cujas partes são removivelmente engatadas às respectivas porções de talão e porções de parede lateral adjacentes de um pneu ajustado na roda para facilitar o ajuste do pneu à roda e a remoção do pneu da roda. Será apreciado que para tais veículos grandes, apresentando rodas correspondentemente grandes, é comum que um pneu seja ajustado ou removido de uma roda enquanto a própria roda permanece ajustada no veículo.

[003] Será entendido que quando os termos "radialmente", "axialmente", e expressões cognatas forem usadas, elas serão usadas com referência ao eixo em torno do qual a roda gira em uso.

[004] Rodas do tipo ao qual se refere a invenção são comumente rodas de três peças ou rodas de cinco peças. Em cada caso, o aro compreende uma base de aro, provida em uma extremidade axial (que normalmente será a extremidade mais interna da roda, quando a roda estiver ajustada em um veículo, isto é, mais perto da linha de centro do veículo), com (no caso de uma roda de três peças) um flange integralmente formado que sustenta a parede lateral de um pneu em uma região radialmente para dentro do pneu, adjacente ao talão na extremidade mais interna da parede lateral do pneu, ou (no caso de uma roda de cinco peças) uma superfície de encosto do aro axialmente virada para a outra extremidade do mesmo, para contato por um componente separado que provê tal formação de flange. Adjacente a tal formação de flange ou superfície de encosto, a base do aro apresenta uma superfície de assento de talão radialmente virada para fora para engate com o respectivo talão do pneu. Mais comumente, a superfície de assento de talão tem uma configuração cônica, mas uma roda não motriz pode ter uma superfície de assento de talão que é paralela ao eixo da roda, isto é, cilíndrica.

[005] Na outra extremidade axial do aro, o aro é adaptado para receber um componente de assento de talão, com uma superfície radialmente virada para fora para engate com o outro talão do pneu, e uma formação de flange para engate com a parte adjacente radialmente mais interna da outra parede lateral do pneu, a formação de flange sendo integral com o componente de assento de talão ou um componente separado conduzido pelo componente de assento de talão. Para reter tal componente de assento de talão, é usado um anel de retenção, que é engatado em uma formação de ranhura radialmente virada para fora provida adjacente à extremidade axial livre da base do aro, o anel de retenção sendo encostado pelo componente de assento de talão. Tal parte da base do aro é comumente e será aqui denominada de porção de calha, e pode ter uma ranhura adicional radialmente virada para fora para receber um anel de vedação para assegurar a estanqueidade do ar entre a base do aro e o membro de assento de talão nessa extremidade do aro.

[006] Até agora, a base do aro para tais rodas de múltiplas peças foi fabricada como uma montagem de múltiplas partes presas entre si por soldagem em torno da circunferência da base do aro. Comumente, três destas partes separadas foram utilizadas, isto é, uma parte de banda de calha que constitui a porção de banda de calha de toda a base do aro, uma parte de banda traseira que forma a parte da extremidade axial oposta da base do aro, e uma parte de banda central entre as mesmas, sendo providas duas soldas circunferenciais para prender os três componentes entre si na base do aro. Às vezes, a parte de banda central pode compreender dois componentes soldados entre si. Será entendido que quando aqui for feita referência a uma parte de banda central, isto indicará que ela está entre as partes de banda de calha e de banda traseira, e que não necessariamente esteja exatamente no centro geométrico do meio caminho da base do aro entre suas duas extremidades axiais.

[007] Até agora, os componentes de tal base de aro foram fabricados, em geral, como segue. A parte de banda central foi fabricada de placa de aço, cortada na largura, laminada em uma configuração cilíndrica e suas extremidades adjacentes soldadas a topo entre si. Subsequentemente, ela foi usinada em suas extremidades axiais, em uma configuração adequada para cooperar com os outros componentes para permitir que ela seja firmemente soldada aos mesmos. A parte de banda traseira foi também fabricada de placa de aço, cortada na largura e laminada em uma configuração cilíndrica, soldada, e então prensada para provê-la com uma formação de flange nessa extremidade da base de aro e usinada preparatória para soldagem na parte de banda central. Alternativamente, para prover uma formação de encosto para engate com um componente separado que provê a formação de flange, um perfil de aço apropriadamente dimensionado e formado é laminado em uma configuração circular e soldado, prensado e então possivelmente usinado em uma forma em seção transversal adequada onde ele será soldado na parte de banda de centro. A parte de banda de calha pode também ser formada de uma tira perfilada de aço apresentando as ranhuras para o anel de retenção e o anel de vedação formados na mesma, tal tira sendo laminada em uma configuração circular e soldada, em seguida, caso necessário, pela usinagem preparatória para soldagem na parte de banda central.

[008] Tais métodos de fabricação apresentam certas desvantagens, principalmente, em termos dos custos envolvidos nos processos acima de formar as partes separadas e soldá-las entre si. Além disso, as soldas entre os componentes proveem pontos potenciais para iniciação de rachaduras, o que pode resultar em falha, e pontos potenciais para fuga de ar. Adicionalmente, o desenho detalhado do perfil (forma em seção transversal) de um aro é dependente da disponibilidade de perfis padrões adequados para fabricar as respectivas partes de banda. Se perfis não padrões forem utilizados, sua aquisição será muito dispendiosa e um alto custo será incorrido ao se manter estoques dos mesmos.

[009] Tem sido possível fabricar uma base de aro em uma única peça, usando um processo de formação por rotação, mas isto envolve grandes investimentos de capital para o ferramental, e a formação do aro submete o material a um alto grau de deformação por endurecimento, fazendo com que a base do aro apresente uma menor resistência à fadiga e à sobrecarga.

[010] Consequentemente, é claramente o objetivo da presente invenção o de endereçar as desvantagens acima descritas de métodos conhecidos de fabricação de base de aro.

[011] De acordo com um aspecto da invenção, é provido um método de fabricar pelo menos um componente para uma base de aro de uma roda de múltiplas peças para um veículo, que compreende a provisão de uma peça de configuração tubular e sua forjadura por recalcamento a quente em um ferramental de prensagem para formar uma parte da mesma em uma configuração requerida, onde a parte da peça é aquecida a uma temperatura de forja in situ no ferramental de prensagem, preferivelmente por meio de aquecimento por indução.

[012] Preferivelmente, o ferramental de prensagem inclui uma primeira parte que retém a peça e uma segunda parte móvel com relação à mesma, e um elemento de aquecimento por indução móvel com a segunda parte, o método compreendendo o movimento da segunda parte para uma posição referente à primeira parte para trazer o elemento de aquecimento por indução para uma posição adjacente à parte da peça a ser formada, a energização do elemento de aquecimento por indução para aquecer a parte da peça, e adicionalmente o movimento da segunda parte do ferramental com relação à primeira parte para efetuar a forjadura por recalcamento da parte da peça.

[013] A forjadura por recalcamento pode aumentar a espessura de uma porção de borda da peça. Isto pode prover uma parte de banda de calha de uma base de aro. Neste caso, a porção de borda da peça pode ser subsequentemente usinada para prover pelo menos uma ranhura radialmente virada para fora para engate por um anel de retenção para um elemento de assento de talão de pneu. O restante da peça pode prover uma parte de banda central de uma base de aro.

[014] Alternativamente, a porção de borda da peça pode ser forjada por recalcamento para prover uma formação de encosto para engate por um elemento de flange, isto é, a forjadura por recalcamento pode prover uma parte de banda traseira de uma base de aro. Uma porção de assento de talão pode ser provida adjacente à formação de encosto, e possivelmente uma porção de banda central.

[015] Seria possível utilizar o método de acordo com a invenção, mais amplamente, para fabricar partes separadas de banda de calha e/ou de banda traseira que possam ser incorporadas em uma base de aro por soldagem entre si, ou possivelmente em uma parte de banda central interposta. Uma parte de banda de calha ou parte de banda traseira, formada de acordo com a invenção, pode ser soldada em uma base de aro em uma parte de banda traseira ou parte de banda de calha, como pode ser o caso, que não é fabricada pelo método de acordo com a invenção. Por exemplo, uma parte de banda traseira para uma base de aro de roda de três peças pode ter sido fabricada por prensagem para provê-la com uma formação de flange e porção de assento de talão adjacente. Neste caso, a invenção ainda representa uma vantagem sobre os métodos de produção conhecidos, conforme descrito acima para uma base de aro de múltiplas partes, em termos de não haver necessidade do suprimento inicial de tiras de aço especialmente perfiladas.

[016] Uma peça que foi forjada por recalcamento a quente de acordo com a invenção pode ser submetida a outros processos de fabricação a fim de produzir um componente pronto para incorporação em uma base de aro de roda. Conforme mencionado acima, uma parte de banda de calha pode ser subsequentemente usinada para provê-la com as ranhuras radialmente viradas para fora para engate por um anel de retenção e um elemento de vedação. A forjadura por recalcamento pode ser usada para prover um aumento na espessura da parede de uma parte da peça que é subsequentemente submetida à formação ou prensagem a frio para criar uma formação de flange. Isto pode ser usado para alcançar uma variação local na espessura de parede da parte prensada, para enrijecê-la, quando necessário.

[017] Preferivelmente, contudo, uma base de aro de peça única pode ser formada de acordo com a invenção.

[018] Para esta finalidade, uma peça de configuração tubular pode ser forjada por recalcamento de acordo com o método da invenção para prover, em uma borda da peça, uma parte de banda de calha ou uma parte de banda traseira da base de aro. Subsequentemente, a peça apresentando sua borda forjada por recalcamento pode ser forjada por recalcamento em sua outra borda para prover a outra parte de banda, isto é, a banda traseira ou a banda de calha, como pode ser o caso, da base de aro.

[019] As respectivas operações de forjadura por recalcamento nas duas bordas da peça podem ser convenientemente executadas em conjuntos de ferramentas de prensagem separados, compreendendo partes formadas para formar as respectivas partes da peça e cada qual provida com um elemento de aquecimento posicionado para efetuar o aquecimento da respectiva parte de peça.

[020] Desse modo, a completa fabricação de uma base de aro pode compreender a formação de uma peça de placa de aço, cortada na largura, laminada em uma configuração cilíndrica, e soldada para formar um anel, a colocação da peça em um primeiro conjunto de ferramentas de prensagem onde ela é aquecida por indução e forjada por recalcamento para produzir uma das partes de banda traseira e de banda de calha, a remoção da peça do conjunto de ferramentas e sua colocação em um conjunto de ferramentas de prensagem adicional onde ela é aquecida e forjada por recalcamento para prover a outra das partes de banda traseira e de banda de calha. Subsequentemente, a peça formada pode ser usinada para prover a ranhura ou ranhuras na parte de banda de calha da mesma, e submetida a qualquer outra usinagem para prover características adicionais da base de aro.

[021] De acordo com outro aspecto da invenção, é provida uma base de aro para uma roda de múltiplas peças, apresentando pelo menos um componente formado por um método de acordo com o primeiro aspecto da invenção.

[022] Preferivelmente, a base do aro apresenta tanto uma parte de banda traseira quando uma parte de banda de calha de acordo com um primeiro aspecto da invenção. Mais preferivelmente, a base do aro apresenta partes de banda traseira, de banda central e de banda de calha que são integrais entre si, as partes de banda traseira e de banda de calha sendo forjadas na configuração requerida de acordo com o método da invenção.

[023] De acordo com outro aspecto da invenção, é provida uma roda de múltiplas peças apresentando uma base de aro de acordo com o segundo aspecto da invenção.

[024] De acordo com ainda outro aspecto da invenção, é provido um ferramental de prensagem para uso no método de acordo com o primeiro aspecto da invenção, o ferramental de prensagem compreendendo uma primeira e uma segunda partes móveis entre si para forjar por recalcamento uma peça retida no ferramental, onde um elemento de aquecimento, preferivelmente um elemento de aquecimento por indução, é mantido em relação ao ferramental de modo a efetuar o aquecimento local de uma parte da peça que será forjada por recalcamento.

[025] Preferivelmente, a primeira e a segunda partes do ferramental de prensagem compreendem uma parte estática que retém a peça e uma segunda parte móvel com relação à mesma para efetuar a solda por recalcamento da mesma, e o elemento de aquecimento de indução é sustentado de modo a ser móvel com a segunda parte do ferramental.

[026] O elemento de aquecimento por indução pode ser sustentado pela segunda parte do ferramental. Um elemento de blindagem pode ser interposto entre o elemento de aquecimento por indução e a segunda parte do ferramental, para resistir ao aquecimento do elemento de ferramental pelo elemento de aquecimento por indução e auxiliar no efetivo aquecimento da peça.

[027] Na provisão de um método e de um ferramental destinado a fabricar pelo menos um componente de uma base de aro de uma roda de múltiplas peças, será entendido que os princípios da invenção podem ser aplicáveis mais geralmente na formação de outros componentes. Desse modo, de acordo com ainda um aspecto adicional da invenção, a invenção provê um método de fabricar um artigo por meio de forjadura por recalcamento a quente de uma peça em um ferramental de prensagem, onde uma parte da peça a ser forjada por recalcamento é aquecida a uma temperatura de formação in situ no ferramental de prensagem por meio de aquecimento por indução.

[028] A invenção será agora descrita por meio de exemplo com referência aos desenhos anexos, dos quais:

[029] as Figuras 1 e 2 são vistas em seção transversal através das bases do aro da técnica anterior, respectivamente, para uma roda de três peças e para uma roda de cinco peças, que mostram os componentes a partir dos quais elas são fabricadas;

[030] a Figura 3 é uma vista em seção transversal através de uma primeira concretização da base do aro de roda formada de acordo com a invenção, para uma roda de três peças;

[031] a Figura 4 é uma vista em seção transversal através de uma base do aro de roda de acordo com outra concretização da invenção, para uma roda de cinco peças;

[032] a Figura 5 é uma vista em seção transversal de uma concretização adicional da base do aro de roda de acordo com a invenção para uma roda de três peças;

[033] a Figura 6 ilustra sucessivos estágios de produção da base do aro de roda da Figura 5;

[034] a Figura 7 ilustra possíveis modificações do processo de produção da Figura 6;

[035] a Figura 8 é uma vista em seção transversal de ainda uma concretização da base do aro de roda, formado de acordo com a invenção, para uma roda de cinco peças;

[036] a Figura 9 é uma ilustração de sucessivos estágios de produção da base do aro de roda da Figura 7;

[037] a Figura 10 ilustra um ferramental de acordo com a invenção para a fabricação de uma parte de banda de calha da base do aro de roda das Figuras 3, 4, 5, ou 7, mostrando sucessivos estágios de operação do mesmo; e

[038] a Figura 11 é uma ampliação da parte do ferramental mostrado na Figura 10.

[039] Com referência, primeiramente, à Figura 1 dos desenhos, esta mostra um base do aro da técnica anterior para uma roda de três peças. Ela compreende três componentes soldados entre si, isto é, uma banda central 10, uma banda de calha 12, e uma banda traseira 14. A banda central 10 é um tubo cilíndrico, formado de uma placa de aço, cortado no comprimento e na largura desejados, laminado na forma circular, e soldado entre extremidades de contato da placa para formar um anel fechado. A banda de calha 12 é formada de uma tira de aço cujo perfil é como indicado em 12a, cortada no comprimento, laminada na forma circular, e soldada para formar um anel. A banda traseira 14 é formada de uma placa de aço ligeiramente mais grossa do que aquela da banda central, conforme indicado em 14a, cortada no comprimento e na largura, laminada na forma circular, e soldada para formar um anel, e depois submetida a uma operação de prensagem para trazê-la para a configuração mostrada em 14, incluindo uma porção de assento de talão de pneu 14b e uma formação de flange adjacente 14c a serem engatadas pela parede lateral de um pneu ajustado, adjacentes ao talão de pneu.

[040] Todos os componentes descritos acima são usinados para ficarem interajustados entre si, quando colocados axialmente entre si, e então soldados entre si ao longo de duas linhas de solda que se estendem circunferencialmente 15, 18, respectivamente, entre a banda de calha 12 e a banda central 10, e entre a banda central 10 e a banda traseira 14.

[041] A Figura 2 mostra uma base do aro da técnica anterior para uma roda de cinco peças. Como para a concretização da Figura 1, ela compreende uma banda central 20, uma banda de calha 22 e uma banda traseira 24. A banda central 20 e a banda de calha 22 são fabricadas da mesma maneira que os componentes correspondentes na concretização da Figura 1. A banda traseira 24 difere por ser formada de uma tira de aço geralmente de seção L 24a, que é cortada no comprimento, laminada na configuração circular, e soldada para formar um anel. Em vez da formação de flange 14c da roda de três peças, ela apresenta uma porção de contato 24c que provê uma superfície de encosto 24d que é engatada por um componente de flange separado, não mostrado. Os três componentes de banda 20, 22, 24 são usinados para ficar interajustados entre si, e soldados entre si da mesma maneira que os componentes de banda na concretização da Figura 1.

[042] Com referência agora à Figura 3 dos desenhos, esta mostra uma base do aro para uma roda de três peças incluindo um componente, isto é, uma parte de banda de calha, formada de acordo com a invenção. Esta base do aro compreende um primeiro componente 30 e um segundo componente 32. Ambos os componentes são formados de placa de aço, cortados na largura e no comprimento, laminados a frio para formar um cilindro oco, soldados para formar um anel, e então formados na forma em seção transversal requerida. O componente 30 é uma parte de banda de calha, forjada por recalcamento pelo método da presente invenção para provê-lo com uma porção de banda de calha indicada geralmente em 34, que se estende a partir da extremidade de uma porção de banda central 36. O componente 32 é prensado na forma em seção transversal requerida, incluindo uma porção de assento de talão 38 apresentando uma formação de flange 40 em sua extremidade. Ambos os componentes são usinados, conforme necessário, e são então soldados entre si, a usinagem incluindo aí, no caso da porção de banda de calha 34, a provisão de ranhuras radialmente viradas para fora para cooperação com um anel de retenção e um anel de vedação.

[043] A base do aro mostrada na Figura 4 para uma roda de cinco peças compreende dois componentes 42, 44, ambos os quais são fabricados pelo método da presente invenção. O componente 42 é como o componente 30 na concretização da Figura 3, enquanto o componente 44, que é também formado de placa de aço cortada na largura e no comprimento requeridos, laminada a frio na configuração circular, e soldada para formar um anel, é forjado por recalcamento pelo método da invenção para provê-lo com uma formação de encosto 46 com uma superfície de encosto 46a virada axialmente para a outra extremidade da base do aro. Ambos os componentes são usinados, conforme necessário, depois soldados em uma linha de solda que se estende circunferencialmente 48.

[044] Com referência agora às Figuras 5 e 6 dos desenhos, estas mostram uma base do aro para uma roda de três peças, formada em uma peça incluindo uma parte formada por um método da invenção. A base do aro compreende partes integrais de banda central (50), de banda de calha (52) e de banda traseira (54), esta última incluindo uma porção de assento de talão 54a e uma porção de flange 54b. Ela é fabricada, primeiramente, com o corte da placa de aço na largura e no comprimento, com a laminação da mesma na configuração circular, e com a soldagem da extremidade adjacente da mesma para formar uma peça cilíndrica oca (Figura 6A). Subsequentemente, uma extremidade da peça é forjada por recalcamento a quente pelo método da invenção para prover sua porção de extremidade com uma região de maior espessura (52a, Figura 6B). Em seguida, a porção de banda traseira 54 é formada a frio com a prensagem na configuração mostrada na Figura 5 apresentando as porções de assento de frio e de flange, conforme mostrado na Figura 6C. Finalmente, conforme mostrado na Figura 6D, a porção 52a de maior espessura é usinada para conferir a configuração final da porção de banda de calha 52, conforme mostrado na Figura 5.

[045] Com referência agora à Figura 7 dos desenhos, esta mostra uma modificação do método das Figuras 5 e 6. A base do aro novamente compreende partes integrais de banda central (50), de banda de calha (52) e de banda traseira (54), conforme mostrado na Figura 5. Neste caso, contudo, a parte de banda traseira 54 da base do aro apresenta uma espessura de parede localmente maior, onde indicado em 54c, na porção arredondada entre a porção de assento de talão 54a e a porção de flange 54b. Para se conseguir isto, em um estágio de fabricação intermediário, depois de a região de borda 52a de maior espessura ter sido forjada por recalcamento a quente, a região da peça que formará a porção arredondada 54c é forjada por recalcamento a quente (em ferramental diferente daquele usado para forjar por recalcamento a quente a porção de banda de calha) para prover uma região mostrada em 54, de maior espessura. Quando a porção de banda traseira da base do aro for formada a frio, a região de maior espessura 54d dessa parte da peça que é formada a frio dará origem à maior espessura de parede na porção arredondada 54c. Isto permite que o material de placa a partir do qual é formada a peça seja formado de material ligeiramente mais fino do que aquele que de outro modo seria necessário, a porção arredondada 54c derivando uma maior resistência de sua espessura de parede relativamente maior.

[046] Com referência agora às Figuras 8 e 9 dos desenhos, estas ilustram uma base do aro para uma roda de cinco peças, fabricada em uma peça e onde tanto a parte de banda de calha quanto a parte de banda traseira são fabricadas utilizando o método da presente invenção. Na Figura 8, a base do aro apresenta uma parte de banda central 60, uma parte de banda de calha 62 e uma parte de banda traseira 64, esta última apresentando uma porção de assento de talão 64a e uma porção de encosto 64b com uma superfície de encosto 64c.

[047] Com referência à Figura 9 dos desenhos, o processo de fabricação para a base do aro mostrada na Figura 8 compreende, primeiramente, a fabricação de uma peça cilíndrica oca a partir de uma placa de aço, conforme mostrado na Figura 9A. Uma porção de extremidade da peça é forjada por recalcamento a quente pelo método da invenção para prover uma porção 62a de maior espessura (Figura 9B). A outra extremidade da peça é forjada por recalcamento pelo método da invenção para prover a configuração básica da porção de banda traseira 64 (Figura 9C). Finalmente, a porção de banda de calha 62 é usinada em sua configuração final requerida (Figura 9D).

[048] Com referência agora às Figuras 10 e 11 dos desenhos, estas ilustram o processo de forjadura por recalcamento de acordo com a invenção. As Figuras 10A a 10E mostram, em seção transversal, parte de um conjunto de ferramentas de prensagem para operação em uma peça para formar por recalcamento a quente uma parte da mesma na configuração requerida, isto é, uma porção de maior espessura de parede para formar a região de banda de calha de uma base de aro, conforme indicado em 52 na Figura 6B ou 62a na Figura 8B.

[049] Uma prensa, cujo tamanho, força que ela pode exercer, velocidade de operação, e sistema de controle permitem que ela conduza as operações descritas adiante, se faz necessária. O ferramental utilizado em tal prensa compreende uma parte superior, indicada geralmente em 70, e uma parte inferior, indicada geralmente em 72. A parte inferior 72 é uma parte de base estática do ferramental, e inclui formações 74 para reter a peça que é geralmente indicada em 76, o eixo central da peça sendo indicado em 78. A parte superior 70 do ferramental compreende uma parte de formação externa 80 e uma parte de formação interna 82 que definem, entre suas superfícies viradas, uma cavidade de formação indicada geralmente em 84 e mostrada em maiores detalhes na Figura 11. A superfície virada para fora da parte de formação interna 82 é escalonada, de modo que a cavidade 84 compreenda uma porção superior 86, cuja espessura radial é maior do que a espessura de parede inicial da peça, e uma porção inferior, de maior espessura radial adicional, 88. Um ejetor 90 móvel com relação às partes de ferramenta 80. 82 define o limite superior da cavidade 84.

[050] Com relação à parte superior 70 do ferramental, é provida uma bobina de aquecimento por indução 94, retida por um suporte ilustrado diagramaticamente em 92. A bobina 94 é posicionada de modo a circundar a peça 76 em uma distância tal que, quando a bobina for adequadamente energizada eletricamente de maneira conhecida por um suprimento de energia, a parte adjacente da peça será aquecida a uma temperatura de formação adequada. Para impedir a necessidade de prover o ferramental em uma prensa apresentado uma altura de trabalho muito grande, a bobina de indução 94 está necessariamente perto relativamente da outra parte de formação externa 80 do ferramental, e a fim de impedir que a parte 80 seja aquecida com a operação da bobina de aquecimento por indução 94, um elemento de blindagem de cobre 96 é provido entre o fundo da parte 80 e a bobina 94, o elemento de blindagem de cobre 96 sendo preso à parte 80. O elemento de blindagem assegura também, principalmente, a transferência de energia máxima para a peça.

[051] Sucessivos estágios de execução do método da invenção são apresentados, como segue. Conforme mostrado na Figura 10A, com a peça 76 presa na parte inferior da ferramenta 72 e se estendendo para cima a partir daí, a parte superior da ferramenta 70 é abaixada até que a bobina de aquecimento por indução 94 fique alinhada com a parte superior da peça, a bobina sendo eletricamente energizada para produzir o aquecimento da peça. Em um exemplo específico de fabricação de uma parte de banda de calha para uma base do aro de roda, a região da peça a qual será forjada por recalcamento para aumentar sua espessura, em um perfil predeterminado e para um comprimento predeterminado da peça, a temperatura da respectiva parte da peça precisa ser elevada até que atinja uma temperatura externa de 1250°C e uma temperatura interna de 1100°C. Estas temperaturas são obrigatórias para assegurar que a porção de banda de calha possa ser corretamente formada, sem causar nenhuma deformação do restante da peça que irá formar uma parte adjacente da base do aro.

[052] Para impedir a possibilidade de ocorrência de fusão local do material da peça, particularmente na borda livre da peça, a bobina de aquecimento por indução poderá ser movida para cima e para baixo com relação à peça enquanto ela é energizada, para assegurar um aquecimento uniforme até que a temperatura requerida da peça seja estabelecida. Isto também assegura uma transição gradual entre a parte de banda de calha e a parte de banda central geometricamente, e poderá aumentar a altura da porção de maior espessura, se uma banda de calha mais larga for requerida. Também tem o efeito de interromper quaisquer circuitos eletromagnéticos que poderiam causar um superaquecimento local ou de pontos na peça.

[053] Uma vez que a peça tenha sido aquecida à temperatura correta, a bobina de aquecimento por indução é desenergizada e a parte superior 70 da ferramenta rapidamente forçada descendentemente sobre a parte aquecida da peça. Neste processo, o ejetor 90 está na posição na qual ele é mostrado nas Figuras 10A e 10B, vedando a extremidade superior da parte superior da cavidade de menor espessura 86. A superfície de parede externa da peça inicialmente pode ser espaçada da parede interna da parte de formação externa 80 da ferramenta, e a parte de extremidade da peça é recalcada até que sua espessura seja aumentada de modo que sua superfície radialmente mais interna entre em contato com a parte de ferramenta interna 83 na parte superior 86 da cavidade 84. Esta condição é mostrada na Figura 10B; neste estágio, a bobina de aquecimento por indução 94 é adjacente a uma parte inferior da peça.

[054] A parte superior da ferramenta 70 é então levantada para a posição mostrada na Figura 10C enquanto o ejetor é abaixado com relação à parte superior da ferramenta até que ele fique alinhado com o elemento de blindagem 96, para ejetar a porção de extremidade da peça da parte superior da cavidade 86, até que a bobina de aquecimento por indução fique novamente alinhada com a parte da peça que passou pelo primeiro estágio de recalcamento para aumentar sua espessura. Depois, o ejetor 90 é levantado com relação às partes superiores da ferramenta 80, 82 para sua posição mostrada nas Figuras 10C e 10D, para fechar a cavidade 84 na extremidade inferior da parte superior da cavidade de menor dimensão radial 86. A bobina de aquecimento por indução é novamente energizada até que a parte superior da peça tenha sido trazida de volta para sua temperatura de formação (possivelmente, novamente, com relação ao movimento ascendente e descendente entre as bobinas e a peça), sendo então a parte superior da ferramenta 80, 82 novamente forçada rapidamente sobre a parte aquecida da peça, formando a porção de extremidade da peça, conforme mostrado na Figura 10D, para se conformar à forma da parte inferior 88 da cavidade 84. Isto confere à peça uma espessura de parede suficientemente maior para permitir que ela forme a porção de banda de calha da base do aro, com as ranhuras viradas para fora na mesma usinadas subsequentemente para o processo de formação. A parte superior da ferramenta é então levantada da posição mostrada na Figura 10D, com o ejetor 90 ejetando a peça da parte inferior da cavidade 88. A peça permanece, conforme mostrado na Figura 10E.

[055] Nas operações de forjadura acima descritas, a otimização da geometria das respectivas partes da cavidade na parte superior da ferramenta 70 é requerida de acordo com a forma das partes que têm que ser forjadas por recalcamento. Em particular, é importante que a cavidade proveja volume suficiente para permitir que a respectiva parte da peça seja forjada para aumentar sua espessura, mas sem causar nenhuma deformação do restante da peça.

[056] Se a peça for usada em uma base do aro para uma roda de três peças, conforme mostrado na Figura 3, ou uma roda de cinco peças, conforme mostrado na Figura 4, ela poderá ser subsequentemente usinada, conforme necessário, e circunferencialmente soldada em um componente de banda traseira, conforme mostrado na Figura 3 ou 4. Um componente de banda traseira, conforme mostrado na Figura 4, pode ser fabricado por um processo de forjadura por recalcamento a quente, conforme descrito acima, com referência às Figuras 10 e 11, usando ferramental análogo, mas com a diferença de que a cavidade de ferramenta é moldada para formar a porção de contato 46 na extremidade da peça. Ambos os componentes da base do aro seriam apropriadamente usinados antes de serem soldados entre si.

[057] Um componente de base do aro, fabricado conforme descrito em relação às Figuras 10 e 11, pode ser posteriormente usado para formar uma base do aro de peça única, conforme mostrado na Figura ou 7. Se ele for usado para formar uma base do aro, conforme mostrado na Figura 5, a peça forjada por recalcamento, conforme descrito acima, poderá subsequentemente ter sua extremidade oposta à porção que forma a parte de banda de calha da base de aro formada a frio para prover uma formação de flange, conforme mostrado na Figura 6c. A usinagem da região de banda de calha para prover as ranhuras viradas para fora pode ser executada depois de tal formação.

[058] No caso de fabricar uma base do aro de peça única, conforme mostrado na Figura 8, a peça fabricada, conforme mostrado na Figura 10, poderá ser removida da prensa apresentando o ferramental mostrado nas Figuras 10 e 11 e colocada na mesma ou em outra prensa provida com ferramental operável no mesmo princípio que aquele mostrado na Figura 11, mas com as partes de ferramenta moldadas para formar a superfície de encosto e a parte de assento de talão adjacente, conforme mostrado nas Figuras 9c e 9d em 64. Em particular, poderá ser utilizado o princípio de utilizar uma bobina de aquecimento por indução móvel com uma parte de ferramenta para trazê-la em uma posição para aquecer a porção requerida da peça, cuja parte é subsequentemente forjada por recalcamento. A forjadura por recalcamento da parte de banda traseira 64 da base do aro pode ser executada em duas ou mais etapas, com o reaquecimento intermediário pela bobina de aquecimento por indução, conforme necessário.

[059] Será apreciado que as configurações da base do aro acima descritas, e o ferramental e outros elementos usados no método de fabricação da mesma, são ilustrados por meio de exemplo apenas, e que as mudanças detalhadas de configuração possam ser feitas dentro do escopo da invenção.

[060] Quando usados neste relatório descritivo e nas reivindicações, os termos "compreende" e "compreendendo" e variações dos mesmos indicam que as características, etapas ou números inteiros especificados são incluídos. Os termos não devem ser interpretados como excluindo a presença de outras características, etapas ou componentes.

[061] As características descritas na descrição anterior, ou nas seguintes reivindicações, ou nos desenhos anexos, expressas em suas formas específicas ou em termos de um meio para executar a função descrita, ou um método ou processo para obter o resultado descrito, conforme apropriado, poderão ser, separadamente, ou em qualquer combinação de tais características, utilizadas para realizar a invenção em diversas formas da mesma.

Claims (18)

1. MÉTODO PARA FABRICAR PELO MENOS UM COMPONENTE (30, 42, 44, 50, 52, 54, 62, 64) PARA UMA BASE DO ARO DE UMA RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS PARA UM VEÍCULO, compreendendo a provisão de uma peça (76) de configuração tubular e a forjadura por recalcamento a quente da peça em um ferramental de prensagem, tendo uma cavidade de forja, para formar uma parte da mesma em uma configuração requerida, em que o método é caracterizado por pelo menos as etapas de: aquecer a parte da peça (76) a uma temperatura de forjamento in situ nas ferramentas de prensagem, dispor uma parte superior (70) do ferramental de prensagem, de modo que o ejetor (90) feche uma extremidade superior de uma parte da cavidade (86) de uma cavidade (84), e forçar a parte superior (70) para baixo na parte aquecida da peça (76) de modo que a parte da peça (76) seja recalcada até que sua espessura seja aumentada de modo que sua superfície radialmente mais interna entre em contato com uma parte de ferramenta interna (82) na parte da cavidade (86) da cavidade (84), abaixar o ejetor (90) em relação à parte superior (70) para ejetar a porção da peça (76) da parte da cavidade (86), levantar o ejetor (90) em relação à parte superior (70), para fechar a cavidade (84) em uma extremidade inferior da parte da cavidade (86), aquecer a parte da peça de trabalho (76) a uma temperatura de forjamento, forçar rapidamente a parte superior (70) sobre a parte aquecida da peça (76) para conformar a forma da parte da peça (76) à forma de uma parte inferior (88) da cavidade (84), levantar a parte superior (70) e usar o ejetor (90) para ejetar a peça (76) de uma parte inferior da cavidade (88).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo aquecimento da peça ser efetuado por meio de aquecimento por indução.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender a retenção da peça (76) por uma primeira (72) parte do ferramental de prensagem e a sustentação de um elemento de aquecimento (94) por indução para movimento com uma segunda parte (70) do ferramental de prensagem com relação à primeira parte (72) do ferramental de prensagem, opcionalmente compreendendo ainda mover o elemento de aquecimento por indução em relação à peça de trabalho (76) enquanto o aquecimento está em curso.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender o movimento da segunda parte (70) do ferramental de prensagem com relação à primeira parte (72) do ferramental de prensagem para trazer o elemento de aquecimento por indução (94) para uma posição adjacente à parte da peça (76) a ser formada, a energização do elemento de aquecimento por indução (94) para aquecer a parte da peça (76), e adicionalmente o movimento da segunda parte (70) do ferramental com relação à primeira parte (72) para efetuar a forjadura por recalcamento da parte da peça (76).

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela porção de maior espessura da peça (76) ser uma porção de borda, para prover uma parte de banda de calha (34, 52, 62) de uma base do aro, ou em que a porção (54d, 62a) de maior espessura provê reforço em uma parte da peça (76) formada para prover uma formação de flange (54b).

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela forjadura por recalcamento prover uma formação de encosto (64b) para uma parte de banda traseira (54, 64) de uma base do aro, opcionalmente compreendendo ainda a formação de uma porção de assento de talão (46, 64a) adjacente à formação de encosto (64b).

7. MÉTODO DE FABRICAR UMA BASE DO ARO PARA UMA RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS PARA UM VEÍCULO, caracterizado por compreender a fabricação de um componente (30, 42, 44, 50, 52, 54, 62, 64) pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, e a soldagem do componente (30, 25 42, 44, 50, 52, 54, 62, 64) em pelo menos um componente adicional.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo primeiro componente (30, 42, 44, 50, 52, 54, 62, 64) ser soldado em um componente adicional que é também formado pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, opcionalmente sendo que os componentes compreendem uma parte de banda de calha (34, 52, 62) e uma parte de banda traseira (54, 64) de uma base do aro.

9. MÉTODO DE FABRICAR UMA BASE DE ARO DE PEÇA ÚNICA PARA UMA RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS PARA UM VEÍCULO, caracterizado por compreender a formação de um componente (30, 42, 44, 50, 52, 54, 62, 64) pelo método conforme definido na reivindicação 5, sendo que a porção de espessura aumentada da peça está em uma porção de borda, para fornecer uma parte de banda de calha (43, 52, 62) de uma base do aro, e a formação de uma porção de borda oposta da peça (76) para prover uma parte de banda traseira (54, 64) da base do aro.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela porção de borda oposta da peça (76) ser formada a frio, opcionalmente compreendendo ainda a forjadura por recalcamento a quente da peça (76) para prover uma maior espessura de parede em uma parte da mesma que é formada a frio.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela porção de borda oposta da peça (76) ser formada pelo método conforme definido na reivindicação 6, opcionalmente sendo que as respectivas porções de borda da peça são forjadas por recalcamento a quente em conjuntos de ferramentas de prensagem separados.

12. BASE DO ARO, OU UM COMPONENTE PARA UMA BASE DO ARO PARA UMA RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS, caracterizada por ser fabricada por um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.

13. RODA DE MÚLTIPLAS PEÇAS, caracterizada por apresentar uma base do aro, conforme definida na reivindicação 12.

14. FERRAMENTAL DE PRENSAGEM, compreendendo uma primeira (72) e uma segunda partes (70) móveis entre si em uma primeira configuração para forjar por recalcamento uma parte de uma peça (76) retida no ferramental, aumentar sua espessura e moldar a parte da peça (76) para uma primeira forma e uma segunda configuração para forjar a peça novamente, aumentar sua espessura e moldar a parte da peça (76) para uma segunda forma, onde um elemento de aquecimento (94) é retido em relação a pelo menos uma da primeira e da segunda parte (70, 72) de modo a poder efetuar o aquecimento local de uma parte da peça (76) que deve ser forjada por recalcamento, caracterizado pelo ferramental de prensagem ser adaptado para uso no método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13.

15. FERRAMENTAL DE PRENSAGEM, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela primeira e a segunda partes (70, 72) do ferramental compreenderem uma parte estática que retém a peça (76) e a segunda parte (70) móvel com relação à mesma para efetuar a forjadura por recalcamento da mesma, e o elemento de aquecimento (94) é sustentado de modo a ser móvel com a segunda parte (70) do ferramental, opcionalmente sendo que de que o elemento de aquecimento (94) é sustentado pela segunda parte (70) do ferramental.

16. FERRAMENTAL DE PRENSAGEM, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo elemento de aquecimento (94) ser um elemento de aquecimento por indução, opcionalmente sendo que um elemento de blindagem (96) é interposto entre o elemento de aquecimento por indução e a segunda parte (70) do ferramental.

17. FERRAMENTAL DE PRENSAGEM, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 16, caracterizado por incluir uma cavidade de forja apresentando partes para a forjadura por recalcamento da peça em diferentes estágios de forjadura.

18. FERRAMENTAL DE PRENSAGEM, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 17, caracterizado por ser adaptado para uso no método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.

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