MXPA99008052A - Tecnica de formacion que utiliza zonas de calentamiento discretas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo de formación que incluye zonas de calentamiento discretas (18¦-18d) sobre la longitud axial y porción circunferencias de una cavidad de molde (23). Una zona puede calentarse para provocar que la porción del tubo calentada se vuelva más elástica que la porción del tubo no calentada. Como resultado, se requieren menos presiones radiales y fuerza axial a fin de proporcionar la deformación de metal necesaria contra las mitades de molde (12, 14). De preferencia, las zonas de calentamiento (18a-18d) se proporcionan mediante una serie de bobinas de inducción (16a-16d) dispuestas sobre la longitud axial porción circunferencias del tubo (26). Cada bobina de inducción (16a-16d) puede energizarse individualmente de manera tal que porciones selectas del tubo (26) se calienten en una forma controlada.

Description

TÉCNICA DE FORMACIÓN QUE UTILIZA ZONAS DE CALENTAMIENTO DISCRETAS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato y método para conformar un cuerpo hueco . Más particularmente, la presente invención se refiere a una técnica de formación que utiliza un fluido con alta presión y zonas de calentamiento discretas. ANTECEDENTES Y COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Típicamente se emplea hidroformación para formar un componente metálico en una matriz cerrada, utilizando presión hidráulica interna para crear un cambio en forma del componente metálico. La hidroformación se aplica primordialmente para configurar cuerpos huecos tales como miembros tubulares. Utilizando una técnica de hidroformación, pueden proporcionarse miembros tubulares con formas únicas mientras que se mantiene la resistencia estructural del tubo. En procesos de hidroformación conocidos, un tubo de metal se coloca entre dos mitades de molde que tienen superficies interiores que definen la forma última deseada de la pieza. Fluido con alta presión, tal como agua se introduce al interior del tubo. El fluido con alta presión forza las paredes del tubo a expanderse contra las superficies de molde irregulares. A fin de asegurar que el espesor de la pared del tubo sea uniforme, también se aplica una fuerza axial a extremos opuestos del tubo. Las fuerzas axiales alimentan material a la zona de deformación. Estas fuerzas axiales pueden ser grandes ya que existe fricción entre el tubo expandido y el molde. Se requiere presión extremadamente alta a fin de lograr deformación de metal satisfactoria y uniforme contra las mitades de molde. Las máquinas de hidroformación de la técnica previa de esta manera son relativamente complejas y costosas de producir. La presente invención proporciona un aparato y método para suministrar zonas de calentamiento discretas sobre la longitud axial del molde de formación o localizadas discretamente alrededor de la circunferencia del tubo. Una zona puede calentarse para provocar que la porción del tubo calentada dentro de la zona se vuelva más elástica que las porciones de tubo no calentadas. Como resultado, reducidas presiones axiales y radiales se requieren a fin de proporcionar la deformación de metal necesaria contra las mitades de molde. De preferencia, se proporcionan las zonas de calentamiento por una serie de bobinas de inducción dispuestas sobre la longitud axial del tubo o ubicadas discretamente alrededor de la circunferencia del tubo. Cada bobina de inducción puede energizarse individualmente de manera tal que porciones selectas del tubo se calientan en una forma controlada. Adicionales áreas de aplicabilidad de la presente invención serán aparentes a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación. Habrá de entenderse sin embargo que la descripción detallada y ejemplos específicos, mientras que indican modalidades preferidas de la invención se pretenden para propósitos de ilustración solamente, ya que diversos cambios y modificaciones dentro del espíritu y alcance de la invención serán aparentes para aquellos con destreza en la especialidad a partir de esta descripción detallada. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención será más completamente comprendida a partir de la descripción detallada y los dibujos acompañantes, en donde: La Figura 1 es una vista en perspectiva de un aparato de formación de acuerdo con los principios de la presente invención; La Figura 2 es una vista en perspectiva despiezada de una estructura de sello de tapa de extremo, que tiene una compuerta de entrada para suministrar gas a presión al tubo; La Figura 3 es una vista de extremo de un tapón para utilizarse en la estructura de sello de tapa de extremo, de acuerdo con la presente invención; La Figura 4 es una vista lateral del tapón mostrado en la Figura 3 ; La Figura 5 es una vista de extremo de una tapa de extremo de . acuerdo con los principios de la presente invención; La Figura 6 es una vista en sección transversal que se toma sobre la línea 6-6 de la Figura 5; La Figura 7 es una vista de extremo de una placa utilizada con el sello de tapa de extremo de la presente invención; La Figura 8 es una vista lateral de la placa mostrada en la Figura 7; y La Figura 9 es una vista lateral de una boquilla de unión de tubería de la estructura de sello de tapa de extremo de acuerdo con la presente invención; La Figura 10a es una vista lateral que ilustra una tapa en un proceso de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención; La Figura 10b es una vista lateral de una tapa subsecuente del proceso; La Figura lia es una vista lateral similar a la Figura 10A; y La Figura llb ilustra una parte final elaborada por el procedimiento. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Con referencia a las Figuras acompañantes, el aparato de formación de la presente invención se describirá. El aparato de formación 10 incluye una porción de molde estacionaria 12, que tiene una primer porción de cavidad de molde 14 ahí dispuesta. Una pluralidad de bobinas inductoras solenoides de múltiples vueltas 16a-16d se proporcionan para definir zonas de calentamiento discretas 18a-18d, respectivamente. Una segunda porción de molde móvil 20, se proporciona para corresponder o acoplar con la porción de molde estacionario 12. La porción de molde móvil 20 incluye una segunda porción de cavidad de molde 22. Primeras y segundas porciones de cavidad de molde 14, 22 se combinan para definir la cavidad de molde 23. Una pluralidad de bobinas inductoras de solenoides con múltiples vueltas 24a-24d se proporciona alrededor de la porción de cavidad de molde 22, para definir zonas de calentamiento discretas 18a-18d. Bobinas inductoras 16a-16d, 24a-24d incluyen conectores de entrada y salida para conexión eléctrica a una fuente de energía controlada. La fuente de energía controlada proporciona calentamiento controlado de cada zona de calentamiento discreta 18a- 18d, como se desee durante el proceso de formación. Las bobinas inductoras 16a-16d pueden enfriarse por un fluido. Un miembro hueco 26 se sostiene dentro de la cavidad de molde 23 y se sostiene en sus extremos por primeros y segundos montajes de sello 28, 30, respectivamente. El miembro hueco 26 puede tener una variedad de formas en sección transversal incluyendo redonda, cuadrada y rectangular. Con referencia a las Figuras 2 a 9, las estructuras de sello 28, 30 se describirán con mayor detalle. El primer montaje de sello 28 se proporciona con una compuerta de entrada 32 que se dispone en una tapa de extremo 34. La tapa de extremo 34 se suministra con una porción 36 que se recibe en un extremo 26a del miembro hueco 26. La compuerta de entrada 32 se conecta a un pasaje interno 38. El pasaje interno 38 se conecta a una perforación ahusada ubicada centralmente 40. Una boquilla de unión de tubería 42 se proporciona con un extremo ahusado 44 que se recibe en la perforación 40 de la tapa de extremo 34. La tapa de extremo 34 se proporciona con una pluralidad del orificios pasantes 46 para recibir tornillos 48 pasantes. La tapa de extremo 34 puede elaborarse de un material rígido tal como aluminio o acero. Un tapón 50 se dispone cerca de una tapa de extremo 34. El tapón 50 se proporciona con una abertura central 52 para recibir la boquilla de unión de tubería 42 pasante. Una pluralidad de orificios pasantes 54 se proporcionan correspondientes a los orificios pasantes 46 de la tapa de extremo 34. El tapón 50 de preferencia se elabora -de un material elastomérico tal como silicona.

Una placa 56 se proporciona adyacente al tapón 50. La placa 56 de preferencia se elabora de un material rígido tal como acero. Una abertura central 58 se proporciona en la placa 56 para recibir la boquilla de unión de tubería 42. Una pluralidad de aberturas roscadas 60 se proporciona para recibir los extremos roscados de los tornillos 48. Durante operación, los tornillos 48 se insertan a través de las aberturas 46 de la tapa de extremo 34 y las aberturas 54 del tapón 50. Los tornillos se acoplan roscadamente con las aberturas roscadas 60 de la placa 56. Las estructuras de sello 28, 30 se insertan en los extremos 26a y 26 b del miembro hueco 26, de manera tal que el miembro hueco 26 confina a tope contra el hombro 36 de la tapa de extremo 34. Los tornillos 48 pueden apretarse a fin de comprimir el tapón 50 a fin de obtener una conexión sellada con el miembro hueco 26. Fluido a presión tal como gas nitrógeno se proporciona a través de la compuerta de entrada 32 mediante la línea de suministro 62. Habrá de notarse que la estructura de sello 30 no se proporciona con una compuerta de entrada. Un par de cilindros hidráulicos 64, 66 se proporcionan en extremos opuestos del molde estacionario 12 y el molde móvil 20. Cada uno de los cilindros hidráulicos 64, 66, se proporciona con un pistón (no mostrado) dispuesto dentro de cada cilindro y un par de líneas de suministro hidráulico 68, 70 dispuestas en extremos opuestos de los cilindros. Fluido a presión se proporciona a las líneas de suministro 68 a fin de proporcionar una fuerza contra los pistones que a su vez proporciona una fuerza axial en las flechas de pistón 72. Las flechas de pistón 72 se conectan a las estructuras de sello de tapa de extremo 28, 30. De esta manera, el suministro de fluido a presión a las líneas de suministro 68 proporciona una fuerza de compresión axial en el miembro tubular 26. El proporcionar fluido hidráulico a las líneas de suministro 70 provocará que el pistón de los cilindros hidráulicos 64, 66 libere la presión axial en el miembro tubular 26. En operación, un miembro tubular 26 se dispone entre el molde estacionario 12 y el molde móvil 20. El molde móvil 20 se mueve en la dirección de la flecha "A", a fin de cerrar el molde que define la cavidad de molde 23. Primeros y segundos montajes de sello 28, 30 se insertan en los extremos del tubo 26. Un fluido a presión tal como gas nitrógeno se proporciona a través de la línea 62 a la compuerta de entrada 32 de la estructura de sello de tapa de extremo 28. Además, cilindros hidráulicos 64, 66 se accionan para proporcionar una fuerza de compresión axial en los extremos del tubo 26. Además, bobinas inductoras 16a-16d y 24a-24d se activan selectivamente a fin de proporcionar calor a las zonas de calentamiento discretas 18a-18d de la mitad de molde 12 y 20. De esta manera, una zona puede calentarse para provocar que la porción de tubo calentada se vuelva más elástica que las porciones de tubo no calentadas. Como resultado, menos presión radial se requiere a fin de proporcionar la deformación metálica necesaria contra las mitades de molde 12, 20. También, se requiere menos fuerza axial no solo debido a la elasticidad incrementada local de tubos sino también debido a que la porción no calentada del tubo no se ha expandido para crear una resistencia a la fricción entre la superficie del molde y el tubo. Al no expander todo el tubo de inmediato, es posible mucha mayor flexibilidad en términos de diseño de producto. En particular, es más fácil alimentar material a la porción en expansión del miembro hueco si el resto el tubo no está "enclavado" contra la superficie del molde. Con referencia a las Figuras 10A-10B y 11A-11B, se ilustra un proceso en donde las bobinas de inducción 16 se utilizan en una etapa preliminar para incrementar el espesor de pared de un miembro tubular 26 en una región local 26a. El espesor de pared incrementado se obtiene al calentar las bobinas de inducción 16 mientras que se aplica una presión de fluido interno (presentada por las flechas A) y una fuerza de alimentación de extremo (representada por las flechas B) a cada uno de los extremos del miembro tubular 26. El calentamiento del miembro tubular 26 en el área de la zona de calentamiento 18 provoca que el miembro tubular 26 se vuelva más deformable en esa región, inserción. De esta manera, las áreas 26a del espesor de pared incrementado se crea, como se ilustra en la Figura 10a y lia. Una vez que se incrementa el espesor de pared, el miembro tubular 26 puede formarse en una configuración deseada final 26' utilizando un proceso de hidroformación como se ilustra en la Figura 10a, ya sea con o sin las zonas de calentamiento discretas. El espesor de pared incrementado que se obtiene en la etapa preliminar (Figuras 10a y lia) permite que las paredes se deformen estratégicamente para mantener un espesor de pared casi constante después de que los miembros tubulares 26 estén en su configuración final. Con referencia a las Figuras 11a-11b, el espesor agregado que se obtiene en un proceso de calentamiento discreto preliminar permite que el miembro tubular 26 se doble a una configuración final 26" sin consideración por que el espesor de pared se vuelva delgado en el área de los dobleces 26b. Será evidente que la invención así descrita, puede variarse la misma de muchas formas . Estas variaciones no se habrán de considerar como una separación del espíritu y alcance de la invención, y todas estas modificaciones como será evidente a una persona con destreza en la especialidad se pretenden incluidas dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones:

Claims (17)

1. REIVINDICACIONES 1.- Un aparato para formar miembros huecos, caracterizado porque comprende: una primer porción de molde; una segunda porción de molde móvil respecto a la primer porción de molde, la primera y segunda porciones de molde definen una cavidad de molde; una pluralidad de miembros de calentamiento dispuestos en la primer y segunda porciones de molde para proporcionar zonas de calentamiento discretas dentro de la cavidad de molde.
2. 2. - El aparato de formación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los miembros de calentamiento incluyen bobinas inductoras .
3. 3. - El aparato de formación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende medios para aplicar una fuerza axial a los extremos de un miembro hueco .
4. 4. - El aparato de formación de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los medios para aplicar una fuerza axial a los extremos de un miembro hueco incluyen primeros y segundos cilindros hidráulicos dispuestos en extremos opuestos de la primera y segunda porciones de molde.
5. 5. - El aparato de formación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende primeras y segundas tapas de extremo para sostener primeros y segundos extremos de un miembro hueco, una de las primeras y segundas tapas de extremo incluye una compuerta de entrada para recibir un medio de formación.
6. 6. - El aparato de formación de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque además comprende primeras y segundas tapas de extremo para sostener primeros y segundos extremos de un miembro hueco, una délas primeras y segundas tapas de extremo incluye una compuerta de entrada para recibir un medio a presión.
7. 7. - El aparato de formación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los medios para aplicar una fuerza axial a los extremos de un miembro hueco se accionan mientras que el medio a presión se suministra a la compuerta de entrada y al menos una de las bobinas de calentamiento, se calienta.
8. 8. - El aparato de formación de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el medio a presión es un gas .
9. 9. - Método para formar un miembro hueco caracterizado porque comprende las etapas de: soportar el miembro hueco en una cavidad de molde; suministrar un medio presurizado dentro del miembro hueco; calentar una primer porción discreta de la cavidad de molde empezando a un primer tiempo; y calentar una segunda porción discreta de la cavidad de molde empezando en un segundo tiempo después del primer tiempo.
10. 10.- El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque además comprende la etapa de aplicar una fuerza axial a los extremos del miembro hueco.
11. 11.- El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque una primer bobina inductora se proporciona para calentar la primer porción discreta de la cavidad de molde.
12. 12. - El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque una segunda bobina inductora se proporciona para calentar la segunda porción discreta de la cavidad de molde.
13. 13.- Método para formar un miembro hueco, caracterizado porque comprende las etapas de: soportar el miembro hueco en una cavidad de molde; suministrar un medio a presión dentro del miembro hueco; calentar una primer porción discreta de la cavidad de molde; y aplicar una fuerza axial cuando menos a un extremo del miembro hueco.
14. 14. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa de aplicar una fuerza axial a cuando menos un extremo del miembro hueco, provoca que se incremente un espesor de pared del miembro tubular en un sitio correspondiente a la porción discreta de la cavidad del molde.
15. 15. - El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además comprende la etapa de deformar adicionalmente el miembro tubular en un sitio en donde el espesor de pared se ha incrementado.
16. 16.- El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la etapa de formación adicional del miembro tubular incluye doblar el miembro tubular.
17. 17.- El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la etapa de formación adicional del miembro tubular incluye la etapa de insertar el miembro tubular en una segunda cavidad de molde, suministrar un medio a presión dentro del miembro hueco y calentar una porción discreta de la cavidad del molde correspondiente a la ubicación en donde el espesor de pared se ha incrementado.