BRPI0621995A2

BRPI0621995A2 - processo para formaÇço de perfis ocos, componente de veÍculo motorizado e veÍculo motorizado

Info

Publication number: BRPI0621995A2
Application number: BRPI0621995-0A
Authority: BR
Inventors: Ulrich Brochheuser; Andreas Gehrke
Original assignee: Gkn Driveline Int Gmbh
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2011-12-27
Also published as: US20090305797A1; KR20090055645A; WO2008034456A1; DE112006003990B4; US8555693B2; CN101511500A; CN101511500B; JP2010504213A; JP5461990B2; DE112006003990A5; KR101175518B1

Abstract

PROCESSO PARA FORMAÇçO DE PERFIS OCOS, COMPONENTE DE VEÍCULO MOTORIZADO E VEÍCULO MOTORIZADO É descrito um método para a formação de eixos ocos, em que o eixo oco (1) é transportado através de uma matriz (3) em uma direção de processamento (2) e é fixo com um mandril (4) de tal maneira que o eixo oco (1) possui uma velocidade de fluxo de material (6) na matriz (3) nesta direção de processamento (2), em que o mandril (4) possui uma velocidade de estiramento (7), na direção de processamento (2), a qual é maior que a velocidade de fluxo de material (6)

Description

PROCESSO PARA. FORMAÇÃO DE PERFIS OCOS, COMPONENTE DE VEÍCULO MOTORIZADO E VEÍCULO MOTORIZADO

A presente invenção se refere a um processo para a formação de perfis ocos, em particular, eixos ocos na indústria automotiva. Aqui, o perfil oco é orientado por uma matriz em uma direção de processamento e fixo por um mandril.

Vários diferentes processos já estão em uso na indústria automotiva para a formação de perfis ocos. Aqui, os perfis ocos têm regularmente um projeto tubular e são dotados com uma estrutura ou modificados em função dos seus diâmetros dentro de uma operação de formação subseqüente. Esses perfis ocos são particularmente usados como eixos ocos em veículos motorizados.

É rotineiramente o caso que critérios de segurança específicos precisam ser satisfeitos quando da formação desses perfis ocos, especialmente se são expostos durante o uso com forças estáticas e dinâmicas definidas e carga de alto torque. Por exemplo, é necessário, por um lado, evitar a formação de fissuras no material, durante a operação de formação. Portanto, o grau de deformação durante esse processo de formação é limitado. Por outro lado, há uma tendência continuada para que esses componentes de veículos motorizados tenham um projeto particularmente de baixo peso, resultando aqui em um desejo para perfis ocos de paredes finas. No entanto, especialmente quando o processo usado para a formação de perfis ocos é aquele da denominada extrusão avançada, surgem problemas com os perfis ocos de paredes finas em termos da transmissão da força necessária para orientar o perfil oco por uma matriz correspondente, com um alto grau de deformação. Além disso, dependendo da seleção de material particular, é, em alguns casos, necessário conduzir processos de lubrificação complicados, durante a operação de formação e/ou de pré-tratamentos especiais (térmicos e/ou superficiais específicos) dos perfis ocos, antes de uma etapa de formação ou entre várias etapas de formação parciais.

Considerando isso como um ponto de partida, é um objeto da presente invenção resolver, pelo menos parcialmente, os problemas indicados relativos à técnica anterior. Em particular, intenciona-se especificar um processo para a formação de perfis ocos que, enquanto propicia uma ampla gama de materiais para os perfis ocos, em particular, sem pré-tratamento complicado dos perfis ocos, possibilita obter um maior grau de deformação, mesmo com o uso de perfis de paredes finas. 0 processo é intencionado ainda para propiciar uma precisão de processamento particularmente alta, com a conseqüência de que, por exemplo, melhores tolerâncias de forma e/ou posicionais, com relação às dimensões dos perfis ocos, podem ser mantidas. Finalmente, intenciona-se também especificar particularmente possíveis usos vantajosos para os perfis ocos produzidos desse modo. Esses objetos são alcançados por um processo de acordo com os aspectos da reivindicação 1. Outras concretizações vantajosas do processo são indicadas nas reivindicações da patente formuladas dependentemente. Deve-se apontar que os aspectos listados individualmente podem ser combinados entre si, de qualquer modo tecnologicamente significativo, desejado, e demonstrar outras concretizações da invenção. Além do mais, os aspectos são explicados ou especificados adicionalmente na descrição, de modo que desenvolvimentos vantajosos da invenção são também aqui demonstrados.

No processo de acordo com a invenção para a formação de perfis ocos, o perfil oco é orientado por uma matriz, com uma direção de processamento, e fixo por um mandril, de modo que o perfil oco tem uma velocidade de fluxo de material nessa direção de processamento, em que o mandril tem uma velocidade de estiramento na direção de processamento que é maior do que a velocidade de fluxo de material.

O processo se refere, desse modo, particularmente a um processo de extrusão avançada, na qual uma força de compressão, produzida no perfil oco por um pistão, e intencionada para forçar o dito perfil pela matriz, é auxiliada por meio de um mandril móvel, que fixa, particularmente, o perfil oco radialmente para dentro. Por "extrusão avançada" quer-se indicar particularmente que um perfil oco é forçado por uma matriz, com a direção do fluxo de material correspondendo à direção de processamento. Aqui, o perfil oco na matriz experimenta uma deformação plástica. Uma matriz no presente relatório descritivo é particularmente entendida como significando um orifício de ferramenta de moldagem. Na concretização do processo preferido da presente invenção, que assume a forma de um processo de extrusão avançada oca, o perfil oco tem uma estrutura substancialmente tubular na região de processamento, enquanto que o orifício da ferramenta de moldagem é formado por um vão entre a matriz e o pistão.

Ainda que tenha sido previamente o caso no qual a força de formação, que pode ser transmitida para o perfil oco, foi aplicada por meio de um pistão, por, por exemplo, a face da extremidade do perfil oco, propõe-se agora que a transmissão de força seja auxiliada adicionalmente por meio de um mandril móvel. Por uso do pistão para aplicar uma força, o material do perfil oco escoa com uma velocidade de fluxo de material definível na região da matriz, sendo previamente o caso de que forças de atrito consideráveis (agindo contra a direção de processamento), entre o mandril (fixo) e o material escoando do perfil oco, tinham que ser superadas. Propõe-se agora na presente invenção que o mandril seja movimentado na direção de processamento, isso ocorrendo a uma velocidade de estiramento que é maior do que a velocidade do fluxo de material. Desse modo, a força é também transmitida por atrito ao perfil oco, que vai ser processado. Consequentemente, um segundo ponto de transmissão de força, para uma força que auxilia a operação de formação, é obtido na direção de processamento. Uma grande vantagem desse processo é que, especialmente no caso de perfis ocos de paredes finas, a força de formação é limitada convencionalmente pela carga de deformação do perfil oco, o que significa rotineiramente que apenas pequenos graus de deformação podem ser obtidos. Em virtude das tensões compressivas superpostas na operação de formação, de acordo com o processo proposto na presente invenção, o risco de formação de fissuras foi reduzido consideravelmente.

De acordo com um desenvolvimento do processo, o perfil oco tem uma espessura de parede de no máximo 6 mm. O processo tem uma aplicação particular, especialmente em relação ao setor automotivo, para perfis ocos tendo uma espessura de parede de cerca de 1,5 mm a 4 mm. Em princípio, um grande número de diferentes materiais pode ser usado na presente invenção, com os materiais de aço e os materiais de alumínio sendo os preferidos.

Além disso, propõe-se também que uma variação em um diâmetro do perfil oco é realizada, na medida em que ele é orientado pela matriz. Prefere-se, nesse aspecto, uma redução no diâmetro.

Alternativamente e/ou em combinação com isso, considera-se ser vantajoso que uma estrutura seja produzida em pelo menos uma sub-região do perfil oco, na medida em que ele é orientado pela matriz. A formação de uma "estrutura" é feita em particular por uma variação na forma da seção transversal do perfil oco. Desse modo, por exemplo, elevações e/ou depressões podem ser formadas na direção circunferencial do perfil oco (em certas regiões ou por toda a circunferência), com essas sendo feitas, de preferência, por uma variação simultânea no diâmetro.

Verificou-se que, em conseqüência do mandril concomitantemente móvel, era possível manter,

particularmente, altos requisitos de tolerância em termos da precisão dimensional ou a redondeza de perfis ocos de diâmetros reduzidos e/ou a configuração de eixos ocos estruturais.

Contrário à visão mais genérica de que o processo de extrusão avançada requer perfis ocos especialmente pré- tratados, para garantir um alto grau de deformação na produção em massa, propõe-se também na presente invenção conduzir o processo de acordo com a invenção com um perfil oco tendo um material pré-reforçado. Por isso, quer-se mencionar, em particular, que o perfil oco já foi, por exemplo, trabalhado a frio de antemão, com o endurecimento do trabalho a frio não sendo eliminado de novo por um tratamento térmico subseqüente. Esses perfis ocos trabalhados a frio também podem ser (adicionalmente) formados de uma maneira dimensionalmente precisa, usando o processo proposto na presente invenção. Além disso, o perfil oco pode ser também fornecido com uma costura de solda. Isso se relaciona ao caso, por exemplo, no qual um perfil oco de forma tubular, que serve como um produto semi-acabado para o processo proposto na presente invenção, foi encurvado de uma chapa metálica e subseqüentemente soldado conjuntamente. Esse perfil oco, que tem, por exemplo, uma costura de solda na direção de processamento, pode ser também formado usando o processo proposto na presente invenção, com sendo garantidas altas tolerâncias de forma.

De acordo com um desenvolvimento do processo, a temperatura ambiente não excede 3002C, durante a operação de formação. Em particular, a temperatura ambiente não excede 200°C. A temperatura ambiente particularmente significa a temperatura da ferramenta ou peça em trabalho. O que se intenciona particularmente expressar é que o processo não é executado por um tratamento térmico anterior e/ou simultâneo. Isso permite que os custos de produção para esses perfis ocos seja reduzido significativamente, com tempos de ciclos mais curtos sendo, ao mesmo tempo, possíveis.

Em certas aplicações, pode ser, além do mais, vantajoso variar pelo menos a velocidade do fluxo de material ou a velocidade de estiramento na direção de processamento, durante o processamento do perfil oco. Na presente invenção, é também possível, em princípio, que uma variação simultânea e/ou escalonada com o tempo da velocidade do fluxo de material e da velocidade de estiramento seja feita. Desse modo, por exemplo, as heterogeneidades do material ou de outros parâmetros influenciando no local a operação de formação podem ser considerados.

De acordo com um desenvolvimento do processo, a operação de formação é conduzida a seco. Uma operação de formação "a seco" resulta quando um suprimento simultâneo de lubrificante é eliminado. Portanto, nenhum lubrificante, que influencie o atrito entre a matriz e o perfil de tubo ou entre o perfil oco e o mandril, é adicionado na região de formação, durante o processo de formação. Esse processo é particularmente vantajoso em termos de custos de produção mais baixos e cuidado com o meio ambiente.

Se adequado, no entanto, uma operação lubrificante preparatório pode ser conduzida. Para essa finalidade, o perfil oco pode ser, por exemplo, imerso em um lubrificante ou aspergido antes da operação de formação, com o resultado de que um filme de lubrificante é produzido na superfície do perfil oco. O perfil oco assim pré-tratado é subseqüentemente formado "a seco".

Além do mais, propõe-se nesse ponto um componente de veículo motorizado, que compreende, pelo menos, dois perfis ocos, em que pelo menos um perfil oco é produzido por um processo descrito de acordo com a invenção no presente relatório descritivo, em cujo componente os dois perfis ocos são dispostos concentricamente pelo menos em uma parte.

Esse perfil oco duplo possibilita, particularmente na manufatura de eixos ou transmissores de torque ocos na indústria de veículos motorizados, para produzir um tipo de ponto de ruptura predeterminado, de modo que, quando, por exemplo, uma força muito grande age na direção do eixo oco, qualquer deflexão vertical dentro do veículo motorizado é evitada, e os perfis ocos, nesse caso, deslizam um dentro do outro ou interrompem a transmissão de torque. Uma vez que, no entanto, os dois perfis ocos têm que transmitir um torque considerável durante uma utilização costumeira, deseja-se ter uma precisão dimensional muito alta ou um contato muito íntimo entre os dois perfis ocos na pelo menos uma parte.

Por essa razão também, propõe-se que os perfis ocos formem uma estrutura de travamento na parte. O que se menciona particularmente no presente relatório descritivo é que há uma estrutura estendendo-se na direção circunferencial, que é construída uniformemente e composta de formações repetitivas compreendendo elevações e depressões. Prefere-se, nesse caso, que ambos os perfis ocos sejam produzidos pelo processo descrito de acordo com a invenção indicado no presente relatório descritivo, uma vez que esse possibilita obter precisões dimensionais particularmente altas, com o resultado de que os flanços das elevações ou depressões, dispostas concentricamente relativamente entre si, formem uma superfície de contato muito grande entre si e podem, consequentemente, transmitir um torque considerável.

Dá-se preferência na presente invenção a um componente de veículo, no qual todos os perfis ocos têm uma espessura de parede na faixa de 1,5 a 4 mm.

Finalmente, propõe-se também um veículo motorizado, que compreende pelo menos componente de veículo motorizado do tipo descrito acima para transmissão de torque, uma vez que propicia que um componente, particularmente dimensionalmente preciso e de alto desempenho, para a indústria de veículos motorizados seja produzido de uma maneira eficaz em termos de custo.

Para explicar o processo de acordo com a invenção, um exemplo de processamento é ilustrado abaixo, no qual são mostrados, os parâmetros de processo desse processo de extrusão avançada, incorporando um mandril controlado para a produção de um tubo deslizante:

Produto semi-acabado:

Material: E335 (ST 52-3)

Dimensões: Diâmetro de 63,5 mm, espessura de parede de 1, 8 mm

Processo:

Força do pistão: 2 00 kN Velocidade do fluxo de material: 40 mm/s

Superfície do mandril: rugosidade Ra 0,3 mm, material η° 1.2379

Velocidade do mandril: 50 mm/s

Superfície da matriz: rugosidade Ra 0, 03 mm, material G20

Dimensões da matriz: ângulo de 209, seção cônica de 3 mm

Vão mandril / matriz: 1,7 mm

Lubrificação: antes da operação de formação

Produto:

Dimensões: Diâmetro de 60 mm, espessura de parede de 1, 8 mm

Grau de deformação: localmente muito diferente devido à geometria da denteação

A invenção e o campo técnico são ilustrados em mais detalhes abaixo com referência às figuras. Deve-se salientar que as figuras mostram as variantes de projeto particularmente preferidas da invenção, mas a invenção não é limitada a elas. Nas figuras:

a Figura 1 mostra esquematicamente uma primeira situação de processamento em uma concretização do processo de acordo com a invenção;

a Figura 2 mostra uma segunda situação de processamento em um outro exemplo do processo de acordo com a invenção; a Figura 3 mostra esquematicamente uma variante de projeto de um componente de veiculo motorizado, compreendendo perfis ocos concêntricos;

a Figura 4 mostra esquematicamente uma área de aplicação preferida para esses perfis ocos em um veículo motorizado; e

a Figura 5 mostra esquematicamente um fluxograma relativo a uma outra variante de processo do processo de acordo com a invenção.

A Figura 1 é intencionada para descrever esquematicamente o estado, tal como pode ocorrer durante uma perfil oco de acordo com a invenção em um perfil oco em forma de tubo 1. A disposição da ferramenta ilustrada compreende uma matriz 3, um pis tão 5, um mandril 4 e um ejetor 16. A matriz 3, que é posicionada externamente na presente invenção com relação ao perfil oco 1, é projetada para ser fixa, e o perfil oco 1 é forçado pelo orifício interno da matriz 3 (representada em meia seção transversal) por meio do mancai do pistão 5 na face da extremidade. Uma operação de formação no perfil oco 1, que tem uma espessura de parede predeterminada 8, fica então na matriz 3, de modo que ocorra uma redução no diâmetro 9.

Para obter uma operação de formação controlada, o mandril 4 é disposto dentro da matriz 3, isto é, concentricamente com relação a seu orifício, de modo que a matriz 3 e o mandril 4 formam o vão, pelo qual o perfil oco 1 é forçado. Durante o processo, uma velocidade do fluxo de material 6 é, desse modo, estabelecida na direção de processamento 2, que resulta inicialmente basicamente da ação do pistão 5 no perfil oco 1. De acordo com a invenção, o mandril 4 é então movimentado concomitantemente na direção de processamento 2, com uma velocidade de estiramento 7, que é maior do que a velocidade do fluxo de material 6. Isso é ilustrado pelas setas ilustradas no presente relatório descritivo. Uma vez que uma maior velocidade de estiramento 7 está presente, uma força é igualmente transmitida no ponto de processamento ou no vão entre a matriz 3 e o mandril 4 pelo atrito deslizante, com o resultado de que a força de formação, que é transmitida pelo pistão 5, pode ser reduzida ou resulta, no geral, em uma maior força de formação total. A força de formação total (FFtOtai) da presente invenção é obtida da força de formação (FF) do pistão e das forças de atrito (FrF) na matriz e no mandril (FFtotaI = FFpistgo + FrFmatriz - FrFmandrii) · Na presente invenção, a força de atrito do mandril é, quando adequado, dependente do lubrificante usado na superfície do perfil oco.

Uma vez que a operação de formação está completa, com, por exemplo, apenas uma sub-região de perfil oco tendo sido formada, o perfil oco 1 pode ser finalmente removido da disposição de ferramenta de novo por meio do ejetor 16, em uma direção contrária àquela de processamento 2. A etapa do processo mencionada por último, na qual o ejetor 16 libera novamente o perfil oco 1, pode ser vista na Figura 2. Na situação do processo ilustrada na presente invenção, a matriz 3 e o mandril 4 não ficam mais em acoplamento, mas o ejetor 16 remove o perfil oco 1. Durante o trabalho de processamento que ocorreu de antemão, uma operação de formação em uma sub-região 11 foi conduzida, na qual uma estrutura 10 foi gerada. Na presente invenção, essa sub-região 11 é produzida próxima à extremidade (frontal) do perfil oco tubular 1. Adjacente a essa, cria- se uma parte alargada na forma de um cone 19, que constitui a região de transição com relação ao perfil oco 1 original.

A Figura 3 mostra então uma seção transversal por um componente de veículo motorizado 13, que compreende dois perfis ocos 1 concêntricos. Pode-se notar que ambos os perfis ocos 1 foram proporcionados com uma estrutura 10, que compreende várias elevações 17 e depressões 18. Ambos os perfis ocos 1 podem ser produzidos pelo processo descrito de acordo com a invenção, embora tenham, por exemplo, um material diferente e/ou são construídos com uma costura de solda orientada longitudinalmente 12. Em princípio, é possível para fins de produção usar perfis ocos em forma de tubo idênticos, que, quando adequado, não diferem de fato entre si, em termos dos seus diâmetros 9, antes da operação de processamento de formação. Na parte 14 ilustrada na presente invenção, os dois perfis ocos são dispostos concentricamente relativamente entre si, de tal modo que são particularmente bem adequados para transmissão de altos torques, isso sendo possível basicamente pela boa precisão de encaixe ou das tolerâncias de forma especialmente boas com relação à estrutura 10.

A Figura 4 é meramente, ilustrada por meio de exemplo de uso desse perfil oco 1 como um componente de veículo motorizado 13 em um veículo motorizado 15. Além do mais, à parte de ser usado como um eixo propulsor, esse perfil oco pode ser também usado como um eixo em outras aplicações, por exemplo, em banco de ensaios, máquinas de laminação, etc.

A Figura 5 é intencionada para ilustrar esquematicamente, na maneira de um fluxograma, um outro exemplo do processo de acordo com a invenção.

A etapa (A) da presente invenção compreende particularmente a provisão de um eixo oco. Nesse estado, o eixo oco pode ter áreas endurecidas trabalhadas a frio e/ou mesmo cordões de solda. Dá-se preferência a um eixo oco na forma de tubo, tendo uma espessura de parede na faixa de 1, 5 a 4 mm.

Durante a etapa (B) , o eixo oco é, por exemplo, alinhado ou posicionado em relação a uma matriz, um pistão e um mandril. O mandril da presente invenção fica vantajosamente em acoplamento com o eixo oco, de modo que é possível por meio do pistão que o eixo oco seja alimentado exatamente durante o processamento subsequente, com uma ação de estiramento simultânea.

A etapa (C) compreende particularmente a movimentação do eixo oco pela matriz por meio da força do pistão.

Simultaneamente ou em momentos diferentes, o mandril é movimentado, durante a etapa (D), com uma velocidade de estiramento na direção de processamento que é maior do que a velocidade do fluxo de material do eixo oco, na região da matriz. Na presente invenção, para aumentar o grau de deformação, pode-se fazer uso de lubrificantes que umedecem a região de contato do eixo oco com relação à matriz ou com relação ao pistão.

A etapa do processo (E), que é indicada no presente relatório descritivo apenas por linhas tracejadas, compreende a ejeção, se desejado, do eixo oco processado para acabamento da disposição de ferramenta. LISTA DE NÚMEROS DE REFERENCIA

1 - perfil oco

2 - direção de processamento

3 - matriz

4 - mandril

5 - pistão

6 - velocidade de fluxo de material

7 - velocidade de estiramento

8 - espessura de parede

9 - diâmetro

10 - estrutura

11 - sub-região

12 - costura de solda

13 - componente de veiculo motorizado

14 - parte

15 - veículo motorizado

16 - ejetor

17 - elevação

18 - depressão

19 - cone

Claims

1. Processo para formação de perfis ocos, caracterizado pelo fato de que o perfil oco (1) é orientado por uma matriz (3) em uma direção de processamento (2) e fixado por um mandril (4), de modo que na matriz (3) o perfil oco (1) tem uma velocidade de fluxo de material (6) nessa direção de processamento (2), em cujo processo o mandril (4) tem uma velocidade de estiramento (7) na direção de processamento (2), que é maior do que a velocidade do fluxo de material (6).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o perfil oco (1) tem uma espessura de parede (8) de no máximo 6 milímetros.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma variação em um diâmetro (9) do perfil oco (1) é feita na medida em que ele é orientado pela matriz (3).

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma estrutura (10) é produzida em pelo menos uma sub-região (11) do perfil oco (1), na medida em que este é orientado pela matriz (3).

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o perfil oco (1) é fornecido com um material pré-reforçado.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o perfil oco (1) é fornecido com uma costura de solda (12).

7. Processo.de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a temperatura ambiente não excede 2OOaCi durante a operação de formação.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos a velocidade do fluxo de material (6) ou a velocidade de estiramento (7), na direção de processamento (2), é variada durante o processamento do perfil oco (1) .

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a operação de formação é conduzida a seco.

10. Componente de veículo motorizado (13), caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos dois perfis ocos, em que pelo menos um perfil oco (1) é produzido por um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, em cujo componente os dois perfis ocos são dispostos concentricamente pelo menos em uma parte (14).

11. Componente de veículo motorizado (13) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os perfis ocos (1) formam uma estrutura de travamento (10) na parte (14).

12. Componente de veículo motorizado (13) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que todos os perfis ocos (1) têm uma espessura de parede (8) na faixa de -1,5 a 4 milímetros.

13. Veículo motorizado (15), caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um componente de veículo motorizado (13), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 12, com a finalidade de transmitir torque.