ES2232155T3 - Matriz para la conformacion de un tubo de hidrocompresion y metodo para su fabricacion. - Google Patents
Matriz para la conformacion de un tubo de hidrocompresion y metodo para su fabricacion.Info
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Abstract
Aparato para la conformación de un rácor tubular a partir de un tubo inicial, que tiene una cavidad interior, cuyo aparato comprende: una primera placa de matriz (16) que tiene una primera cavidad (22) capaz de recibir dicho tubo inicial; una segunda placa de matriz (18) que tiene una segunda cavidad alineada con dicha primera cavidad (22), estando dichas primera y segunda cavidades configuradas para su unión para constituir una cavidad de conformación (26); una placa de matriz inferior (12) capaz de soportar dicha primera placa de matriz (16) y dicha segunda placa de matriz (18); una placa de matriz superior (14) capaz de desplazarse entre una primera y segunda posiciones; medios para suministro de un fluido para comunicar un fluido a dicha cavidad interior del tubo inicial; un pistón (32) que se desplaza en dicha cavidad interior del tubo inicial para someter a presión dicho fluido situado dentro del tubo inicial y que expansiona de esta manera dicho tubo a efectos de que se adapte a dicha cavidad de conformación (26); caracterizado porque dicha primera placa de matriz (16) tiene un primer vástago de guiado (34); dicha segunda placa de matriz tiene un segundo vástago de guiado (36); dicha placa de matriz inferior (12) tiene una abertura capaz de recibir un tubo de fluido; poseyendo dicha placa superior de matriz (14) un primer y un segundo orificios de guía (38) y (40), para recibir dichos primer y segundo vástagos de guía (34) y (36) y alineando dicha placa de matriz superior (14) con la primera placa de matriz (16) y dicha segunda placa de matriz (18); comunicando los medios de suministro de fluido dicho fluido mediante el mencionado tubo de fluido hacia el interior del tubo inicial mencionado.
Description
Matriz para la conformación de un tubo de
hidrocompresión y método para su fabricación.
La presente invención se refiere de manera
general al sector de la conformación tubular de materiales en frío
y, más particularmente, a un aparato y método para la hidroformación
de un rácor tubular a partir de un tubo en bruto.
La patente DE 2 702 890 da a conocer un aparato
para la conformación de un ensanchamiento en cuerpos tubulares. En
particular el aparato que se da a conocer comprende cavidades de
conformación separadas y constituidas de manera específica
utilizando un fluido a presión. El aparato comprende una placa
inferior con piezas de guiado para las partes de las piezas
separadas de la pieza conformada que constituyen la cavidad de
conformación. Después de la conformación de la cavidad, el tubo es
insertado dentro de la misma. Una placa superior comprende un anillo
para cerrar las partes de la pieza de conformación separada así como
un pistón. Un fluido a presión puede quedar dispuesto en la cavidad
de conformación con intermedio de la forma separada.
En la industria se requiere que tubos normales de
partida sean conformados en estructuras tubulares de una sola pieza.
Se conocen las operaciones generales de curvado, estirado,
embutición y expansión radial de un tubo de partida, con o sin
mandrino. Algunos metales y aleaciones quedan constituidos en formas
tubulares complejas por un proceso de hidroconformación. El proceso
de hidroconformación requiere varias etapas para conformar la
estructura tubular deseada. Ver, por ejemplo, la Patente U.S.A. Nº
6.006.567 presentada el 15 de mayo de 1997, y asignada al titular de
la presente solicitud. En general, un tubo o pieza a trabajar es
colocada entre un par de matrices que tienen cavidades que definen
la forma resultante deseada para el tubo. Las matrices se fusionan y
los extremos de la pieza a trabajar son cerrados de manera estanca
con un par de unidades de sellado. La pieza a trabajar es llenada
con un fluido que, a continuación, es sometido a presión. El someter
a presión al fluido dentro de la pieza a trabajar tiene como
resultado la expansión de la pieza a trabajar para adaptarse a la
forma de la cavidad. El fluido es eliminado de la pieza a trabajar y
las unidades de estanqueización son retiradas para liberar la pieza
a trabajar. El problema principal en este proceso es que las prensas
de hidroconformación son extremadamente onerosas. Una sola prensa de
hidroconformación puede costar aproximadamente tres millones de
dólares.
Dado que se dispone ampliamente de prensas
mecánicas o hidráulicas y que se encuentran en servicio en muchas
fábricas desde hace años, se han hecho intentos de modificar estas
prensas para que lleven a cabo la operación antes mencionada de
hidroconformación. El problema de los intentos anteriores en llevar
a cabo operaciones de hidroconformación en prensas de tipo mecánico
o hidráulico es que se requieren varias piezas de equipo adicionales
a efectos de conseguir que funcione la operación de
hidroconformación. Estos equipos pueden incluir, por ejemplo,
unidades de agua exteriores, rácores adicionales e hidráulicos
externos, tubos y válvulas. Esto incrementa el coste y disminuye la
fiabilidad de la operación de
hidroconformación.
hidroconformación.
La presente invención está dirigida a la
eliminación de una parte del equipo adicional necesario para llevar
a cabo una operación de hidroconformación.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención, se da a conocer un aparato para la conformación de un
rácor tubular a partir de un tubo inicial o tubo de partida que
tiene un determinado interior. El aparato comprende una placa de
matriz de la derecha, una placa de matriz de la izquierda, una placa
de matriz inferior y una placa de matriz superior. La placa de
matriz de la derecha tiene una primera cavidad capaz de recibir el
tubo inicial o de partida. La placa de matriz de la izquierda tiene
una segunda cavidad alineada con la primera cavidad. La placa de
matriz de la derecha tiene un primer vástago de guía y la placa de
matriz de la izquierda tiene un segundo vástago de guía. La primera
cavidad está unida a la segunda cavidad formando una cavidad de
conformación. La placa de matriz inferior es capaz de soportar la
placa de matriz de la derecha y la placa de matriz de la izquierda.
La placa de matriz inferior comprende una abertura capaz de recibir
un tubo de fluido. La placa de matriz superior es capaz de
movimiento entre una primera y segunda posiciones. La placa de
matriz superior tiene orificios de guía destinados a recibir los
primer y segundo vástagos y alinear la placa de matriz superior con
la placa de matriz de la derecha y la placa de matriz de la
izquierda. El aparato comprende además un medio de suministro de
líquido para comunicación de un fluido a través del tubo de fluido
hacia el interior del tubo inicial o de partida. Se utiliza un
pistón para aumentar la presión del fluido en el tubo de partida a
efectos de expansionar el mismo, de manera que la forma del tubo se
adapte a la de la cavidad de conformación.
Las anteriores y otras ventajas de la invención
quedarán evidentes de la lectura de la siguiente descripción
detallada y haciendo referencia a los dibujos, en los que:
la figura 1 es una vista lateral con las piezas
desmontadas, de una matriz según una realización de la presente
invención;
la figura 2 es una vista en planta de una
realización de la placa de matriz superior de la presente
invención;
la figura 3 es una vista superior de una
realización de las placas de matriz de la derecha y de la izquierda
de la presente invención;
la figura 4 es una vista superior de una
realización de la placa de matriz inferior de la presente invención;
y
la figura 5 es una vista en sección transversal
de la placa de matriz de la derecha de la figura 3 según la línea de
corte (5-5).
Si bien la invención es susceptible de diferentes
modificaciones y formas alternativas, se han mostrado realizaciones
específicas a título de ejemplo en los dibujos y éstas se
describirán de manera detallada. No obstante, se debe comprender que
la invención no está destinada a su limitación a las formas
específicas que se han dado a conocer. En vez de ello, la invención
está destinada a cubrir todas las modificaciones, equivalentes y
alternativas que estén comprendidas dentro del espíritu y ámbito de
la invención tal como se define en las reivindicaciones
adjuntas.
En la presente invención, una prensa hidráulica
funciona como un aparato de hidroconformación. El aparato de
hidroconformación crea un rácor tubular a partir de un tubo inicial
o de partida. En una realización, el aparato de matriz de
conformación del tubo de hidrocompresión es utilizado en una prensa
hidráulica. La prensa hidráulica comprende una prensa de émbolo o
vástago móvil. La prensa hidráulica implementa un proceso de
hidroconformación que adapta el tubo de partida a una forma general
tubular. El proceso de hidroconformación requiere que el tubo
inicial sea encajado en una cavidad de conformación entre las placas
de matriz de la derecha y de la izquierda. El tubo inicial es
llenado de un fluido. Un pistón inicia el trabajo en posición
retraída. El pistón es bajado hacia adentro del interior del tubo
hasta la profundidad mostrada a efectos de someter a presión el
fluido y expansionar el tubo de partida para que se adapte a los
rebajes de la cavidad de conformación. De esta manera, se constituye
un rácor tubular que tiene una estructura que se adapta a la de la
cavidad de conformación.
Tal como se ha mostrado en la figura 1, el
aparato de hidroconformación utilizado en el proceso anteriormente
indicado comprende una matriz (10) que tiene una placa de matriz de
la derecha (16) (mostrada en la figura 3), una placa de matriz de la
izquierda (18), una placa de matriz inferior (12) y una placa de
matriz superior (14). La placa de matriz superior (14) está montada
en una prensa de vástago móvil ("ram press"). La placa de
matriz inferior (12) está montada en un lecho de matriz fijo
mediante orificios para pernos (50) (mostrados en la figura 4).
Haciendo referencia a la figura 5, un rácor
tubular queda constituido al colocar el tubo inicial, con su extremo
abierto hacia arriba, sobre un posicionador (24) del tubo contenido
en una primera cavidad (22) en la placa de matriz de la derecha
(16). La placa de matriz de la izquierda (18) comprende una segunda
cavidad. La primera cavidad (22) es alineada con la segunda cavidad
para constituir la cavidad de conformación (26). La cavidad de
conformación (26) representa la forma deseada en sección transversal
del tubo conformado.
La placa de matriz inferior (12) soporta las
placas de matriz de la derecha y de la izquierda (16) y (18). Cuando
se inicia el proceso de hidroconformación, la placa superior de
matriz (14) se encuentra en una primera posición desplazada alejada
de la parte superior (28) de las placas de matriz de la derecha y de
la izquierda (16) y (18). A continuación, la prensa de vástago
desplaza la placa de matriz superior (14) desde la primera posición
hasta una segunda posición adyacente a la parte superior (28), tal
como se ha mostrado en la figura 5. La prensa de vástago desplaza la
placa de matriz superior (14) mediante primeros medios de
desplazamiento tales como, por ejemplo, conjuntos de cilindro
hidráulico y combinaciones de motor y husillo roscado. Tal como se
ha mostrado en la figura 3, la placa de matriz de la derecha (16)
comprende un primer vástago de guía (34) y la placa de matriz de la
izquierda (18) comprende un segundo vástago de guía (36). Tal como
se ha mostrado en la figura 2, la placa de matriz superior (14)
tiene un primer y un segundo orificios de guía correspondientes (38)
y (40) para recibir el primer vástago de guía (34) y el segundo
vástago de guía (36), y alineando la placa superior de matriz (14)
con las placas de matriz de la derecha y de la izquierda (16) y
(18). El descenso de la placa de matriz superior presiona las placas
de matriz de la derecha y de la izquierda (16) y (18) adoptando una
posición de cierre estanco.
Haciendo referencia nuevamente a la figura 5, la
placa de matriz de la derecha (16) comprende un posicionador de
tubos (24) que tiene un conducto (25) en su interior capaz de
recibir y de drenar fluido. Tal como se ha mostrado en la figura 4,
la placa de matriz inferior (12) comprende también un conducto (25)
que está conectado a una abertura (42) que es capaz de recibir un
elemento adjunto tal como, por ejemplo, un tubo de fluido, un
medidor de presión, etc. Un dispositivo de suministro del fluido,
tal como por ejemplo, una bomba hidráulica, suministra fluido
mediante el conducto (25) al interior del tubo inicial o tubo de
partida dispuesto en la cavidad de conformación (26), que se ha
mostrado en la figura 5. Unas clavijas (46), (48) están colocadas
parcialmente dentro de la placa de matriz de la derecha o primera
placa de matriz y parcialmente dentro de la placa de matriz de la
izquierda o segunda placa de matriz, tal como se ha mostrado en las
figuras 3 y 5. El conducto (25) se encuentra en comunicación de
fluido con un tubo de fluido que proporciona este último. Un pistón
(32) es utilizado para aumentar la presión del fluido dentro del
tubo inicial o de partida. El fluido a presión expansiona el tubo,
de manera que éste se adapta a la cavidad de conformación (26)
formando de esta manera el rácor
tubular.
tubular.
La presión del fluido en el tubo se incrementa al
hacer bajar el pistón o vástago (32) con intermedio de un orificio
(41) para el pistón, tal como se ha mostrado en las figuras 3 y 5, y
hacia el interior del tubo en la profundidad mostrada en la figura
5. La prensa de vástago comprende un segundo dispositivo motriz para
provocar el descenso del vástago o pistón (32) hacia adentro del
tubo lleno de fluido, incrementando por lo tanto la presión en el
tubo. Este medio de desplazamiento puede incluir, por ejemplo,
conjuntos de cilindro hidráulico y combinaciones de motor y husillo
roscado.
La presión resultante en el tubo es
suficientemente elevada para producir la expansión del tubo llenando
los rebajes de la cavidad de conformación (26). Esta presión depende
del material del tubo inicial o de partida y de la distancia (D) en
la que el vástago o pistón es insertado dentro del tubo. Esta
presión es superior que la presión correspondiente a la deformación
que expansionaría el tubo dentro de los rebajes de la cavidad de
formación y menor que la presión correspondiente al punto de rotura
de las placas de matriz. En funcionamiento normal, la presión es
superior a 689,48 x 10^{5} Pa (10.000 libras por pulgada
cuadrada). Por ejemplo, la presión puede llegar a 6894,75 x 10^{5}
Pa (100.000 libras por pulgada cuadrada), siempre que las placas no
se separen. La gama de valores típicos de presión se encuentra entre
3447,38 x 10^{5} Pa (50.000) y 6894,75 x 10^{5} Pa (100,000
libras por pulgada cuadrada).
Al aumentar la presión del fluido en el tubo,
éste se expansiona hacia adentro de los rebajes de la cavidad de
conformación (26). Después de que el tubo se ha expansionado, la
presión en el fluido se disminuye al retirar el vástago o pistón
(32) y drenar el fluido del tubo conformado mediante el conducto
(25) del posicionador (24) del tubo. La placa de matriz superior
(14) es levantada en este caso para permitir que el tubo conformado
sea retirado de las placas de matrices de la derecha y de la
izquierda (16) y (18). El tubo conformado puede ser retirado con
ayuda de elementos de extracción.
Claims (16)
1. Aparato para la conformación de un rácor
tubular a partir de un tubo inicial, que tiene una cavidad interior,
cuyo aparato comprende:
una primera placa de matriz (16) que tiene una
primera cavidad (22) capaz de recibir dicho tubo inicial;
una segunda placa de matriz (18) que tiene una
segunda cavidad alineada con dicha primera cavidad (22), estando
dichas primera y segunda cavidades configuradas para su unión para
constituir una cavidad de conformación (26);
una placa de matriz inferior (12) capaz de
soportar dicha primera placa de matriz (16) y dicha segunda placa de
matriz (18);
una placa de matriz superior (14) capaz de
desplazarse entre una primera y segunda posiciones;
medios para suministro de un fluido para
comunicar un fluido a dicha cavidad interior del tubo inicial;
un pistón (32) que se desplaza en dicha cavidad
interior del tubo inicial para someter a presión dicho fluido
situado dentro del tubo inicial y que expansiona de esta manera
dicho tubo a efectos de que se adapte a dicha cavidad de
conformación (26);
caracterizado porque
dicha primera placa de matriz (16) tiene un
primer vástago de guiado (34);
dicha segunda placa de matriz tiene un segundo
vástago de guiado (36);
dicha placa de matriz inferior (12) tiene una
abertura capaz de recibir un tubo de fluido;
poseyendo dicha placa superior de matriz (14) un
primer y un segundo orificios de guía (38) y (40), para recibir
dichos primer y segundo vástagos de guía (34) y (36) y alineando
dicha placa de matriz superior (14) con la primera placa de matriz
(16) y dicha segunda placa de matriz (18);
comunicando los medios de suministro de fluido
dicho fluido mediante el mencionado tubo de fluido hacia el interior
del tubo inicial mencionado.
2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
dichos medios de suministro de fluido incluyen una bomba
hidráulica.
3. Método para la conformación de un rácor
tubular a partir de un tubo inicial que tiene una cavidad interior,
cuyo método comprende las siguientes etapas:
disponer una primera placa de matriz (16) que
tiene una primera cavidad (22), poseyendo dicha primera placa de
matriz (16) un primer vástago de guía (34);
disponer dicho tubo inicial dentro de dicha
primera cavidad (22);
disponer una segunda placa de matriz (18) que
tiene una segunda cavidad, poseyendo dicha segunda placa de matriz
(18) un segundo vástago de guía (36);
alinear dicha segunda cavidad con dicha primera
cavidad (22) para producir una cavidad de conformación (26);
soportar dicha primera placa de matriz (16) y
dicha segunda placa de matriz (18) con una placa de matriz inferior
(12), poseyendo dicha placa de matriz inferior (12) un conducto
(25);
disponer una placa de matriz superior (14) capaz
de desplazarse entre una primera y una segunda posiciones, poseyendo
dicha placa de matriz superior (14) un primer y segundo orificios de
guía (38) y (40);
alinear dichos primer y segundo vástagos de guía
(34) y (36) con dichos primer y segundo orificios de guía (38) y
(40), respectivamente;
desplazar dicha placa de matriz superior (14)
desde dicha primera posición a la segunda posición para permitir que
dichos primer y segundo orificios de guía (38) y (40) reciban dichos
primer y segundo vástagos de guía (34) y (36), respectivamente;
introducir un fluido en el interior de dicho tubo
inicial con intermedio de dicho conducto (25); y
desplazar un pistón (32) hacia adentro de la
cavidad interior de dicho tubo inicial para someter a presión dicho
fluido a efectos de expansionar dicho tubo de manera que se adapte a
dicha cavidad de conformación (26).
4. Aparato, según la reivindicación 1, que
comprende además un mínimo de una clavija, la cual está situada
parcialmente dentro de dicha primera placa de matriz (16) y
parcialmente dentro de dicha segunda placa de matriz (18).
5. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
dicha placa de matriz superior (14) está montada en una prensa de
vástago móvil.
6. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
dicha placa de matriz inferior (12) está montada a un lecho de
matriz fijo.
7. Aparato, según la reivindicación 1, en el que
dicha cavidad de conformación (26) tiene en sección transversal la
forma deseada del tubo conformado.
8. Aparato, según la reivindicación 5, en el que
dicha prensa de vástago desplaza la placa de matriz superior (14)
mediante un conjunto de cilindro hidráulico.
9. Aparato, según la reivindicación 5, en el que
dicha prensa de vástago desplaza la placa de matriz superior (14)
mediante una combinación de motor y husillo.
10. Método, según la reivindicación 3, en el que
dicho conducto (25) está conectado a una abertura capaz de recibir
un elemento adyacente.
11. Método, según la reivindicación 10, en el que
dicho elemento adyacente es un tubo de fluido.
12. Método, según la reivindicación 10, en el que
dicho elemento adyacente es un medidor de presión.
13. Método, según la reivindicación 3, en el que
dicho fluido es sometido a una presión comprendida aproximadamente
entre 689,48 x 10^{5} Pa (10.000 libras por pulgada cuadrada)
hasta 6894,75 x 10^{5} Pa (100.000 libras por pulgada
cuadrada).
14. Método, según la reivindicación 13, en el que
dicho fluido es sometido a una presión comprendida aproximadamente
entre 3447,38 x 10^{5} Pa (50.000 libras por pulgada cuadrada) y
6894,75 x 10^{5} Pa (100.000 libras por pulgada cuadrada).
15. Método, según la reivindicación 3, que
comprende además, después de una fase de desplazamiento del vástago,
la fase de retirar dicho vástago (32) para producir el drenaje de
dicho fluido y reducir la presión del mismo.
16. Método, según la reivindicación 15, que
comprende después de la etapa de retracción de dicho vástago, la
etapa de levantar dicha placa de matriz superior (14).
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