procedimiento de fabricacion de una pieza hueca de revolucion.

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
11 Número de publicación: 2 197 980
51 Int. Cl. : B21D 22/16
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ESPAÑA
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TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA
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86 Número de solicitud europea: 97402538.9
86 Fecha de presentación: 27.10.1997
87 Número de presentación de la solicitud: 0839593
87 Fecha de publicación de la solicitud: 06.05.1998
54 Título: Procedimiento de fabricación de una pieza hueca de revolución.
30 Prioridad: 29.10.1996 FR 96 13183
73 Titular/es: European Aeronautic Defence and
Space Company - EADS France
37, Boulevard de Montmorency
75016 Paris, FR
45 Fecha de publicación de la mención BOPI:
72 Inventor/es: Bernard, Frédéric
16.01.2004
45 Fecha de la publicación del folleto de la patente:
74 Agente: Justo Vázquez, Jorge Miguel de
ES 2 197 980 T3
16.01.2004
Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de
la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea
de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se
considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del
Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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ES 2 197 980 T3
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de fabricación de una pieza hueca
de revolución.
Campo técnico
La invención se refiere a un procedimiento que
permite fabricar, por fluotorneado, una pieza hueca de
revolución que presenta un espesor evolutivo de manera regular sobre al menos una parte de su longitud.
El procedimiento según la invención puede ser utilizado para fabricar cualquier pieza hueca de revolución cuyo espesor sea evolutivo de manera regular sobre al menos una parte de su longitud, y cuyas características de resistencia mecánica deben ser regulares y
homogéneas. A título de ejemplos no limitativos, este
procedimiento se aplica a la fabricación de elementos estructurales tales como las barras o las bielas de
suspensión o de torsión de alta resistencia mecánica,
los depósitos de fluido, los acumuladores de alta presión, etc., utilizables especialmente en las industrias
aeronáutica y espacial.
Estado de la técnica
La técnica del fluotorneado se utiliza normalmente
para fabricar piezas huecas de revolución, de metal o
de aleación metálica, que presentan una longitud relativamente grande, y una pared relativamente delgada.
Según esta técnica se fabrica, por ejemplo por forjado, una preforma cilíndrica hueca en la que el volumen de material es igual al de la pieza que se ha de
fabricar, pero que es mucho más corta y mucho más
gruesa que esta última. La preforma se coloca en un
mandril cuyo contorno corresponde al perfil interior
de la pieza que se ha de fabricar, y aquella se deforma con al menos una moleta, en el transcurso de una
o varias pasadas, en una máquina de fluotornear. De
manea más precisa, la rotación de la preforma combinada con el avance longitudinal de las moletas, entraña una disminución del espesor de la preforma y un
aumento de su longitud, por fluencia del metal sobre
el mandril.
La utilización de la técnica de fluotorneado se traduce en un direccionamiento de la fibra y un endurecimiento por conformación en frío del metal. La importancia de este endurecimiento por conformación
en frío está condicionada directamente por un factor
conocido como “índice de reducción”, que corresponde a la relación entre el espesor inicial de la preforma
y el espesor final de la pieza fluotorneada.
Según ilustran, en especial, los documentos FRA-2 668 085, EP-A-0 410 884 y FR-A-2 632 551, la
técnica del fluotorneado se utiliza por lo general para fabricar depósitos de fluido, acumuladores, generadores de gas, o botellas de alta presión con estructura metálica. Tales piezas presentan siempre una o
varias secciones perfectamente cilíndricas, pero espesores diferentes, uno o dos fondos semiesféricos, así
como bridas. Los fondos semiesféricos y las bridas se
obtienen por mecanización durante la fabricación de
la preforma, o se añaden por soldadura. En los dos
casos, el fluotorneado se utiliza para obtener la, o las
secciones cilíndricas de espesores diferentes, a partir de una preforma de espesor constante. Por consiguiente, el índice de reducción de la parte fluotorneada de la pieza varía según los diferentes espesores de
ésta. El endurecimiento por conformación en frío del
metal es, por tanto, igualmente variable de un extremo
al otro de la sección fluotorneada, lo que se traduce en
comportamientos mecánicos heterogéneos de la pieza
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Por otra parte, se conoce el hecho de fabricar piezas cilíndricas huecas tales como depósitos o propulsores por laminación y soldadura de chapas de espesor uniforme. Sin embargo, esta técnica de fabricación es técnicamente más compleja y más larga de
llevar a cabo que la técnica de fluotorneado. En efecto, las operaciones de soldadura deben ir seguidas de
controles radiográficos, completados posteriormente
por una sucesión de mecanizados. Además, la utilización de chapas de espesor uniforme no permite optimizar la masa, el perfil y el coste de la pieza obtenida.
Por otra parte, las piezas huecas alargadas tales como las barras de torsión o de suspensión metálicas,
se realizan por lo general, hasta ahora, por forjado y
mecanización de un tubo, en cuyos extremos se sueldan dos chapas mecanizadas por separado. Esta técnica tiene el inconveniente de necesitar la provisión de
tubos de igual longitud que las barras, lo que tiene como consecuencia que el metal que forma la pieza no
está ni endurecido por conformación en frío, ni dotado
de un direccionamiento de fibra cualquiera. Además,
se hacen necesarias dos soldaduras para la obtención
de la pieza. Por otro lado, las chapas son mecanizadas
después del control y la soldadura en los extremos del
tubo. Por último, la utilización de tubos de espesor
uniforme no permite optimizar la masa y el perfil más
que a condición de efectuar un mecanizado largo y
costoso.
El documento DE-A-3 440 630, describe la fabricación por fluotorneado en dos pasadas sucesivas, de
una caja que presenta un espesor uniforme y una dureza evolutiva.
El documento US-A-3 055 327 describe la fabricación por repujado de una copela cónica de espesor
variable, a partir de una pieza bruta en forma de disco.
Por último, el documento US-A-1 966 713 describe la fabricación de un recipiente en forma de tonel,
mediante ensamblado borde a borde de elementos realizados anteriormente por fluotorneado.
Exposición de la invención
La invención tiene principalmente por objeto un
procedimiento que permite fabricar una pieza hueca
de revolución, de espesor evolutivo, cuyas características mecánicas son homogéneas y óptimas en toda su
longitud, para una masa, un perfil y un coste optimizados, contrariamente a las piezas fabricas mediante
las técnicas conocidas.
Según la invención, este resultado se obtiene por
medio de un procedimiento de fabricación de una pieza hueca de revolución, de espesor evolutivo, que se
caracteriza por el hecho de que comprende las etapas
siguientes:
- preparación de una preforma relativamente corta
y espesa con relación a la pieza que se ha de fabricar, presentando esta preforma, en al menos una parte
de su longitud, un espesor evolutivo, de tal modo que
el espesor de cada tramo elemental de esta parte de
la preforma sea sensiblemente igual al espesor de un
tramo elemental correspondiente de la pieza que se ha
de fabricar, multiplicado por un coeficiente constante,
y
- reducción del espesor de la preforma, al menos
en la citada parte de su longitud, por fluotorneado, según un índice de reducción uniforme, igual a la inversa de dicho coeficiente.
Cuando la pieza que se ha de fabricar comprende
un fondo en cada uno de sus extremos, se preparan
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ventajosamente dos preformas que comprenden, cada
una de ellas, una parte tubular de espesor evolutivo, y
un fondo que cierra esta parte por un extremo. A continuación se reduce, por fluotorneado, el espesor de la
parte tubular de cada una de las preformas, y después
se sueldan, extremo con extremo, las partes tubulares por sus extremos opuestos a los fondos. Se debe
apreciar que la expresión “parte tubular” designa indistintamente una parte cilíndrica, una parte cónica, o
una parte de revolución de forma más compleja, cuya
generatriz está curvada al menos en parte.
Para fabricar una pieza que comprende dos fondos, se utilizan ventajosamente dos preformas idénticas.
En una forma de realización preferente, pero no
limitativa, de la invención, se utilizan dos preformas
que comprenden, cada una de ellas, una parte tubular
cuyo espesor disminuye de forma regular al avanzar
hacia el fondo.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se va a describir, a título de ejemplo no limitativo, una forma de realización preferente de la invención, con referencia a los dibujos anexos, en los
que:
La figura 1 es una vista en corte longitudinal que
representa una preforma cuya elaboración constituye
la primera etapa del procedimiento según la invención, estando esta preforma destinada a la fabricación
de una barra de suspensión;
La figura 2 es una vista en corte longitudinal que
representa, a menor escala, la pieza obtenida a partir
de la preforma de la figura 1, después de su paso por
una máquina de fluotornear, y
La figura 3 es una vista en corte longitudinal comparable a las figuras 1 y 2 que representa, aún a menor
escala, la barra de suspensión obtenida soldando, extremo con extremo, dos piezas idénticas, tales como
las representadas en la figura 2.
Exposición detallada de una forma de realización
preferente
En la figura 1 se ha representado una preforma 10
destinada a la fabricación posterior de una barra de
suspensión. Es importante observar que esta aplicación no se da más que a título de ejemplo, pudiendo
ser utilizado el procedimiento según la invención en
todos aquellos casos en los que se desee poder fabricar una pieza metálica hueca de revolución que presente un espesor evolutivo, relativamente débil, y una
gran longitud en comparación con este espesor. Así, el
procedimiento según la invención puede ser utilizado
también para fabricar en particular barras de torsión,
depósitos, acumuladores, generadores de gas, botellas
de alta presión, etc., con un metal del tipo del acero,
un metal ligero, o cualquier otro.
La preforma 10 se prepara según las técnicas clásicas previas al fluotorneado, en particular por forjado
y después por mecanización parcial o total. Se pueden
utilizar, no obstante, otras técnicas de preparación sin
apartarse del marco de la invención.
La preforma 10 comprende esencialmente una
parte tubular 12, así como un fondo 14 que cierra la
parte 12 tubular por uno de sus extremos. La preparación de la preforma 10 es tal que la parte 12 tubular y
el fondo 14 se realizan en una sola pieza.
La forma y las dimensiones del fondo 14 de la preforma 10 son idénticas a las del extremo de la barra
de suspensión que se desea fabricar. De forma más
general, características tales como la forma y las di-
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mensiones del fondo de la preforma son las mismas
que las de la pieza que se ha de fabricar. Por consiguiente, estas características dependen esencialmente
de la naturaleza de la pieza que se desea fabricar. El
fondo 14 puede presentar, por lo tanto, unas formas y
unas dimensiones muy diferentes de una pieza a otra,
sin apartarse del alcance de la invención.
De acuerdo con la invención, la parte 12 tubular de
la preforma 10 presenta por el contrario características muy precisas, diferentes de las de la parte tubular
de la pieza que se ha de fabricar, pero que dependen
directamente de las características de esta última parte.
De forma más precisa, la parte tubular 12 de la
preforma 10 presenta una longitud L relativamente
corta con relación a la de la parte tubular de la pieza
que se ha de fabricar, y un espesor evolutivo de forma
regular desde un extremo al otro, y superior al de la
pieza que se desea fabricar. El carácter más corto y
más espeso de la parte tubular de la preforma 10 con
relación a la parte tubular de la pieza que se ha de fabricar, es una característica habitual cuando se utiliza
la técnica de fluotorneado. Por el contrario, el carácter
regularmente evolutivo del espesor de esta parte tubular 12 de la preforma 10, constituye una característica
original específica de la invención.
De manera más precisa, en la forma de realización
ilustrada en la figura 1, el espesor de la parte 12 tubular de la preforma 10 aumenta de manera regular desde un valor e1 hasta un valor e2, al alejarse del fondo
14 de la preforma. Los valores e1 y e2 del espesor se
determinan con precisión, en función de los espesores
de la parte tubular de la pieza que se ha de fabricar,
con el fin de que el espesor de cada tramo elemental
de la parte tubular 12 sea sensiblemente igual al espesor de un tramo elemental correspondiente de la parte
tubular de la pieza que se ha de fabricar, multiplicado
por un coeficiente constante.
Por otra parte, y de manera convencional cuando
se utiliza la técnica de fluotorneado, el diámetro interior de la parte tubular 12 de la preforma 10 es idéntico al de la parte tubular de la pieza que se ha de
fabricar. En el ejemplo ilustrado en las figuras, que se
refiere a la fabricación de una pieza cuya parte tubular
es cilíndrica, este diámetro interior es constante de un
extremo a otro de la parte tubular 12.
A título de ejemplo únicamente ilustrativo y en
ningún caso limitativo de la invención, la longitud L
puede ser de alrededor de 150 mm, siendo entonces
los espesores e1 y e2 iguales a alrededor de 4,5 mm y
7,5 mm, respectivamente.
La preforma 10 ilustrada en la figura 1, se somete
así a una operación de fluotorneado que permite transformar, en una o varias pasadas, la pieza bruta 10 en
una pieza 16 tal como la que se ha ilustrado en la figura 2. La pieza 16 así obtenida comprende el fondo 14,
cuya forma y dimensiones se mantienen sin cambio
con relación a las de la pieza bruta, y una parte tubular 18 obtenida por fluotorneado de la parte 12 tubular
de la pieza bruta.
La parte tubular 18 de la pieza 16 presenta una
longitud L’ muy superior a la longitud L de la parte
tubular 12 de la pieza bruta, y un espesor sensiblemente reducido con relación al de esta parte tubular
12.
De manera más precisa, de acuerdo con la invención, la parte tubular 18 de la pieza 16 presenta también un espesor regularmente evolutivo de un extre3
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mo al otro. Este espesor regularmente evolutivo de la
parte tubular 18 de la pieza 16 se obtiene, durante el
fluotorneado, reduciendo el espesor de la parte tubular 12 de la preforma 10 según un índice de reducción
uniforme, de un extremo al otro de esta parte tubular.
Este índice de reducción uniforme es igual al inverso
del coeficiente que ha servido inicialmente para determinar el espesor de cada tramo elemental de la parte
tubular 12 de la preforma, multiplicando por este coeficiente el espesor de un tramo elemental correspondiente de la pieza que se ha de fabricar.
Gracias a esta característica, resulta posible fabricar una pieza hueca de revolución cuyo espesor evoluciona de forma continua desde un extremo al otro,
de acuerdo con las exigencias de resistencia mecánica
impuestas a la pieza, sin que ésta presente características mecánicas heterogéneas de un extremo al otro.
En efecto, debido a que el índice de reducción es uniforme en toda la longitud de la parte tubular 18 de la
pieza 16, el endurecimiento por conformación en frío
generado por el fluotorneado, es prácticamente constante en toda la longitud de la pieza, y los rendimientos mecánicos de esta última pueden ser homogéneos
y óptimos.
En el ejemplo numérico dado anteriormente, a título únicamente ilustrativo, la parte 18 tubular de la
pieza 16 obtenida tras el fluotorneado, a partir de la
preforma 10, puede presentar en particular una longitud L’ de alrededor de 240 mm, un espesor e’1 de
alrededor de 1,5 mm por su extremo lindante con el
fondo 14, y un espesor e’2 de alrededor de 2,5 mm
por su extremo abierto. El índice de reducción uniforme es, en este caso, de 0,33.
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Según se ha ilustrado en la figura 3, se pueden utilizar dos piezas 16 idénticas para fabricar una barra de
suspensión 20. Las dos piezas 16 se sueldan entonces
extremo con extremo, según una línea de soldadura
22, por los extremos abiertos de sus partes tubulares
18.
De este modo, se realiza una pieza hueca de revolución, cerrada por sus dos extremos mediante los
fondos 14, y cuya pared cilíndrica presenta un espesor que evoluciona de forma continua de un extremo
al otro. De forma más precisa, el espesor de esta pared
cilíndrica es más elevado en el centro de la barra de
suspensión en las proximidades de los fondos 14.
Resulta así posible fabricar una barra de suspensión que incluye una sola soldadura, de un material
cuyas características son homogéneas, con un espesor
optimizado para responder a las necesidades específicas que se han de satisfacer, tales como la resistencia a
la flexión o a la torsión en el caso de una barra de suspensión, minimizando la cantidad de material y por
consiguiente el peso. A estas ventajas se añaden una
gran susceptibilidad de reproducción, una gran precisión dimensional, una gran simplicidad, y una gran
flexibilidad.
Bien entendido, estas ventajas se vuelven a encontrar durante la fabricación de otras piezas huecas de
revolución según el procedimiento de la invención.
Así, en el caso en que la pieza fabricada sea una pieza sometida a presión interna, tal como un depósito
de fluido, el carácter evolutivo del espesor de la pared
mejora sensiblemente la resistencia al hinchamiento,
manteniendo siempre al mínimo el peso de la estructura.
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REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de fabricación de una pieza hueca de revolución (16), de espesor evolutivo, que se caracteriza por el hecho de que comprende las etapas
siguientes:
preparación de una preforma (10) relativamente
corta y espesa con relación a la pieza que se ha de fabricar, presentando esta preforma, sobre al menos una
parte (12) de su longitud, un espesor evolutivo, tal que
el espesor de cada tramo elemental de esta parte (12)
de la preforma sea sensiblemente igual al espesor de
un tramo elemental correspondiente de la pieza (16)
que se ha de fabricar, multiplicado por un coeficiente
constante, y
reducción del espesor de la preforma (10), al menos sobre la citada parte (12) de su longitud, por
fluotorneado, según un índice de reducción uniforme,
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igual a la inversa de dicho coeficiente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que se preparan dos preformas (10) que comprenden,
cada una de ellas, una parte tubular (12) de espesor
evolutivo y un fondo (14) que cierra esta parte por un
extremo; se reduce, por fluotorneado, el espesor de la
citada parte tubular de cada preforma; y se sueldan,
extremo con extremo, las partes tubulares (18) de las
piezas (16) obtenidas, por sus extremos opuestos a los
fondos (14).
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el
que se realizan dos preformas (10) idénticas.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, en el que se preparan dos preformas (10) que comprenden, cada una de ellas, una
parte tubular (12) cuyo espesor disminuye de forma
regular al avanzar hacia el fondo (14).
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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del
art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a
la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de
octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente
Europea, las patentes europeas que designen a España
y solicitadas antes del 7-10-1992, no producirán ningún
efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales.
Esta información no prejuzga que la patente esté o no
incluida en la mencionada reserva.
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