BRPI1001390A2

BRPI1001390A2 - mÉtodo de formar corpo oco com flange

Info

Publication number: BRPI1001390A2
Application number: BRPI1001390-3A
Authority: BR
Inventors: Tom L Bestard; Ghafoor Khodayari; Martin L Bliss
Original assignee: Vari Form Inc
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-07-26
Also published as: US20100206035A1; CA2693252C; GB2467849A; GB2467849B; CA2693252A1; GB201002524D0; JP2010188420A; US9302307B2; DE102010000415A1

Abstract

<B>MÉTODO DE FORMAR CORPO OCO COM FLANGE.<D>Um método de formar um corpo oco tendo um flange oco pode incluir executar um processo de hidroformação em um modelo tubular. O modelo tubular pode ser deformado e moldado para formar o corpo oco e o flange oco. Processos subsequentes podem ser realizados no flange oco como um processo de achatamento pelo qual superfícies internas confrontantes do flange oco são unidas para se encostarem uma a outra e formar um flange plano.

Description

MÉTODO DE FORMAR CORPO OCO COM FLANGE

Referência a Pedido Copendente

O presente pedido reivindica o benefício de eincorpora a título de referência na íntegra, Provisionalnorte-americano número de série 61/152.870 depositado em 16de fevereiro de 2009.

Campo Técnico

A presente invenção refere-se genericamente a formaçãode corpos ocos, e mais particularmente à formação de corposocos com flanges.

Antecedentes

Corpos ocos de perfis em seção transversalrelativamente complexos são comumente moldados de modelostubulares por um processo de hidroformação. Em talprocesso, um modelo tubular é colocado entre um par dematrizes que casam com o formato desejado de um produtofinal, as matrizes são fechadas, e uma pressão hidráulicainterna é desenvolvida dentro do modelo tubular para fazercom que o modelo tubular assuma o formato das matrizes.Flanges são às vezes formados com os corpos ocos como partedo processo de hidroformação. Em alguns casos, entretanto,a formação dos flanges causa rachaduras ou outrosvazamentos para os corpos ocos associados que, por sua vez,faz com que o processo de hidroformação falhe.

Sumário da Invenção

Pelo menos em uma implementação, um método de formarum corpo oco com um flange pode incluir a provisão de ummodelo tubular. O método também pode incluir a colocação domodelo tubular entre uma primeira metade da matriz e umasegunda metade da matriz. A primeira e a segunda metades dematriz podem ter uma porção de cavidade de formação decorpo e uma porção de cavidade de formação de f lange. 0método pode incluir ainda aplicação de uma pressãohidráulica interna no modelo tubular. 0 método pode incluirfechar a primeira e a segunda metades de matriz no modelotubular pelo que as porções de cavidade de formação decorpo podem formar o corpo oco e as porções de cavidade deformação de flange podem formar um flange oco que podeestender a partir do corpo oco. 0 método pode incluirtambém a abertura da primeira e segunda metades de matriz,e retirar o corpo oco e o flange oco para fora da primeirae segunda metades de matriz. O método pode incluir aindaachatar o flange oco pelo que superfícies internasconfrontantes do flange oco podem ser unidas e podeencostar uma com outra para formar um flange plano.

Pelo menos em uma implementação, um método de formarum corpo oco tendo um flange oco pode incluir a provisão deum modelo tubular. O método pode incluir também a colocaçãodo modelo tubular entre uma primeira metade de matriz esegunda metade de matriz. Cada uma da primeira e segundametades de matriz pode ter uma porção de cavidade deformação de corpo e uma porção de cavidade de formação deflange. O método pode incluir ainda a aplicação de umapressão hidráulica interna no modelo tubular. 0 método podeincluir fechar a primeira e segunda metades de matriz nomodelo tubular pelo que as porções de cavidade de formaçãode corpo podem formar o corpo oco e as porções de cavidadede formação de flange podem formar um flange oco que podeestender a partir do corpo oco. 0 método pode incluirtambém abrir a primeira e segunda metades de matriz eretirar o corpo oco e o flange oco para fora da primeira esegunda metades de matriz. 0 corpo oco pode definir umprimeiro espaço oco e o flange oco pode definir um segundoespaço oco. Os primeiro e segundo espaços ocos podem serseparados por uma interface de encontro pelo quesuperfícies internas confrontantes do modelo tubular podemser unidas pela primeira e segunda metades de matriz epodem entrar em contato uma com outra na interface deencontro.

Pelo menos em uma implementação, um método de formarum corpo oco tendo um flange oco pode incluir a provisão deum modelo tubular e executar um processo de hidroformaçãono modelo tubular. 0 processo de hidroformação pode formaro corpo oco e o flange oco. Um raio de flexão de umaextremidade externa do flange oco pode ser maior do queaproximadamente duas vezes a espessura de uma parede domodelo tubular no flange oco, e pode ser menor do queaproximadamente seis vezes a espessura da parede do modelotubular no flange oco.

Breve Descrição dos Desenhos

A seguinte descrição detalhada de modalidadespreferidas e melhor modo serão expostos com referência aosdesenhos em anexo, nos quais:

A figura 1 é uma vista lateral de uma modalidadeexemplar de um modelo tubular;

A figura 2 é uma vista em seção transversal que mostrao modelo tubular da figura 1 colocado entre uma primeira esegunda metades de matriz;

A figura 3 é uma vista em seção transversal que mostraa primeira e segunda metades no meio de fechamento;A figura 4 é uma vista em seção transversal que mostraa primeira e a segunda metades, completamente fechadas, eantes que uma pressão hidráulica interna aumentada sejaaplicada ao modelo tubular;

A figura 5 é uma vista em seção transversal que mostraa primeira e segunda metades de matriz, totalmentefechadas, e após a pressão hidráulica interna aumentada seraplicada ao modelo tubular;

A figura 6 é uma vista em seção transversal de umestágio inicial de um processo de cunhagem exemplar;

A figura 7 é uma vista em seção transversal de umestágio subsequente do processo de cunhagem da figura 6;

A figura 8 é uma vista em seção transversal de umprocesso de soldagem exemplar;

A figura 9 é uma vista em seção transversal de umprocesso de cisalhamento exemplar; e

A figura 10 é uma vista em seção transversal de umamodalidade exemplar de um corpo oco com um flange.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

Com referência em mais detalhe aos desenhos, umamodalidade exemplar de um modelo tubular 10 é moldada porum processo de hidroformação em um corpo oco 12 tendo umflange 14. Processos de trabalho em metal adicionais podemser realizados para formar o corpo oco 12 e flange 14 em umproduto final desejado como um componente automotivo comoum reforço de porta com um flange para montagem de tiras devedação e/ou outros componentes, por exemplo.

Evidentemente, outras aplicações e outros componentes sãopossíveis.

Com referência à figura 1, o modelo tubular 10 podeter uma seção transversal circular, pode ser cortado em umtamanho desejado, e pode ser flexionado em um formatogeralmente em L, mediante flexão por mandril; flexão porestiramento; ou outro processo de flexão apropriado. 0modelo tubular 10 pode ter outros formatos e tamanhos; porexemplo, o modelo tubular não necessita ser no formato de Le não necessita ser flexionado de modo algum. O modelotubular 10 pode ser composto de um material de altaresistência, uniforme como, porém não limitado a, um aço dotipo 780 de Fase dual (DP) , um aço do tipo 980 DP, ou umaço de classe de resistência à tração final de 580 MPa;tais aços podem ter alongamentos relativamente baixosmenores, do que 20 por cento e podem vincar, rachar ou deoutro modo vazar quando uma porção do material é dobradaplana contra si própria. Em uma modalidade exemplar, omodelo tubular 10 é formado no produto final desejado porum processo de hidroformação, e pode ser adicionalmenteformado por um processo de achatamento, um processo desoldagem e um processo de corte. Embora esses processossejam descritos em uma ordem específica e com etapasespecíficas, os processos podem ser realizados emdiferentes ordens e com etapas diferentes. Por exemplo, oprocesso de corte pode ser realizado antes do processo desoldagem. E realmente nem todos os processos necessitam serrealizados.

O processo de hidroformação coloca o modelo tubular 10em um formato diferente de perfil em seção transversalcomparativamente complexo. 0 processo de hidroformação podeser um processo de hidroformação denominado de seqüência depressão, ou pode ser de outro tipo. Com referência à figura2, em uma primeira etapa o modelo tubular 10 é posicionadoem uma máquina de hidroformação e colocado entre umaprimeira metade de matriz aberta 16 e segunda metade dematriz 18. A primeira metade de matriz 16 tem uma primeiracavidade de formação de corpo 20 e uma primeira cavidade deformação de flange 22, e a segunda metade de matriz 18 temuma segunda cavidade de formação de corpo 24 e uma segundacavidade de formação de flange 26. Quando a primeira esegunda metades de matriz 16, 18 são unidas e totalmentefechadas, a primeira e segunda cavidade de formação decorpo 20, 24 casam com o formato do corpo oco 12, e aprimeira e segunda cavidade de formação de flange 22, 26casam com o formato do flange 14. A primeira e segundacavidade de formação de corpo 20, 24 e a primeira e segundacavidade de formação de flange 22, 26 podem ter formatos etamanhos diferentes do que mostrados e descritos aqui.

Com referência a figura 3, as extremidades de ummodelo tubular 10 podem ser vedadas e uma pressãohidráulica interna pode ser aplicada dentro do modelotubular 10. A pressão hidráulica interna pode ser um valorque suporta o modelo tubular 10 contra colapso e/oudeformação à medida que as metades de matriz sãoprogressivamente fechadas enquanto permite que o modelotubular seja deformado e moldado; em um exemplo a pressãohidráulica interna pode ser aproximadamente 1.000 psi,embora outros valores de pressão sejam possíveis. Aprimeira e a segunda metades de matriz 16, 18 podem serunidas e progressivamente fechadas (figura 3 mostra umaposição parcialmente fechada) e o modelo tubular 10 podeser por sua vez progressivamente deformado e moldado. Emexemplos diferentes, a pressão hidráulica interna podepermanecer igual ou pode ser progressivamente aumentada àmedida que a primeira e segunda metades de matriz 16, 18são unidas. Em uma modalidade, uma válvula de alivio depressão (não mostrada) pode ser equipada nas vedaçõesextremas do modelo tubular 10.

Com referência à figura 4, a primeira e a segundametades de matriz 16, 18 são totalmente fechadas. O modelotubular 10 pode ter agora o corpo oco 12 e o flange 14 emum estado oco. O flange oco 14 tem uma primeira parede deflange 30 e uma segunda parede de flange oposta 32 quepodem ser fechadas ou apertadas juntas pela primeira esegunda cavidade de formação de f lange 22, 26 em umainterface de encontro 34 para definir pelo menos um espaçooco 28. Em uma modalidade, as paredes de flange 30, 32 nãofazem contato entre si em nenhum outro lugar. O espaço oco28 é separado pela interface de encontro 34 de um espaçooco 36, definido pelo corpo oco 12. A profundidade de cadadas primeira e segunda cavidade de formação de flange 22,26 adjacente à interface de encontro 34 com relação a umalinha de divisão A pode ser aproximadamente igual àespessura de uma parede do modelo tubular 10 no mesmo. Aocontrário, a profundidade de cada das primeira e segundacavidade de formação de flange 22, 26 nas posiçõesdiferentes de na interface de encontro 34 pode ser maior doque a espessura de parede do modelo tubular 10. Aprofundidade nas outras posições pode ser aproximadamentequatro vezes a espessura da parede e pode variar entreaproximadamente duas vezes a espessura da parede e seisvezes a espessura da parede. Um canto externo de raio emuma extremidade externa 37 do f lange oco 14 e nas outrascurvas formado no modelo tubular 10 pode medir mais do queaproximadamente duas vezes a espessura da parede e menos doque aproximadamente seis vezes a espessura da parede (essasrelações se referem ao estado do flange oco como mostradona figura 4) . Em uma modalidade, o canto externo de raio(isto é, raio de curva) pode produzir uma razão de canto deraio para espessura de parede entre aproximadamente 2:1 e6:1. Permanecer nessas relações pode evitar a criação de umvinco, rachadura ou outro vazamento na extremidade externa37. As espessuras de parede de exemplo incluem 0,8 mm e 2,0mm, dando correspondência aos raios de curva de 1,6 mm paraa relação de 2:1, e 12,00 para a relação de 6:1. Outrasespessuras de parede e raios de curva correspondentes sãoevidentemente possíveis.

Com referência à figura 5, enquanto a primeira e asegunda metades de matriz 16, 18 são mantidas totalmentefechadas, a pressão hidráulica interna pode ser aumentadaem valor dentro do corpo oco na maior parte formado 12 parafazer com que o corpo se conforme ao formato da primeira esegunda metades de matriz 16, 18. A pressão hidráulicainterna aumentada pode ser um valor que força as paredes domodelo tubular 10 contra a primeira e segunda metades dematriz 16, 18 e/ou pode ser um valor que suporta o modelocontra colapso ou deformação indesejável à medida que furossão perfurados no modelo; em um exemplo a pressãohidráulica interna aumentada pode ser aproximadamente10.000 psi, embora outros valores de pressão sejampossíveis. A pressão hidráulica interna aumentada pode serentão cessada, a primeira e segunda metades de matriz 16,18 podem ser abertas, e o corpo oco de uma peça 12 comflange oco 14 pode ser removido. Nesse processo dehidroformação exemplar, a pressão hidráulica interna podeser fornecida em um nível tal que uma seção transversal domodelo tubular não seja expandida. Em outras palavras, aespessura das paredes do modelo tubular não é afinada emnenhum modo apreciável (exceto que é possível ter uma leveexpansão em áreas locais de flexão), e em vez disso somenteo formato da seção transversal é modificado (isto é,deformado), como pelas forças compressivas fornecidas nomodelo tubular pelas metades de matriz durante o processo,enquanto o comprimento de perímetro das paredes em seçãotransversal não muda. Nesse exemplo, a pressão hidráulicainterna é insuficiente para expandir o modelo tubular e, emum sentido, a pressão hidráulica atua como um mandrildurante o processo de hidroformação. Evidentemente, emoutros processos de hidroformação exemplares, o modelotubular poderia ser expandido.

O processo de achatamento forma o flange oco 14 noflange plano (figura 7) . O corpo oco 12 e flange oco 14podem ser transportados para longe da máquina dehidroformação e para uma máquina separada para o processode achatamento. O processo de achatamento pode ser umprocesso de trabalho em metal que forma o flange oco 14 noflange plano de tal modo que superfícies internasconfrontantes 38, 40 da primeira e segunda parede de flange30, 32 são unidas para se encostarem uma a outra ao longode seus respectivos comprimentos. Com referência à figura6, em uma modalidade exemplar o processo de achatamento éum processo de cunhagem. 0 corpo oco 12 pode ser montado oude outro modo retido em uma máquina de cunhagem 42 com oflange oco 14 localizado em uma matriz estacionária 44. Comreferência à figura 7, uma matriz de cunhagem 46 atinge umlado do flange oco 14 e achata o flange e fecha o espaçooco 28 para formar o flange plano. A matriz de cunhagem 46pode ser retraída e o corpo oco 12 com flange plano 14 podeser removido. Dependendo do material do modelo tubular 10,durante o processo de achatamento o flange 14, o corpo oco12, ou ambos, pode desenvolver rachaduras que não afetam aintegridade estrutural do corpo oco e/ou flange, porém quepoderiam ter afetado adversamente o processo dehidroformação se desenvolvesse durante aquele processo.Como o processo de achatamento é executado após o processode hidroformação, quaisquer rachaduras em potencial nãoafetam o processo de hidroformação. Evidentemente,rachaduras podem não se desenvolver. Outros processos deachatamento são possíveis.

0 processo de soldagem une a primeira e segunda paredede flange 30, 32 juntas e reforça o flange plano 14. 0corpo oco 12 e flange plano 14 podem ser transportados paralonge da máquina de achatamento e para uma máquina desoldagem separada para o processo de soldagem. Comreferência à figura 8, em uma modalidade exemplar oprocesso de soldagem é um processo de soldagem por pontos.

0 corpo oco 12 pode ser montado ou de outro modo retido como flange plano 14 localizado entre um primeiro eletrodo desoldagem 4 8 e um segundo eletrodo de soldagem 50. Osprimeiro e segundo eletrodos de soldagem 48, 50 se juntamno flange plano 14 para unir a primeira e segunda parede deflange 30, 32 juntas. Outros processos de soldagem sãopossíveis.

O processo de corte remove uma extremidade terminal 52do f lange plano 14 para fora do flange e produz uma bordamais curta no mesmo. 0 corpo oco 12 e o flange plano 14podem ser transportados para longe da máquina de soldagem epara uma máquina de corte separada para o processo decorte. Com referência à figura 9, em uma modalidadeexemplar o processo de corte é um processo de cisalhamento.

O corpo oco 12 pode ser montado ou de outro modo retido emPIO uma máquina de cisalhamento 54 com o flange plano 14localizado em uma lâmina fixa 56. Uma lâmina móvel 58 descesobre a extremidade terminal 52 e cisalha a extremidade doflange plano 14. Outros processos de corte são possíveis.

Depois de removido da máquina de corte, o corpo oco 12e flange plano 14 estão pelo menos na maior parte completoscomo mostrado por um perfil em seção transversal do produtofinal desejado da figura 10. Em alguns casos, processossubsequentes adicionais podem ser executados. Por exemplo,trabalho em metal e modelagem, adicionais, podem serexecutados no corpo oco 12, no flange plano 14 ou em ambos,dependendo da aplicação do produto final desejado. Alémdisso, o produto final desejado não tem necessariamente operfil em seção transversal da figura 10 em toda suaextensão; por exemplo, pode haver porções do produto finaldesejado que não tenham o flange plano 14 e em vez dissosomente tem o corpo oco 12, e pode haver porções do flangeplano 14 que estendem a uma distância do corpo oco mais oumenos distante do que outras porções do flange plano.

Embora as formas da invenção aqui reveladas constituammodalidades atualmente preferidas, muitas outras sãopossíveis. Não se pretende mencionar aqui todas as formasequivalentes possíveis ou ramificações da invenção.Entende-se que os termos aqui usados são meramentedescritivos, em vez de limitadores, e que várias alteraçõespodem ser feitas sem se afastar do espírito ou escopo dainvenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de formar um corpo oco com um f lange, ométodo sendo caracterizado por compreender:fornecer um modelo tubular;colocar o modelo tubular entre uma primeira metade dematriz e uma segunda metade de matriz, cada uma da primeirae segunda metades de matriz tendo uma porção de cavidade deformação de corpo e uma porção de cavidade de formação deflange;aplicar uma pressão hidráulica interna no modelotubular;fechar a primeira e a segunda metades de matriz nomodelo tubular pelo que as porções de cavidade de formaçãode corpo formam o corpo oco e as porções de cavidade deformação de flange formam um flange oco que se estende apartir do corpo oco;abrir a primeira e segunda metades de matriz;remover o corpo oco e o flange oco para fora daprimeira e segunda metades de matriz; eachatar o flange oco pelo que superfícies internasconfrontantes do flange oco são unidas para se encostaremuma a outra e formar um flange plano.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o achatamento do flange ococompreende a cunhagem do flange oco pelo que superfíciesinternas confrontantes do flange oco são unidas para seencostarem uma a outra e formar o flange plano.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende ainda soldarjuntas as superfícies internas de encontro do flange plano.

4. Método, de acordo cora a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que compreende ainda cortar umaextremidade terminal do flange plano.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o corte da extremidadeterminal compreende cisalhar a extremidade terminal doflange plano.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o flange oco tem um espaçooco definido em parte pelas superfícies internas separadasdo flange oco e por uma interface de encontro pela qual assuperfícies internas se juntam e entram em contato uma comoutra.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a profundidade de cada umade uma primeira e segunda porção de cavidade de formação deflange na interface de encontro com relação a uma linha dedivisão A da primeira e segunda metades de matriz éaproximadamente igual à espessura de uma parede do modelotubular na interface de encontro.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que um raio de curva de umaextremidade externa do flange oco é maior do queaproximadamente duas vezes a espessura de uma parede domodelo tubular no flange oco, e é menor do queaproximadamente seis vezes a espessura da parede do modelotubular no flange oco.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o modelo tubular é compostode um aço de alta resistência.

10. Método de formar um corpo oco tendo um flange oco,o método caracterizado por compreender:fornecer um modelo tubular;colocar o modelo tubular entre uma primeira metade dematriz e uma segunda metade de matriz, cada uma da primeirae segunda metades de matriz tendo uma porção de cavidade deformação de corpo e uma porção de cavidade de formação deflange;aplicar uma pressão hidráulica interna ao modelotubular;fechar a primeira e segunda metades de matriz nomodelo tubular pelo que as porções de cavidade de formaçãode corpo formam o corpo oco e as porções de cavidade deformação de flange formam um flange oco que se estende docorpo oco;abrir a primeira e segunda metades de matriz; eremover o corpo oco e flange oco para fora da primeirae segunda metades de matriz, o corpo oco definindo umprimeiro espaço oco e o flange oco definindo um segundoespaço oco, os primeiro e segundo espaços ocos sendoseparados por uma interface de encontro pelo quesuperfícies internas confrontantes do modelo tubular sãounidas pela primeira e segunda metades de matriz e entramem contato uma com outra na interface de encontro.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que a profundidade de cada umade uma primeira e segunda porção de cavidade de formação deflange na interface de encontro com relação a uma linha dedivisão A da primeira e segunda metades de matriz éaproximadamente igual à espessura de uma parede do modelotubular na interface de encontro.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que um raio de curva de umaextremidade externa do flange oco é maior do queaproximadamente duas vezes a espessura de uma parede domodelo tubular no f lange oco, e é menor do queaproximadamente seis vezes a espessura da parede do modelotubular no flange oco.

13. Método de formar um corpo oco tendo um flange oco,caracterizado por compreender:fornecer um modelo tubular; eexecutar um processo de hidroformação no modelotubular para formar o corpo oco e o flange oco, em que umraio de curva de uma extremidade eterna do flange oco émaior do que aproximadamente duas vezes a espessura de umaparede do modelo tubular no flange oco, e é menor do queaproximadamente seis vezes a espessura da parede do modelotubular no flange oco.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que o processo de hidrof ormaçãoenvolve somente deformar o modelo tubular e não envolveexpandir o modelo tubular.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que o modelo tubular é compostode um aço de alta resistência.

16. Método, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que o corpo oco define umprimeiro espaço oco e o flange oco define um segundo espaçooco, os primeiro e segundo espaços ocos sendo separados poruma interface de encontro na qual superfícies internasconfrontantes do modelo tubular são unidas pela primeirasegunda metades de matriz que entram em contato uma comoutra na interface de encontro.