PL197310B1

PL197310B1 - Sposób wytwarzania wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych kształtowanych hydrodynamicznie oraz wzmocniony rurowy element konstrukcyjny kształtowany hydrodynamicznie

Info

Publication number: PL197310B1
Application number: PL353865A
Authority: PL
Inventors: Brian Morris; Flavia F. Deveny; Mark A. Kessen
Original assignee: Cosma Int Inc
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2008-03-31
Also published as: US6609301B1; CA2383851C; PL353865A1; EP1210189A1; EP1210189B1; WO2001017709A1; CZ20021204A3; AU6975800A; DE60016241D1; DE60016241T2; CA2383851A1; ATE283125T1

Abstract

1. Sposób wytwarzania wzmocnionych rurowych ele- mentów konstrukcyjnych kszta ltowanych hydrodynamicz- nie, polegaj acy na kolejnym wykonaniu nast epuj acych operacji: przygotowaniu metalowego pó lfabrykatu rurowe- go, osobnym przygotowaniu metalowego cz lonu wzmacnia- j acego i osadzeniu go wewn atrz tego pó lfabrykatu, dopro- wadzaj ac do zestyku powierzchni e zewn etrzn a cz lonu wzmacniaj acego z wewn etrzn a powierzchni a tego pó lfabry- katu, a nast epnie przyspawaniu tego cz lonu wzmacniaj a- cego do powierzchni wewn etrznej pó lfabrykatu rurowego oraz umieszczeniu pó lfabrykatu rurowego z przyspawanym do niego cz lonem wzmacniaj acym w matrycy do kszta lto- wania hydrodynamicznego, której powierzchnie wewn etrzne stanowi a odwzorowanie negatywowe powierzchni zewn etrz- nych wytwarzanego wzmocnionego rurowego elementu kon- strukcyjnego, a nast epnie wprowadzeniu do wn etrza pó lfabry- katu rurowego p lynu pod wysokim ci snieniem, który dociska zewn etrzn a powierzchni e tego pó lfabrykatu do wewn etrznej powierzchni matrycy, znamienny tym, ze stosuje si e ……. 11. Wzmocniony rurowy element konstrukcyjny kszta l- towany hydrodynamicznie, wyposa zony w metaliczn a sciank e w postaci nieregularnie ukszta ltowanej rury, pola- czony z innym elementem konstrukcyjnym o nieregularnej powierzchni zewn etrznej i wyposa zony w cz lon wzmacnia- j acy, polaczony sw a powierzchni a zewn etrzn a z we- wn etrzn a powierzchni a metalowego ……………….......... PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (²¹) Numer zgłoszema: ³⁵³⁸⁶⁵ ⁽22) Data ^zgłos^zenia^: 08.09.2000 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

08.09.2000, PCT/CA00/01033 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

15.03.2001, WO01/17709 PCT Gazette nr 11/01 (11) 197310 (13) ^B151) Int.Cl.

B21D 26/02 (2006.01)

Sposób wytwarzania wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych (54) kształtowanych hydrodynamicznie oraz wzmocniony rurowy element konsrrukcyjny kształtowany hydrodynamicznie
	(73) Uprawniony z patentu:
(30) Pierwszeństwo:	COSMA INTERNATIONAL INC.,Concord,CA
08.09.1999,US,60/152,601	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 01.12.2003 BUP 24/03	Brian Morris,Aurora,CA Flavia F. Deveny,Troy,US Mark A. Kessen,Macomb Township,US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2008 WUP 03/08	(74) Pełnomocnik: Kamiński Zbigniew, KANCELARIA PATENTOWA

(57) 1i Sposób wytwarzania wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych kształtowanych hydrodynamicznie, polegający na kolejnym wykonaniu następujących operacji: przygotowaniu metalowego półfabrykatu rurowego, osobnym przygotowaniu metalowego członu wzmacniającego i osadzeniu go wewnątrz tego półfabrykatu, doprowadzając do zestyku powierzchnię zewnętrzną członu wzmacniającego z wewnętrzną powierzchnią tego półfabrykatu, a następnie przyspawaniu tego członu wzmacniającego do powierzchni wewnętrznej półfabrykatu rurowego oraz umieszczeniu półfabrykatu rurowego z przyspawanym do niego członem wzmacniającym w matrycy do kształtowania hydrodynamicznego, której powierzchnie wewnętrzne stanowią odwzorowanie negatywowe powierzchni zewnętrznych wytwarzanego wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego, a następnie wprowadzeniu do wnętrza półfabrykatu rurowego płynu pod wysokim ciśnieniem, który dociska zewnętrzną powierzchnię tego półfabrykatu do wewnętrznej powierzchni matrycy, znamienny tym, że stosuje się.......

11i Wzmocniony rurowy element konstrukcyjny kształtowany hydrodynamicznie, wyposażony w metaliczną ściankę w postaci nieregularnie ukształtowanej rury, połączony z innym elementem konstrukcyjnym o nieregularnej powierzchni zewnętrznej i wyposażony w człon wzmacniający, połączony swą powierzchnią zewnętrzną z wewnętrzną powierzchnią metalowego............................

PL 197 310 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych kształtowanych hydrodynamicznie. Sposób ten polega na kolejnym wykonaniu następujących operacji: przygotowaniu metalowego półfabrykatu rurowego, osobnym przygotowaniu metalowego członu wzmacniającego i osadzeniu go wewnątrz tego półfabrykatu, doprowadzając do zestyku powierzchnię zewnętrzną członu wzmacniającego z wewnętrzną powierzchnią tego półfabrykatu, a następnie przyspawaniu tego członu wzmacniającego do powierzchni wewnętrznej półfabrykatu rurowego oraz umieszczeniu półfabrykatu rurowego z przyspawanym do niego członem wzmacniającym w matrycy do kształtowania hydrodynamicznego, której powierzchnie wewnętrzne stanowią odwzorowanie negatywowe powierzchni zewnętrznych wytwarzanego wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego, a następnie wprowadzeniu do wnętrza półfabrykatu rurowego płynu pod wysokim ciśnieniem, który dociska zewnętrzną powierzchnię tego półfabrykatu do wewnętrznej powierzchni matrycy.

Przedmiotem wynalazku jest również wzmocniony rurowy element konstrukcyjny kształtowany hydrodynamicznie, wyposażony w metaliczną ściankę w postaci nieregularnie ukształtowanej rury, połączony z innym elementem konstrukcyjnym o nieregularnej powierzchni zewnętrznej i wyposażony w człon wzmacniający, połączony swą powierzchnią zewnętrzną z wewnętrzną powierzchnią metalowego półfabrykatu rurowego, który wraz z tym członem wzmacniającym, którego powierzchnia zewnętrzna stanowi odwzorowanie negatywowe powierzchni wewnętrznej tego półfabrykatu. Metalowy półfabrykat rurowy wraz z przymocowanym do niego członem wzmacniającym został hydrodynamicznie ukształtowany w formie przez działanie parcia płynu pod wysokim ciśnieniem, doprowadzonego do jego wnętrza.

W stanie techniki od wielu lat znany jest proces kształtowania hydrodynamicznego metalowych części blaszanych, na przykład z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych AP nr nr 5 107 693, US 5 233 854, US 5 333 775, US 4 567 743, US 5 070 717, US 5 239 852 i US 5 339 667.

W konwencjonalnym procesie kształtowania hydrodynamicznego metalowy półfabrykat rurowy, ukształtowany najczęściej z arkusza blachy metalowej do postaci cylindrycznej, zespawanej rury umieszczany jest w wykroju matrycy do kształtowania hydrodynamicznego i po uszczelnieniu przeciwległych końców rury kształtowany przez wprowadzenie do jej wnętrza płynu pod wysokim ciśnieniem. Parcie płynu powoduje przy tym rozszerzenie półfabrykatu w kierunku na zewnątrz i dostosowanie jego powierzchni zewnętrznej do kształtu powierzchni wewnętrznej wykroju wewnątrz matrycy. W najnowszych procesach kształtowania hydrodynamicznego przeciwległe końce rurowego półfabrykatu są podczas rozpierania ich przez znajdujący się wewnątrz niego płyn pod wysokim ciśnieniem, dodatkowo ściskane, co powoduje utrzymanie względnie hydrodynamicznie zwiększenie grubości ścianki kształtowanego elementu konstrukcyjnego. Ten nowoczesny proces kształtowania hydrodynamicznego z równoczesnym ściskaniem osiowym półfabrykatu jest szczegółowo opisany w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych AP nr nr 5899498, US 5 855 394, US 5 718 048, US 6 014 879 i US 5 979 201.

Istotną zaletą kształtowania hydrodynamicznego rurowych elementów konstrukcyjnych jest łatwość uzyskania zmiennego przekroju poprzecznego tych elementów, co jest niemożliwe do uzyskania techniką walcowania lub profilowania rolkowego.

Elementy konstrukcyjne wytworzone z blachy w konwencjonalnym procesie kształtowania hydrodynamicznego mają zwykle stałą grubość ścianki, która nawet wtedy, gdy ulega zmianom na przykład przez ściskanie osiowe, nie może być łatwo kontrolowana i dostosowana do z góry określonych życzeń. Dotyczy to zwłaszcza przypadków, w których wymagane są znaczne zmiany grubości ścianki. W tych właśnie przypadkach wymagane jest wzmocnienie lub usztywnienie niektórych miejsc kształtowanego hydrodynamicznie elementu konstrukcyjnego przez stosowanie półfabrykatów rurowych o jednakowej, lecz grubszej ściance w całym przekroju osiowym półfabrykatu, przy czym grubość utworzonego w ten sposób elementu konstrukcyjnego jest określona przez wymagania tej części jego przekroju, która poddana jest największym obciążeniom. Wskutek tego elementy te mają większy ciężar i związane są z większym zużyciem materiału i większymi kosztami wytwarzania.

Proces kształtowania hydrodynamicznego, umożliwiający uzyskanie części o zwiększonej lokalnie wytrzymałości, przedstawiony jest w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych AP nr US 5 333 775, którego istota polega na wytwarzaniu poszczególnych części elementu konstrukcyjnego kształtowanych hydrodynamiczne o różnych wytrzymałościach lokalnych, a następnie na spawaniu tych części w celu uzyskania elementu konstrukcyjnego o różnych grubościach ścianki. Opisany sposób jest jednak stosunkowo czasochłonny i kosztowny, wskutek czego nie znalazł szerszego zastosowania w przemyśle.

PL 197 310 B1

Inny znany sposób lokalnego wzmacniania rurowych elementów konstrukcyjnych kształtowanych hydrodynamicznie polega na umieszczeniu zewnętrznej tulei wokół półfabrykatu rurowego i rozparciu tego półfabrykatu, aż do zetknięcia się jego powierzchni zewnętrznej z powierzchnią wewnętrzną nasadzonej na niego tulei, a następnie rozszerzaniu półfabrykatu, łącznie z tą tuleją, aż do zetknięcia się jej powierzchni zewnętrznej z powierzchnią wewnętrzną matrycy do kształtowania hydrodynamicznego. Uzyskany w ten sposób element konstrukcyjny jest lokalnie wzmocniony w miejscu osadzenia na nim tulei zewnętrznej, która jednak otacza cały obwód elementu konstrukcyjnego, powodując podobnie jak w poprzednim rozwiązaniu - zużycie większej ilości materiału niż koniecznie potrzebna, a tym samym wzrost kosztów wytwarzania.

Powyższe niedogodności znanych sposobów wytwarzania wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych eliminuje sposób wytwarzania wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że stosuje się człon wzmacniający, mający postać rury zaopatrzonej w boczną, równoległą do osi szczelinę, oraz w zewnętrzną powierzchnię, stanowiącą odwzorowanie negatywowe powierzchni wewnętrznej półfabrykatu rurowego, a następnie rozpiera się od wewnątrz ten człon wzmacniający, aż do całkowitego zestyku jego powierzchni zewnętrznej z powierzchnią wewnętrzną półfabrykatu rurowego.

Ścianka półfabrykatu rurowego ma między swą powierzchnią zewnętrzną a powierzchnią wewnętrzną określoną grubość, przy czym połączenie tego półfabrykatu rurowego z członem wzmacniającym wykonuje się przez spawanie za pomocą laserowego urządzenia spawającego poprzez grubość ścianki tego półfabrykatu.

W celu dopasowania członu wzmacniającego do wewnętrznej powierzchni półfabrykatu rurowego osadza się wewnątrz tego członu trzpień rozpierający, a następnie przez względne przemieszczenie tego trzpienia względem członu wzmacniającego rozpiera się ten człon wzmacniający, zaopatrzony w boczną szczelinę, dociskając go do powierzchni wewnętrznej półfabrykatu rurowego.

Rozpieranie przekroju poprzecznego członu wzmacniającego uzyskuje się przez promieniowy ruch części trzpienia rozpierającego mających postać promieniowych wycinków tego trzpienia.

Przygotowanie półfabrykatu rurowego obejmuje zawijanie metalowego arkusza blachy przez walcowanie, a następnie spawanie względnie zgrzewanie liniowe krawędzi arkusza do postaci rurowej, zwłaszcza w kształcie stożka ściętego.

Półfabrykat rurowy, mający postać stożka ściętego, przygotowuje się z arkusza blachy, przy czym po ukształtowaniu jego stożkowej postaci spawa się w zestyku krawędzie liniowej szczeliny powstałej po ukształtowaniu stożka.

W odmianie rozwiązania sposobu wytwarzania wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych kształtowanych hydrodynamicznie, powierzchnia zewnętrzna metalowego członu wzmacniającego, po umieszczeniu go wewnątrz metalowego półfabrykatu rurowego, nie pokrywa powierzchni wewnętrznej tego półfabrykatu wzdłuż pełnego obwodu.

W odmianie tej przynajmniej część powierzchni zewnętrznej członu wzmacniającego jest w stanie zestyku z powierzchnią wewnętrzną metalowego półfabrykatu rurowego.

Człon wzmacniający w tej odmianie łączy się z górną powierzchnią arkusza blachy metalowej, a następnie arkusz ten wraz z członem wzmacniającym zwija się do postaci rury, tak aby człon wzmacniający znajdował się na powierzchni wewnętrznej tej rury.

Przynajmniej część powierzchni członu wzmacniającego jest w tej odmianie połączona z arkuszem blachy metalowej przez spawanie.

Niedogodności znanych dotychczas rozwiązań wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych kształtowanych hydrodynamicznie eliminuje wzmocniony rurowy element konstrukcyjny kształtowany hydrodynamicznie według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że metalowy człon wzmacniający jest wykonany z blachy metalowej, przy czym jego powierzchnia zewnętrzna po połączeniu go metalowym półfabrykatem rurowym niecałkowicie pokrywa obwód powierzchni wewnętrznej wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego ukształtowanego hydrodynamicznie.

Metalowy człon wzmacniający elementu według wynalazku jest połączony z wewnętrzną powierzchnią wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego ukształtowanego hydrodynamicznie.

Badania eksploatacyjne wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych według wynalazku wykazały, że stanowią one optymalne rozwiązanie, zapewniające żądane wytrzymałości lokalne tych elementów przy stosunkowo łatwym i tanim procesie ich wytwarzania. Równocześnie zapewniony jest stosunkowo niewielki ciężar tych elementów w stosunku do elementów wytwarzanych znanymi sposobami.

PL 197 310 B1

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia metalowy półfabrykat rurowy i osadzany wewnątrz niego człon wzmacniający w widoku perspektywicznym; fig. 2 - metalowy półfabrykat rurowy z osadzonym wewnątrz niego członem wzmacniającym i umieszczonym wewnątrz tego członu trzpieniem rozpierającym, jak również z urządzeniem laserowym do spawania członu wzmacniającego na zewnątrz półfabrykatu rurowego - w przekroju poprzecznym; fig. 3 - metalowy półfabrykat rurowy z osadzonym wewnątrz niego członem wzmacniającym i umieszczonym wewnątrz tego członu trzpieniem rozpierającym, jak również z urządzeniem laserowym do spawania członu wzmacniającego na zewnątrz półfabrykatu rurowego - w przekroju podłużnym; fig. 4A - płaski arkusz metalowy z przymocowanym do niego płaskim członem wzmacniającym, w widoku perspektywicznym; fig. 4B - częściowo zwinięty przez walcowanie płaski arkusz metalowy z przymocowanym do niego płaskim członem wzmacniającym według fig. 4A, w widoku perspektywicznym; fig. 5 - matrycę do kształtowania hydrodynamicznego z umieszczonym wewnątrz niej wzmocnionym półfabrykatem rurowym - w przekroju podłużnym; fig. 6 - matrycę do kształtowania hydrodynamicznego z umieszczonym wewnątrz niej wzmocnionym półfabrykatem rurowym, po jego rozparciu przez parcie płynu pod wysokim ciśnieniem - w przekroju podłużnym; fig. 7 stożkowy półfabrykat rurowy i stożkowy człon wzmacniający - w widoku perspektywicznym; fig. 8, 9 i 10-kształtowe półfabrykaty rurowe o przekroju prostokątnym oraz osadzone w nich człony wzmacniające pokrywające część powierzchni wewnętrznej tych półfabrykatów; fig. 11 - matrycę do kształtowania hydrodynamicznego z umieszczonym wewnątrz niej stożkowym półfabrykatem rurowym, w przekroju osiowym; fig. 12 - matrycę do kształtowania hydrodynamicznego z umieszczonym wewnątrz niej wzmocnionym stożkowym elementem konstrukcyjnym, uzyskanym przez rozparcie za pomocą płynu pod wysokim ciśnieniem półfabrykatu rurowego z osadzonym wewnątrz niego członem wzmacniającym - w przekroju poprzecznym, a fig. 13 - element konstrukcyjny w postaci ramy hybrydowej utworzony ze spawanych ze sobą części kształtowanych hydrodynamicznie.

Na fig. 1 do 3 przedstawiony jest metalowy półfabrykat rurowy 10, wykonany z arkusza blachy stalowej, uformowanej przez walcowanie do postaci elementu rurowego, z powierzchnią wewnętrzną 12 i powierzchnią zewnętrzną 14, którego przeciwległe krawędzie są ze sobą połączone za pomocą liniowej spoiny 16, oraz człon wzmacniający 20, mający również postać członu rurowego, z boczną szczeliną 26, równoległą do osi tego członu. Człon wzmacniający 20, wykonany również z arkusza blachy stalowej, ma długość odpowiadającą długości niezbędnego wzmocnienia półfabrykatu rurowego 10, a ponadto ma powierzchnię wewnętrzną 22 i powierzchnią zewnętrzną 24, przy czym jego powierzchnia zewnętrzna 24 jest nieznacznie mniejsza od średnicy wewnętrznej metalowego półfabrykatu rurowego 10, umożliwiając wsunięcie członu wzmacniającego 20 do wnętrza półfabrykatu rurowego 10 tak, aby po jego rozparciu ta powierzchnia zewnętrzna 24 była w stanie zestyku z powierzchnią wewnętrzną 12 półfabrykatu rurowego 10. W celu rozparcia od wewnątrz członu wzmacniającego 20 i dociśnięcia jego powierzchni zewnętrznej 24 do powierzchni wewnętrznej 12 półfabrykatu rurowego 10 służy osadzony wewnątrz tego członu wzmacniającego 20 trzpień rozpierający 28. Trzpień rozpierający 28, przedstawiony na fig. 2, składa się z czterech rozszerzanych promieniowo części 30, mających w przekroju postać wycinków koła współpracujących z osadzonym wewnątrz nich sworzniem stożkowym, którego ruch osiowy powoduje rozszerzanie się tych części 30 trzpienia rozpierającego 28 w kierunku na zewnątrz oraz rozpieranie członu wzmacniającego 20, zaopatrzonego w przekroju poprzecznym w szczelinę boczną 26. Rozpieranie członu wzmacniającego 20 następuje dopóty, dopóki jego powierzchnia zewnętrzna 24 znajdzie się w stanie ciągłego zestyku i zostanie dociśnięta określonym parciem do powierzchni wewnętrznej 12 metalowego półfabrykatu rurowego 10. Po ukształtowaniu powierzchni zewnętrznej 24 członu wzmacniającego 20 takim, aby stanowiła ona odwzorowanie negatywowe powierzchni wewnętrznej 12 półfabrykatu rurowego 10, następuje zespawanie ze sobą członu wzmacniającego 20 i półfabrykatu rurowego 10 za pomocą laserowego urządzenia spawającego 32, działającego poprzez ściankę półfabrykatu rurowego 10 i umożliwiającego spawanie od strony powierzchni zewnętrznej 14 tego półfabrykatu rurowego 10. Człon wzmacniający 20 zostaje przyspawany do metalowego półfabrykatu rurowego 10 wzdłuż jednej lub kilku krawędzi względnie też przyspawany punktowo w narożach tego członu wzmacniającego 20.

Figury 4A i 4B ilustrują inny sposób wytwarzania wzmocnionego metalowego półfabrykatu rurowego 10', obejmujący następujące czynności: płaski arkusz wzmacniający blachy 20' mocowany jest do powierzchni wewnętrznej 12' większego płaskiego arkusza metalowego 10', a następnie utworzony tak arkusz zespolony jest zwijany, na przykład przez walcowanie względnie profilowanie rolkowe, do postaci rury. Stykające się ze sobą krawędzie zwiniętego arkusza metalowego 10', są ze sobą liniowo

PL 197 310 B1 zespawane, tworząc półfabrykat rurowy ze spoiną liniową. Człon wzmacniający 20' jest korzystnie przyspawany do arkusza metalowego 10' wzdłuż jednej lub kilku krawędzi (korzystnie wzdłuż dwóch przeciwległych krawędzi) tego członu wzmacniającego 20' względnie może być punktowo zgrzany w narożach członu 20'. Człon wzmacniający 20' przedstawiony na fig. 4A i 4B ma kształt prostokąta, jednakże może mieć on również inny kształt dostosowany do wzmacnianych przekrojów zwiniętego półfabrykatu rurowego, na przykład kształt kołowy, owalny, trapezowy względnie równoległoboku. Zespolony arkusz winien być zwinięty, na przykład przez walcowanie, w ten sposób, aby jego człon wzmacniający 20' znajdował się po wewnętrznej stronie wzmocnionego półfabrykatu rurowego (fig. 4B), chociaż w określonych przypadkach, gdy zewnętrzna powierzchnia półfabrykatu może być stopniowa, człon wzmacniający 20' może się znajdować po zewnętrznej stronie.

Figury 5 i 6 przedstawiają proces hydrodynamicznego kształtowania metalowego półfabrykatu rurowego 10 (lub 10') wzmocnionego przez przyspawany do niego człon wzmacniający 20 (lub 20'). Wzmocniony metalowy półfabrykat rurowy 10 jest umieszczony w matrycy 34 do kształtowania hydrodynamicznego (fig. 5), składającej się z części górnej 36 i z części dolnej 38, przy czym powierzchnie robocze 40 i 42 obydwu tych części 36 i 38, stanowiące wnętrze matrycy 34, mają postać będącą odwzorowaniem negatywowym kształtowanego hydrodynamicznie elementu konstrukcyjnego. Element ten składa się z części stożkowej, odpowiadającej stożkowej powierzchni 46 matrycy 34, zakończonej z jednej strony obrzeżem 50, z drugiej zaś linią zetknięcia powierzchni części stożkowej 46 i powierzchni części walcowej 52 matrycy 34. przy czym część walcowa 52 matrycy 34 jest współosiowa względem części stożkowej 46 i stanowi jej przedłużenie.

Po umieszczeniu wzmocnionego półfabrykatu rurowego 10 we wnętrzu 44 matrycy 34, w którym człon wzmacniający 20 znajduje się w przekroju poprzecznym tego półfabrykatu rurowego 10, w którym wymagana jest zwiększona wytrzymałość lub sztywność, doprowadza się do wnętrza tego półfabrykatu 10 płyn 54 pod wysokim ciśnieniem. Parcie płynu 54 powoduje rozszerzenie wzmocnionego półfabrykatu rurowego 10 w kierunku od osi i zestyk jego zewnętrznej powierzchni 14 z górną i dolną powierzchnią roboczą 40 i 42 matrycy 34 (fig. 6). W wyniku kształtowania hydrodynamicznego uzyskuje się wzmocniony element konstrukcyjny złożony z części stożkowej 126 i stanowiący jej przedłużenie części walcowej 128, przy czym powierzchnia wewnętrzna tego elementu jest w miejscu jego największych obciążeń wzmocniona przez połączony z nią stożkowy człon wzmacniający 130.

Odmienny sposób wytwarzania wzmocnionego elementu konstrukcyjnego w postaci stożkowej rury przedstawia fig. 7. Przygotowany metalowy półfabrykat 56, uzyskany przez walcowanie trapezowego arkusza blachy, a następnie spawanie wzdłuż stykających się bocznych krawędzi tego arkusza, tworzących spoinę liniową 62, jest wyposażony w osadzony wewnątrz niego stożkowy człon wzmacniający 64, również wykonany ze zwiniętego przez walcowanie trapezowego arkusza blachy. Człon wzmacniający 64 jest zaopatrzony w boczną szczelinę 70, równoległą do jego osi i połączony przez spawanie z zewnętrzną powierzchnią 58 stożkowego półfabrykatu rurowego 56. Wzmocniony stożkowy półfabrykat rurowy jest następnie kształtowany hydrodynamiczne w matrycy, której powierzchnie czołowe wykroju stanowią równocześnie uszczelnienie czołowe półfabrykatu.

Odmiana sposobu wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego według wynalazku o kształcie przedstawionym na fig. 6 polega na tym, że oddzielnie jest kształtowana hydrodynamicznie część stożkowa 126 tego elementu 124, a oddzielnie, ewentualnie również wzmocniona przez człon wzmacniający, jego część walcowa 128, po czym obydwie części 126 i 128 są spawane ze sobą wzdłuż krawędzi części walcowej oraz krawędzi części stożkowej o najmniejszej średnicy.

Figury 8, 9 i 10 przedstawiają kształtowe półfabrykaty rurowe o przekroju prostokątnym, wzmocnione za pomocą różnych członów wzmacniających. Kształtowy półfabrykat rurowy 84 jest wzmocniony członem wzmacniającym 74 w postaci rury o przekroju prostokątnym, zaopatrzonej w szczelinę i dociśniętej oraz połączonej przez spawanie z zewnętrzną powierzchnią półfabrykatu w miejscu największego obciążenia.

Kształtowy półfabrykat rurowy 84 o przekroju prostokątnym jest wyposażony w człon wzmacniający 80 w postaci przyspawanych do jego powierzchni wewnętrznej, w miejscu największego obciążenia, dwóch prostopadłych ścianek.

Kształtowy półfabrykat rurowy 88 o przekroju prostokątnym jest wyposażony w człon wzmacniający 82 w postaci umieszczonej w miejscu największego obciążenia płaskiej ścianki. Z porównania rysunków na fig. 8, 9 i 10 wynika, że wymiary powierzchni (a tym samym i ciężary) poszczególnych członów wzmacniających 74, 80 i 82 są dostosowane do lokalnych wymagań wytrzymałościowych lub lokalnego usztywnienia i są coraz to mniejsze. W każdym jednak przypadku człon wzmacniający 74.

PL 197 310 B1 i 82 pokrywa jedynie część powierzchni wewnętrznej kształtowego półfabrykatu rurowego o przekroju prostokątnym. Oczywiście człony wzmacniające 74, 80 i 82 mogą mieć, w zależności od rodzaju obciążeń, dowolny kształt, jednakże każdorazowo ich powierzchnia zewnętrzna musi być ściśle dopasowana do powierzchni wewnętrznej półfabrykatu o przekroju prostokątnym.

Figury 11 i 12 przedstawiają matrycę 90 do kształtowania hydrodynamicznego, przeznaczoną do wytwarzania środkowej części 114 rurowego elementu konstrukcyjnego 112 przedstawionego na fig. 13. Matryca 90 składa się z części górnej 92, zaopatrzonej w górną powierzchnię roboczą 96, oraz z części dolnej 94 z powierzchnią roboczą 98. Po złożeniu obydwu części 92 i 94 matrycy 90, ich powierzchnie robocze 96 tworzą wykrój przestrzenny 100, odpowiadający odwzorowaniu negatywowemu środkowej części 114 rurowego elementu konstrukcyjnego 112 (fig. 13). Wykrój 100 obejmuje bardzo krótką część walcową 102, której odpowiada najmniejsza średnica wykroju 100, wypukłą część kształtową 104, której odpowiada duży kąt nachylenia ścianki elementu konstrukcyjnego oraz część kształtową 106 o niewielkim nachyleniu ścianki, zaopatrzoną w przyspawany do jej powierzchni wewnętrznej człon wzmacniający 111.

Metalowy półfabrykat rurowy, przeznaczony do wykonania środkowej części kształtowej 114 elementu konstrukcyjnego 112, ma postać wykonanej z blachy stożkowej rury, przy czym najmniejsza średnica tworzącego ją stożka ściętego odpowiada średnicy krótkiej części walcowej 102, zaś największa średnica - największemu wymiarowi części kształtowej 106. Po umieszczeniu półfabrykatu rurowego 110 we wnętrzu matrycy 90, doprowadzany jest do jego wnętrza płyn 108 pod wysokim ciśnieniem, który powoduje rozszerzenie się ścianek półfabrykatu 110 w kierunku od osi i hydrodynamiczne ukształtowanie części 114, której powierzchnia zewnętrzna ukształtowana jest przez powierzchnie robocze 96 i 98 górnej i dolnej części 92 i 94 matrycy 90. Istotną zaletą zastosowanego w wytwarzaniu rurowych elementów konstrukcyjnych według wynalazku procesu kształtowania hydrodynamicznego jest możliwość uzyskania elementów konstrukcyjnych lub ich części o nieregularnym kształcie i zmiennym przekroju poprzecznym wzdłuż jego osi. W tym celu stosowane do kształtowania hydrodynamicznego rurowe półfabrykaty, mające najczęściej postać stożka ściętego, winny mieć odpowiednio dostosowane do kształtów elementu konstrukcyjnego przekroje poprzeczne i powierzchnię zewnętrzną, która po kształtowaniu hydrodynamicznym jest ściśle dopasowana do powierzchni roboczej wykroju matrycy.

Figura 13 przedstawia wykonane sposobem według wynalazku ramię ramy hybrydowej, stanowiące kształtowy rurowy element konstrukcyjny 112. Ramię to składa się z trzech oddzielnie kształtowanych hydrodynamicznie części, a mianowicie: rurowej belki 116 o przekroju prostokątnym, ze zwężającej się kształtowej części środkowej 114 oraz z końcowej części 118 o przekroju owalnym, płasko ściętym u góry, przy czym belka 116 i część środkowa 114 są ze sobą połączone za pomocą spawu 120, zaś część środkowa 114 i część końcowa 118 - za pomocą spawu 122. Wszystkie trzy części 114, 116 i 118 rurowego elementu konstrukcyjnego 112 są wykonane w oddzielnych procesach kształtowania hydrodynamicznego przy użyciu matryc dostosowanych do kształtu każdej z tych części, a następnie są ze sobą wzajemnie pospawane przy użyciu rdzenia zapewniającego właściwe osiowe położenie poszczególnych części.

W każdym z rozwiązań konstrukcyjnych wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego według wynalazku, jego poszczególne części wytwarzane są przez kształtowanie hydrodynamiczne rurowego półfabrykatu (najczęściej stożkowego), dostosowanego wymiarami i kształtem do wymiarów i kształtu wytwarzanej części, przy czym półfabrykat ten jest zaopatrzony w przyspawany do jego powierzchni wewnętrznej człon wzmacniający. Półfabrykaty rurowe, jak również człony wzmacniające wykonywane są korzystnie z płaskich arkuszy blachy metalowej, zawiniętej przez walcowanie względnie profilowanie rolkowe do postaci rurowego półfabrykatu względnie dostosowanego do jego powierzchni wewnętrznej członu wzmacniającego.

Zgodnie z wynalazkiem możliwe jest również mocowanie członu wzmacniającego do powierzchni zewnętrznej półfabrykatu rurowego, przyspawanego przed procesem kształtowania hydrodynamicznego, przy czym korzystnie człony wzmacniające są przyspawane do arkusza blachy metalowej przed jego zawinięciem względnie wyprofilowaniem do postaci półfabrykatu rurowego. Człony wzmacniające przymocowane do powierzchni zewnętrznej półfabrykatów rurowych są mniej korzystne, bowiem z jednej strony pogarszają wygląd estetyczny wytwarzanego elementu konstrukcyjnego, z drugiej zaś wymagają wykonania odpowiednich zagłębień na ten człon na powierzchni roboczej matrycy, a ponadto powodują zwykle powstanie większych lokalnych naprężeń. Połączenie członu wzmacniającego

PL 197 310 B1 z wewnętrzną powierzchnią półfabrykatu ma również tę zaletę, że rozciąganie tego połączenia powoduje dociskanie członu wzmacniającego do rurowego półfabrykatu, wzmacniając to połączenie.

Wynalazek został powyżej zilustrowany przez kilka praktycznych i korzystnych rozwiązań konstrukcyjnych, jednakże nie jest on ograniczony jedynie do tych rozwiązań, lecz obejmuje również różne modyfikacje i rozwiązania ekwiwalentne, zgodnie z zawartą w zastrzeżeniach patentowych ideą wynalazczą.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych kształtowanych hydrodynamicznie, polegający na kolejnym wykonaniu następujących operacji: przygotowaniu metalowego półfabrykatu rurowego, osobnym przygotowaniu metalowego członu wzmacniającego i osadzeniu go wewnątrz tego półfabrykatu, doprowadzając do zestyku powierzchnię zewnętrzną członu wzmacniającego z wewnętrzną powierzchnią tego półfabrykatu, a następnie przyspawaniu tego członu wzmacniającego do powierzchni wewnętrznej półfabrykatu rurowego oraz umieszczeniu półfabrykatu rurowego z przyspawanym do niego członem wzmacniającym w matrycy do kształtowania hydrodynamicznego, której powierzchnie wewnętrzne stanowią odwzorowanie negatywowe powierzchni zewnętrznych wytwarzanego wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego, a następnie wprowadzeniu do wnętrza półfabrykatu rurowego płynu pod wysokim ciśnieniem, który dociska zewnętrzną powierzchnię tego półfabrykatu do wewnętrznej powierzchni matrycy, znamienny tym, że stosuje się człon wzmacniający (20), mający postać rury zaopatrzonej w boczną, równoległą do osi szczelinę (26), oraz w zewnętrzną powierzchnię (24), stanowiącą odwzorowanie negatywowe powierzchni wewnętrznej (12) półfabrykatu rurowego (10), a następnie rozpiera się od wewnątrz ten człon wzmacniający (20), aż do całkowitego zestyku jego powierzchni zewnętrznej (24) z powierzchnią wewnętrzną (12) półfabrykatu rurowego (10).
2. Sposób według zastrrz. 1, znamiennytym, że ścianka półfabrykatu (uuowego (10) mamiędzy swą powierzchnią zewnętrzną (14) a powierzchnią wewnętrzną (12) określoną grubość, przy czym połączenie tego półfabrykatu rurowego (10) z członem wzmacniającym (20) wykonuje się przez spawanie za pomocą laserowego urządzenia spawającego (32) poprzez grubość ścianki tego półfabrykatu (10).
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym. że w celu członu wzmacniającego (20) do wewnętrznej powierzchni (12) półfabrykatu rurowego (10) osadza się wewnątrz tego członu (20) trzpień rozpierający (28), a następnie przez względne przemieszczenie tego trzpienia (28) względem członu wzmacniającego (20) rozpiera się ten człon wzmacniający (20), zaopatrzony w boczną szczelinę (26), dociskając go do powierzchni wewnętrznej (12) półfabrykatu rurowego
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że rozpieranie przekroju poprzecznego członu wzmacniającego (20) uzyskuje się przez promieniowy ruch części (30) trzpienia rozpierającego (28) mających postać promieniowych wycinków tego trzpienia (28).
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przygotowanie półfabrykatu rurowego (10) obejmuje zawijanie metalowego arkusza blachy przez walcowanie, a następnie spawanie względnie zgrzewanie liniowe krawędzi arkusza do postaci rurowej, zwłaszcza w kształcie stożka ściętego.
6. Sposób według zas^z. 1, t^r^, że przygotowuje się z arkusza blachy półfabrykat rurowy (10), mający postać stożka ściętego, przy czym po ukształtowaniu jego stożkowej postaci spawa się w zestyku krawędzie liniowej szczeliny powstałej po ukształtowaniu stożka.
7. Sposób wytwarzania wzmocnionych rurowych elementów konstrukcyjnych kształtowanych hydrodynamicznie, polegający na kolejnym wykonaniu następujących operacji: przygotowaniu metalowego półfabrykatu rurowego, osobnym przygotowaniu metalowego członu wzmacniającego i osadzeniu go wewnątrz tego półfabrykatu, doprowadzając do zestyku powierzchnię zewnętrzną członu wzmacniającego z wewnętrzną powierzchnią tego półfabrykatu, a następnie przyspawaniu tego członu wzmacniającego do powierzchni wewnętrznej półfabrykatu rurowego oraz umieszczeniu półfabrykatu rurowego z przyspawanym do niego członem wzmacniającym w matrycy do kształtowania hydrodynamicznego, której powierzchnie wewnętrzne stanowią odwzorowanie negatywowe powierzchni zewnętrznych wytwarzanego wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego, a następnie wprowadzeniu do wnętrza półfabrykatu rurowego płynu pod wysokim ciśnieniem, który dociska zewnętrzną powierzchnię tego półfabrykatu do wewnętrznej powierzchni matrycy, znamienny tym, że powierzch8

PL 197 310 B1 nia zewnętrzna (24) metalowego członu wzmacniającego (20) lub (20'), po umieszczeniu go wewnątrz metalowego półfabrykatu rurowego (10), nie pokrywa powierzchni wewnętrznej (12) tego półfabrykatu (10) wzdłuż pełnego obwodu.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że przynajmniej c^^^<ć powierzchni zewnętrznej (24) członu wzmacniającego (20) jest w stanie zestyku z powierzchnią wewnętrzną (12) metalowego półfabrykatu rurowego (10)
9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że człon wzmacniaaący (20') łączy się z górną powierzchnią arkusza blachy metalowej (10'). a następnie arkusz ten wraz z członem wzmacniającym (20') zwija się do postaci rury, tak aby człon wzmacniający (20') znajdował się na powierzchni wewnętrznej tej rury.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że przynajmniej część powierzchni członu wzmacniającego (20') jest połączona z arkuszem blachy metalowej (10') przez spawanie.
11. Wzmocniony rurowy element konstrukcyjny kształtowany hydrodynamicznie, wyposażony w metaliczną ściankę w postaci nieregularnie ukształtowanej rury, połączony z innym elementem konstrukcyjnym o nieregularnej powierzchni zewnętrznej i wyposażony w człon wzmacniający, połączony swą powierzchnią zewnętrzną z wewnętrzną powierzchnią metalowego półfabrykatu rurowego, który wraz z tym członem wzmacniającym, którego powierzchnia zewnętrzna stanowi odwzorowanie negatywowe powierzchni wewnętrznej tego półfabrykatu, przy czym metalowy półfabrykat rurowy wraz z przymocowanym do niego członem wzmacniającym został hydrodynamicznie ukształtowany w formie przez działanie parcia płynu pod wysokim ciśnieniem, doprowadzonego do jego wnętrza, znamienny tym, że metalowy człon wzmacniający (20, 20') jest wykonany z blachy metalowej, przy czym jego powierzchnia zewnętrzna (24) po połączeniu go metalowym półfabrykatem rurowym (10) niecałkowicie pokrywa obwód powierzchni wewnętrznej (12) wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego ukształtowanego hydrodynamicznie.
12. Element według zastrz. 11, znamienny tym, że j ego mda Iowy człon wzmacniający (20, 20') jest połączony z wewnętrzną powierzchnią (12) wzmocnionego rurowego elementu konstrukcyjnego ukształtowanego hydrodynamicznie.