BRPI0707992A2 - método para formar uma carga a partir de um lingote de material de superliga, e, aparelho para formar uma carga a partir de um lingote cilìndrico de material de superliga - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA FORMAR UMA CARGA A PARTIR DE UM LINGOTE DE MATERIAL DE SUPERLIGA, E, APARELHO PARA FORMAR UMA CARGA A PARTIR DE UM LINGOTE CILINDRICO DE MATERIAL DE SUPERLIGA. é descrito um aparelho para estriar e quebrar lingotes (100) em cargas (150) que compreende uma estação de estriamento (12) e uma estação de quebra (14). A estação de estriamento (12) inclui um tomo que faz um entalhe circunferencial raso (102, 104) no lingote a um comprimento de carga desejado. A estação de quebra (16) inclui uma prensa hidráulica (64) que impacta uma porção de carga (110) do lingote para quebrar uma carga (150) do lingote em uma linha de estriamento (106). O aparelho pode incluir adicionalmente um sistema de controle para automatizar o processo e pesar um lingote em diferentes pontos ao longo do comprimento do lingote, calcular a densidade do lingote, e usar a informação para determinar um comprimento de carga necessário para um dado peso de material.

Description

"MÉTODO PARA FORMAR UMA CARGA A PARTIR DE UM LINGOTEDE MATERIAL DE SUPERLIGA, E, APARELHO PARA FORMAR UMACARGA A PARTIR DE UM LINGOTE CILÍNDRICO DE MATERIAL DESUPERLIGA"

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOREFERÊNCIA CRUZADA AO PEDIDO RELACIONADO

Este pedido reivindica o benefício do pedido provisório U.S.número de série 60/743.322, depositado em 20 de fevereiro de 2006, que estáaqui incorporado na sua íntegra.

Campo da Invenção

A invenção diz respeito no geral a um processo para quebrarlingotes em cargas individuais para processamento posterior. Em um outroaspecto, a invenção diz respeito a um aparelho para quebrar um lingote emcargas separadas, estriando o lingote e quebrando com uma prensa.

Descrição da Tecnologia Relacionada

Metais, incluindo superligas de titânio, níquel e cobalto sãonormalmente formados como lingotes para armazenamento ou transporte, esão posteriormente usados para formar uma parte desejada, normalmente pelafusão e vazamento do lingote ou de uma porção do lingote. Lingotes podemser formados usando um processo de fusão a vácuo ou fusão com ar, queenvolve vazar uma massa fundida de material em um molde cilíndrico verticalonde o material é resfriado naturalmente. A medida que o material resfria nomolde, forma-se um gradiente de densidade por causa da gravidade, onde olingote é mais denso próximo à base do molde e menos denso próximo aotopo. Adicionalmente, uma depressão, normalmente referida como uma"bolsa", forma-se no topo do molde por causa do resfriamento irregular domaterial dentro do molde. Assim, lingotes são geralmente não homogêneos noque diz respeito à composição ou estrutura, e, igualmente, múltiplos lingotesnão são homólogos uns em relação aos outros.Superligas são tipicamente usadas na formação de peças deprecisão nas indústrias aeroespacial e médica, por exemplo, pás de turbinas eimplantes cirúrgicos. Superligas exemplares típicas levam marcas registradascomo Inconel®, Mar® e Rene®. Lingotes normalmente vêm da usina emdiâmetros variando de 2" a 20" (50,8 a 508 mm), e em comprimentos de atéquatro pés (1.219 mm) ou mais. Quando uma quantidade particular dematerial é necessária para uma parte desejada, uma porção do lingote,normalmente referida como uma carga, é separada do lingote paraprocessamento posterior. O comprimento da carga é determinado pelo peso dematerial necessário. Superligas são muito densas, geralmente com umadensidade de cerca de 0,3 libras por pé cúbico (4,81 kg/m3).

E de conhecimento formar uma carga a partir de um lingoteusando uma lâmina ou serra abrasiva para cortar a carga do lingote. Em umavariação deste processo, uma lâmina abrasiva entalhe um lado do lingote emum comprimento de carga desejado, e em seguida uma pressão é aplicada nolingote para quebrá-lo no entalhe. Entretanto, o uso de lâminas abrasivas temdemonstrado ser indesejável por dois motivos. Primeiro, uma lâmina cria umcanal no lingote igual à espessura da lâmina, e o material proveniente do canalé perdido. Lingotes de material de superliga são muito caros, e o custoacumulado de material perdido para canais é alto. Segundo, contaminantes dalâmina abrasiva durante o corte ou formação do entalhe podem ficaraprisionados na carga, especialmente se a carga for formada da extremidadedo lingote com uma bolsa. Esses contaminantes podem afetar adversamente aqualidade da carga e, conseqüentemente, a qualidade das partes finaisformadas a partir da carga. Um outro problema que surge da formação doentalhe em um lado do lingote é que a quebra resultante segue um caminhoindeterminado através do lingote. Conseqüentemente, o tamanho da cargapode ser maior ou menor que o desejado para processamento subseqüente. Sefor maior, então o material pode ter que ser removido, resultando em perdaadicional. Se for menor, então uma carga suplementar tem que ser criada,resultando em mais tempo de processamento, se não mais perda.

Um outro processo conhecido para formar uma carga a partirde um lingote envolve quebrar o lingote sobre uma bigorna onde o lingotefica posicionado para entrar em contato com uma ponta viva na bigorna a umcomprimento de carga desejado. A ponta viva serve como um fulcro sobre oqual o lingote é quebrado por uma prensa. Também um outro processo paraformar uma carga a partir de um lingote envolve usar um chevron paraentalhar o lingote no comprimento de carga desejado e em seguida impactaruma extremidade do lingote para quebrar a carga no entalhe. Ambos essesprocessos têm o problema de um caminho de quebra indeterminado na carga,resultando em uma carga com mais ou menos material do que o necessáriopara a parte desejada. Se houver muito material, o material em excesso étipicamente removido da aresta de quebra usando uma operação deesmerilhamento, resultando em perda de material e maior risco decontaminação.

Um aparelho e processo eficientes são necessários para formaruma carga que maximiza a quantidade de material utilizável por lingote e quereduz a probabilidade de contaminação do material.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

E provido um aparelho para estriar e quebrar lingotes emcargas. De acordo com a invenção, o aparelho compreende uma estação deestriamento e uma estação de quebra. A estação de estriamento tem umconjunto de estriamento para fazer um entalhe estriado circunferencial nolingote a um comprimento de carga desejado. A estação de quebra tem umaprensa hidráulica par quebrar o lingote no entalhe estriado para formar acarga. O aparelho pode incluir adicionalmente um sistema de controle paracontrolar automaticamente o aparelho. O lingote fica posicionado na prensaentre as chapas de reação superior e inferior onde o entalhe estriado ficaparcialmente ou completamente sobre a chapa de reação inferior.

De acordo com um outro aspecto da invenção, é provido umprocesso para estriar e quebrar lingotes em cargas. O lingote é pesado em pelomenos dois pontos ao longo do seu comprimento. A densidade do lingote écalculada e usada para determinar o comprimento de carga desejadonecessário para um dado peso de material. Uma estria circunferencial é entãofeita no lingote a um comprimento de carga desejado. Finalmente, a carga équebrada do lingote na estria.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Nos desenhos:

A figura 1 é uma vista em perspectiva de um aparelho deacordo com a presente invenção.

A figura 2 é uma vista de topo de uma estação de estriamentodo aparelho da figura 1.

A figura 3a é uma vista de topo de uma primeira modalidadede uma pastilha de ferramenta de corte para uso com a estação de estriamentoda figura 2.

A figura 3b é uma vista lateral da pastilha da ferramenta decorte mostrada na figura 3 a.

A figura 3c é uma vista lateral de um lingote com um entalheestriado formado pela ferramenta das figuras 3a e 3b.

A figura 4a é uma vista de topo de uma segunda modalidadede uma pastilha de ferramenta de corte para uso com a estação de estriamentoda figura 2.

A figura 4b é uma vista lateral da pastilha da ferramenta decorte mostrada na figura 4a.

A figura 4c é uma vista lateral de um lingote com um entalheestriado formado pela ferramenta das figuras 4a e 4b.

A figura 5 é uma vista frontal de uma estação de quebra doaparelho da figura 1.

A figura 6 é uma seção transversal de uma porção de umaestação de quebra do aparelho da figura 1 mostrando o posicionamento de umlingote para quebra.

A figura 7 é uma vista de extremidade feita ao longo da linha7-7 da figura 6.

A figura 8 é uma seção transversal da porção da figura 6 comcomponentes adicionais.

A figura 9 é uma vista de extremidade ao longo da linha 9-9 dafigura 8.

A figura 10 é uma vista da figura 8 imediatamente depois de acarga ser quebrada do lingote.

A figura 11 é uma vista lateral de uma carga antes doacabamento.

A figura 12 é uma seção transversal de uma porção de umaestação de quebra do aparelho da figura 1 mostrando um posicionamentoalternativo de um lingote para quebra.

A figura 13 é uma seção transversal da porção da figura 12com componentes adicionais.

A figura 14 é uma vista da figura 13 imediatamente depois dea carga ser quebrada do lingote.

A figura 15 é uma seção transversal de uma porção de umaestação de quebra do aparelho da figura 1 mostrando uma estrutura derecalque alternativa.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A figura 1 ilustra um aparelho 10 para estriar e quebrarlingotes 100 em cargas 102 de acordo com a presente invenção. O aparelho 10compreende uma estação de estriamento 12 e uma estação de quebra 14,preferivelmente operando juntas sincronizadamente com um sistema decontrole computadorizado apropriado (não mostrado). O aparelho 10 podetambém compreender uma estação de carregamento 16 para suprir lingotes100 à estação de estriamento 12 e uma estação de transferência 18 paratransportar cargas existentes na estação de quebra 14. A estação detransferência 18 pode transportar as cargas para uma estação de acabamentoopcional (não mostrada), conforme será discutido a seguir.

A estação de carregamento 16 compreende uma base 20 quesuportar um trilho 22 para reter um suprimento de lingotes 100 e paraalimentar os lingotes à estação de estriamento 12. A estação de carregamento16 compreende adicionalmente um conjunto de pesagem 24. O conjunto depesagem 24 tem um par de balanças posicionado para pesar ambasextremidades do lingote. A informação de peso (preferivelmente na formadigital) é transmitida ao sistema de controle para calcular a densidade dolingote, e este cálculo é usado para determinar o comprimento de carganecessário para um dado peso de material. O peso de material necessário porcarga pode ser alimentado no sistema de controle. Dados a densidade e o pesonecessário, o sistema de controle pode calcular o comprimento da carganecessário para atender o peso necessário. Embora ilustrado como uma parteda estação de carregamento 16, o conjunto de pesagem 24 podealternativamente ser uma parte da estação de estriamento 12, ou pode serparte de uma estação separada.

Referindo-se adicionalmente à figura 2, a estação deestriamento 12 é basicamente um torno que inclui um conjunto de retenção 26para prender firmemente um lingote e um conjunto de estriamento 28 paraestriar no lingote. Um transportador 30 transporte um lingote da estação depesagem 24 através do conjunto de retenção 26 e através do conjunto deestriamento 28. O transportador 30 é suportado em uma base 32 que podetambém suportar o conjunto de retenção 26 e/ou o conjunto de estriamento28. O transportador 30 é preferivelmente uma série linear de rolos 34 com umbraço empurrador móvel 36 para avançar o lingote sobre os rolos 34. Otransportador 30 pode ser verticalmente móvel para acomodar lingotes dediferentes diâmetros. Uma faixa preferida de diâmetros de lingote para usocom o aparelho 10 é 2" (50,8 mm) a qualquer limite superior prático.

O conjunto de retenção 26 compreende um mandril 38 que émóvel entre uma posição aberta, onde um lingote 100 pode mover-se deforma desimpedida através da estação de estriamento 12, e uma posiçãofechada, onde o lingote é preso no mandril 38. O mandril 38 é completamenterotacionável 360 0 de movimento e acionado para fazer com que um lingotepreso nele gire. O conjunto de estriamento 28 compreende um porta-ferramenta e um acionador 40 com uma ferramenta de corte 42. O porta-ferramenta e o acionador 40 são móveis entre uma posição desencaixada,onde a ferramenta de corte 42 não faz contato com o lingote, e uma posiçãoencaixada, onde a ferramenta de corte 42 faz contato com a superfície dolingote. Quando o porta-ferramenta e o acionador 40 movem-se para aposição encaixada à medida que o lingote 100 gira com o mandril 38, aferramenta de corte 42 faz estria no lingote com entalhe 102 a umaprofundidade de entalhes predeterminada. A profundidade do entalhe éotimizada para reduzir o material perdido pelo lingote durante a abertura doentalhe. Uma faixa preferida de profundidade de entalhe é 0,06" a 0,500"(1,52 e 12,7 mm), independente do diâmetro do lingote. A profundidade doentalhe pode ser pré-programada no sistema de controle do aparelho 10.Como o mandril 38 gira, o material removido do lingote fica quente e oxida,tornando-o inadequado para reciclagem imediata. Se a área de corte tornar-sedesprovida de oxigênio, como, por exemplo, se ela fosse inundada com umgás inerte para deslocar oxigênio no espaço de trabalho, o material removidose desprenderia na forma de cavacos não contaminados que podem sercoletados e facilmente reciclados para uso posterior.

Uma ferramenta de corte adequada 42 para uso com o porta-ferramenta e acionador 40 está mostrada nas figuras 3A e 3B. A ferramenta decorte 42 é preferivelmente em forma de diamante com quatro lados retos 44 equatro vértices de corte 46 para estriar o lingote. Um ângulo α épreferivelmente 55 0 para resultar em um entalhe do mesmo ângulo, emboraesteja de acordo com o escopo da invenção usar outros ângulos de corte. Oângulo de corte α preferivelmente varia de 35-90 Uma ferramenta de corteexemplar 42 é comercialmente disponível pela Greenleaf Corp. (Saegertown,PA) e é feita de um material cerâmico reforçado com fibra de carboneto desilício. Um entalhe estriado 102 feito pela ferramenta de corte 42 pode servisto na figura 3C.

Uma outra ferramenta de corte adequada 48 está mostrada nasfiguras 4A e 4B e é em forma de diamante com quatro lados côncavos 50 equatro vértices de corte 52. A forma côncava dos lados 50 cria um entalhecurvo ou chanfrado no lingote. O entalhe estriado 104 feito pela ferramenta decorte 48 pode ser visto na figura 4C. Mediante quebra do lingote estriado coma ferramenta de corte 48, a carga resultante tem uma extremidade de quebracom uma borda filetada, que é desejável para certos processos usados parafundir a carga subseqüentemente formada. Foi determinado que cada borda46, 52 da ferramenta de corte 42, 48 pode fazer aproximadamente 10-12cortes antes de cegar, de forma que cada ferramenta de corte pode ser usadapara fazer um máximo de 40-48 estrias. A velocidade de rotação do mandril eo movimento do porta-ferramenta e acionador 40 são tais que uma estriacompleta de um lingote possa ser completada em um curto período de tempo.

O sistema de controle normalmente avançará o lingote 100para a posição correta por baixo do porta-ferramenta e acionador 40 para fazerum entalhe estriado 102, 104 em um comprimento de carga desejado. Umdetector de posição (não mostrado) pode também ser provido na estação deestriamento 12 e em comunicação com o sistema de controle para detectarquando o lingote 100 está devidamente posicionado. Quando o lingote 100está na posição correta por baixo do porta-ferramenta e acionador 40, omandril 38 moverá para a posição fechada e o conjunto de estriamento 28moverá para a posição encaixada para fazer o entalhe estriado 102, 104.

Depois que o entalhe estriado é feito, o lingote avançará para a posiçãocorreta por baixo do porta-ferramenta e acionador 40 para fazer o entalheestriado seguinte no comprimento de carga desejado, de uma outra carga a serfeita. Este ciclo continua até que todo o lingote tenha sido estriado paramúltiplas cargas.

Depois que a operação de estriamento é completada, o lingote100 avança para a estação de quebra 14. Referindo-se agora à figura 5, aestação de quebra 14 compreende uma estrutura de trabalho 54 que suportauma prensa hidráulica 56 para quebrar o lingote 100 em cargas e um conjuntode suporte 57 para segurar o lingote enquanto a carga é quebrada. O conjuntode suporte 57 compreende chapas de reação superior e inferior 58, 60 que sãomóveis uma em relação à outra de uma posição aberta, onde o lingote 100pode mover-se de forma desimpedida através do conjunto de suporte, parauma posição fechada, onde o lingote é mantido entre as chapas de reaçãosuperior e inferior 58, 60. As chapas de reação superior e inferior 58, 60movem-se por meio de um conjunto hidráulico 62 suportado na estrutura detrabalho 54. As chapas de reação superior e inferior 58, 60 são controladaspor um conjunto hidráulico 62 suportado na estrutura de trabalho. As chapasde reação superior e inferior 58, 60 são controladas pelo sistema de controle, eo lingote 100 avança pelo sistema de controle para a posição correta por baixoda prensa hidráulica 56 para quebrar a carga do lingote, conforme discutido aseguir, visto que o sistema de controle já calculou o comprimento necessárioda carga a ser formada. Igualmente, o sistema de controle pode estar emcomunicação com um detector de estria (não mostrado) na estrutura detrabalho 54 que determinará quando o entalhe estriado 102, 104 atinge aposição correta. O detector de estria pode ser um sensor que detecta quando oentalhe estriado 102, 104 no lingote 100 passa por um feixe laser.

A prensa hidráulica 56 compreende um conjunto hidráulico 64que opera um recalcador 66 para movimento vertical. Preferivelmente, orecalcador 66 opera a forças suficientes para fraturar os lingotes de maiordiâmetro. Quando movimentado para baixa, um bloco de quebra 68 naextremidade do recalcador 66 é posicionado para fazer contato com aextremidade distai 70 do lingote 100 fora do entalhe estriado 102, 104. Aextremidade distai 70 do lingote 100 que deve ser quebrada em uma carga(isto é, a extremidade não presa do lingote) é posicionada sobre um suporte decarga móvel 78. O suporte de carga 78 recebe a carga depois de ser quebradado lingote e em seguida move-se por um cilindro hidráulico 80 paradescarregar a carga da estação de quebra 14. A carga pode ser descarregadana estação de transferência 18, que pode compreender um transportadorsimilar ao transportador 30 da estação de estriamento 12 ou outro dispositivoadequado para transportar as cargas que saem da estação de quebra 14.

Olhando agora para as figuras 6-9, está mostrado um detalhedo possível posicionamento do lingote durante a operação de quebra. Aqui, olingote 100 tem um entalhe estriado 102 compreendendo uma linha deestriamento 106 na base do entalhe, um ressalto anterior 108 em uma porçãode carga 110 do lingote (isto é, essa porção do lingote que tornará carga) e umressalto posterior 112 no outro lado da linha de estriamento do ressaltoanterior. A chapa de reação 60 é curva em um raio maior que o raio do lingote100 (ver figura 7). Ela tem uma face superior 114 que termina em uma bordadianteira 116. A chapa de reação superior 58 é também curva em um raiomaior que o raio do lingote 100. Ela tem uma superfície de contato 118 e umaseção em relevo 120 chanfrada em uma quina dianteira 122 da superfície decontato até uma borda dianteira 124 da chapa de reação superior. Quandodevidamente colocado, o lingote 100 é posicionado entre as chapas de reaçãosuperior e inferior 58, 60 dentro de curvaturas côncavas das chapas e mantidoseguramente entre elas de forma que os pontos de contato 126, 128 entre aschapas de reação 58, 60 e o lingote 100 fiquem diretamente opostas uma àoutra. As curvaturas das chapas de reação 58, 60 ajudam garantir alocalização oposta dos pontos de contato 126, 128. Igualmente, o maior raiodas chapas de reação 58, 60 facilitará um lingote 100 de qualquer raio, desdeque ele seja menor que o raio das chapas de reação. Uma ou ambas chapas dereação podem ser curvas. Igualmente, é possível que nenhuma seja curva,desde que se possa posicionar precisamente elas para que os pontos de contato126, 128 fiquem opostos um ao outro.

Olhando novamente para a figura 6, o lingote 100 nestamodalidade fica posicionado de maneira tal que a borda dianteira 116 dachapa de reação inferior 60 fique localizada entre os ressaltos anterior eposterior 108, 112 do entalhe estriado 102. A superfície superior 114 da chapade reação inferior 60 apóia-se no lingote 100 no ponto de contato inferior 126.

Fica aparente que o ressalto posterior 112 fica posicionado na superfíciesuperior 114 na qual tornará um ponto de contato 130. A chapa de reaçãosuperior 58 ficará posicionada de forma que a seção em relevo 120 estenda-sesobre o ressalto posterior 112, com a quina dianteira 122 da superfície decontato 118 disposta detrás do ponto de carregamento 130, isto é, maisafastado do ressalto posterior 112 do que do ponto de carregamento 130. Obloco de quebra do recalcador 68 ficará posicionado para aplicar uma carga Lna extremidade distai 70 do lingote 100. O ponto de carregamento 130 torna-se um fulcro em torno do qual a força de carregamento L gera o momento. Àmedida que a carga L é aplicada, forças de reação na seção em relevo 120reduzem ainda mais a deformação no ressalto posterior 112 do entalheestriado 102. Observou-se que este posicionamento parece ser preferível paralingotes 100 com menor dutilidade.

Olhando agora mais de perto para as figuras 8 e 9, percebe-seque o bloco de quebra 68 tem uma face entalhada bastante angulada 140ajustado em um ângulo β relativo ao lingote 100. A face entalhada bastanteangulada 140 é dimensionada para fazer contato com a porção superior dolingote 100, independente do diâmetro do lingote. O ângulo β é selecionadopara permitir que o bloco de quebra 68 faça contato com o lingote 100somente na extremidade distai 70. O suporte de carga 78 fica posicionado porbaixo do lingote 100, ligeiramente espaçado dele a uma distância D quedepende do tipo de material que forma o lingote. A distância D será maiorpara um material mais dútil e menor para um material menos dútil. Olhandoagora também para a figura 10, a continuidade do movimento para baixo dobloco de quebra do recalcador 68 contra a extremidade distai 70 do lingote100 aumenta a carga L, causando um momento rapidamente crescente emtorno do ponto de carregamento 130. Quando o momento excede a resistênciado lingote 100, uma fratura por tensão se propaga mais ou menos ao longo dalinha de estriamento 106, separando a carga 150 do restante do lingote 100 emuma face de quebra 152. A carga cai por gravidade no suporte de carga 78para processamento posterior.

Quando ocorre a quebra, um gigantesco choque é transmitidopara a chapa de reação inferior 60 pelo ponto de carregamento 130 por causada grande carga de reação. Conseqüentemente, as chapas de reação 58, 60 eespecialmente a chapa de reação inferior 60 são preferivelmente feitas dematerial tenaz resistente ao choque compressivamente resistente que não éfrágil. Um material exemplar é aço S-7 com dureza Rockwell C de pelomenos 54-56.

Geralmente, a face de quebra 152 da carga 150 será grosseiracom pontos vivos 154. Um problema potencial com pontos vivos 154 na facede quebra 152 é que, quando a carga posteriormente cai em um cadinho, ospontos vivos podem interagir com a superfície do cadinho e contaminar acarga, comprometendo a pureza do produto acabado. Conseqüentemente, umaoperação de acabamento pode opcionalmente ser realizada depois que a carga150 deixa a seção de quebra 14 para remover os pontos vivos da face dequebra 152. A estação de transferência 18 pode transportar a carga 150 parauma estação de acabamento. A estação de acabamento pode compreender umaparelho para qualquer processo de acabamento desejado que removerá ou deoutra forma cegará qualquer ponto vivo da faze de quebra 152 na carga. Umprocesso de acabamento adequado é martelamento por agulhas de uma pistolade agulha, onde um agrupamento de agulhas de aço ou de aço inoxidávelcolide repetidamente na face de quebra 152 da carga 150 para tornar romboqualquer ponto vivo. Processos de acabamento adequados preferivelmenteevitam a possibilidade de contaminação da face de quebra.

Olhando agora para as figuras 12-14, pode-se ver uma outramodalidade de posicionamento de lingote 100 para quebra de acordo com ainvenção. Observou-se que esta modalidade parece ser a preferida paralingotes com maior dutilidade. Componentes iguais levam números iguais aosda modalidade mostrada nas figuras 6-11. Aqui, o lingote 100 nestamodalidade fica posicionado de maneira tal que a borda dianteira 116 dachapa de reação inferior 60 fique localizada além tanto do ressalto anteriorquanto do posterior 108, 112 do entalhe estriado 102. Em outras palavras, oentalhe estriado 102 fica posicionado completamente sobre a chapa de reaçãoinferior 60. A superfície superior 114 da chapa de reação inferior 60 apóia-seno lingote 100 no ponto de contato inferior 126. Fica aparente que a bordadianteira 116 da chapa de reação inferior 60 fica posicionada adjacente àporção de carga 110 a qual tornará um ponto de carregamento 140. Umadistância típica d entre o ponto de carregamento 140 e o ressalto anterior 108será cerca de 7/8" (22,23 mm), embora uma faixa aceitável possa ser qualquervalor logo acima de zero até cerca de uma polegada (25,4 milímetros). Achapa de reação superior 58 ficará posicionada de forma que a seção emrelevo 120 estenda-se sobre o ressalto posterior 112, com a quina dianteira122 da superfície de contato 118 disposta detrás do ponto de carregamento140, preferivelmente no outro lado do entalhe estriado 102. À medida que acarga L é aplicada, forças de reação na seção em relevo 120 reduzem aindamais a deformação no ponto de carregamento 140. O bloco do martelo dequebra 68 ficará posicionado para aplicar uma carga L na extremidade distai70 do lingote 100.

O ponto de carregamento 140 torna-se um fulcro em torno doqual a carga L gera o momento. A figura 13 mostra o bloco do martelo dequebra 68 gerando a carga Leo posicionamento do suporte de carga 78, e afigura 14 mostra a posição dos vários componentes depois da quebra.Observou-se que este posicionamento parece ser preferível para lingotes 100com maior dutilidade.

A dutilidade do material que forma os lingotes 100 tambémdeterminará onde na posição de carga 110a força de carregamento L deve seraplicada. Menor dutilidade sugere que a força de carregamento L seráaplicada da maneira mostrada até então, isto é, na extremidade distai 70 dolingote 100. Mas um material de maior dutilidade pode exigir que a força decarregamento L seja aplicada para dentro da extremidade distai 70. A figura15 mostra uma modalidade que permitirá o posicionamento ajustável da forçade carregamento L. Um bloco do martelo de quebra móvel 160 fica dispostona prensa hidráulica 56 para mover-se lateralmente, paralela ao eixolongitudinal dos lingotes 100, isto é, ao longo da linha A-A. Desta maneira, osistema de controle pode posicionar o bloco do martelo de quebra 160 emqualquer lugar para contato com a superfície superior da porção de carga.

Pode-se ver que um processo para estriar lingotes e quebrá-losem cargas individuais de acordo com a invenção inclui estriar a circunferênciade um lingote com um entalhe raso e em seguida quebrar o lingote na linhaestriada. Este processo pode ser realizado com o aparelho 10. Um ou maislingotes 100 são colocados no trilho 22. O lingote mais da frente avança paraa estação de pesagem 24. O devido comprimento de carga para um pesodesejado de material é calculado pelo sistema de controle a partir dainformação provida pela estação de pesagem 24. Uma vez que a estação depesagem 24 tem balanças posicionadas em mais de um ponto ao longo docomprimento do lingote, a densidade do material em diferentes pontos podeser levada em conta. Assim, um único lingote 100 pode ser dividido emcargas de comprimentos desiguais, mas cada qual com o mesmo peso. Olingote 100 é então transferido para o transportador 30, que avança o lingotepara a estação de estriamento 12. Quando o lingote 100 é corretamenteposicionado dentro do conjunto de estriamento 28 para fazer uma estria para aprimeira carga, o mandril 38 moverá para a posição fechada. O conjunto deestriamento 28 então move para a posição encaixada onde a ferramenta decorte 42 faz contato com a superfície do lingote para fazer um entalhe estriadoinicial 102 a uma profundidade de entalhe predeterminada. O mandril 38 éentão rotacionado 360° para estender o entalhe estriado circunferencialmenteem torno do lingote. A ferramenta de corte 42 então move-se para fora dolingote para a posição desencaixada e o mandril 38 é aberto. O lingote 100então avança um comprimento igual ao comprimento de carga desejado, pormeio do que o mandril 38 se fecha e um segundo entalhe estriado 102 é feito.

Isto continua até que todo o lingote 100 tenha sido estriado de forma a definiras cargas a ser quebradas do lingote. O lingote 100 então avança pelotransportador 30 para o conjunto de quebra 14. O detector determina quando alinha de estriamento do lingote 106 atinge a posição correta por baixo daprensa hidráulica 56 para quebra da primeira carga do lingote. Quando olingote 100 está na posição correta com relação à prensa hidráulica 56, osgrampos 58, 60 movem-se para a posição fechada. A prensa hidráulica 56então é atuada, por meio do que o bloco do martelo de quebra 68 apóia-se naextremidade distai 70 do lingote 100 para quebrar uma carga 150. A carga150 é recebida pelo suporte de carga 78, que move para descarregar a cargada estação de quebra 14. O lingote 100 é liberado pelos grampos 58, 60 eavança de maneira tal que a próxima linha de estriamento 106 fiquecorretamente posicionada por baixo da prensa hidráulica 56. O ciclo continuaaté que todo o lingote 100 tenha sido quebrado em cargas 150. Depois desaída do conjunto de quebra 14, as cargas 150 podem opcionalmente sertransferidas para uma estação de acabamento para alisar os pontos vivos nasfaces de quebra 152 das cargas 150.

O processo de aparelho de acordo com a invenção oferecediversas vantagens em relação aos processos e aparelhos da tecnologiaanterior. Primeiro, a perda de material durante a criação de cargas a partir deum lingote é minimizada. A profundidade do entalhe pode ser otimizada deforma a minimizar a quantidade de material cortado do lingote quando oentalhe estriado é feito. Adicionalmente, uma vez que é usado um torno paraestriar o lingote, o material que é cortado do lingote se desprende na forma decavacos que podem ser coletados e reciclados para uso posterior. Igualmente,o risco de contaminação da carga é reduzido. Usando uma ferramenta de cortefeita de material duro, tal como cerâmica reforçada com fibra de carboneto desilício para fazer um entalhe raso, poucas partículas da ferramenta de corteserão transferidas para o lingote. Adicionalmente, o aparelho é extremamenteeficiente. O aparelho é completamente automatizado e assim economizarátempo e custo operacional. O aparelho é ajustável de forma a acomodarlingotes de diferentes diâmetros.

Embora a invenção tenha sido especificamente descrita de comrelação a certas modalidades específicas da mesma, deve-se entender que istoé a título de ilustração, e não de limitação, e o escopo das reivindicaçõesanexas deve ser interpretado da maneira mais amplas que a tecnologiaanterior permitir. Por exemplo, o bloco do martelo de quebra 68 não precisaser entalhado ou angulado, mas pode ser posicionado para fazer contato emqualquer lugar na porção de carga 110. Mas, fica aparente que, quanto maisdistante o entalhe estriado (120, 104), o bloco do martelo de quebra fazcontato com a porção de carga 110, tanto maior o momento em torno doponto de carregamento 130.

Claims (21)

1. Método para formar uma carga (150) a partir de um lingote(100) de material de superliga, caracterizado pelo fato de que compreende asetapas de:estriar a circunferência do lingote (100) com um entalhe (102,-104),prender o lingote (100) entre chapas de reação superior einferior (58, 60) adjacente ao entalhe (102, 104), efazer pressão contra a porção de carga (110) do lingote (100)para fora do entalhe (102, 104) até que uma fratura por tensão no entalhe façacom que a carga (150) se separe do lingote (100) no entalhe (102, 104).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o entalhe (102) é definido por uma linha de estriamento (106)entre um ressalto anterior (108) e um ressalto posterior (112), e a chapa dereação inferior (60) tem uma borda dianteira (116), caracterizadoadicionalmente pelo fato de que a borda dianteira (116) fica posicionada entreos ressaltos anterior e posterior (108, 112) de forma a definir um ponto decarregamento (130) na etapa de prender.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que o entalhe(102) é definido por uma linha de estriamento (106) entre um ressalto anterior(108) e um ressalto posterior (112), e a chapa de reação inferior (60) tem umaborda dianteira (116), caracterizado adicionalmente pelo fato de que a bordadianteira (116) é posicionada adjacente à chapa de reação inferior (60) deforma a definir um ponto de carregamento (140) na etapa de prender.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1--3, em que a chapa de reação superior (58) tem uma seção em relevo (120) queestende-se entre uma quina dianteira (122) e uma borda dianteira (124),caracterizado adicionalmente pelo fato de que a quina dianteira (122) éposicionada afastada do entalhe (102, 104).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1--4, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende a etapa deacabamento de uma face de quebra (152) na carga (150) para reduzir pontosvivos (154) na face de quebra.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que a etapa de acabamento compreende puncionar a face dequebra (152).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações Ι--6, caracterizado pelo fato de que a porção de carga (110) do lingote (100) épressionada em uma extremidade distai (7) durante a etapa de prensagem.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1--7, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende a etapa dedeterminar o comprimento da porção de carga (110).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que a etapa de determinar compreende alimentar um pesopredeterminado da carga desejada (150), pesar o lingote (100) em mais de umponto para certificar sua densidade no seu comprimento, e calcular ocomprimento da porção de carga (110) necessária para resultar em uma carga(150) do peso predeterminado.

10. Aparelho para formar uma carga (150) a partir de umlingote cilíndrico (100) de material de superliga, caracterizado pelo fato deque compreende uma estação de estriamento (14) para fazer um entalheestriado circunferencial (102, 104) no lingote (100) e uma estação de quebra(16) para fazer com que uma porção de carga (110) do lingote (100) quebreno entalhe estriado (102, 104) para formar a carga (150).

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizadoadicionalmente pelo fato de que compreende um conjunto de pesagem (24)para calcular o comprimento da porção de carga (110).

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-10-11, caracterizado pelo fato de que a estação de estriamento (14) é umtorno.

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-10-12, caracterizado adicionalmente pelo fato de que compreende umaferramenta de corte (42, 48) capaz de formar um entalhe estriado (102, 104)com um ângulo entre 35 e 90 graus.

14. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-10-13, caracterizado pelo fato de que a estação de quebra (16) compreendeum conjunto de suporte (57) incluindo chapas de reação superior e inferior(58, 60) que são móveis uma em relação à outra de uma posição aberta, ondeo lingote (100) pode mover-se de forma desimpedida através do conjunto desuporte (57), para uma posição fechada, onde o lingote é mantido entre aschapas de reação superior e inferior (58, 60).

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que a chapa de reação superior (58) tem uma seção em relevo(120) que estende-se entre uma quina dianteira (122) e uma borda dianteira(124), por meio do que a quina dianteira (122) fica posicionada afastada doentalhe (102, 104) na posição fechada.

16. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-14-15, caracterizado pelo fato de que o entalhe (102) é definido por uma linhade estriamento (106) entre um ressalto anterior (108) e um ressalto posterior(112), e a chapa de reação inferior (60) tem uma borda dianteira (116), pormeio do que a borda dianteira (116) fica localizada entre os ressaltos anteriore posterior (108, 112) de forma a definir ponto de carregamento (130) naposição fechada.

17. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-14-15, caracterizado pelo fato de que o entalhe (102) é definido por uma linhade estriamento (106) entre um ressalto anterior (108) e um ressalto posterior(112), e a chapa de reação inferior (60) tem uma borda dianteira (116), pormeio do que o ressalto anterior (108) fica localizado adjacente à chapa dereação inferior (60) de forma a definir um ponto de carregamento (140) naposição fechada.

18. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-14-17, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das chapas de reaçãosuperior e inferior (58, 60) é curva.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, caracterizadopelo fato de que o raio de curvatura é maior que o raio do lingote (100).

20. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações-10-19, caracterizado pelo fato de que a estação de quebra (16) compreendeum bloco do martelo de quebra (68) para fazer pressão contra a porção decarga (110).

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de que o bloco do martelo de quebra (68) tem uma face de entalhebastante angulada (140) ajustada em um ângulo relativo ao lingote (100) demaneira a fazer contato com a extremidade distai (70) do lingote.