BRPI0620996A2 - perfurador, aparelho e método para formar orifìcios opostos em uma peça oca, e uma peça formada a partir daqueles - Google Patents

Abstract

PERFURADOR, APARELHO E MéTODO PARA FORMAR ORIFìCIOS OPOSTOS EM UMA PEçA OCA, E UMA PEçA FORMADA A PARTIR DAQUELES. Um perfurador, aparelho e método para formar orifícios opostos em uma peça oca, e uma peça formada a partir daqueles. O perfurador inclui uma porção final adaptada para perfurar um orifício de entrada e dobrar material em torno do orifício de entrada para formar uma apara retida ao longo de uma borda interna do orifício de entrada. O perfurador também inclui uma porção de alargamento adaptada para entrar no orifício de entrada após a porção final para alargar o orifício de entrada ao dobrar a apara e material adicional na direção do interior da peça. O perfurador possui um comprimento maior do que uma seçao transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador através da peça perfure um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada.

Description

PERFURADOR, APARELHO E MÉTODO PARA FORMAR ORIFÍCIOS OPOSTOS EM UMA PEÇA OCA, E UMA PEÇA FORMADA A PARTIR DAQUELES

CAMPO DA INVENÇÃO

Este pedido de patente refere-se a um perfurador, aparelho e método para formar orifícios opostos em uma peça oca, e uma peça formada a partir daqueles.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Orifícios opostos ou alinhados são por vezes necessários em peças ocas, como no caso em que se deseja conectar prendedores mecânicos através daqueles. O interior da peça pode ser pressurizado para auxiliar um perfurador a produzir um orifício na peça. Por exemplo, na hidroformação de peças a partir de uma peça de metal oca, a pressão de hidroformação é utilizada para auxiliar o perfurador a produzir o orifício na peça. Isto elimina a necessidade de uma operação secundária tal como punção ou corte a laser para formar o orifício em uma região internamente não- sustentada da peça.

Em uma operação de perfuração típica para uma peça hidroformada, â medida que a perfuração é avançada para engatar a superfície dianteira do material, a superfície anterior é sustentada pelo fluido pressurizado. Após avanço adicional do perfurador através do material para cisalhar uma apara, o fluido pressurizado continua a ficar sobre o material a ser removido como uma apara, bem como sobre o material adjacente. A apara é cisalhada sob a força mecânica aplicada ao material pela borda de corte do perfurador e pela força aplicada ao material adjacente à apara pelo fluido pressurizado.

A presença de uma apara frouxa dentro da peça impõe diversos problemas. Em muitos casos, a presença de uma apara frouxa ou solta dentro da peça pode não ser identificada por algum tempo, ou mesmo após a peça ter sido instalada em um produto acabado. Muitos sistemas foram desenvolvidos para capturar aparas formadas pela operação de perfuração. Vide, por exemplo, a Patente U.S. No. 4.989.482 (Mason), depositada em 5 de fevereiro de 1991, e atribuída ao signatário do presente pedido de patente. A captura de aparas é também um problema em aplicações em que orifícios opostos devem ser formados em peças. Exemplos de métodos para obter aparas formadas por tais operações são descritos na Patente U.S. No. 5.666.840 (Shah e outros), e na Patente U.S. No. 6.067.830 (Klages e outros), depositadas em 30 de maio de 2000, e atribuídas ao signatário do presente pedido de patente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

São descritos um perfurador, aparelho e método para formar orifícios opostos em uma peça oca, e uma peça formada a partir daqueles. O perfurador perfura ou corta um orifício de entrada na peça sem cisalhar uma apara, uma vez que a apara é dobrada de volta e é retida próxima a uma periferia do orifício de entrada. 0 perfurador dobra ou lamina de volta material em torno do orifício de entrada perfurado para obter a abertura de dimensões exigidas. Avanço adicional do perfurador através da peça cisalha um orifício de saída oposto ao orifício de entrada.

A presente invenção também propicia um método para formar dois orifícios opostos através de uma seção de tubo aberto ou outra peça oca com um único perfurador atuado em um movimento único. Os orifícios opostos diferem em tamanho, com o orifício de entrada sendo maior do que o orifício de saída. Os orifícios são de preferência redondos, porém podem ser de qualquer formato desejado. 0 material de apara resultante proveniente do orifício de entrada maior é retido junto da borda interna do orifício dentro da seção de tubo e o orifício de saída menor é perfurado ou cortado para formar uma apara que seja empurrada para fora da seção de tubo e cavidade de molde.

De acordo com um aspecto da presente invenção, é propiciado um perfurador para formar orifícios opostos em uma peça oca. A peça é internamente pressurizada por um fluido de hidroformação. A perfuração compreende uma porção final que é adaptada para perfurar um orifício de entrada e dobrar material em torno do orifício de entrada para formar uma apara retida junto de uma borda interna do orifício de entrada. 0 perfurador possui um comprimento maior do que uma largura em seção transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador através da peça perfure um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada. 0 perfurador pode compreender uma porção de alargamento que é adaptada para entrar no orifício de entrada após a porção final para alargar o orifício de entrada ao cisalhar material para criar um orifício maior e dobrar este material de apara na direção do interior da peça.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, é propiciado um perfurador para formar orifícios opostos em uma peça oca. A peça é internamente pressurizada por um fluido de hidroformação. 0 perfurador compreende uma porção final que possui uma borda de corte e uma superfície de laminação de borda que se estende parcialmente em torno do perfurador. A borda de corte ê adaptada para perfurar um orifício de entrada na peça e a face final dobra material em torno do orifício de entrada para formar uma apara retida ao longo de uma borda interna do orifício de entrada. A superfície de laminação de borda é adaptada para cisalhar o material para gerar um orifício maior e para dobrar o material de apara retido na peça. O perfurador possui um comprimento maior do que uma seção transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador através da peça perfure um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada. O perfurador pode ainda compreender uma porção de alargamento adaptada para entrar o orifício de entrada após a porção final. A porção de alargamento possui pelo menos uma superfície de laminação de borda adaptada para alargar ainda o orifício de entrada ao dobrar a apara e material adicional em torno do orifício de entrada na direção do interior da peça.

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, é propiciado um perfurador para formar orifícios opostos em uma peça oca. A peça é internamente pressurizada

por um fluido de hidroformação. O perfurador compreende uma porção final que possui uma face final, uma borda de corte, e uma superfície angulada que se estende para fora em um ângulo agudo a partir da face final. A borda de corte é adaptada para perfurar um orifício de entrada na peça e a face final dobra material em torno do orifício de entrada para formar uma apara retida junto a uma borda interna do orifício de entrada. A superfície angulada se estende pelo menos parcialmente em torno do perfurador para dobrar a apara na direção do interior da peça. O perfurador possui um comprimento maior do que uma seção transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador através da peça perfure um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada. O perfurador pode ainda possuir uma porção de alargamento unida à porção final. A porção de alargamento inclui primeira e segunda superfícies anguladas situadas em lados opostos do perfurador. A primeira e segunda superfícies anguladas se estendem para fora em um ângulo agudo e pelo menos parcialmente em torno do perfurador. As primeira e segunda superfícies anguladas são adaptadas para alargar o orifício de entrada ao dobrar a apara e material adicional em torno do orifício de entrada ainda na direção do interior da peça.

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, é propiciado um método para formar orifícios opostos de tamanhos diversos em uma peça oca. A peça é internamente pressurizada por um fluido de hidroformação. O método compreende as etapas de: perfurar um orifício de entrada na peça; realizar uma primeira etapa de laminação na qual material em torno do orifício de entrada é dobrado na direção do interior da peça para formar uma apara retida situada em torno do orifício de entrada e que se estende na direção do interior da peça; e formar um orifício de saída na peça oposto ao orifício de entrada. 0 orifício de saída é menor do que o orifício de entrada. 0 método pode ainda compreender a etapa de realizar uma segunda etapa de laminação na qual a apara retida e material adicional em torno do orifício de entrada são dobrados na direção do interior da peça antes da etapa de formar um orifício de saída. De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, é propiciada uma peça de metal oco. A peça de metal oco compreende um corpo de metal oco que possui orifícios de entrada e de saída opostos. 0 orifício de entrada é maior do que o orifício de saída. 0 corpo de metal oco inclui uma porção de borda laminada que se estende em torno do orifício de entrada. A porção de borda laminada se estende na direção do interior da peça. Um par de aparas retidas secundários se une junto de uma borda da porção de borda laminada. As aparas são situadas em lados opostos da porção de borda laminada e uma primeira apara é unida junto a uma borda de uma das aparas retidas secundárias.

Outros aspectos e características da presente invenção tornar-se-ão evidentes àqueles versados na técnica após exame da descrição que se segue de modalidades específicas da invenção em conjunto com as figuras em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Será feita agora referência aos desenhos em anexo que mostram, por meio de exemplo, modalidades da presente invenção, e nos quais:

A FIG.l é uma vista em perspectiva tomada de cima de um perfurador de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A FIG. 2 é uma vista em perspectiva tomada de cima do lado oposto do perfurador da FIG.l;

A FIG.3 é uma vista superior do perfurador da FIG.l;

A FIG.4 é uma vista lateral do perfurador da FIG.l;

As FIGS. 5A-5F são vistas em elevação do perfurador da FIG. 1 nos estágios progressivos de uma operação de perfuração;

A FIG.6 é uma vista em perspectiva do interior de uma peça de metal oca formada utilizando um perfurador de acordo com uma modalidade da presente invenção; e

A FXG. 7 é uma vista superior do interior da peça de metal oca da FIG.6.

Referências similares são utilizadas em figuras diferentes para denotar componentes similares.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

Com referência resumidamente às FIGs. 5A a 5F, uma porção de um aparelho de hidroformação 100 adequado para utilizar a presente invenção será descrita. O aparelho 100 compreende um molde inferior 102 e um molde superior 104 que se combinam para formar uma cavidade de molde 106 na qual uma peça de metal tubular é hidroformada para a superfície de cavidade de molde. A hidroformação da peça de metal tubular é conseguida pela administração de um fluido hidráulico adequado 108 em uma pressão desejada ao interior da peça de metal tubular que resulta em uma peça hidroformada 10, conforme mostrado.

Será feita agora referência às FIGS. 1 a 4, que mostram uma modalidade de um perfurador 10 de acordo com a presente invenção. O perfurador 10 é normalmente utilizado para formar orifícios opostos em uma porção de parede plana de uma peça internamente pressurizada. Embora a presente invenção seja descrita como aplicada a uma porção de parede plana, o perfurador 10 pode também ser utilizado em porções de parede curvas. O perfurador 10 é especificamente adaptado para perfurar orifícios de entrada e saída opostos de tamanhos diferentes em uma peça hidroformada durante o processo de hidroformação enquanto a peça é internamente pressurizada pelo fluido de hidroformação 108.

O perfurador 10 possui um eixo longitudinal central 12. O perfurador 10 é feito de aço-ferramenta e possui três porções de corpo formadas de modo concêntrico em torno de seu eixo 12 que inclui uma porção final 14, uma porção de alargamento 16, e uma porção de finalização 18. As porções de corpo são normalmente cilíndricas em formato e possuem superfícies externas cilíndricas para formar orifícios de entrada e saída circulares, embora o perfurador 10 normalmente não possua diâmetro constante uma vez que o diâmetro aumenta de cima abaixo. As porções de corpo podem possuir um formato diferente em aplicações em que formatos de orifício não-circulares são exigidos.

A porção final 14 é adaptada para perfurar um orifício de entrada na peça sem cisalhar completamente uma apara. Ao invés disso, a apara é retida ao longo de uma borda interna do orifício de entrada. A porção de alargamento 16 alarga o orifício de entrada ao cisalhar e dobrar ou laminar material de volta em torno do orifício de entrada, incluindo a apara retida. A porção de finalização 18 finaliza a operação de perfuração do orifício de entrada ao propiciar uma porção de borda laminada ao orifício de entrada. Opcionalmente, a porção de finalização 18 alarga ainda mais o orifício ao dobrar mais ou laminar de volta material para longe do orifício de entrada para reduzir o risco de material em torno do orifício de entrada interferir com uma operação subseqüente de um prendedor mecânico. O perfurador 10 possui um comprimento (por exemplo, uma distância de curso) maior do que uma seção transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador 10 através da peça forme um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada. A porção de alargamento 16 e a porção de finalização 18 possuem áreas de seção transversal maiores do que aquela da porção final 14. Em casos em que a presença de material imediatamente adjacente ao orifício de entrada não interfere com operações subseqüentes, o perfurador 10 pode não incluir uma porção de finalização 18.

A porção final 14 possui uma face final 20, uma borda de corte afiada 22, e uma superfície de laminação de borda 24 que se estende parcialmente em torno do perfurador 10. A borda de corte 22 é adaptada para perfurar o orifício de entrada. À medida que o perfurador é avançado através da peça, a face final 20 se engata e pressiona contra a peça, dobrando à força ou laminando o material em torno do orifício de entrada perfurado para formar um apara integral com a peça junto à borda interna da mesma. 0 avanço do perfurador 10 dobra ou lamina a apara na direção do interior da peça. A superfície de laminação de borda 24 é adaptada para alargar e dobrar à força ou laminar de volta a apara na direção do interior da peça e livre do perfurador 10 em avanço. Na modalidade mostrada, a face final 20 é angulada ou afunilada em um ângulo agudo ou oblíquo. A inclinação da face final 20 pode auxiliar na dobra ou laminação de volta do material em torno do orifício de entrada perfurado.

Conforme mostrado nas FIGS. 1 a 4, a superfície de laminação de borda 24 é formada por um bisel ou uma superfície angulada ou afunilada que se estende radialmente para fora em um ângulo agudo a partir da face final 20. Onde a face final 2 0 é angulada, a superfície de laminação de borda 24 é posicionada em um ângulo diferente do que a face final 20. A superfície de laminação de borda 24 se estende parcialmente em torno da face final 20 do perfurador 10.

A porção de alargamento 16 inclui duas superfícies de laminação de borda 26 e 28 situadas em lados opostos do perfurador 10 e que se estendem parcialmente em torno do perfurador 10. As superfícies de laminação de borda 26 e 28 são adaptadas para entrar no orifício de entrada após a porção final 14 para alargar o orifício de entrada ao dobrar ou laminar de volta a apara e material adicional em torno do orifício de entrada na direção do interior da peça. A ação das superfícies de laminação de borda 26 e 28 forma duas aparas secundárias retidas ao longo da borda interna do orifício de entrada alargado. As aparas secundárias estão situadas em torno da borda periférica do orifício de entrada em lados opostos do perfurador 10.

Na modalidade mostrada, as superfícies de laminação de borda 26 e 2 8 são adjacentes às primeira e segunda porções em degraus indicadas pelas referências 32 e 34 respectivamente. A primeira porção em degrau 32 está adjacente à porção final 14 e inclui uma primeira face final isolada e angulada 36. A segunda porção em degrau 34 é adjacente à primeira porção em degrau 32 e inclui uma segunda face final isolada ou angulada 38. A primeira face final angulada 3 6 se estende radialmente para fora em um ângulo agudo a partir da porção final 14. A segunda face final angulada 3 8 se estende radialmente para fora em um ângulo agudo a partir da porção final 14.

As primeira e segunda faces finais anguladas 36 e 38 intersectam diferentes planos perpendiculares ao eixo longitudinal central 10 uns em relação aos outros. Conforme mostrado nas FIGs. 1 e 2, as primeira e segunda faces anguladas 3 6 e 38 estão individualmente situadas em uma distância axial a partir da porção final 14. A distância da segunda face final angulada 38 à porção final 14 é maior do que a distância da primeira face final angulada 36 à porção final 14.

As primeira e segunda superfícies de laminação de borda 26 e 28 estão situadas em lados opostos do perfurador 10. A primeira superfície de laminação de borda 26 está alinhada com a superfície de laminação de borda 24 da porção final 14 do mesmo lado do perfurador 10. Conseqüentemente, a segunda superfície de laminação de borda 28 está posicionada no lado oposto do perfurador 10 em relação à superfície de laminação de borda 24 e ã superfície de laminação de borda 26. Em outras modalidades a superfície de laminação de borda 26 pode não estar alinhada com a superfície de laminação de borda 24 e as superfícies de laminação de borda 26 e 28 podem não estar situadas opostas entre si.

Conforme mostrado nas FIGS. 1-4, uma ou ambas as faces finais 36 e 38 podem ser anguladas ou afuniladas em um ângulo agudo. Em tais modalidades, o ângulo da face final 36 da primeira porção em degrau 32 é diferente do que o ângulo da superfície de laminação de borda 26. Da mesma forma, em tais modalidades, o ângulo da face final 38 da segunda porção em degrau 34 é diferente do ângulo da superfície de laminação de borda 28. A inclinação das faces finais 36 e 38 pode auxiliar no dobramento ou laminação de volta do material de apara em torno do orifício de entrada.

Na modalidade mostrada, a porção de alargamento 16 é igualmente dividida nas primeira e segunda porções em degraus 32 e 34 de modo que as áreas de superfície das faces finais 36 e 38 sejam aproximadamente iguais. Como será descrita em maiores detalhes abaixo, esta configuração produz normalmente aparas em formato de meios-cilindros. Outras configurações produzirão aparas diferentemente formadas.

A porção de finalização 18 possui pelo menos uma superfície de laminação de borda 30 que é adaptada para entrar no orifício de entrada após a porção de alargamento 16 para propiciar o orifício de entrada com uma porção de borda laminada. Opcionalmente, a porção de finalização 18 pode ser configurada para alargar ainda mais o orifício de entrada ao dobrar ou laminar de volta a(s) apara(s) e material adicional em torno do orifício de entrada na direção do interior da peça. Na modalidade mostrada, a superfície de laminação de borda 30 é uma superfície em forma arredondada ou convexa que se estende completamente em torno do perfurador 10. Contudo, em outras modalidades a superfície de laminação de borda 30 pode se estender apenas parcialmente em torno do perfurador 10 e pode possuir um formato diferente. Em algumas modalidades, a superfície de laminação de borda 30 é uma superfície angulada ou isolada que se estende radialmente para fora em um ângulo agudo. A superfície de laminação de borda 3 0 pode também ser uma superfície conicamente perfilada.

Em relação novamente às FIGS. 5A a 5F, uma operação de perfuração exemplificativa que utiliza o perfurador 10 será agora descrita. O perfurador 10 é montado no aparelho de hidroformação 100 para movimento de deslizamento em uma cavidade 112 no molde inferior 102. A cavidade 112 se estende até uma superfície da cavidade de molde 106. A base (não mostrada) do perfurador 10 é adaptada para conexão com um dispositivo de operação de perfurador adequado, tal como um cilindro hidráulico, por meio convencional. 0 dispositivo de operação de perfurador é operado de uma forma convencional para a operação de formação de orifício durante processo de hidroformação. A superfície externa do perfurador 10 é adaptada para propiciar contato de vedação entre a peça 110 e o perfurador 10 suficiente para manter a pressão interna do fluido de hidroformação 108 dentro da peça 110 à medida que o perfurador 10 avança através da mesma. Como será observado por pessoas versadas na técnica, o perfurador 10 é formado para impedir ou minimizar vazamento do fluido de hidroformação 108 do interior da peça 110 durante a operação de perfuração de modo a produzir os orifícios de entrada e saída sem uma perda significativa de fluido de hidroformação 108.

Conforme mostrado na FIG. 5A, a porção 14 do perfurador 10 é inicialmente posicionada fora da cavidade de molde 106 oposta a uma porção de parede plana da peça hidroformada 110. O perfurador 110 é em seguida avançado na direção da peça 110. Conforme mostrado na FIG. 5B, a borda de corte 22 engata a peça 110 e perfura um orifício de entrada que começa com a ponta ou extremidade distai do per furador 10. À medida que o per furador 10 é ainda avançado, a face final 20 engata e pressiona contra a peça 110, dobrando ou laminando à força o material em torno do orifício de entrada perfurado para formar um apara inicial retida ao longo da borda interna do orifício de entrada, integral com a peça 110. À medida que o perfurador 10 é mais avançado, a superfície de laminação de borda 24 engata a peça 110 e dobra ou lamina à força a apara na direção do interior da peça 110 (devido à falta da borda de corte 22 na face final 20 em que a superfície de laminação de borda 24 reside), longe e livre do orifício de entrada. O formato da superfície de laminação de borda 24 permite que a apara seja dobrada fora do caminho do perfurador que avança 10 sem cisalhar completamente a apara da peça 110, permitindo que a apara permaneça integral com a peça 110 ao longo de sua borda interna. O tamanho de material de apara varia dependendo do tamanho do orifício de entrada a ser formado.

Conforme mostrado na FIG. 5C, à medida que o perfurador 10 é mais avançado para dentro da peça 110, a porção de alargamento 16 engata a peça 110. A primeira superfície final angulada 36 primeiro engata material adicional em torno do orifício de entrada, dobrando ou laminando à força o material adicional na direção do interior da peça 110. 0 material adicional que foi dobrado ou laminado na direção do interior da peça 110 forma as primeira e segunda aparas retidas.

Conforme mostrado na FIG. 5D, à medida que o perfurador 10 é mais avançado para dentro da peça 110, a primeira face final angulada 36 engata a apara retida inicial formado pela porção final 14 e material adicional em torno do orifício de entrada, dobrando-o ou laminando-o à força na direção do interior da peça 110. À medida que o perfurador 10 é mais avançado para dentro da peça 110, a segunda face final angulada 38 engata o material em torno do orifício de entrada no lado oposto do perfurador 10 (se comparado à face final angulada 36), dobrando ou laminando à força o material na direção do interior da peça 110. 0 material que foi dobrado ou laminado na direção do interior da peça 110 pela face final angulada 38 forma a segunda das duas aparas retidas secundárias.

Conforme mostrado na FIG. 5E, à medida que o perfurador 10 é mais avançado na peça 110, a superfície de laminação de borda 26 engata ainda a apara inicial e a primeira das aparas secundárias, dobrando ou laminando à força as aparas na direção do interior da peça 110, longe e livre do orifício de entrada. Ao mesmo tempo, a superfície de laminação de borda 28 engata ainda a segunda das duas aparas retidas secundários, dobrando ou laminando à força a apara na direção do interior da peça 110, longe e livre do orifício de entrada. Na presente modalidade, as primeira e segunda aparas retidas secundárias estão situadas em lados opostos do orifício de entrada.

A apara inicial e a primeira das duas aparas retidas secundárias estão situadas no mesmo lado do orifício de entrada.

Conforme mostrado na FIG. 5F, o perfurador possui um comprimento e uma distância de curso que excedem a seção transversal da peça 110 permitindo que a porção final 14 perfure através do lado oposto da peça 110 criando um orifício de saída menor (por exemplo, através de um botão de molde). Ã medida que o perfurador 10 é mais avançado para dentro da peça 110, a borda de corte 22 engata o lado oposto da peça 110 e cisalha de forma limpa um orifício de saída oposto ao orifício de entrada. O material em torno do orifício de saída não é significativamente deformado de modo que a superfície interna da peça 110 em torno do orifício de saída permanece normalmente plana. Os diâmetros maiores da porção de alargamento 16 e/ou porção de finalização 18 em relação à porção final 14 resultam em um orifício de entrada sendo formado que é maior do que o orifício de saída. Em modalidades em que o perfurador não inclui uma poção de finalização, o maior diâmetro da porção de alargamento 16 relativo à porção final 14 resulta em um orifício de entrada sendo formado que é maior do que o orifício de saída. A apara de saída é empurrada para dentro de uma cavidade 114 no molde superior 104 que se estende da superfície da cavidade de molde 106. A partir da cavidade 114, a apara de saída pode ser removida utilizando meios convencionais.

Como será observado por pessoas versadas na técnica, o perfurador 10 produz um orifício de saída relativamente limpo que precisa de muito pouca ou nenhuma limpeza ou usinagem de acabamento da peça 110 antes de fundir, soldar ou outro uso de fabricação. Este orifício de saída limpo permite que uma porca ou outro prendedor seja fundido ou soldado dentro do orifício de saída ou em torno do orifício de saída na superfície interna da peça 110. Além disso, o maior diâmetro do orifício de entrada propicia acesso de ferramentas mais fácil ao orifício de saída para operações tais como solda.

Em relação agora às FIGS. Sei, o orifício em uma peça de metal oco formada utilizando um perfurador de acordo com uma modalidade da presente invenção será descrito. As FIGS. 6 e 7 ilustram o interior da peça 110 mostrando uma superfície interior 206 do lado de entrada da peça 110. A peça 110 compreende um corpo de metal oco, tal como um tubo, que possui uma porção de parede plana. Um orifício de entrada 204 é definido na peça. Um orifício de saída (não mostrado) é definido na peça oposta ao orifício de entrada 204. Os orifícios de entrada e saída são normalmente circulares com o orifício de entrada 204 possuindo um diâmetro maior do que o orifício de saída.

Uma porção de borda laminada 208 se estende em torno do orifício de entrada 204 ao longo de sua borda periférica, e se estende na direção do interior da peça. Uma porção cilíndrica 209 se estende para dentro a partir da porção de borda laminada 2 08. Um par de aparas 210 é unido a e se estende para dentro a partir de uma borda 212 da porção cilíndrica 209. As aparas 210 são posicionadas em lados opostos da porção cilíndrica 209. As aparas 210 são um exemplo das aparas retidas secundárias formadas pela porção de alargamento 16, conforme descrito acima. Na modalidade mostrada, o formato do perfurador 10 resulta nas aparas 210 sendo elementos em arcos meio cilíndricos. Uma apara adicional 214 é unida ao longo de uma borda 216 de uma das aparas 210. A apara 214 é equivalente à apara retida inicial pela porção final 14, conforme descrito acima.

A razão da área do orifício de entrada para a área do orifício de saída pode ser representada como uma razão do tamanho do orifício. Em algumas modalidades, a razão de tamanho de orifício é maior do que 1,3:1. em algumas modalidades, a razão de tamanho de orifício está entre 1,3:1 e 3:1.

Em algumas modalidades, a presente invenção propicia um método para formar dois orifícios opostos através de uma seção de tubo aberto ou outra peça oca que usa um único perfurador acionado em um movimento único. Os orifícios opostos podem diferir substancialmente em tamanho, com o orifício de entrada sendo maior do que o orifício de saída. Na presente modalidade, os orifícios são redondos, porém podem ser de qualquer formato desejado. O material de apara resultante do orifício de entrada maior é retido ao longo da borda interna do orifício de entrada dentro da seção de tubo e o orifício de saída menor é perfurado ou cortado para formar um apara que seja empurrada para fora da seção de tubo e cavidade de molde. 0 tamanho de material de apara varia dependendo do tamanho do orifício de entrada e da diferença em tamanho dos orifícios de entrada e saída opostos. Para razões menores, a apara retida ao longo do orifício de entrada pode ser relativamente simples e o perfurador pode possuir um projeto mais simples do que aquele mostrado nas FIGS 1-4 porque menos material pode precisar ser removido para formar o orifício de entrada.

De acordo com outra modalidade da presente invenção, é propiciado um método para formar orifícios opostos de tamanhos diferentes em uma peça oca que foi internamente pressurizada por um fluido de hidroformação. 0 método compreende as etapas de: (i) perfurar um orifício de entrada na peça oca sem cisalhar completamente uma apara; (ii) realizar uma primeira etapa de laminação na qual material em torno do orifício de entrada é laminado de volta para formar uma apara retida situada em torno do orifício de entrada e que se estende na direção do interior da peça oca; realizar uma segunda etapa de laminação na qual a apara retida e o material adicional em torno do orifício de entrada são laminados de volta ainda mais na direção do interior da peça oca; e (iv) formar um orifício de saída na peça oca oposta ao orifício de entrada. 0 orifício de entrada é maior do que o orifício de saída.

Em algumas modalidades, a etapa de formação de um orifício de saída inclui perfurar o orifício de saída de modo a cisalhar de forma limpa uma apara de saída a partir do exterior da peça oca. A apara pode ser cisalhada sem deformar o material em torno do orifício de saída. O método é realizado durante um curso único de um perfurador.

Em algumas modalidades, na segunda etapa de laminação a apara retida e o material adicional em torno do orifício de entrada são laminados de volta para formar porções de borda laminadas em lados opostos do orifício de entrada no interior da peça oca e que se estendem parcialmente em torno do orifício de entrada.

Em algumas modalidades, o método inclui uma terceira etapa de laminação realizada após a segunda etapa de laminação e antes da etapa de perfuração do orifício de saída na peça. A terceira etapa de laminação inclui laminar de volta a apara retida e o material adicional em torno do orifício de entrada ainda na direção do interior da peça.

Em algumas modalidades, na terceira etapa de laminação a apara retida e o material adicional em torno do orifício de entrada são laminados de volta para formar uma porção de borda laminada que se estende completamente em torno do orifício de entrada.

Em algumas modalidades, a razão de tamanho de orifício do orifício de entrada para o orifício de saída é maior do que 1,3:1. Em algumas modalidades, a razão de tamanho de orifício do orifício de entrada para o orifício de saída está entre 1,3:1 e 3:1.

Em algumas modalidades, a presente invenção propicia um método para realizar dois orifícios opostos de um tamanho substancialmente diferente através de uma seção de tubo ou outra peça oca em um molde de formação. 0 método procura reduzir os custos de fabricação (por exemplo, custos de ferramentas e peças) relativos a alternativas tais como corte a laser e outros sistemas de formação de orifício em molde. O método forma os orifícios utilizando um perfurador único em um curso único, reduzindo deste modo o custo de molde e complexidade, bem como minimizando espaço ocupado dentro do molde. Outra vantagem é uma redução em enfraquecimento de molde que ocorre ao cortar diversas localizações de montagem para diversas unidades de perfurador. Além disso, uma vez que o perfurador remove o material de orifício de entrada (isto é, a apara) em estágios, a qualquer momento durante o curso do perfurador o comprimento de material sendo cisalhado é reduzido comparado a um perfurador convencional onde a face final inteira do perfurador entra em contato com o material ao mesmo tempo. Isto facilita utilizar um diâmetro de perfurador menor que cria uma redução adicional em custos de ferramentas. Este benefício é aplicável para qualquer operação de hidroformação, especificamente aquelas que utilizam fluido de hidroformação de pressão mais elevada.

Em algumas modalidades, a presente invenção também visa propiciar manutenção de refugo aperfeiçoada e eficiência de processo ao reter a apara de entrada junto à borda interna do orifício de entrada e dobrar a apara de entrada para dentro do interior da peça oca ao invés de cisalhar completamente o apara fora. Ao reter o material de apara em torno do orifício de entrada, custos de manuseio de refugo adicionais e o risco de dano a componentes de molde, ferramentas e peças subseqüentes são evitados.

Em algumas modalidades, a presente invenção também visa propiciar qualidade de orifício de saída aperfeiçoada.

Ao utilizar a borda de corte afiada do perfurador para cisalhar o orifício de saída, um orifício de saída mais limpo pode ser perfurado ao invés de abordagens alternativas em que uma apara de entrada é cisalhada e retida sobre a face final do perfurador durante o cisalhamento do orifício de saída, interferindo desta forma com o cisalhamento do orifício de saída.

Em algumas modalidades, a presente invenção também visa aumentar a razão de tamanho de orifício do orifício de entrada para o orifício de saída que pode ser produzido, comparado àquela dos métodos conhecidos. Se a razão de tamanho de orifício é muito grande, o material em torno do orifício de entrada maior romper-se-á ou quebrar-se-á. Estas rupturas podem formar-se como concentrações de tensão que podem propagar-se como quebras ou fraturas e provocar ainda falha da peça. O ponto de ruptura é a razão de tamanho de orifício na qual a ruptura ocorre usando técnicas e maquinário convencionais. 0 ponto de ruptura varia dependendo da capacidade de formação do material, porém pode ocorrer em razões tão baixas quanto 1,3:1 para alguns materiais. Em algumas modalidades, a presente invenção pode ser utilizada para produzir razões de tamanho de orifício além de um ponto de ruptura convencional para um material determinado. Em algumas modalidades, razões de tamanho de orifício entre 1,3:1 e 3:1 podem ser produzidas.

Em ainda outras modalidades, razões de tamanho de orifício maiores do que 3:1 podem ser produzidas.

As perfurações descritas acima são modalidades exemplificativas e muitas variações do perfurador são possíveis. Por exemplo, em algumas modalidades o perfurador pode incluir uma porção final e uma porção de alargamento, porém podem não incluir uma porção de finalização. Em tais casos, o perfurador ainda possui um comprimento maior do que uma seção transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador através da peça permite que o perfurador forme um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada.

Tendo descrito perfuradores exemplificativos feitos para perfurar orifícios circulares e redondos, entender-se- á que a presente invenção pode também ser aplicada a perfuradores para produzir orifícios de diversos formatos e tamanhos, e em regiões convexas e côncavas assim como de paredes planas de uma peça hidroformada. Por exemplo, os perfuradores exemplificativos descritos acima são formados com porções de corpo cilíndricas para produzir orifícios redondos. Contudo, estas porções não precisam ser cilíndricas e podem possuir outros formatos periféricos ou perfis para produzir orifícios não circulares.

A presente invenção pode ser incorporada em outras formas especificas sem se afastar do espírito ou características essenciais da mesma. Certas adaptações e modificações da invenção tornar-se-ão evidentes àqueles versados na técnica. Por conseguinte, as modalidades presentemente discutidas são consideradas como sendo ilustrativas e não restritivas, o âmbito da invenção sendo indicado pelas reivindicações em anexo ao invés de descrição anterior, e todas as alterações que estejam dentro do significado e faixa de equivalência das reivindicações são por conseguinte destinadas a ser abrangidas pela mesma.

Claims (48)

1. Perfurador para formar orifícios opostos em uma peça oca, a peça sendo internamente pressurizada por um fluido de hidroformação, caracterizado pelo fato de compreender: uma porção final adaptada para perfurar um orifício de entrada e dobrar material em torno do orifício de entrada para formar uma apara retida ao longo de uma borda interna do orifício de entrada; em que o perfurador possui um comprimento maior do que uma seção transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador através da peça perfure um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada.

2. Perfurador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma porção de alargamento adaptada para entrar no orifício de entrada após a porção final para alargar o orifício de entrada ao dobrar ainda mais a apara na direção do interior da peça.

3. Perfurador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da porção de alargamento possuir uma área em seção transversal maior do que uma área em seção transversal da porção final de modo que o orifício de entrada possua área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal do orifício de saída.

4. Perfurador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma porção de finalização adaptada para entrar no orifício de entrada após a porção de alargamento para alargar ainda mais o orifício de entrada e dobrar a apara ainda mais para dentro da peça, a porção de finalização possuindo uma área de seção transversal maior do que a área de seção transversal da porção de alargamento.

5. Perfurador para formar orifícios opostos em uma peça oca, a peça sendo internamente pressurizada por um fluido de hidroformação, caracterizado pelo fato de compreender: uma porção final que possui uma borda de corte e uma superfície de laminação de borda que se estendem parcialmente em torno do perfurador, a borda de corte sendo adaptada para perfurar um orifício de entrada na peça, a porção final dobrando material em torno do orifício de entrada para formar uma apara retida ao longo de uma borda interna do orifício de entrada, a superfície de laminação de borda sendo adaptada para dobrar a apara retida na direção do interior da peça, em que o perfurador possui comprimento maior do que uma seção transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador através da peça perfure um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada.

6. Perfurador, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma porção de alargamento adaptada para entrar no orifício de entrada após a porção final, a porção de alargamento possuindo pelo menos uma superfície de laminação de borda adaptada para alargar ainda mais o orifício de entrada ao dobrar a apara e material adicional em torno do orifício de entrada na direção do interior da peça.

7. Perfurador, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da porção de alargamento possuir uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da porção final de modo que o orifício de entrada possua uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal do orifício de saída.

8. Perfurador, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da porção de alargamento compreender duas superfícies de laminação de borda em lados opostos do perfurador e se estenderem parcialmente em torno do perfurador, as superfícies de laminação de borda sendo adaptadas para alargar o orifício de entrada ao dobrar a apara e material adicional em torno do orifício de entrada na direção do interior da peça para formar duas aparas retidas ao longo da borda interna do orifício de entrada, as duas aparas retidas sendo situadas em torno do orifício de entrada em lados opostos do perfurador.

9. Perfurador, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma porção final que possui pelo menos uma superfície de laminação de borda, a pelo menos uma superfície de laminação de borda sendo adaptada para entrar no orifício de entrada após a porção de alargamento para alargar ainda mais o orifício de entrada e dobrar a apara e material adicional em torno do orifício de entrada na direção do interior da peça, a porção de finalização possuindo uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da porção de alargamento.

10. Perfurador, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma porção de finalização que possui pelo menos uma superfície de laminação de borda, a pelo menos uma superfície de laminação de borda sendo adaptada para entrar no orifício de entrada após a porção de alargamento para alargar ainda mais o orifício de entrada ao dobrar duas aparas retidas e material adicional em torno do orifício de entrada na direção ainda do interior da peça, a porção de finalização possuindo uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da porção de alargamento.

11. Perfurador, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato da porção de finalização se estender completamente em torno do perfurador.

12. Perfurador, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato da porção de finalização se estender completamente em torno do perfurador.

13. Perfurador, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de uma superfície externa do perfurador ser adaptada para propiciar contato de vedação entre a peça e o perfurador suficiente para manter a pressão interna do fluido de hidroformação dentro da peça à medida que o perfurador avança através do mesmo.

14. Perfurador, para formar orifícios opostos em uma peça oca, a peça sendo internamente pressurizada por um fluido de hidroformação, o perfurador possuindo um eixo longitudinal, caracterizado pelo fato de compreender: uma porção final que possui uma face final, uma borda de corte, e uma superfície angulada que se estende para fora em um ângulo agudo a partir da face final, a borda de corte sendo adaptada para perfurar um orifício de entrada na peça, a face final dobrando material em torno do orifício de entrada para formar uma apara retida ao longo de uma borda interna do orifício de entrada, a superfície angulada estendendo-se pelo menos parcialmente em torno do perfurador para laminar de volta a apara na direção do interior da peça, onde o perfurador possui um comprimento maior do que uma seção transversal da peça de modo que avanço adicional do perfurador através da peça perfure um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada.

15. Perfurador, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma porção de alargamento unida à porção final e que inclui primeira e segunda faces finais anguladas situadas em lados opostos do perfurador, a primeira e a segunda faces finais anguladas estendendo-se para fora em ângulos agudos até o eixo longitudinal, as primeira e segunda faces finais anguladas estendendo-se pelo menos parcialmente em torno do perfurador e sendo adaptadas para alargar o orifício de entrada ao laminar de volta a apara e material adicional em torno do orifício de entrada ainda na direção do interior da peça.

16. Perfurador, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato da porção de alargamento possuir uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da porção final de modo que o orifício de entrada possua uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal do orifício de saída.

17. Perfurador, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma porção de finalização unida à porção de alargamento e que inclui uma superfície de laminação de borda para alargar ainda mais o orifício de entrada ao laminar de volta a apara e material adicional em torno do orifício de entrada na direção ainda do interior da peça, a porção de finalização possuindo uma área de seção transversal maior do que uma área de seção transversal da porção de alargamento.

18. Perfurador, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato da porção final, a porção de alargamento e a porção de finalização serem formadas por porções de corpo cilíndrico que incluem superfícies externas cilíndricas.

19. Perfurador, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato das primeira e segunda faces finais anguladas serem em degraus uma em relação à outra.

20. Perfurador, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato das primeira e segunda faces finais anguladas estarem individualmente situadas uma distância a partir da porção final, a distância da segunda face final angulada a partir da porção final sendo maior do que a distância da primeira face final angulada a partir da porção final.

21. Perfurador, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de uma das primeira e segunda faces finais anguladas estar situada mais longe da porção final do que a outra das primeira e segunda faces finais anguladas.

22. Perfurador, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da face final da porção final ser angulada, a face final sendo posicionada em um ângulo diferente do que a superfície angulada da porção final.

23. Perfurador, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato da superfície de laminação de borda ser uma superfície angulada que se estende para fora em um ângulo agudo, a superfície angulada estendendo-se pelo menos parcialmente em torno do perfurador.

24. Perfurador, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato da superfície de laminação de borda ser uma superfície formada de modo convexo que se estende pelo menos parcialmente em torno do perfurador.

25. Perfurador, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato da superfície de laminação de borda estender-se completamente em torno do perfurador.

26. Perfurador, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato da porção de alargamento compreender as primeira e segunda porções, a primeira porção em degrau sendo unida à porção final, a segunda porção em degrau sendo unida à primeira porção em degrau, a primeira porção em degrau incluindo a primeira face final angulada e uma primeira superfície de laminação de borda, a segunda porção em degrau incluindo a segunda face final angulada e a segunda superfície de laminação de borda.

27. Perfurador, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato ^do ângulo da segunda face final angulada ser diferente do ângulo da segunda superfície de laminação de borda.

28. Perfurador, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato do ângulo da primeira face final angulada ser diferente do ângulo da primeira superfície de laminação de borda.

29. Método para formar orifícios opostos de tamanhos diferentes em uma peça oca, a peça sendo internamente pressurizada por um fluido de hidroformação, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: perfurar um orifício de entrada na peça; realizar uma primeira etapa de laminação na qual material em torno do orifício de entrada é laminado de volta para formar uma apara retida situada em torno do orifício de entrada e que se estende na direção do interior da peça; e formar um orifício de saída na peça oposta ao orifício de entrada, o orifício de saída sendo menor do que o orifício de entrada.

30. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa de: realizar uma segunda etapa de laminação antes da etapa de formação do orifício de saída na qual a apara retida e material adicional em torno do orifício de entrada são laminados de volta ainda na direção do interior da peça.

31. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato da etapa de formação de um orifício de saída compreender cisalhar uma apara de saída, a apara de saída sendo removida do interior da peça.

32. Perfurador, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato da apara de saída ser cisalhada de uma maneira que a superfície interna da peça em torno do orifício de saída permaneça normalmente plana.

33. Método, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato do método ser realizado durante um curso único de um perfurador.

34. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que na segunda etapa de laminação a apara retida e material adicional em torno do orifício de entrada serem laminados de volta para formar porções de borda laminadas em lados opostos ao orifício de entrada e que se estendem parcialmente em torno do orifício de entrada.

35. Método, de acordo com a reivindicação 30, carac teri zado pelo fato de que na segunda etapa de laminação a apara retida e material adicional em torno do orifício de entrada são laminado de volta para formar duas aparas retidas ao longo da borda interna do orifício de entrada, as duas aparas retidas sendo situadas em torno do orifício de entrada em lados opostos do perfurador.

36. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma terceira etapa de laminação realizada após a segunda etapa de laminação e antes da etapa de perfuração do orifício de entrada, a terceira etapa de laminação compreendendo laminar de volta a apara retida e material adicional em torno do orifício de entrada ainda na direção do interior da peça.

37. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma terceira etapa de laminação realizada após a segunda etapa de laminação e antes da etapa de perfuração do orifício de entrada, a terceira etapa de laminação compreendendo laminar de volta as duas aparas retidas e material adicional em torno do orifício de entrada ainda na direção do interior da peça.

38. Método, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de uma razão de tamanho de orifício do orifício de entrada para o orifício de saída ser maior do que 1,3:1.

39. Método, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de uma razão de tamanho de orifício do orifício de entrada para o orifício de saída estar entre 1,3:1 e 3:1.

40. Método, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato da terceira etapa de laminação laminar de volta as duas aparas retidas e material adicional em torno do orifício de entrada para formar uma porção de borda laminada que se estende em torno do orifício de entrada.

41. Peça de metal oca caracterizada por ser formada pelo perfurador de acordo com a reivindicação 1.

42. Peça de metal oca caracterizada por ser formada pelo perfurador de acordo com a reivindicação 5.

43. Peça de metal oca caracterizada por ser formada pelo perfurador de acordo com a reivindicação 14.

44. Peça de metal oca, caracterizada pelo fato de compreender: um corpo de metal oco que possui orifícios de entrada e saída opostos, o orifício de entrada sendo maior do que o orifício de saída, o corpo de metal oco incluindo: uma porção de borda laminada que se estende em torno do orifício de entrada, a porção de borda laminada estendendo-se na direção do interior da peça; um par de aparas retidas secundárias unidas ao longo de uma borda da porção de borda laminada, as aparas estando situadas em lados opostos da porção de borda laminada; e uma primeira apara retida unida ao longo de uma borda de uma das aparas retidas secundárias.

45. Peça de metal oca, de acordo com a reivindicação -44, caracterizada pelo fato de uma razão de tamanho de orifício do orifício de entrada para o orifício de saída ser maior do que 1,3:1.

46. Peça de metal oca, de acordo com a reivindicação -44, caracterizada pelo fato de uma razão de tamanho de orifício do orifício de entrada para o orifício de saída estar entre 1,3:1 e 3:1.

47. Peça de metal oca, de acordo com a reivindicação -44, caracterizada pelo fato dos orifícios de entrada e saída serem circulares.

48. Peça de metal oca, de acordo com a reivindicação -47, caracterizada pelo fato da primeira apara retida ser normalmente circular, as aparas retidas secundárias sendo meio-cilíndricas em formato.