BRPI0914932B1

BRPI0914932B1 - método para hidroconformação de um tubo de metal

Info

Publication number: BRPI0914932B1
Application number: BRPI0914932A
Authority: BR
Inventors: Sato Koichi; Wada Manabu; Mizumura Masaaki; Kuriyama Yukihisa
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2020-01-28
Also published as: KR20110010650A; JP2010029937A; WO2010002027A1; US20110097596A1; KR101225202B1; EP2322296A1; JP4374399B1; EP2322296A4; BRPI0914932A2; EP2322296B1; CN102083565A; CA2729153A1; CN102083565B; US8281630B2; CA2729153C

Abstract

método para hidroconformação e um produto hidroconformado a presente invenção refere-se a hidroconformação, de modo que não fiquem deformações ou enrugamentos no produto com uma região expandida longa, e que compreende realizar uma primeira etapa de aumentar a pressão interna em um estado com o tubo de metal fixado na posição nas duas extremidades ou um estado de aplicar uma ação de compressão axial de 10% ou menos da quantidade total da ação de compressão axial, em seguida aplicar ações de compressão axial enquanto mantém a pressão interna em uma pressão constante para assim expandir o tubo de metal próximo as extremidades, em seguida realizar uma segunda etapa de aumentar apenas a pressão interna sem aplicar uma ação de compressão axial para assim deste modo expandir um centro do tubo de metal, em seguida realizar uma terceira etapa de diminuir apenas a pressão interna para o valor da pressão constante sem aplicar uma ação de compressão axial, em seguida repetir da primeira a terceira etapas uma ou mais vezes, em seguida aumentar a pressão interna no estado sem aplicar uma ação de compressão axial ou aplicar uma ação de compressão axial de 10% da quantidade total de ação de compressão axial ou menos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA HIDROCONFORMAÇÃO DE UM TUBO DE METAL. CAMPO DA TÉCNICA [001] A presente invenção refere-se a um método para hidroconformação que coloca um tubo de metal em um molde, prende o molde, e em seguida aplica pressão interna no tubo e ação de compressão na direção axial do tubo (daqui em diante referenciada como uma ação de compressão axial) para dar forma ao tubo em um formato predeterminado e a um produto hidroconformado conformado através do mesmo.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] Nos anos recentes, têm-se desenvolvido aplicações para a hidroconformação - particularmente no campo das autopeças. As vantagens da hidroconformação são de que é possível conformar uma autopeça, a qual costumava ser feita a partir de diversas peças conformadas na prensa, a partir de um único tubo de metal, isto é, combinar peças e consequentemente reduzir custos, e reduzir a quantidade de locais de solda e, portanto aliviar o peso.

[003] Entretanto, o tubo de metal usado como material geralmente é uniforme em sua seção transversal, assim uma forma com uma alta taxa de expansão (relação da extensão circunferencial após a hidroconformação com a extensão circunferencial do tubo) era difícil de trabalhar.

[004] Adicionalmente, a dificuldade de hidroconformar não é afetada apenas pela taxa de expansão, mas também é afetada pela forma da seção transversal ou presença de qualquer dobra. Em particular, a extensão do local expandido tem um grande efeito.

[005] Por exemplo, com o formato em T tal como na figura 1(a), a extensão expandida é pequena, deste modo é possível trabalhar facilmente mesmo com uma taxa de expansão de 1,6 ou maior. Ao con

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2/21 trário disto, em uma forma com um local com uma grande expansão tal como na figura 1(b), é difícil trabalhar mesmo se a taxa de expansão não é tão grande.

[006] Na hidroconformação de um local muito expandido, a menos que se aplique uma ação de compressão axial consideravelmente grande, o tubo ficará fino na espessura da parede e terminará quebrando, mas quanto maior a ação de compressão axial, mais facilmente o tubo irá deformar ou enrugar na direção axial do tubo.

[007] Adicionalmente, um local muito expandido significa que naquela região, no estado inicial, o tubo de metal e o molde ainda não estarão em contato, deste modo deformações ou enrugamento ocorrerão mais facilmente.

[008] Até onde os inventores conhecem, na região de uma taxa de expansão de 1,35 ou mais, não é visto hidroconformar para 3,5 vezes ou mais do diâmetro do lado de fora do tubo de metal original.

[009] Em geral, para evitar deformação ou enrugamento na hidroconformação, é importante testar diferentes caminhos de carga da pressão interna e ação de compressão axial (daqui em diante referenciada simplesmente como caminho de carga) por tentativa e erro para descobrir o caminho de carga adequado.

[0010] Um exemplo geral do caminho de carga é mostrado na figura 2. Primeiro, é compreendido do estágio 1 de aumentar apenas a pressão interna (para vedar as extremidades do tubo, algumas vezes também são dadas leves ações de compressão axial), do estágio 2 de aplicação da pressão interna e ações de compressão axial em um padrão de linha quebrada, e do estágio 3 de aumentar apenas a pressão interna para obter raios de curvatura agudos dos cantos (com formas sem cantos, algumas vezes este é omitido, ao mesmo tempo em que para garantir uma vedação das extremidades do tubo, algumas vezes também são dadas leves ações de compressão axial).

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3/21 [0011] Dentre estes, descobrir um caminho adequado para o estágio 2 consome o maior esforço e tem dependido pesadamente do conhecimento dos profissionais de hidroconformação.

[0012] O documento de patente 1 introduz um exemplo disto, mas este método é um método para preparar antecipadamente uma linha limite de quebra e uma linha limite de deformação e selecionar um caminho de carga entre as duas linhas de limite.

[0013] Entretanto, atualmente, é difícil preparar estas duas linhas de limite. Usualmente, são requeridos uma grande quantidade de experimentos e tentativa e erro na análise de valores numéricos. Adicionalmente, as linhas de limite são frequentemente linhas quebradas. Em caso afirmativo, a quantidade de parâmetros para determinar as linhas quebradas se torna maior e, portanto se torna necessário um enorme trabalho para a tentativa e erro.

[0014] Adicionalmente, o documento de patente 2 propõe um método que muda a pressão interna ciclicamente juntamente com a ação de compressão axial. Por exemplo, este é um método de mudar a pressão interna para uma onda quadrada (a) ou onda senoidal (b) tal como mostrado na figura 3.

[0015] Este método é proposto como um método para evitar a quebra, mas as últimas pesquisas relatam que o mesmo também é efetivo na supressão de enrugamento (vide documento não patente 1). Entretanto, o caminho da carga deste método aumenta em variáveis tais como forma de onda, período, amplitude, etc. comparado com as variáveis no caminho de carga de linha quebrada mencionado acima, assim descobrir um método para caminho de carga adequado se torna ainda mais difícil.

[0016] Como um método quando se hidroconforma um formato com uma região de grande expansão, diferente do método acima de usar o caminho de carga, também existe o método de desenho espePetição 870190123984, de 27/11/2019, pág. 6/31

4/21 cial do molde.

[0017] Por exemplo, o documento de patente 3 usa juntamente moldes móveis e opostos para realizar a expansão na região mais alongada ao mesmo tempo em que evita a deformação do tubo de metal.

[0018] Entretanto, a estrutura do molde deste método é extremamente complicada, de modo que os custos se tornam altos. Adicionalmente, os itens controlados durante o trabalho não são limitados a pressão interna e ações de compressão axial (ações de compressão axial através de moldes móveis). Também se tornam necessárias instalações que permitam o controle da posição retraída do oposto. Adicionalmente, uma vez que os itens controlados aumentam, descobrir um caminho de carga adequado exige maior conhecimento e mais tentativa e erro.

DOCUMENTOS DA TÉCNICA ANTERIOR

DOCUMENTOS DE PATENTES [0019] Documento de Patente 1: Publicação de Patente Japonesa (A) No. 2004-230.433 [0020] Documento de Patente 2: Publicação de Patente Japonesa (A) No. 2000-84.625 [0021] Documento de Patente 3: Publicação de Patente Japonesa (A) No. 2004-314.151

DOCUMENTO NÃO PATENTES [0022] Documento Não Patente 1: Proceedings da Japanese

Spring Conference for the Technology of Plasticity de 2004, (2004), p. 405 [0023] Documento Não Patente 2: Proceedings da Japanese

Spring Conference for the Technology of Plasticity 2000, (2000), p. 433 SUMÁRIO DA INVENÇÃO

PROBLEMA A SER RESOLVIDO PELA INVENÇÃO [0024] A presente invenção propõe um método de trabalho capaz

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5/21 de trabalhar um produto hidroconformado com uma região muito expandida sem qualquer deformação ou enrugamento remanescente, método de trabalho que não requeria trabalho especializado ou muita tentativa e erro. Adicionalmente, a mesmo propõe um produto hidroconformado trabalhado através daquele método de trabalho.

MEIOS PARA RESOLVER OS PROBLEMAS [0025] Para resolver este problema, a presente invenção tem como sua essência o seguinte:

(1) Um método para hidroconformação que alimenta o lado interno de um tubo de metal com um meio de pressão para aplicar pressão interna e aplicar uma ação de compressão axial a partir das duas extremidades do tubo de metal para assim dar forma ao tubo de metal em uma forma predeterminada, [0026] o método para hidroconformação é caracterizado por realizar uma primeira etapa de aumento da pressão interna em um estado com o tubo de metal fixado na posição nas duas extremidades ou um estado de aplicar uma ação de compressão axial de 10% ou menos da quantidade total da ação de compressão axial, em seguida aplicar uma ação de compressão axial enquanto mantém a pressão interna em uma pressão constante para assim expandir o tubo de metal próximo as extremidades, em seguida realizar uma segunda etapa de aumentar apenas a pressão interna sem aplicar uma ação de compressão axial para assim deste modo expandir um centro do tubo de metal, em seguida realizar uma terceira etapa de diminuir apenas a pressão interna para o valor da pressão constante sem aplicar uma ação de compressão axial, em seguida repetir da primeira a terceira etapas uma ou mais vezes, em seguida aumentar a pressão interna no estado sem aplicar uma ação de compressão axial ou aplicar uma ação de compressão axial de 10% da quantidade total de ação de compressão axial ou menos.

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6/21 (2) Um método para hidroconformação que alimenta o lado interno de um tubo de metal com um meio de pressão para aplicar pressão interna e aplicar uma ação de compressão axial a partir das duas extremidades do tubo de metal, e simultaneamente aplicar uma ação de compressão axial aos moldes móveis para assim dar forma ao tubo de metal em uma forma predeterminada, [0027] o método para hidroconformação é caracterizado por realizar uma primeira etapa de aumento da pressão interna em um estado com o tubo de metal fixado na posição nas duas extremidades ou um estado de aplicar uma ação de compressão axial de 10% ou menos da quantidade total da ação de compressão axial, em seguida aplicar simultaneamente uma ação de compressão axial as duas extremidades do tubo de metal e aos moldes móveis enquanto mantém a pressão interna em uma pressão constante para assim expandir o tubo de metal próximo as extremidades, em seguida realizar uma segunda etapa de aumentar apenas a pressão interna sem aplicar uma ação de compressão axial as duas extremidades do tubo de metal e uma ação de compressão axial aos moldes móveis para assim deste modo expandir um centro do tubo de metal, em seguida realizar uma terceira etapa de diminuir apenas a pressão interna para o valor da pressão constante sem aplicar uma ação de compressão axial as duas extremidades do tubo de metal e uma ação de compressão axial aos moldes móveis, em seguida repetir da primeira a terceira etapas uma ou mais vezes, em seguida aumentar a pressão interna no estado sem aplicar uma ação de compressão axial ou aplicar uma ação de compressão axial de 10% da quantidade total de ação de compressão axial ou menos.

(3) Um produto hidroconformado produzido com o uso de um método para hidroconformação conforme apresentado em (1) ou (2), em que o produto hidroconformado é caracterizado pelo fato de que uma região onde uma extensão circunferencial de uma seção

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7/21 transversal expandida do tubo de metal é expandida por 1,35 vezes ou mais comparada com a extensão circunferencial da seção transversal do tubo de metal original continua na direção axial do tubo do tubo de metal por pelo menos 3,5 vezes o diâmetro do lado de fora do tubo de metal original.

[0028] Deve ser observado que próximo à extremidade do tubo de metal na presente invenção é definido como a região dentro de 35% ou mais a partir da extremidade de um tubo de metal comparado com a extensão do tubo de metal antes da aplicação da ação de compressão axial através de uma pressão interna fixa. Adicionalmente, o meio de pressão é um líquido, gás, ou sólido e inclui borracha, metal de baixo ponto de fusão, bolas de aço, e todas as outras mídias que podem transmitir pressão.

EFEITO DA INVENÇÃO [0029] De acordo com a presente invenção, hidroconformar uma forma com uma região muito expandida se torna fácil. Devido a isto, o escopo da aplicação da hidroconformação se torna maior e peças podem ser fundidas e o peso reduzido.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0030] A figura 1 mostra um exemplo de forma de um produto hidroconformado.

a: exemplo de formação em T b: exemplo de produto hidroconformado com localização de grande expansão [0031] A figura 2 é uma vista explicativa de um caminho de carga geral de hidroconformação.

[0032] A figura 3 mostra um exemplo de um caminho de carga convencional que muda ciclicamente.

a: exemplo de onda quadrada b: exemplo de onda senoidal

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8/21 [0033] A figura 4 é uma vista explicativa de um molde de hidroconformar usado no método da presente invenção.

a: exemplo de estado com tubo de metal estabelecido dentro do molde b: exemplo de estado de tubo de metal acabado sendo trabalhado [0034] A figura 5 é uma vista explicativa de um caminho de carga no método de hidroconformação da presente invenção.

[0035] A figura 6 é uma vista explicativa do estado da expansão em um processo de trabalho da presente invenção.

a: exemplo de estado1, b: exemplo de estado 2, c: exemplo de estado 3 [0036] A figura 7 é uma vista explicativa de um processo intermediário onde algumas localizações expandidas podem ser vistas no processo de trabalho da presente invenção.

[0037] A figura 8 é uma vista explicativa de um processo intermediário onde no estado em contato substancialmente completo com o molde pelo tamanho inteiro no processo de trabalho da presente invenção.

[0038] A figura 9 é uma vista explicativa de um molde de hidroconformar no caso de ter moldes móveis usados no método da presente invenção.

a: exemplo de estado com tubo de metal estabelecido dentro do molde b: exemplo de estado de tubo de metal acabado sendo trabalhado [0039] A figura 10 é uma vista explicativa de um caminho de carga usado no exemplo 1 e exemplo 2 da presente invenção.

[0040] A figura 11 é uma vista explicativa de um caminho de carga convencional que muda ciclicamente a carga para comparação.

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9/21 [0041] A figura 12 é uma vista explicativa de um caminho de carga usado no exemplo 3 e exemplo 4 da presente invenção.

[0042] A figura 13 é uma vista explicativa de um caso em que a forma da seção transversal muda na direção axial do tubo através do método da presente invenção.

a: exemplo de estado com tubo de metal estabelecido dentro do molde b: exemplo de estado de tubo de metal acabado sendo trabalhado [0043] A figura 14 é uma vista explicativa de um caminho de carga usado no exemplo 5 da presente invenção.

MELHOR FORMA PARA EXECUTAR A INVENÇÃO [0044] As figuras 4a e 4b mostram um exemplo de ajuste de um tubo de metal de seção transversal circular 1 nos moldes de hidroconformação 2 e 3 e expansão do mesmo através de hidroconformação para dar forma ao mesmo em um produto hidroconformado 4 que tem uma seção transversal retangular. Por exemplo, um tubo de aço de um diâmetro externo de 63,5 mm e uma espessura de parede de 2,0 mm (tipo de aço: JIS STMK13B) é expandido para uma seção transversal retangular de 63,5 mm x 84 mm (R = 10 mm de arredondamento do canto). A taxa de expansão naquele caso é de 1,39. Adicionalmente, a extensão da região com uma taxa de expansão de 1,39 é 320 mm (5 vezes o diâmetro externo de 63,5 mm).

[0045] Abaixo, com o uso de um exemplo de trabalho através daquele molde de hidroconformação, serão explicadas modalidades da presente invenção juntamente com o caminho de carga mostrado na figura 5 e tendências na deformação mostradas na figura 6.

[0046] Primeiro, no estágio 1, da mesma forma que o método acima, sem aplicar uma ação de compressão axial, um meio de pressão (por exemplo, água) 6 é alimentado dentro do tubo de metal 1 para

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10/21 aumentar a pressão através apenas de pressão interna. Entretanto, em alguns casos, para evitar vazamento da vedação a partir das extremidades do tubo, algumas vezes são aplicadas leves ações de compressão axial de 10% da quantidade de compressão axial total ou menos. Esta pressão inicial PH é a pressão na qual o tubo de metal deforma plasticamente sem quebrar e é descoberta de forma relativamente fácil através de cálculos ou experimentos [0047] Por exemplo, os presentes inventores se engajaram na pesquisa e como resultado aprenderam que uma pressão inicial fornecida Pp em um estado planar de esforço de um tubo de metal (vide fórmula a seguir (1)) pode ser usada como um critério para a pressão inicial PH (vide documento não patente 2). Deve ser observado que o D na fórmula indica o diâmetro externo do tubo original (mm), t a espessura da parede (mm), e r o valor r, e YS e YSp indicam os 0,2% das forças fornecidas no estado de tensão de eixo geométrico único e estado de esforço planar.

t 1 + r ^p.-^2YS^ ^YS’=ÃU7^YS [0048] Entretanto, quando a forma é complicada, etc., o erro a partir da fórmula acima se torna grande, desta forma é mais confiável descobrir a pressão inicial PH experimentalmente. Especificamente, a pressão inicial PH é ajustada com referência a pressão de quebra quando se aumenta a pressão interna até que o tubo de metal quebre sem aplicar qualquer ação de compressão axial. Por exemplo, é ajustada para uma pressão de 0,7 a 0,8 vezes a pressão no momento da quebra.

[0049] No modo acima, a pressão interna é aumentada até a pressão inicial PH descoberta por cálculo ou experimentação. Este estado corresponde ao estágio 1 na figura 5. Como resultado da pesquisa dos

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11/21 inventores, no ponto do tempo do estágio 1 quando apenas a pressão foi aumentada sem a aplicação de qualquer ação de compressão axial, o tubo de metal é expandido o máximo na parte central (parte M do estado 1 da figura 6a).

[0050] A seguir, se entra no estágio 2 onde a pressão interna e as ações de compressão axial são aplicadas.

[0051] Primeiro, enquanto se mantém a pressão interna na pressão inicial PH, os puncionadores de compressão axial 5 são avançados para aplicar somente ações de compressão axial. Esta operação é chamada a primeira etapa como mostrado na vista aumentada do caminho de carga da figura 5.

[0052] Como resultado da pesquisa dos inventores, mesmo com a aplicação apenas de ações de compressão axial sem aumentar a pressão interna, o tubo de metal é expandido, mas neste caso a expansão acontece não na parte central, mas próximo às extremidades (parte Ni do estado 2 da figura 6b). A expansão a partir da proximidade das extremidades se torna uma causa de deformações ou enrugamentos na hidroconformação. A extensão destas deformações ou enrugamentos pode ser aliviada para certa extensão através do aumento da pressão interna durante a ação da compressão axial, mas não pode ser completamente eliminada. Adicionalmente, se a pressão interna é aumentada excessivamente, surge o perigo de quebra. Consequentemente, para descobrir um caminho de carga adequado da pressão interna e ação de compressão axial, são exigidos muita tentativa e erro e conhecimento.

[0053] Ao contrário disto, com este método, o valor da pressão interna é mantido, assim pela expansão durante uma ação de compressão axial, não existe quase possibilidade de quebra. Adicionalmente, a única variável no caminho de carga é a quantidade de ação de compressão axial, deste modo o método é extremamente simples.

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12/21 [0054] A quantidade de ação de compressão axial δε (mm) até o estado 2 tem que ser suprimida a uma quantidade de ação de compressão axial em uma extensão que permite a eliminação de enrugamentos nas últimas etapas. Como o método para descobrir a quantidade adequada de ação de compressão axial δε, é suficiente parar de mudar a quantidade de ação de compressão axial no meio, obter uma amostra, e selecionar uma quantidade de ação de compressão axial de uma extensão que não resulte em grandes enrugamentos. O valor da quantidade de ação de compressão axial adequada δε varia dependendo do formato formado e das dimensões e resistência do tubo de material, mas a partir dos resultados da pesquisa dos inventores, é preferível aproximadamente 2 a 4 vezes a espessura da parede do tubo de material. Adicionalmente, é preferível aproximadamente 3 vezes.

[0055] A seguir, as ações de compressão axial são paradas e apenas a pressão interna é aumentada. Esta operação é chamada segunda etapa. Nesta etapa, nenhuma ação de compressão axial é aplicada, assim a expansão prossegue novamente na parte central (parte M do estado 3 da figura 6c). Sendo este o caso, no estado 3 se aproxima de uma forma expandida uniforme e a progressão de deformação e enrugamento é eliminada. A pressão de pico superior Pt (MPa) neste momento é preferencialmente próxima ao limite onde o tubo de metal não irá quebrar. Ou seja, uma pressão um pouco menor do que a pressão na qual ocorre a quebra sem qualquer ação de compressão axial quando se descobre a pressão inicial Ph como explicado acima, por exemplo, 0,90 a 0,99 vezes a pressão na quebra, é preferível. Ajustá-la para aproximadamente 0,95 é mais preferível.

[0056] Depois disso, ao mesmo tempo em que se param as ações de compressão axial, a pressão é diminuída uma vez para a pressão inicial Ph. Este processo é chamado a terceira etapa. Mesmo ao se

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13/21 ajustar um caminho de carga de uma forma de degrau com a aplicação de ações de compressão axial sem diminuir a pressão interna da pressão PT, a pressão é muito alta, assim o tubo de metal terminará quebrando imediatamente. Consequentemente, a terceira etapa de aumentar a pressão para a pressão de pico superior PT, e em seguida diminuí-la uma vez para a pressão inicial PH tem um significado extremamente importante no método da presente invenção.

[0057] Se repetir-se de maneira similar da primeira etapa até a terceira etapa do modo acima, o tubo é alternadamente expandido na parte do centro e próximo às extremidades e adquire uma forma expandida uniformemente na direção axial do tubo. Adicionalmente, como mostrado na figura 7, algumas vezes uma pluralidade de partes expandidas aparecem tal como a parte N2 no interior da parte N1. Entretanto, o efeito básico do método da presente invenção permanece inalterado. É obtida uma forma uniforme de tubo na direção axial do tubo.

[0058] Se repetirem-se da primeira a terceira etapas acima uma ou mais vezes, finalmente, como mostrado na figura 8, o tubo estará em contato com o molde substancialmente em sua extensão inteira ao longo da direção axial do tubo. Neste estado, devido à força de restrição do molde, se torna difícil a quebra, assim é realizado o estágio 3 de elevar somente a pressão interna ao mesmo tempo em que são mantidas as ações de compressão axial paradas para conformar as formas detalhadas e raios de curvatura agudos dos cantos. Entretanto, em alguns casos, para evitar vazamento de vedação a partir das extremidades do tubo, também é possível aplicar levemente as ações de compressão axial de 10% ou menos da quantidade total de ação de compressão axial ao mesmo tempo em que se aumenta a pressão interna.

[0059] Acima, foi explicada uma modalidade do método para hi

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14/21 droconformação proposto acima em (1). A aplicação deste método de hidroconformação com o uso de moldes móveis, entretanto corresponde ao método proposto em (2).

[0060] Abaixo, será explicada uma modalidade deste método.

[0061] Neste método, como mostrado na figura 9, é usado um molde de hidroconformação compreendido de moldes estacionários 7 e 8 e moldes móveis 9, 9. Os moldes móveis 9 são projetados para serem capazes de se mover para dentro do molde na seção transversal retangular dos moldes estacionários 7 e 8. Quando se aplica uma ação de compressão axial as duas extremidades do tubo de metal 1, os moldes móveis também são sujeitos simultaneamente a ação de compressão axial assim as partes expandidas podem ser simultaneamente comprimidas pelos moldes móveis.

[0062] Mesmo quando de usa os moldes móveis 9, do mesmo modo que no caso da aplicação de ação de compressão axial apenas as extremidades do tubo, é possível usar o caminho de carga explicado na figura 5.

[0063] O tubo de metal ajustado como na figura 9a é sujeito a um estágio 1 onde a pressão interna é aumentada no estado que fixa as posições das duas extremidades do tubo de metal 1 e moldes móveis 9 ou no estado de aplicação de uma ação de compressão axial de 10% ou menos da quantidade total da ação de compressão axial.

[0064] A seguir, no estágio 2, primeiro é realizada uma primeira etapa de manter a pressão interna a uma pressão constante simultaneamente com a aplicação de ações de compressão axiais às duas extremidades do tubo de metal 1 e moldes móveis 9 para deste modo expandir o tubo de metal 1 próximo às extremidades, em seguida é realizada uma segunda etapa de aumentar apenas a pressão interna para deste modo expandir a parte central do tubo de metal 1, em seguida é realizada uma terceira etapa de diminuir a pressão interna pa

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15/21 ra o valor de pressão constante. Adicionalmente, são repetidas da primeira a terceira etapa uma ou mais vezes para conformar o tubo na forma do produto, então, em um estado sem aplicar qualquer ação de compressão ou aplicando ações de compressão axial de 10% ou menos da quantidade total de ação de compressão axial, a pressão interna é aumentada para obter o produto hidroconformado 4 tal como na figura 9b.

[0065] Este método com o uso de moldes móveis, comparado com o método de comprimir apenas as extremidades dos tubos, permite a redução de resistência ao desgaste das partes não expandidas, assim uma taxa de expansão maior pode ser obtida. Entretanto, com este método, no momento do início do trabalho, haverá uma região expandida mais longa do que a forma da parte trabalhada que se deseja obter no final, assim o método convencional tinha o problema de deformação e enrugamento na direção axial do tubo que ocorria mais facilmente do que com o produto hidroconformado usual.

[0066] Ao contrário disto, de acordo com a presente invenção, através do uso do caminho de carga explicado acima é possível eliminar os problemas de deformação ou enrugamento acima mesmo quando se usa moldes móveis, assim podem ser exibidos excelentes efeitos.

[0067] Quando se usa esta série de métodos de hidroconformação (método de hidroconformação usual e método de hidroconformação com o uso de moldes móveis), mesmo uma parte longa na direção axial do tubo não sofrerá deformação e enrugamento e poderá ser obtida uma parte com uma grande taxa de expansão. Especificamente, é possível se obter um produto hidroconformado com uma região de uma taxa de expansão de 1,35 ou mais continuando na direção axial do tubo por um tamanho de 3,5 vezes ou mais diâmetro do tubo - impossível com o método convencional. Entretanto, acima foi dada explicação do

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16/21 exemplo de uma região extremamente longa com uma taxa de expansão de 1,35 ou mais ou 5 vezes o diâmetro do tubo de material.

EXEMPLOS [0068] Abaixo serão mostrados exemplos da presente invenção.

Exemplo 1 [0069] Para o tubo, foi usado um tubo de aço de um diâmetro externo de 63,5 mm, uma espessura de parede de 2,0 mm, e uma extensão de 600 mm (tipo de aço: JIS padrão STKM13B). As características do material eram de YS de 385 MPa e um valor r de 0,9. Para o molde de hidroconformação, foi usado o molde da figura 4 explicado acima. Como meio de pressão foi usada água.

[0070] O caminho de carga da hidroconformação é mostrado na figura 10. Aquele caminho de carga foi determinado pela seguinte rotina.

[0071] Primeiro, ao se usar a fórmula (1) mencionada acima para calcular a pressão inicial fornecida PP no estado de esforço planar, a mesma foi de 28,4 MPa. Entretanto, quando se aplicou realmente a pressão interna sem aplicar uma ação de compressão axial até que o tubo de aço quebrasse, o mesmo quebrou com 26,5 MPa. Consequentemente, a pressão inicial Ph foi ajustada para 20 MPa ou 0,76 vezes a pressão de quebra real de 26,5 MPa, ao mesmo tempo em que a pressão de pico superior Pt foi ajustada em 25,5 MPa ou 0,96 vezes a pressão de 26,5 MPa. A seguir a quantidade de ação de compressão axial ôs por ciclo foi ajustada em 6 mm ou 3 vezes a espessura da parede de 2 mm do tubo de material. Portanto, quando executando um teste que compreende diversos ciclos de uma pressão inicial PH: 20MPa, pressão de pico de superior Pt: 25,5 MPa,, quantidade de ação de compressão axial ôs: 6 mm, o tubo ficou em contato substancialmente com a extensão inteira do molde em 10 ciclos. Portanto, a operação foi repetida por um total de 10 ciclos, ou seja, até a quantidade de ação de compressão axial final de 60 mm, então a ação de

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17/21 compressão axial foi parada e apenas uma alta pressão interna foi aplicada. A pressão final foi ajustada a 135 MPa como uma pressão suficiente para que o raio de curvatura R do canto atinja R = 10 mm do mesmo modo que o molde.

[0072] O caminho de carga adequado como mostrado na figura 10 foi determinado através de uma rotina de modo que foi obtido um produto hidroconformado sem deformação, enrugamento ou outros defeitos de trabalho. Deve ser observado que ao se tentar descobrir um caminho de carga adequado através de uma linha de carga quebrada como no passado, não conseguiu se eliminar a deformação ou enrugamentos da parte trabalhada mesmo se repetindo um processo de tentativa e erro por um total de 50 vezes. Por outro lado, com o caminho de carga de acordo com a presente invenção, foi possível obter um caminho de carga adequado tal como na figura 10 na quarta vez após repetir o processo de tentativa e erro um total de três vezes.

[0073] No produto hidroconformado obtido através da presente invenção, a extensão circunferencial da seção transversal expandida em uma forma retangular foi de 278 mm. Isto corresponde a uma taxa de expansão de 1,39 vezes o diâmetro do tubo de 63,5 mm. Adicionalmente, a extensão na direção axial do tubo na seção transversal do tubo que tem a taxa de expansão foi de 320 mm ou 5,0 vezes o diâmetro externo de 63,5 mm do tubo. Deste modo, um produto hidroconformado longo com uma grande taxa de expansão, impossível através de hidroconformação convencional, pode ser obtido através do método da presente invenção.

[0074] Adicionalmente, para comparação, os inventores tentaram hidroconformar através de um caminho de carga que muda ciclicamente como descrito no documento de patente 2 acima. O caminho de carga é mostrado na figura 11. Correspondendo com o ciclo do método da presente invenção da pressão inicial PH de 20 MPa, a pressão

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18/21 de pico superior Pt de 25,5 MPa, e a quantidade de ação de compressão axial ÔS de 6 mm, a forma de onda cíclica foi feita uma onda senoidal de pico de pressão do lado de baixa pressão de 20MPa, um pico de pressão do lado de alta pressão de 25,5 MPa, e um tamanho de onda de 6 mm. A quantidade de ciclos também foi feita a mesma de 10 ciclos. Depois de aplicar a ação de compressão axial até 60 mm, a pressão foi aumentada para 135 MPa para o caminho de carga.

[0075] Entretanto, quando realmente realizando a hidroconformação, o tubo acabou quebrando imediatamente no primeiro ciclo. Acredita-se que devido, diferente do método da presente invenção, a pressão durante a ação de compressão axial ser alta. Por razões de segurança, a pressão foi reduzida em 3 MPa como um todo e aplicado um trabalho similar, no qual pode ser evitada a quebra, mas grandes enrugamentos permaneceram após o fim do trabalho. Acredita-se que devido a, diferente do método da presente invenção, no momento da elevação da pressão no ciclo, ter sido aplicada uma ação de compressão axial acompanhando, de modo que se formam enrugamentos facilmente.

Exemplo 2 [0076] Com o uso do mesmo tubo de material como no exemplo 1, tentou se trabalhar um produto hidroconformado da mesma forma do exemplo 1 através de um molde de hidroconformação com o uso de moldes móveis mostrados na figura 9. Para realizar uma extensão da parte expandida na forma trabalhada final, no estágio inicial do trabalho, os moldes móveis foram retraídos 60 mm antecipadamente. Por outro lado, o trabalho foi aplicado através do caminho de carga da figura 10 exatamente igual ao exemplo 1. Como meio de pressão foi usada água.

[0077] Como resultado, no produto hidroconformado obtido através da invenção, a extensão circunferencial da seção transversal ex

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19/21 pandida em uma forma retangular de 278 mm. Isto corresponde a uma taxa de expansão de 1,39 vezes o diâmetro de 63,5 mm do tubo de material. Adicionalmente, a extensão na direção axial do tubo na seção transversal que tem a taxa de expansão foi de 320 mm ou 5,0 vezes o diâmetro externo de 63,5 mm do tubo de material. Do mesmo modo que no exemplo 1, foi obtida uma peça sem deformação, enrugamentos ou outros defeitos do trabalho. Adicionalmente, o exemplo 2 foi capaz de utilizar o caminho de carga do exemplo 1 tal como é, deste modo não foi exigida nenhuma tentativa e erro.

Exemplo 3 [0078] Com o uso do mesmo tubo de metal e o mesmo molde como no exemplo 1, foi realizada hidroconformação através do caminho de carga mostrado na figura 12. O caminho de carga, diferente do caminho de carga da figura 10, aumenta a vedação da extremidade do tubo quando aumenta a pressão inicial através da aplicação de leves ações de compressão axial de 3 mm. Além disso, para aumentar a vedação da extremidade do tubo quando finalmente se eleva a pressão, foi aplicada uma leve ação de compressão axial de 3 mm. O caminho de carga durante aquele intervalo foi basicamente o mesmo do caso da figura 10, mas para fazer a quantidade total de ações de compressão axial os mesmos 60 mm, a quantidade de ciclos foi reduzida em 1. Como meio de pressão foi usada água.

[0079] Como resultado, no produto hidroconformado obtido pela presente invenção, a extensão circunferencial da seção transversal expandida em uma forma retangular foi de 278 mm. Isto corresponde a uma expansão de 1,39 vezes o diâmetro de 63,5 mm do tubo. Adicionalmente, a extensão na direção axial do tubo na seção transversal que tem aquela taxa de expansão foi de 320 mm ou 5,0 vezes o diâmetro externo do tubo de 63,5 mm. Mesmo com o uso deste caminho de carga, do mesmo modo que no exemplo 1, pode ser obtido um pro

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20/21 duto hidroconformado longo com uma alta taxa de expansão através do método da presente invenção.

Exemplo 4 [0080] Com o uso do caminho de carga da figura 12 usado no exemplo 3, foram usados o mesmo tubo de metal e o mesmo molde que no exemplo 2 para hidroconformação. Como meio de pressão foi usada água.

[0081] Como resultado, no produto hidroconformado obtido pela presente invenção, a extensão circunferencial da seção transversal expandida em uma forma retangular foi de 278 mm. Isto corresponde a uma expansão de 1,39 vezes o diâmetro de 63,5 mm do tubo. Adicionalmente, a extensão na direção axial do tubo na seção transversal que tem aquela taxa de expansão foi de 320 mm ou 5,0 vezes o diâmetro externo do tubo de 63,5 mm. Com o uso deste método de trabalho igualmente, pode ser obtido um produto hidroconformado longo com uma alta taxa de expansão através do método da presente invenção.

Exemplo 5 [0082] A figura 13 mostra um exemplo no caso em que a forma da seção transversal muda na direção axial do tubo. Entretanto, na região expandida (região de 225 mm de extensão na figura), a taxa de expansão é 1,35 ou mais não importando qual a seção transversal. O tubo de metal usado neste exemplo foi o mesmo tubo de aço que o usado nos exemplos 1 a 4 acima. Adicionalmente o caminho de carga é mostrado na figura 14. Basicamente, o caminho de carga é praticamente o mesmo que o da Figura 10 usado no exemplo 1, mas a região expandida é menor do que no exemplo 1 e a quantidade de ações de compressão se torna menor correspondentemente. Através do método acima, foi obtido um produto hidroconformado 10 que tem uma região com uma taxa de expansão de 1,35 ou mais de 225 mm (aproxima

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21/21 damente 3,5 vezes o diâmetro de 63,5 mm do tubo) e que tem uma forma de seção transversal mudada na direção axial do tubo.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL [0083] De acordo com a presente invenção, a hidroconformação de uma forma com uma região expandida longa se torna fácil. Devido a isto, o âmbito de aplicação dos produtos hidroconformados é expandido e peças podem ser combinadas e o peso reduzido. Em particular, a aplicação a autopeças permitirá mais redução no peso dos veículos e, portanto melhoria na economia de combustível e como resultado contribuirá para a redução do aquecimento global. Adicionalmente, pode se esperar maior aplicação em campos industriais não muito aplicados no passado, por exemplo, aplicações elétricas domésticas, mobiliário, construção de peças de maquinário, peças de motocicletas, materiais de construção, etc.

LISTAGEM DE REFERÊNCIA tubo de metal

2, 3 molde de hidroconformação produto hidroconformado puncionador de ação de compressão axial meio de pressão

7, 8 moldes estacionários no molde de hidroconformação moldes móveis no molde de hidroconformação produto hidroconformado como forma de seção transversal mudada na direção axial do tubo

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para hidroconformação de um tubo de metal (1) que compreende a etapa de alocar o tubo de metal (1) em um molde (7, 8, 9) e alimentar o lado interno do tubo de metal (1) com um meio de pressão para aplicar pressão interna e aplica uma ação de compressão axial a partir das duas extremidades do tubo de metal (1) para assim dar forma ao tubo de metal (1) em uma forma predeterminada, o dito método para hidroconformação é caracterizado pelo fato de que realiza uma primeira etapa de aumentar a pressão interna em um estado com o tubo de metal (1) fixado na posição nas duas extremidades ou um estado de aplicar uma ação de compressão axial de 10% ou menos da quantidade total da ação de compressão axial, em seguida aplicar uma ação de compressão axial enquanto mantém a pressão interna em uma pressão constante para assim expandir o tubo de metal (1) próximo as extremidades, em seguida realizar uma segunda etapa de aumentar apenas a pressão interna sem aplicar uma ação de compressão axial para assim deste modo expandir um centro do tubo de metal (1), em seguida realizar uma terceira etapa de diminuir apenas a pressão interna para o valor da pressão constante sem aplicar uma ação de compressão axial, em seguida repetir da primeira a terceira etapas uma ou mais vezes, em seguida aumentar a pressão interna no estado sem aplicar uma ação de compressão axial ou aplicar uma ação de compressão axial de 10% da quantidade total de ação de compressão axial ou menos.
2. Método para hidroconformação, de acordo com a reivindicação 1, caraterizado pelo fato de que compreende moldes estacionários (7, 8) e moldes móveis (9), sendo que uma ação de compressão axial é aplicada ao molde móvel (9) simultaneamente com a ação de compressão axial das duas extremidades do referido tubo de metal (1) para assim dar

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2/2 forma ao tubo de metal (1) em uma forma predeterminada, sendo que na primeira etapa a pressão interna é aumentada em um estado com as duas extremidades do tubo de metal (1) e os moldes móveis (9) fixados na posição ou um estado de aplicar uma ação de compressão axial de 10% ou menos da quantidade total da ação de compressão axial, em seguida uma ação de compressão axial é aplicada simultaneamente às duas extremidades do tubo de metal (1) e aos moldes móveis (9) enquanto mantém a pressão interna em uma pressão constante para assim expandir o tubo de metal (1) próximo as extremidades, na segunda etapa apenas a pressão interna é aumentada sem aplicar uma ação de compressão axial as duas extremidades do tubo de metal (1) e uma ação de compressão axial aos moldes móveis (9) para assim deste modo expandir um centro do tubo de metal (1), em seguida na terceira etapa apenas a pressão interna é reduzida ao valor da pressão constante sem aplicar uma ação de compressão axial as duas extremidades do tubo de metal (1) e uma ação de compressão axial aos moldes móveis (9).