MXPA00003264A - Metodo y aparato para la hidroformacion libre de arrugas de partes tubulares anguladas. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a un metodo de hidroformacion de una parte tubular angulada que comprende colocar una pieza en tosco tubular metalica angulada dentro de una cavidad de la matriz angulada correspondientemente, la pieza en tosco tubular tiene una superficie exterior, en donde en una porcion angulada de la pieza en tosco tubular, la superficie exterior tiene una porcion de superficie concava y una porcion de superficie convexa sobre los lados generalmente opuestos de la pieza en tosco tubular, sellar los extremos opuestos de la pieza en tosco tubular, proporcionar un fluido a alta presion a una parte interior de la pieza en tosco tubular, expandir la pieza en tosco de conformidad con las superficies que definen' la cavidad de la matriz como un resultado de dicha provision. Una fuerza es aplicada a al menos un extremo de la pieza en tosco tubular para crear un flujo longitudinal del material metalico dentro de la pieza en tosco tubular para mantener un grosor de la pared de la pieza en tosco dentro de un intervalo predeterminado en donde una cantidad mas grande de fuerza es aplicada a una porcion de la pieza en tosco tubular la cual esta alineada longitudinalmente con la porcion de la superficie convexa de la pieza en tosco tubular en comparacion con la cantidad de la fuerza aplicada a una porcion de la pieza en tosco tubular la cual esta alineada longitudinalmente con la porcion de la superficie concava de la pieza en tosco tubular para crear una cantidad mas grande de flujo del material metalico hacia las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porcion de la superficie convexa en comparacion con las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porcion de la superficie concava, para inhibir la formacion de arrugas en las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porcion de la superficie concava. Se describe un aparato de matriz de hidroformacion para practicar el metodo asi como la parte tubular angulada la cual se hace por el metodo y el aparato de la invencion.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA LA HIDROFORMACION LIBRE DE ARRUGAS DE PARTES TUBULARES ANGULADAS Campo de la Invención La presente invención se refiere a la hidroformación, y más particularmente a un método y aparato utilizado para hacer partes tubulares anguladas hidroforinadas , libres de arrugas.

Antecedentes de la Invención Las partes tubulares anguladas contempladas aquí son partes de vehículos y más específicamente partes de montajes de vehículos, tales como chasises y soportes de vehículos. La parte puede ser un elemento del chasis, un elemento transversal, un elemento lateral, un parte de soporte en forma de A o semejante. Hasta ahora, las partes anguladas del tipo contemplado aquí, si están hechas en una forma tubular con un ángulo mayor que 30°, requirieron la soldadura de una ménsula de refuerzo a la porción convexa de la banda para proporcionar refuerzo al grosor reducido de la pared en la porción convexa del doblez. La soldadura de la Ref.119100 -fa--.-----*-á---»-k--lfe.fc. ... ... .. ménsula de refuerzo a la parte doblada tubular que tiene un grosor reducido en la porción convexa suficiente para que se requiera la ménsula de refuerzo, agregó un costo de material y un peso indeseable a la parte terminada. 5 Siempre existe la necesidad de hacer partes del vehículo más ligeras y de una manera más efectiva en cuanto al costo por medio de métodos y aparatos de fabricación mejorados . Tales partes se pueden hacer más robustas 10 partiendo de una pieza en tosco tubular que tiene un grosor más grande de la pared. Sin embargo, en este caso, las arrugas indeseables en el tubo tienden a acumularse en la porción cóncava del doblez o codo. Tal formación de arrugas es particularmente problemática en aplicaciones 15 de hidroformación a alta presión (por ejemplo, mayores que 2,000 atmósferas) en las cuales el diámetro de la pieza en tosco es expandido a un valor más grande que el 10% y el grosor de la pared es mantenido dentro del 10% del grosor original de la pieza en tosco. 20 Un aparato de hidroformación convencional para la formación de partes anguladas es ilustrado en la Patente U.S. No. 5,481,892. Esta patente describe un aparato que acopla los extremos opuestos de una pieza en tosco metálica tubular durante una operación de 25 hidroformación, pero no hace absolutamente ningún acomodo *--•- -para prevenir la formación de arrugas en la porción cóncava del codo o doblez. La patente DE A 4 322 711 se refiere a una operación de hidroformación convencional para la hidroformación de un tubo doblado, pero nuevamente no hace absolutamente ningún acomodo para prevenir la formación de arrugas en la porción cóncava del codo o doblez. La Patente Francesa No. FR-A-2 535 987 describe un aparato de hidroformación en el cual las estructuras que acoplan el extremo del tubo comprenden elementos movidos pivotantemente que hacen posible que una cantidad más grande de fuerza sea aplicada a las porciones de la pieza en tosco tubular que están alineadas longitudinalmente con las porciones de la pieza en tosco que van a ser expandidas para formar una porción de bulbo. La idea básica detrás de esta patente es proporcionar una fuerza adicional en donde sea necesario para expandir la porción del bulbo. Sin embargo, el dispositivo descrito en esta patente expande la pieza en tosco tubular solamente en áreas localizadas. Esta patente no resuelve las dificultades asociadas con un tubo que es doblado más de 30°, con una porción cóncava de ur codo o doblez que se opone a una porción cóncava de un codo o doblez, por ejemplo como se sabe que dichas porciones cóncavas acumulan formaciones de arrugas localizadas. Tales problemas de formación de arrugas localizadas no existen en esta patente, y no es aludido este problema de alguna manera en esta patente. Además, en cuanto al problema particular a la mano en la patente Francesa ?987, esta patente ofrece una solución relativamente compleja proporcionando una estructura que acopla el extremo del tubo movido pivotantemente complejo.

Breve Descripción de la Invención Las desventajas de la técnica previa pueden ser superadas proporcionando un método de hidroformación de una parte tubular angulada que comprende colocar una pieza en tosco tubular metálica angulada dentro de una cavidad de la matriz o troquel angulada correspondientemente de manera general. La pieza en tosco tubular tiene una superficie exterior en donde en una porción angulada de la pieza en tosco tubular la superficie exterior tiene una porción superficial cóncava y una porción superficial convexa sobre los lados generalmente opuestos de la pieza en tosco tubular. Los extremos opuestos de la pieza en tosco tubular son sellados, proporcionando un fluido a presión elevada hacia el interior de la pieza en tosco tubular, expandiendo la pieza en tosco de conformidad con las superficies que definen la cavidad de la matriz como un resultado de esto. La aplicación de una fuerza a al menos un extremo de la pieza en tosco tubular para crear un flujo longitudinal del material metálico dentro de la pieza en tosco tubular para mantener un grosor de la pared de la pieza en tosco dentro de un intervalo predeterminado, en donde una cantidad más grande de una fuerza es aplicada a una porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco tubular en comparación con la cantidad de la fuerza aplicada para una porción de la pieza en tosco tubular, para crear una cantidad más grande de flujo del material metálico hacia las porciones de la pieza en tosco tubular adyacentes a la porción superficial convexa en comparación con las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porción superficial cóncava, para inhibir la formación de arrugas en las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porción cóncava. De acuerdo con los principios de la presente invención, se proporciona un montaje de matriz de hidroformación para formar una parte tubular angulada que comprende una estructura de matriz que tiene partes de la matriz, la cual incluye superficies de la matriz que cooperan para definir una cavidad de la matriz angulada en la cual una pieza en tosco metálica tubular doblada va a ser colocada. La pieza en tosco metálica tubular doblada tiene una superficie exterior la cual incluye una porción de superficie cóncava y una porción de superficie convexa sobre los lados opuestos de la misma. Los primero y segundo montajes de ariete tienen primera y segunda estructuras de acoplamiento del extremo del tubo, asociadas, colocadas en los extremos opuestos de la cavidad de la matriz. Las superficies de acoplamiento del extremo del tubo están construidas y arregladas para ser insertadas en los extremos opuestos de la cavidad de la matriz. Las estructuras de acoplamiento del extremo del tubo tienen superficies de acoplamiento del extremo del tubo para el acoplamiento de los extremos opuestos de la pieza en tosco metálica tubular colocada en la cavidad de la matriz. Las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo comprenden además aberturas construidas y arregladas para proveer el fluido de hidroformación al interior de la pieza en tosco metálica tubular. Los montajes de ariete comprenden además un sistema de presurización del fluido construido y arreglado para incrementar la presión del fluido de hidroformación provisto al interior de la pieza en tosco metálica tubular, suficiente para expandir la pieza en tosco metálica tubular de conformidad con las superficies de la matriz que definen la cavidad de la matriz. Al menos una de las estructuras para el acoplamiento del tubo es movible por el montaje de ariete asociado en acoplamiento forzado con un extremo de los extremos opuestos de la pieza en tosco metálica tubular para comprimir longitudinalmente la pieza en tosco metálica tubular entre las estructuras de acoplamiento del extremo del tubo y por medio de esto crear un flujo longitudinal del material metálico durante la expansión de la pieza en tosco metálica tubular para mantener el grosor de la pared de la pieza en tosco metálica tubular en un intervalo deseado. Al menos una estructura de acoplamiento del extremo del tubo movible tiene la superficie de acoplamiento del extremo del tubo de la misma construida y arreglada para aplicar una cantidad de fuerza más grande a una porción de un extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción superficial convexa de la pieza en tosco metálica tubular en comparación con una cantidad de fuerza aplicada a una porción de un extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de superficie convexa de la pieza en tosco para crear una cantidad mayor de flujo longitudinal del metal hacia la porción superficial convexa de la pieza en tosco metálica tubular en comparación con la cantidad de flujo longitudinal del metal hacia la porción superficial cóncava del metal tubular. De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona una parte de vehículo adecuada para formar una parte de un montaje de vehículo rígida, tal como un montaje de chasis de vehículo o semejante. La parte del vehículo es formada a partir de una pieza en tosco cilindrica que tiene un grosor de pared predeterminado y una dimensión periférica predeterminada. La pieza en tosco cilindrica es doblada e hidroformada para proporcionar una pared tubular que tiene un codo o doblez central en la misma de al menos aproximadamente 30° y porciones extremas relacionadas angularmente, opuestas. El codo o doblez central tiene una dimensión periférica en exceso de aproximadamente 10% de la dimensión periférica predeterminada de la pieza en tosco cilindrica. El codo o doblez central incluye una porción cóncava libre de arrugas y una porción convexa que tiene un grosor de la pared dentro de más o menos 10% del grosor de pared predeterminado de la pieza en tosco cilindrica.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema de hidroformación, parcialmente en sección, y que muestra una pieza en tosco de tubo doblado colocada en una estructura de matriz inferior de acuerdo con los principios de la presente invención; la Figura 2 es una vista en perspectiva de una porción de acoplamiento del tubo de un ariete hidráulico de acuerdo con la presente invención; la Figura 3 es una vista similar a aquella mostrada en la Figura 1, pero que muestra los arietes del sistema hidráulico insertados sellantemente en los extremos opuestos de la pieza en tosco tubular; la Figura 4 es una vista en sección agrandada de la interfase o interconexión entre un extremo de la pieza en tosco tubular y el ariete hidráulico asociado; la Figura 5 es una vista similar a aquella en la Figura 3, pero que muestra el tubo doblado que es llenado con el agua en la preparación para el siguiente paso de hidroformación; la Figura 6 es una vista similar a la Figura 5, pero que muestra el siguiente paso en el proceso de hidroformación en el cual el agua presurizada expande el tubo hacia su forma final de acuerdo con la presente invención; la Figura 7 muestra el sistema de hidroformación, parcialmente en sección, de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención; la Figura 8 es una vista en perspectiva que muestra el extremo ranurado de una pieza en tosco tubular de acuerdo con la segunda modalidad de la presente invención; la Figura 9 es una vista en sección agrandada que muestra la interconexión entre un extremo de la pieza en tosco tubular y el ariete hidráulico asociado de acuerdo con la segunda modalidad de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención Refiriéndose más particularmente a la Figura 1, allí se muestra un sistema de hidroformación 10, que incluye una estructura de la matriz de hidroformación 12, y un par de montajes de ariete hidráulico 16 y 18. La estructura de la matriz 12 incluye una porción de matriz inferior 14, una sección transversal de la cual es mostrada esquemáticamente en la Figura 1. La estructura de la matriz 12 es fabricada substancialmente de acuerdo con la solicitud No. de Serie WO98/08633, presentada el 21 de agosto de 1997, la cual es incorporada aquí para referencia, con la excepción de la forma de la cavidad de la matriz formada por el presente. Los montajes de ariete hidráulico 16 y 18 están colocados en los extremos opuestos de la estructura de la matriz 12. Los montajes de ariete 16 y 18 incluyen generalmente los alojamientos de ariete 20 y 22 respectivos, y los arietes externos 24 y 26 respectivos, los cuales se proyectan hacia afuera desde los alojamientos 20 y 22 del ariete. Como se puede observar en la Figura 3, el ariete externo 24 es movible hacia afuera desde el alojamiento 20 del ariete y en acoplamiento en relación sellante con un extremo 28 de una pieza en tosco tubular 70 que va a ser hidroformada, la cual ha sido colocada en la porción 14 de la matriz inferior. De manera similar, el ariete externo 26 es movible hacia afuera desde el alojamiento 22 del ariete y está construido y arreglado para acoplar y sellar el extremo opuesto 28 del tubo 70 (véase la Figura 4). Los montajes de ariete 16 y 18 son provistos con intensificadores de presurización de fluido y son operativos hidráulicamente para comprimir longitudinalmente una pieza en tosco tubular durante la expansión de la pieza en tosco tubular de acuerdo con los sistemas de hidroformación convencionales. Alternativamente se contempla que el sistema de hidroformación 10 podría incluir un arreglo de válvula que es utilizado para controlar el flujo de fluido hacia el ariete externo 24 cuando los arietes 24 y 26 son acoplados y sellados con los extremos 28 del tubo. El ariete externo 24, a su vez, dirige el fluido, preferentemente el agua, hacia el interior del tubo 70. Los arietes externos 24 y 26 comprenden cada uno, una porción principal 46, y una tapa extrema 48 fijada a la porción principal. Más particularmente, cada porción principal 46 está en la forma de una porción de manguito tubular, robusta, que se extiende hacia afuera desde un alojamiento 20 o 22 del ariete respectivo. Cada tapa extrema 48 incluye una porción de saliente anular 52 unida con pernos y sellada por sujetadores apropiados 54 al borde circular en el extremo alejado de la porción principal 46. Cada tapa extrema 48 incluye además una porción tubular alargada 56 formada integralmente con la porción saliente 52 y que se extiende axialmente en una dirección hacia afuera con respecto a la porción principal 46. Cada porción tubular 56 es de un diámetro exterior reducido en comparación con la porción 52 de la saliente y tiene una superficie exterior generalmente cilindrica, la cual está construida y arreglada para formar un sello periférico con la superficie cilindrica correspondiente o muesca 62 formada en cada extremo de la cavidad de la matriz de hidroformación cuando las matrices superior e inferior están en una posición cerrada (es decir, cuando la porción de la matriz superior es bajada sobre la porción de la matriz inferior 14). Como se muestra mejor en la Figura 2, la tapa extrema 48 termina en una porción de boquilla 64, la cual está formada integralmente con y se proyecta hacia afuera desde la porción tubular 56. La porción de la boquilla 64 es substancialmente tubular en su forma, y es de un diámetro externo reducido en comparación con la porción tubular 56. Una superficie de resalte anular 66 que se extiende radialmente está colocada en la transición entre la porción tubular 56 y la porción de la boquilla 64. La superficie del resalte 66 tiene una porción anular parcial 67 que constituye una porción superficial de acoplamiento del tubo construida y arreglada para acoplar, en una relación sellante, un extremo 28 del tubo 70 durante una operación de hidroformación. La superficie de resalte 66 incluye además una porción superficial ranurada o con porciones retiradas por corte 78, la cual se extiende apartándose del extremo 28 del tubo cuando la porción superficial 67 es acoplada. La porción superficial anular parcial 67 tiene transiciones en la porción ranurada o con porciones retiradas por corte 78 en las esquinas 79. Cada porción 64 de la boquilla tiene una superficie exterior cilindrica construida y arreglada para que sea recibida de manera friccionada dentro de un extremo del tubo 70 y acoplar deslizablemente las porciones superficiales cilindricas inferiores en los extremos del tubo 70 de modo que los extremos del tubo sean sellados durante la hidroformación a presión elevada. Un orificio longitudinal 69, se extiende a través de cada tapa extrema 48, y está construido y arreglado para comunicar el fluido a presión elevada desde los arietes externos 24 (o al menos uno de los arietes externos), a los confines internos del tubo 70. Cuando la estructura de la matriz superior es bajada sobre la estructura de la matriz inferior 14, una cavidad 72 de la matriz de expansión es formada y está definida por las superficies de la cavidad de la matriz periférica que corresponden a la configuración formada final, deseada, del tubo hidroformado 70. Para la mayoría de las aplicaciones, la pieza en tosco tubular 70 tendrá una sección transversal circular y seré hidroformada para que tenga una sección transversal rectangular como se describió en la solicitud No. de Serie WO98/08633. Por consiguiente, se puede apreciar que la cavidad 72 de la matriz tiene una transición desde una configuración cilindrica en los extremos opuestos de la misma (por ejemplo, en las superficies 62) a una sección transversal de la configuración cuadrada dirigida a una porción central de la misma. Se puede observar en la Figura 1 que en esta aplicación de hidroformación, la parte hidroformada deseada tiene algo de una configuración doblada. En particular, la presente invención logra su beneficio más grande cuando se hidroforman partes las cuales van a ser provistas con un doblez de 30° o mayor cuando se compara con los ejes longitudinales centrales en los extremos opuestos del tubo. Por ejemplo, en la Figura 1, el ángulo a es mayor que 30°. Como puede ser apreciado de la Figura 1, el ' ángulo a representa no solamente el ángulo de desviación o doblez del tubo en comparación con un tubo recto, sino también representa tal angulación de la cavidad de la matriz en la cual el tubo es colocado. También de acuerdo con la invención, la pieza en tosco tubular 70 la cual va a ser hidroformada, y la cual es fabricada originalmente como un tubo recto en una operación de formación de cilindros estándar, es predoblada para adaptarse dentro de los contornos arqueados de la cavidad 72 de la matriz. Esta operación de predoblado puede ser efectuada, por ejemplo en un montaje controlado numérico de computadora convencional ("CNC") . También, la parte hidroformada va a ser expandida en algunas porciones preferentemente al menos 10% en comparación con el diámetro original de la pieza en tosco tubular, y más preferentemente en algunas porciones en al menos 20%. Para efectuar esto sin adelgazar indeseablemente las paredes de la parte hidroformada, los extremos opuestos 28 del tubo 70 son comprimidos longitudinalmente por el movimiento hacia adentro de los arietes 24 y 26 el uno hacia el otro. Esta compresión longitudinal del tubo 70 durante la expansión del mismo crea un flujo longitudinal del material metálico que forma el tubo 70 de modo que el grosor de la pared de la parte hidroformada permanezca dentro de aproximadamente 10% de aquella de la pieza en tosco original. Se puede apreciar que a menos que se tomen ciertas medidas, puede ocurrir una acumulación de metal que ha fluido en la porción cóncava 75 del doblez (cuando se observa la superficie exterior del tubo) , a causa de que se requiere menos material de flujo aquí en comparación con la porción convexa 76 del codo o doblez. Para proporcionar una parte libre de arrugas con relación a la configuración exterior de la porción cóncava 75, la porción con muescas 78 formada en la superficie del resalte anular 66 de los arietes externos 24 y 26 es provista. Más particularmente, refiriéndose ahora a las Figuras 3 y 4, se puede observar que las porciones circulares parciales 67 de las superficies del resalte anular 66 de los arietes externos 24 y 26, acoplan los extremos 28 del tubo 70. Como se indicó en los dibujos, las porciones con muescas 78, están alineadas longitudinalmente con la porción cóncava interna 75 del tubo 70. A causa de que las porciones con muescas 78 se angulan apartándose de las porciones adyacentes de los extremos 28 del tubo y no son forzados contra los extremos 28 del tubo cuando los arietes 24 y 26 son forzados relativamente el uno hacia el otro, menos metal fluye a la porción cóncava interna 75 en comparación con la porción convexa 76 de modo que no se formen arrugas en la porción cóncava 75. Refiriéndose nuevamente a la Figura 1, se puede observar que las porciones extremas del tubo 70 son provistas opcionalmente con un diente o muesca 80, proporcionando una restricción adicional al flujo del material metálico en las posiciones hacia el extremo del tubo las cuales también están alineadas longitudinalmente con la porción interna cóncava 75 del tubo 70. Los dientes o muescas 80 son provistos suficientemente cercanos a los extremos 28 para que constituyan una porción de los extremos del tubo los cuales son cortados completamente después de una operación de hidroformación. Estas porciones del extremo retiradas por corte no son expandidas a algún grado significativo y permanecen con una sección transversal substancialmente circular aún después de la operación de hidroformación. Como se muestra en la Figura 5, el proceso de hidroformación es comenzado colocando el tubo 70 en la estructura de la matriz inferior 14, y luego sellando los extremos del tubo 70 con los montaje de ariete exterior 24 y 26. El tubo 70 es llenado entonces con el fluido hidráulico. Particularmente, los aditivos a base del agua y el aceite son dirigidos a través de la parte 42, hacia el ariete externo 24, en donde el mismo es dirigido a través del orificio 69 hacia el tubo 70. El fluido es comunicado subsiguientemente a través del orificio 69, en el ariete externo opuesto 26, en donde el mismo es dirigido entonces a un tanque inferior, por medio de la parte 44 . Durante este proceso, el tubo 70 es ventilado y purgado substancialmente de todas las burbujas de aire y llenado completamente en su interior con fluido hidráulico, como está indicado por la letra de referencia F. Después de que el tubo es llenado con el fluido, la porción de la matriz superior es bajada sobre la porción de la matriz inferior 14 para formar la cavidad 72 de la matriz cerrada. Como se puede observar en la Figura 6, el fluido hidráulico F es presurizado con intensificadores dentro de los montajes de ariete hidráulico 16 y 18 para empezar la expansión del tubo. Concurrentemente con la expansión radial del tubo 70, los arietes externos 24 y 26 son forzados hacia adentro uno hacia el otro contra los extremos opuestos 28 del tubo 70. Cuando las superficies 66 de la saliente anular forzan a los extremos 28 del tubo hacia adentro, el material metálico que forma el tubo 70 fluye longitudinalmente a lo largo de la extensión del tubo, de modo que el diámetro del tubo puede expandir el tubo en las áreas dobladas en 10% o más, mientras que el grosor de la pared del tubo hidroformado 70 es mantenido preferentemente dentro de más o menos 10% del grosor de la pared de la pieza en tosco del tubo original. Se puede apreciar que a causa de que las porciones con muescas 78 de las superficies 66 de la saliente anular no hacen contacto forzadamente con los extremos del tubo, fluye substancialmente menos metal a lo largo de la porción del tubo alineada longitudinalmente con la porción interna cóncava 75. Aunque es posible algún contacto entre las porciones con muescas 78 y los extremos 28, es posible como un resultado del flujo del material y/o la deformación del tubo, y podría realmente mejorar el sello del ariete asociado con el extremo del tubo, tal contacto podría ocurrir con mucha menos fuerza y en un tiempo posterior que aquel el cual ocurre en la porción superficial anular 67. Adicionalmente, las porciones dentadas 80 de la pieza en tosco tubular también son alineadas longitudinalmente con la porción cóncava 75 del tubo y proveen un área en la cual el metal que intenta fluir longitudinalmente hacia la porción cóncava 75 del tubo doblado 70 es restringido, para reducir el flujo del metal hacia la porción cóncava 75. Como resultado, las arrugas no son formadas en la porción cóncava 75. Preferentemente, la porción superficial anular 67 que acopla el tubo de la superficie del resalte 66 comprende entre 80° - 160° (o aproximadamente 22%-44%) de un círculo completo. La extensión del acoplamiento con los extremos del tubo 28 es una función del ángulo a, el radio en la porción cóncava 75, y el diámetro del tubo 70. Mientras más grande sea el ángulo a y más cerrado sea el radio del codo o doblez, menor será la extensión de la porción superficial anular 67 que acopla el tubo, que es provista. Además, para tubos de diámetro más grande, se requiere una extensión más grande de acoplamiento y por consiguiente se provee una porción superficial anular 67 de acoplamiento más grande. Más preferentemente, la presión del fluido entre 2,000 y 3,500 atmósferas es utilizada para expandir el tabo. Dependiendo de la aplicación, también puede ser preferible utilizar presiones entre 2,000 y 10,000 atmósferas, aunque se pueden utilizar presiones aún más elevadas . Después que el tubo 70 es conformado en la forma libre de arrugas deseada, que corresponde generalmente a la forma de la cavidad 72 de la matriz, la presión hidráulica es liberada, los arietes externos 26 y 28 son impulsados hacia afuera desde los extremos 28 del tubo, y la estructura de la matriz superior es elevada. La porción con muescas 78 es mostrada sobre ambas superficies 66 del resalte anular de los arietes externos 24 y 26. Sin embargo, está contemplado por la presente invención que la porción con muescas 78 podría ser provista sobre solamente uno de los arietes externos. Este es particularmente el caso en donde solamente un extremo del tubo 70 va a ser empujado hacia adentro. En este caso, la porción con muescas 78 es probable que sea provista solamente sobre el primer ariete que es empujado, y no el ariete estacionario opuesto. El empuje del primer extremo del tubo es un enfoque deseable a la hidroformación en donde una porción extrema del tubo va a ser expandida a una extensión significativamente más grande que la porción extrema opuesta. La porción extrema que va a ser expandida es la primera que va a ser empujada. También está contemplado que los dientes o muescas 80 podrían ser omitidos, o que solamente un solo diente o muesca 80 pueda ser provisto. Normalmente, el diente o muesca 80 podría ser utilizado solamente en conjunción con un ariete con muescas adyacente el cual va a ser empujado hacia adentro. Mostrada en las Figuras 7, 8 y 9, está una segunda modalidad de la presente invención. En esta modalidad, los extremos 128 del tubo son reducidos o provistos de muescas como se muestra en 182. Las porciones cortadas 182 son alineadas longitudinalmente con la porción cóncava 175 del tubo 170. También, en esta modalidad, las superficies 166 del resalte anular de los arietes no son provistas con una porción con muescas. En lugar de esto, se provee una superficie 166 del resalte anular, completa. Las superficies 166 del resalte anular de los arietes externos 124 y 126 en esta modalidad se empujan longitudinalmente hacia adentro contra las porciones extremas 128 del tubo 170. Puesto que las superficies 166 del resalte anular no se acoplan o empujan hacia adentro contra el tubo en las porciones retiradas por corte 182, substancialmente menos metal se hace fluir a lo largo de la porción del tubo alineada longitudinalmente con la porción interna cóncava 175. Se puede apreciar que con esta segunda modalidad de la presente invención, los dientes o muescas 180 también pueden ser incluidas para restringir el flujo del metal dentro del tubo y ayudar en el proceso de hidroformación libre de arrugas. Como se muestra, los dientes o muescas 180 están espaciados solo ligeramente hacia adentro desde los extremos 128 del tubo, en una posición la cual está eventualmente retirada por corte del producto hidroformado resultante. De manera similar a la primera modalidad, una porción cortada 182 podría ser provista en solamente un extremo del tubo 170 que va a ser empujado hacia adentro. Aunque la invención ha sido descrita y detallada aquí con referencia a la modalidad preferida, será evidente que se pueden hacer variaciones y modificaciones en la misma sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por lo tanto, las siguientes reivindicaciones están propuestas para cubrir la totalidad de tales modificaciones, variaciones, y equivalentes de acuerdo con los principios y ventajas señaladas aquí.

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Un método de hidroformación de una parte tubular angulada que tiene porciones con primero y segundo ejes colocados a un ángulo de al menos 30°, que comprende: colocar una pieza en tosco tubular metálica angulada dentro de una cavidad de matriz angulada correspondientemente de manera general, la pieza en tosco tubular tiene una superficie exterior, en donde en una porción angulada de la pieza en tosco tubular, la superficie exterior tiene una porción de superficie cóncava y una porción de superficie convexa sobre los lados generalmente opuestos de la pieza en tosco tubular; sellar los extremos opuestos de la pieza en tosco tubular; proveer un fluido a presión elevada al interior de la pieza en tosco tubular; expandir la pieza en tosco de conformidad con las superficies que definen la cavidad de la matriz como un resultado de la provisión; aplicar una fuerza a al menos un extremo de la pieza en tosco tubular para crear un flujo longitudinal del material metálico dentro de la pieza en tosco tubular para mantener un grosor de la pared de la pieza en tosco dentro de un intervalo predeterminado, caracterizado porque : una cantidad más grande de una fuerza es aplicada a una porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco tubular en comparación con la cantidad de la fuerza aplicada para una porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie cóncava de la pieza en tosco tubular para crear una cantidad de flujo más grande del material metálico hacia las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porción de la superficie convexa en comparación con las porciones de la pieza en tosco tubular adyacentes a la porción de la superficie cóncava, para inhibir la formación de arrugas en las porciones de la pieza en tosco tubular adyacentes a la porción de la superficie cóncava.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de forzamiento es efectuada aplicando una fuerza a ambos extremos de la pieza en tosco tubular.

3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la cantidad más grande de fuerza aplicada a la porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie cóncava de la pieza en tosco tubular es aplicada a los bordes arqueados de ambos extremos de la pieza en tosco tubular.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de forzamiento es efectuada aplicando una fuerza a solamente un extremo de la pieza en tosco tubular.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la cantidad más grande de la fuerza aplicada a la porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco tubular es aplicada a un borde arqueado del primer extremo de la pieza en tosco tubular.

6. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque previo a la inserción, el método comprende doblar una pieza en tosco tubular generalmente recta para proveer a la pieza en tosco tubular con su configuración angulada.

7. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado la cantidad más grande de la fuerza aplicada a la porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco tubular en comparación con la cantidad de la fuerza aplicada para una porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie cóncava de la pieza en tosco tubular es efectuada proporcionando una estructura de acoplamiento del extremo del tubo que hace contacto con la porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción superficial convexa de la pieza en tosco metálica tubular y está espaciada de la porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie cóncava de la pieza en tosco metálica tubular.

8. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende formar un diente o muesca en una porción extrema de la pieza en tosco tubular en una localización de la misma la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie cóncava para inhibir el flujo del material metálico hacia las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porción de la superficie cóncava.

9. Un método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque incluye el paso de retirar por corte la porción extrema de la pieza en tosco tubular que contiene la indentación o muesca después de la remoción de la pieza en tosco formada de la cavidad de la matriz.

10. Un método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque un diente o muesca está formada en ambas porciones extremas en la local Lzación mencionada y ambas de las porciones que contienen tales dientes o muescas son retiradas por corte como se mencionó anteriormente.

11. Un montaje de matriz de hidroformación para conformar una pieza en tosco metálica tubular en una parte tubular angulada que tiene porciones con primero y segundo ejes colocados a un ángulo de al menos 30°, que comprende : una estructura de la matriz que tiene partes de la matriz, la cual incluye superficies de la matriz que pueden cooperar para definir una cavidad de la matriz angulada dentro de la cual se va a colocar una pieza en tosco metálica tubular, la pieza en tosco metálica tubular doblada tiene una superficie exterior la cual incluye una porción superficial cóncava y una porción superficial convexa sobre los lados opuestos de la misma; primero y segundo montajes de ariete que tienen primera y segunda estructuras respectivas para el acoplamiento del extremo del tubo asociado, colocadas en los extremos opuestos de la cavidad de la matriz; las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo están construidas y arregladas para ser insertadas en los extremos opuestos de la cavidad de la matriz; las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo tienen superficies de acoplamiento del extremo del tubo para acoplar los extremos opuestos de la pieza en tosco metálica tubular colocados en la cavidad de la matriz; las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo comprenden además aberturas construidas y arregladas para proporcionar un fluido de hidroformación a una parte interior de la pieza en tosco metálica tubular; los montajes de ariete comprenden además un sistema de presurización del fluido construido y arreglado para incrementar la presión del fluido de hidrcformación provisto al interior de la pieza en tosco metálica tubular de manera suficiente para expandir la pieza en tosco metálica tubular de conformidad con las superficies de la matriz que definen la cavidad de la matriz; al menos una de las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo es movible por el montaje de ariete asociado en acoplamiento forzado con un extremo de los extremos opuestos de la pieza en tosco metálica tubular para comprimir longitudinalmente la pieza en tosco metálica tubular entre las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo y por medio de esto crear un flujo longitudinal del material metálico durante la expansión de la pieza en tosco metálica tubular para mantener un grosor de la pared de la pieza en tosco metálica tubular dentro de un intervalo deseado, caracterizado porque: al menos una estructura de acoplamiento del extremo del tubo movible que tiene la superficie de acoplamiento del extremo del tubo de la misma construida y arreglada para aplicar una cantidad de fuerza más grande a una porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco metálica tubular en comparación con una cantidad de fuerza aplicada a una porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco para crear una cantidad más grande de flujo longitudinal del metal hacia la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco metálica tubular en comparación con la cantidad del flujo longitudinal del metal hacia la porción superficial cóncava de la pieza en tosco metálica tubular, y en donde la presión es incrementada hasta más arriba de 2,000 atmósferas, en donde las porciones de la pieza en tosco metálica tubular tienen un diámetro de las mismas expandido en más del 10 % de un diámetro original de las mismas, y en donde el grosor de la pared de la pieza en tosco metálica tubular en dichas porciones es mantenido dentro del 10% de su grosor de la pared original.

12. Un montaje de matriz de hidroformación en combinación con una pieza en tosco metálica tubular, para hacer posible que el montaje de la matriz conforme la pieza en tosco metálica tubular en una parte tubular angulada que tiene porciones con primero y segundo ejes colocados a un ángulo de al menos 30°, que comprende: una estructura de la matriz que tiene partes de la matriz, la cual incluye superficies de la matriz que pueden cooperar para definir una cavidad de la matriz angulada dentro de la cual se va a colocar una pieza en tosco metálica tubular, la pieza en tosco metálica tubular doblada tiene una superficie exterior la cual incluye una porción superficial cóncava y una porción superficial convexa sobre los lados opuestos de la misma; primero y segundo montajes de ariete que tienen primera y segunda estructuras respectivas para el acoplamiento del extremo del tubo asociado, colocadas en los extremos opuestos de la cavidad de la matriz; las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo están construidas y arregladas para ser insertadas en los extremos opuestos de la cavidad de la matriz; las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo tienen superficies de acoplamiento del extremo del tubo para acoplar los extremos opuestos de la pieza en tosco metálica tubular colocados en la cavidad de la matriz; las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo comprenden además aberturas construidas y arregladas para proporcionar un fluido de hidroformación a una parte interior de la pieza en tosco metálica tubular; los montajes de ariete comprenden además un sistema de presurización del fluido construido y arreglado para incrementar la presión del fluido de hidroformación provisto al interior de la pieza en tosco metálica tubular de manera suficiente para expandir la pieza en tosco metálica tubular de conformidad con las superficies de la matriz que definen la cavidad de la matriz; al menos una de las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo es movible por el montaje de ariete asociado en acoplamiento forzado con un extremo de los extremos opuestos de la pieza en tosco metálica tubular para comprimir longitudinalmente la pieza en tosco metálica tubular entre las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo y por medio de esto crear un flujo longitudinal del material metálico durante la expansión de la pieza en tosco metálica tubular para mantener un grosor de la pared de la pieza en tosco metálica tubular dentro de un intervalo deseado, caracterizado porque: al menos una estructura de acoplamiento del extremo del tubo movible que tiene la superficie de acoplamiento del extremo del tubo de la misma construida y arreglada para aplicar una cantidad de fuerza más grande a una porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco metálica tubular en comparación con una cantidad de fuerza aplicada a una porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco para crear una cantidad más grande de flujo longitudinal del metal hacia la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco metálica tubular en comparación con la cantidad del flujo longitudinal del metal hacia la porción superficial cóncava de la pieza en tosco metálica tubular, y en donde la superficie para el acoplamiento del extremo del tubo está espaciada de la porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie cóncava de la pieza en tosco metálica tubular.

13. Un montaje de matriz de hidroformación de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la superficie para el acoplamiento del extremo del tubo es una superficie anular, y en donde 22%-44% de la superficie de acoplamiento del extremo del tubo está colocada en contacto para dicho acoplamiento.

14. Un montaje de matriz de hidroformación de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque una porción de la superficie para el acoplamiento del extremo del tubo la cual hace contacto con la porción de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco metálica tubular comprende una porción de superficie generalmente arqueada que descansa en un plano, y en donde una porción de la superficie para el acoplamiento del extremo del tubo la cual está espaciada de la porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción' de la superficie cóncava de la pieza en tosco metálica tubular comprende una porción de la superficie generalmente arqueada que descansa fuera de dicho plano.

15. Un montaje de matriz de hidroformación de confoipnidad con la reivindicación 11, caracterizado porque un extremo de la cavidad de la matriz longitudinal define un primer eje longitudinal, y en donde un extremo opuesto de la cavidad de la matriz longitudinal define un segundo eje longitudinal el cual está angulada al menos 30° con respecto al primer eje longitudinal, y en donde la pieza en tosco metálica tubular está angulada al menos 30° con relación a una pieza en tosco metálica tubular recta.

16. Un montaje de matriz de hidroformación de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo son movibles en acoplamiento forzado con los extremos opuestos respectivos de la pieza en tosco metálica tubular para comprimir longitudinalmente la pieza en tosco metálica tubular entre las mismas.

17. Un montaje de matriz de hidroformación de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque ambas estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo están construidas y arregladas para aplicar una cantidad más grande de fuerza a la porción del primer extremo de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa en comparación con la cantidad de la fuerza aplicada a la porción de la pieza en tosco metálica tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie cóncava.

18. Un montaje de matriz de hidroformación para conformar una parte angulada que tiene porciones con primero y segundo ejes colocados a un ángulo de al menos 30°, que comprende: una estructura de la matriz que define una cavidad de la matriz angulada; montajes de ariete colocados en los extremos opuestos de la cavidad de la matriz y que tienen estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo construidas y arregladas para acoplar los extremos opuestos de una pieza en tosco metálica tubular que va a ser hidroformada, las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo proporcionan una abertura a través de la cual el fluido presurizado puede ser provisto a una parte interior de la pieza en tosco metálica tubular que va a ser hidroformada; al menos una de las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo es movible con relación a la otra de las estructuras de acoplamiento del extremo del tubo y en acoplamiento forzado con un extremo de la pieza en tosco metálica tubular; al menos una de las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo tiene una superficie para el acoplamiento del extremo del tubo, las porciones de la superficie de acoplamiento del extremo del tubo que descansan en un plano común y alineadas generalmente con las porciones de la cavidad de la matriz las cuales forman una porción superficial convexa de la pieza en tosco metálica tubular, las porciones de la estructura de acoplamiento del extremo del tubo construidas y arregladas para hacer contacto con las porciones extremas de la pieza en tosco metálica tubular que están alineadas longitudinalmente con la porción superficial convexa de la pieza en tosco metálica tubular, caracterizado porque: otras porciones de la superficie para el acoplamiento del extremo del tubo descansan fuera del plano común y están alineadas con las porciones de la cavidad de la matriz la cual forma una porción de la superficie cóncava de la pieza en tosco metálica tubular, de modo que al menos una de las estructuras para el acoplamiento del extremo del tubo esté espaciada de las porciones extremas de la pieza en tosco metálica tubular que están alineadas longitudinalmente con la porción superficial cóncava de la pieza en tosco metálica tubular. DE PARTES TUBULARES ANGULADAS RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método de hidroformación de una parte tubular angulada que comprende colocar una pieza en tosco tubular metálica angulada dentro de una cavidad de la matriz angulada correspondientemente, la pieza en tosco tubular tiene una superficie exterior, en donde en una porción angulada de la pieza en tosco tubular, la superficie exterior tiene una porción de superficie cóncava y una porción de superficie convexa sobre los lados generalmente opuestos de la pieza en tosco tubular, sellar los extremos opuestos de la pieza en tosco tubular, proporcionar un fluido a alta presión a una parte interior de la pieza en tosco tubular, expandir la pieza en tosco de conformidad con las superficies que definen la cavidad de la matriz como un resultado de dicha provisión. Una fuerza es aplicada a al menos un extremo de la pieza en tosco tubular para crear un flujo longitudinal del material metálico dentro de la pieza en tosco tubular para mantener un grosor de la pared de la pieza en tosco dentro de un intervalo predeterminado en donde una cantidad más grande de fuerza es aplicada a una porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie convexa de la pieza en tosco tubular en comparación con la cantidad de la fuerza aplicada a una porción de la pieza en tosco tubular la cual está alineada longitudinalmente con la porción de la superficie cóncava de la pieza en tosco tubular para crear una cantidad más grande de flujo del material metálico hacia las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porción de la superficie convexa en comparación con las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porción de la superficie cóncava, para inhibir la formación de arrugas en las porciones de la pieza en tosco tubular adyacente a la porción de la superficie cóncava. Se describe un aparato de matriz de hidroformación para practicar el método así como la parte tubular angulada la cual se hace por el método y el aparato de la invención.