ES2197980T3

ES2197980T3 - Procedimiento de fabricacion de una pieza hueca de revolucion.

Info

Publication number: ES2197980T3
Application number: ES97402538T
Authority: ES
Inventors: Frederic Bernard
Original assignee: European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 2004-01-16
Anticipated expiration: 2017-10-27
Also published as: DE69722129D1; DE69722129T2; EP0839593A1; ATE240799T1; FR2755044B1; FR2755044A1; EP0839593B1

Abstract

PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE PIEZAS HUECAS DE REVOLUCION, POR FLUOTORNEADO, Y PIEZA OBTENIDA CON DICHO PROCEDIMIENTO. UNA PIEZA HUECA DE REVOLUCION, DE GROSOR REGULARMENTE EVOLUTIVO, SE FABRICA POR FLUOTORNEADO A PARTIR DE UN PREMOLDE (10), QUE COMPRENDE POR LO MENOS UNA PARTE TUBULAR (12) EN LA QUE CADA UNO DE LOS SEGMENTOS ELEMENTALES PRESENTA UN GROSOR SENSIBLEMENTE IGUAL AL DE UN SEGMENTO ELEMENTAL CORRESPONDIENTE DE LA PIEZA A FABRICAR, MULTIPLICADO POR UN COEFICIENTE CONSTANTE. EL FLUOTORNEADO DE LA PARTE TUBULAR (12) TIENE POR OBJETO A CONTINUACION IR DISMINUYENDO EL GROSOR CON ARREGLO A UN INDICE DE REDUCCION UNIFORME. SE OBTIENEN ASI CARACTERISTICAS MECANICAS DEL MATERIAL DE LA PIEZA REGULARES Y HOMOGENEAS, OPTIMIZANDOSE LA FORMA, EL GROSOR Y LA MASA DE LA PIEZA.

Description

Procedimiento de fabricación de una pieza hueca de revolución.

Campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento que permite fabricar, por fluotorneado, una pieza hueca de revolución que presenta un espesor evolutivo de manera regular sobre al menos una parte de su longitud.

El procedimiento según la invención puede ser utilizado para fabricar cualquier pieza hueca de revolución cuyo espesor sea evolutivo de manera regular sobre al menos una parte de su longitud, y cuyas características de resistencia mecánica deben ser regulares y homogéneas. A título de ejemplos no limitativos, este procedimiento se aplica a la fabricación de elementos estructurales tales como las barras o las bielas de suspensión o de torsión de alta resistencia mecánica, los depósitos de fluido, los acumuladores de alta presión, etc., utilizables especialmente en las industrias aeronáutica y espacial.

Estado de la técnica

La técnica del fluotorneado se utiliza normalmente para fabricar piezas huecas de revolución, de metal o de aleación metálica, que presentan una longitud relativamente grande, y una pared relativamente delgada.

Según esta técnica se fabrica, por ejemplo por forjado, una preforma cilíndrica hueca en la que el volumen de material es igual al de la pieza que se ha de fabricar, pero que es mucho más corta y mucho más gruesa que esta última. La preforma se coloca en un mandril cuyo contorno corresponde al perfil interior de la pieza que se ha de fabricar, y aquella se deforma con al menos una moleta, en el transcurso de una o varias pasadas, en una máquina de fluotornear. De manea más precisa, la rotación de la preforma combinada con el avance longitudinal de las moletas, entraña una disminución del espesor de la preforma y un aumento de su longitud, por fluencia del metal sobre el mandril.

La utilización de la técnica de fluotorneado se traduce en un direccionamiento de la fibra y un endurecimiento por conformación en frío del metal. La importancia de este endurecimiento por conformación en frío está condicionada directamente por un factor conocido como ``índice de reducción'', que corresponde a la relación entre el espesor inicial de la preforma y el espesor final de la pieza fluotorneada.

Según ilustran, en especial, los documentos FR-A-2 668 085, EP-A-0 410 884 y FR-A-2 632 551, la técnica del fluotorneado se utiliza por lo general para fabricar depósitos de fluido, acumuladores, generadores de gas, o botellas de alta presión con estructura metálica. Tales piezas presentan siempre una o varias secciones perfectamente cilíndricas, pero espesores diferentes, uno o dos fondos semiesféricos, así como bridas. Los fondos semiesféricos y las bridas se obtienen por mecanización durante la fabricación de la preforma, o se añaden por soldadura. En los dos casos, el fluotorneado se utiliza para obtener la, o las secciones cilíndricas de espesores diferentes, a partir de una preforma de espesor constante. Por consiguiente, el índice de reducción de la parte fluotorneada de la pieza varía según los diferentes espesores de ésta. El endurecimiento por conformación en frío del metal es, por tanto, igualmente variable de un extremo al otro de la sección fluotorneada, lo que se traduce en comportamientos mecánicos heterogéneos de la pieza obtenida.

Por otra parte, se conoce el hecho de fabricar piezas cilíndricas huecas tales como depósitos o propulsores por laminación y soldadura de chapas de espesor uniforme. Sin embargo, esta técnica de fabricación es técnicamente más compleja y más larga de llevar a cabo que la técnica de fluotorneado. En efecto, las operaciones de soldadura deben ir seguidas de controles radiográficos, completados posteriormente por una sucesión de mecanizados. Además, la utilización de chapas de espesor uniforme no permite optimizar la masa, el perfil y el coste de la pieza obtenida.

Por otra parte, las piezas huecas alargadas tales como las barras de torsión o de suspensión metálicas, se realizan por lo general, hasta ahora, por forjado y mecanización de un tubo, en cuyos extremos se sueldan dos chapas mecanizadas por separado. Esta técnica tiene el inconveniente de necesitar la provisión de tubos de igual longitud que las barras, lo que tiene como consecuencia que el metal que forma la pieza no está ni endurecido por conformación en frío, ni dotado de un direccionamiento de fibra cualquiera. Además, se hacen necesarias dos soldaduras para la obtención de la pieza. Por otro lado, las chapas son mecanizadas después del control y la soldadura en los extremos del tubo. Por último, la utilización de tubos de espesor uniforme no permite optimizar la masa y el perfil más que a condición de efectuar un mecanizado largo y costoso.

El documento DE-A-3 440 630, describe la fabricación por fluotorneado en dos pasadas sucesivas, de una caja que presenta un espesor uniforme y una dureza evolutiva.

El documento US-A-3 055 327 describe la fabricación por repujado de una copela cónica de espesor variable, a partir de una pieza bruta en forma de disco.

Por último, el documento US-A-1 966 713 describe la fabricación de un recipiente en forma de tonel, mediante ensamblado borde a borde de elementos realizados anteriormente por fluotorneado.

Exposición de la invención

La invención tiene principalmente por objeto un procedimiento que permite fabricar una pieza hueca de revolución, de espesor evolutivo, cuyas características mecánicas son homogéneas y óptimas en toda su longitud, para una masa, un perfil y un coste optimizados, contrariamente a las piezas fabricas mediante las técnicas conocidas.

Según la invención, este resultado se obtiene por medio de un procedimiento de fabricación de una pieza hueca de revolución, de espesor evolutivo, que se caracteriza por el hecho de que comprende las etapas siguientes:

- preparación de una preforma relativamente corta y espesa con relación a la pieza que se ha de fabricar, presentando esta preforma, en al menos una parte de su longitud, un espesor evolutivo, de tal modo que el espesor de cada tramo elemental de esta parte de la preforma sea sensiblemente igual al espesor de un tramo elemental correspondiente de la pieza que se ha de fabricar, multiplicado por un coeficiente constante, y

- reducción del espesor de la preforma, al menos en la citada parte de su longitud, por fluotorneado, según un índice de reducción uniforme, igual a la inversa de dicho coeficiente.

Cuando la pieza que se ha de fabricar comprende un fondo en cada uno de sus extremos, se preparan ventajosamente dos preformas que comprenden, cada una de ellas, una parte tubular de espesor evolutivo, y un fondo que cierra esta parte por un extremo. A continuación se reduce, por fluotorneado, el espesor de la parte tubular de cada una de las preformas, y después se sueldan, extremo con extremo, las partes tubulares por sus extremos opuestos a los fondos. Se debe apreciar que la expresión ``parte tubular'' designa indistintamente una parte cilíndrica, una parte cónica, o una parte de revolución de forma más compleja, cuya generatriz está curvada al menos en parte.

Para fabricar una pieza que comprende dos fondos, se utilizan ventajosamente dos preformas idénticas.

En una forma de realización preferente, pero no limitativa, de la invención, se utilizan dos preformas que comprenden, cada una de ellas, una parte tubular cuyo espesor disminuye de forma regular al avanzar hacia el fondo.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se va a describir, a título de ejemplo no limitativo, una forma de realización preferente de la invención, con referencia a los dibujos anexos, en los que:

La figura 1 es una vista en corte longitudinal que representa una preforma cuya elaboración constituye la primera etapa del procedimiento según la invención, estando esta preforma destinada a la fabricación de una barra de suspensión;

La figura 2 es una vista en corte longitudinal que representa, a menor escala, la pieza obtenida a partir de la preforma de la figura 1, después de su paso por una máquina de fluotornear, y

La figura 3 es una vista en corte longitudinal comparable a las figuras 1 y 2 que representa, aún a menor escala, la barra de suspensión obtenida soldando, extremo con extremo, dos piezas idénticas, tales como las representadas en la figura 2.

Exposición detallada de una forma de realización preferente

En la figura 1 se ha representado una preforma 10 destinada a la fabricación posterior de una barra de suspensión. Es importante observar que esta aplicación no se da más que a título de ejemplo, pudiendo ser utilizado el procedimiento según la invención en todos aquellos casos en los que se desee poder fabricar una pieza metálica hueca de revolución que presente un espesor evolutivo, relativamente débil, y una gran longitud en comparación con este espesor. Así, el procedimiento según la invención puede ser utilizado también para fabricar en particular barras de torsión, depósitos, acumuladores, generadores de gas, botellas de alta presión, etc., con un metal del tipo del acero, un metal ligero, o cualquier otro.

La preforma 10 se prepara según las técnicas clásicas previas al fluotorneado, en particular por forjado y después por mecanización parcial o total. Se pueden utilizar, no obstante, otras técnicas de preparación sin apartarse del marco de la invención.

La preforma 10 comprende esencialmente una parte tubular 12, así como un fondo 14 que cierra la parte 12 tubular por uno de sus extremos. La preparación de la preforma 10 es tal que la parte 12 tubular y el fondo 14 se realizan en una sola pieza.

La forma y las dimensiones del fondo 14 de la preforma 10 son idénticas a las del extremo de la barra de suspensión que se desea fabricar. De forma más general, características tales como la forma y las dimensiones del fondo de la preforma son las mismas que las de la pieza que se ha de fabricar. Por consiguiente, estas características dependen esencialmente de la naturaleza de la pieza que se desea fabricar. El fondo 14 puede presentar, por lo tanto, unas formas y unas dimensiones muy diferentes de una pieza a otra, sin apartarse del alcance de la invención.

De acuerdo con la invención, la parte 12 tubular de la preforma 10 presenta por el contrario características muy precisas, diferentes de las de la parte tubular de la pieza que se ha de fabricar, pero que dependen directamente de las características de esta última parte.

De forma más precisa, la parte tubular 12 de la preforma 10 presenta una longitud L relativamente corta con relación a la de la parte tubular de la pieza que se ha de fabricar, y un espesor evolutivo de forma regular desde un extremo al otro, y superior al de la pieza que se desea fabricar. El carácter más corto y más espeso de la parte tubular de la preforma 10 con relación a la parte tubular de la pieza que se ha de fabricar, es una característica habitual cuando se utiliza la técnica de fluotorneado. Por el contrario, el carácter regularmente evolutivo del espesor de esta parte tubular 12 de la preforma 10, constituye una característica original específica de la invención.

De manera más precisa, en la forma de realización ilustrada en la figura 1, el espesor de la parte 12 tubular de la preforma 10 aumenta de manera regular desde un valor e1 hasta un valor e2, al alejarse del fondo 14 de la preforma. Los valores e1 y e2 del espesor se determinan con precisión, en función de los espesores de la parte tubular de la pieza que se ha de fabricar, con el fin de que el espesor de cada tramo elemental de la parte tubular 12 sea sensiblemente igual al espesor de un tramo elemental correspondiente de la parte tubular de la pieza que se ha de fabricar, multiplicado por un coeficiente constante.

Por otra parte, y de manera convencional cuando se utiliza la técnica de fluotorneado, el diámetro interior de la parte tubular 12 de la preforma 10 es idéntico al de la parte tubular de la pieza que se ha de fabricar. En el ejemplo ilustrado en las figuras, que se refiere a la fabricación de una pieza cuya parte tubular es cilíndrica, este diámetro interior es constante de un extremo a otro de la parte tubular 12.

A título de ejemplo únicamente ilustrativo y en ningún caso limitativo de la invención, la longitud L puede ser de alrededor de 150 mm, siendo entonces los espesores e1 y e2 iguales a alrededor de 4,5 mm y 7,5 mm, respectivamente.

La preforma 10 ilustrada en la figura 1, se somete así a una operación de fluotorneado que permite transformar, en una o varias pasadas, la pieza bruta 10 en una pieza 16 tal como la que se ha ilustrado en la figura 2. La pieza 16 así obtenida comprende el fondo 14, cuya forma y dimensiones se mantienen sin cambio con relación a las de la pieza bruta, y una parte tubular 18 obtenida por fluotorneado de la parte 12 tubular de la pieza bruta.

La parte tubular 18 de la pieza 16 presenta una longitud L' muy superior a la longitud L de la parte tubular 12 de la pieza bruta, y un espesor sensiblemente reducido con relación al de esta parte tubular 12.

De manera más precisa, de acuerdo con la invención, la parte tubular 18 de la pieza 16 presenta también un espesor regularmente evolutivo de un extremo al otro. Este espesor regularmente evolutivo de la parte tubular 18 de la pieza 16 se obtiene, durante el fluotorneado, reduciendo el espesor de la parte tubular 12 de la preforma 10 según un índice de reducción uniforme, de un extremo al otro de esta parte tubular. Este índice de reducción uniforme es igual al inverso del coeficiente que ha servido inicialmente para determinar el espesor de cada tramo elemental de la parte tubular 12 de la preforma, multiplicando por este coeficiente el espesor de un tramo elemental correspondiente de la pieza que se ha de fabricar.

Gracias a esta característica, resulta posible fabricar una pieza hueca de revolución cuyo espesor evoluciona de forma continua desde un extremo al otro, de acuerdo con las exigencias de resistencia mecánica impuestas a la pieza, sin que ésta presente características mecánicas heterogéneas de un extremo al otro. En efecto, debido a que el índice de reducción es uniforme en toda la longitud de la parte tubular 18 de la pieza 16, el endurecimiento por conformación en frío generado por el fluotorneado, es prácticamente constante en toda la longitud de la pieza, y los rendimientos mecánicos de esta última pueden ser homogéneos y óptimos.

En el ejemplo numérico dado anteriormente, a título únicamente ilustrativo, la parte 18 tubular de la pieza 16 obtenida tras el fluotorneado, a partir de la preforma 10, puede presentar en particular una longitud L' de alrededor de 240 mm, un espesor e'1 de alrededor de 1,5 mm por su extremo lindante con el fondo 14, y un espesor e'2 de alrededor de 2,5 mm por su extremo abierto. El índice de reducción uniforme es, en este caso, de 0,33.

Según se ha ilustrado en la figura 3, se pueden utilizar dos piezas 16 idénticas para fabricar una barra de suspensión 20. Las dos piezas 16 se sueldan entonces extremo con extremo, según una línea de soldadura 22, por los extremos abiertos de sus partes tubulares 18.

De este modo, se realiza una pieza hueca de revolución, cerrada por sus dos extremos mediante los fondos 14, y cuya pared cilíndrica presenta un espesor que evoluciona de forma continua de un extremo al otro. De forma más precisa, el espesor de esta pared cilíndrica es más elevado en el centro de la barra de suspensión en las proximidades de los fondos 14.

Resulta así posible fabricar una barra de suspensión que incluye una sola soldadura, de un material cuyas características son homogéneas, con un espesor optimizado para responder a las necesidades específicas que se han de satisfacer, tales como la resistencia a la flexión o a la torsión en el caso de una barra de suspensión, minimizando la cantidad de material y por consiguiente el peso. A estas ventajas se añaden una gran susceptibilidad de reproducción, una gran precisión dimensional, una gran simplicidad, y una gran flexibilidad.

Bien entendido, estas ventajas se vuelven a encontrar durante la fabricación de otras piezas huecas de revolución según el procedimiento de la invención. Así, en el caso en que la pieza fabricada sea una pieza sometida a presión interna, tal como un depósito de fluido, el carácter evolutivo del espesor de la pared mejora sensiblemente la resistencia al hinchamiento, manteniendo siempre al mínimo el peso de la estructura.

Claims

1. Procedimiento de fabricación de una pieza hueca de revolución (16), de espesor evolutivo, que se caracteriza por el hecho de que comprende las etapas siguientes:

preparación de una preforma (10) relativamente corta y espesa con relación a la pieza que se ha de fabricar, presentando esta preforma, sobre al menos una parte (12) de su longitud, un espesor evolutivo, tal que el espesor de cada tramo elemental de esta parte (12) de la preforma sea sensiblemente igual al espesor de un tramo elemental correspondiente de la pieza (16) que se ha de fabricar, multiplicado por un coeficiente constante, y

reducción del espesor de la preforma (10), al menos sobre la citada parte (12) de su longitud, por fluotorneado, según un índice de reducción uniforme, igual a la inversa de dicho coeficiente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se preparan dos preformas (10) que comprenden, cada una de ellas, una parte tubular (12) de espesor evolutivo y un fondo (14) que cierra esta parte por un extremo; se reduce, por fluotorneado, el espesor de la citada parte tubular de cada preforma; y se sueldan, extremo con extremo, las partes tubulares (18) de las piezas (16) obtenidas, por sus extremos opuestos a los fondos (14).

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que se realizan dos preformas (10) idénticas.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, en el que se preparan dos preformas (10) que comprenden, cada una de ellas, una parte tubular (12) cuyo espesor disminuye de forma regular al avanzar hacia el fondo (14).