PUNZON, APARATO Y METODO PARA REALIZAR AGUJEROS OPUESTOS EN
UNA PIEZA HUECA, Y UNA PIEZA FORMADA A PARTIR DE LOS MISMOS
Campo de la Invención Esta solicitud se relaciona con un punzón, aparato y método para formar agujeros opuestos en una pieza hueca, y una pieza formada a partir de los mismos.
Antecedentes de la Invención Los agujeros alineados u opuestos se requieren algunas veces en piezas huecas, tales como para conectar sujetadores mecánicos a través de los mismos. El interior de la pieza puede presionarse para ayudar al punzón a producir un agujero en la pieza. Por ejemplo, en la hidroformación de piezas a partir de una pieza de metal hueca,! la presión en hidroformación se utiliza para ayudar al punzón a producir el agujero en la pieza. Esto elimina la necesidad de una operación secundaria tal como la perforación o un corte con láser para formar el agujero en una región de la pieza no soportada de manera interna. ; En una operación de punzonado típica para una pieza hidroformada, a medida que el punzón avanza para acoplar la i superficie delantera del material, el fluido a presión soporta la superficie trasera. En un avance adicional del punzón a través del material para cizallar un trozo de metal,
el fluido a presión continúa cargando en el material para removerse como un trozo de metal, así como un material i adyacente. Se cizalla el trozo de metal bajo una fuerza mecánica aplicada al material por la arista cortante del punzón y la fuerza aplicada al material adyacente al trozo de metal por el fluido a presión. ' La presencia de un trozo de metal ¡holgado dentro I de la pieza presenta diversos problemas. En| muchos casos, la presencia de un trozo de metal holgado i o desprendido dentro de la pieza no puede identificarse ' durante algún tiempo, o aún después de que la pieza se ha instalado en i I un producto terminado. Se han desarrollado muchos sistemas para capturar trozos de metal formados por li¡a operación de punzonado. Véase, por ejemplo, la Patente Ñorteamericana No. 4,989,482 (Masón), emitida el 5 de febrero de 1991, y asignada al cesionario de la presente solicitud. La captura del trozo de metal es también un asunto en las i aplicaciones donde los agujeros opuestos sé forman en la pieza. Los ejemplos de métodos para obtener trozos de metal formados por tales operaciones se describen en la i I Patente Norteamericana No. 5,666,840 (Shah et al.), y en i la Patente Norteamericana No. 6,067,830 (Klages et al.), i emitida el 30 de mayo de 2000, y asignada al' cesionario de la presente solicitud. ·
Compendio de la Invención i Se describen un punzón, un aparato y un método para formar los agujeros opuestos en una pieza hueca, y una pieza formada a partir de los mismos. El punzón perfora o corta un agujero de entrada en la pieza sin cizallar un trozo de metal mientras el trozo de metal se dobla hacia atrás y se retiene cerca de la periferia del agujero de entrada. El punzón dobla u enrolla material alrededor del agujero de entrada perforado para obtener la abertura del tamaño requerido . El avance adicional del punzón a través de la pieza cizalla un agujero de salida opuesto al agujero de entrada. La presente invención también proporciona un método para formar dos agujeros opuestos a través de una sección de tubo abierto u otra pieza hueca con un solo punzón activado en un solo movimiento. Los agujeros opuestos difieren en tamaño con el agujero de entrada que es más grande que el agujero de salida. Los agujeros son preferentemente redondos, sin embargo pueden ser de cualquier forma deseada. El material del trozo de metal que resulta del agujero de entrada más grande se retiene a lo largo del borde interno del agujero dentro de la sección de tubo y , el agujero de salida más pequeño se perfora o se corta para formar un trozo de metal que es expulsado de la sección de tubo y de la cavidad de moldeo. De acuerdo con un aspecto de la presente invención,
se proporciona un punzón para formar agujeros opuestos en una pieza hueca. Un fluido de hidroformación presuriza la pieza internamente. El punzón comprende una porción' extrema que se adapta para perforar un agujero de entrada . y para doblar material alrededor del agujero de entrada para formar un trozo de metal retenido a lo largo de un borde interno del agujero de entrada. El punzón tiene una longitud mayor que un ancho de sección transversal de la pieza para que el avance adicional del punzón a través de la pieza perfore un agujero de salida en la parte opuesta al agujero de entrada. El punzón puede además comprender una porción alargada que se adapta para entrar en el agujero de entrada después de que la porción extrema agranda el agujero de entrada al cizallar material para crear un agujero más grande y al doblar este material de trozo de metal hacia el interior de la pieza. De acuerdo con otro aspecto de: la presente invención, se proporciona un punzón para formar agujeros opuestos en una pieza hueca. El fluido de hidroformación presuriza la pieza internamente. El punzón comprende una porción extrema que tiene una arista cortante y una superficie enrollada del borde que se extiende parcialmente alrededor del punzón. La arista cortante se adapta para perforar un agujero de entrada en la pieza y la cara extrema dobla material alrededor del agujero de entrada para formar un trozo de metal retenido a lo largo de un borde interno del
agujero de entrada. La superficie enrollada del borde se i adapta para cizallar el material para generar un agujero mas grande y para doblar el material del trozo de, metal retenido en la pieza. El punzón tiene una longitud, mayor que la sección transversal de la pieza para que el avance adicional del punzón a través de la pieza perfore un agujero de salida en la parte opuesta al agujero de entrada. El punzón puede además comprender una porción alargada adaptada para entrar en el agujero de entrada después de la porción extrema. La porción alargada tiene por lo menos una superficie enrollada del borde adaptada para además alargar el agujero de entrada al doblar el trozo de metal y material adicional alrededor del agujero de entrada hacia el interior de la 'pieza. De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un punzón para formar agujeros opuestos en una pieza hueca. Un fluido de hidroformación presuriza la pieza internamente. El punzón comprende una porción extrema que tiene una cara extrema, una arista cortante, y una superficie en ángulo que se extiende hacia el exterior en un ángulo agudo desde la cara extrema. La arista cortante se adapta para perforar un agujero de entrada en la pieza y la cara extrema dobla material alrededor del agujero de entrada para formar un trozo de metal retenido a lo largo de un borde interno del agujero de entrada. La superficie en ángulo se extiende por lo menos parcialmente1 alrededor del
punzón para doblar el trozo de metal hacia el : interior de la pieza. El punzón tiene una longitud mayor que la sección transversal de la pieza de modo que el avance adicional del punzón a través de la pieza perfore un agujero de salida en la parte opuesta al agujero de entrada. El punzón puede además tener una porción alargada unida a la porción extrema. La porción alargada incluye primera y segunda , superficies en ángulo ubicadas en los lados opuestos del punzón. La primera y segunda superficies en ángulo se extienden hacia fuera en un ángulo agudo y al menos parcialmente alrededor del punzón. La primera y segunda superficies en ángulo se adaptan para alargar el agujero de entrada al doblar el trozo de metal y material adicional alrededor del agujero de entrada además hacia el interior de la pieza. De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método para formar agujeros opuestos de diferente tamaño en una pieza hueca. Un fluido de hidroformación presuriza la pieza internamente. El método comprende los pasos de: perforar un agujero de1 entrada en la pieza; llevar a cabo un primer paso de enrollado en el que el material alrededor del agujero de entrada se dobla hacia el interior de la pieza para formar un trozo de metal retenido ubicado alrededor del agujero de entrada y que se extiende hacia el interior de la pieza; y formar un agujero de salida en la parte opuesta al agujero de entrada. El agujero de
salida es más pequeño que el agujero de entrada. El método puede además comprender el paso para llevar a cabo un segundo paso de enrollado en el que el trozo de metal retenido y el material adicional alrededor del agujero de entrada se doblan además hacia el interior de la pieza antes ¡ del paso para formar un agujero de salida. De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona una pieza de metal hueca. La pieza de metal hueca comprende un cuerpo de metal hueco que tiene agujeros de entrada y salida opuestos. El agujero de entrada es más grande que el agujero de salida. El cuerpo de metal hueco incluye una porción de borde enrollada que se extiende alrededor del agujero de entrada. La porción de borde enrollada se extiende hacia el interior de la.' pieza. Un par de trozos de metal retenidos secundarios se une a lo largo de un borde de la porción de borde enrollada. Los trozos de metal se ubican en lados opuestos de la porción de borde enrollada y un primer trozo de metal retenido se une a lo largo de un borde de uno de los trozos de metal retenidos secundarios. Otros aspectos y características de la presente invención se volverán aparentes para aquellos con experiencia ordinaria en la técnica en la revisión de la siguiente descripción de las modalidades específicas de la invención junto con las figuras anexas.
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Breve Descripción de los Dibujos Se hará referencia a los dibujos anexos que muestran, a modo de ejemplo, las modalidades 'de la presente invención, y en los que: la FIGURA 1 es una vista en perspectiva tomada desde arriba de un punzón de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la FIGURA 2 es una vista en perspectiva tomada i desde arriba del lado opuesto del punzón de la ¡FIGURA 1; la FIGURA 3 es una vista superior del punzón de la
FIGURA 1; i la FIGURA 4 es una vista lateral del punzón de la FIGURA 1; ; I las FIGURAS 5A-5F son vistas en elevación del punzón de la FIGURA 1 en etapas progresivas dej una operación i de punzonado; la FIGURA 6 es una vista en perspectiva del interior de una pieza de metal hueca formada, que utiliza un punzón de acuerdo con una modalidad de la presente invención; y la FIGURA 7 es una vista superior dél interior de i la pieza de metal hueca de la FIGURA 6. Se utilizan referencias similares en diferentes figuras para indicar componentes similares.
Descripción Detallada de las Modalidades Refiriéndose brevemente a las FIGURAS 5A a 5F, se describirá una porción del aparato 100 de i hidroformación adecuado para utilizar la presente invención. El aparato 100 comprende un troquel 102 inferior y un troquel 104 superior que se combinan para formar una cavidad 106 del troquel en la que una pieza de metal tubular se somete a hidroformación en la superficie de la cavidad del troquel. La hidroformación de la pieza de metal tubular se logra por la aplicación de un fluido 108 hidráulico adecuado a una presión deseada en el interior de una pieza de metal tubular que resulta en una pieza 110 hidroformada, como se muestra. Ahora se hace referencia a las FIGURAS 1 a 4, que muestran una modalidad de un punzón 10 de acuerdo con la presente invención. El punzón 10 se utiliza típicamente para formar agujeros opuestos en una porción de pared plana de una pieza presionada de manera interna. Aunque se describe la presente modalidad a medida que se aplica a una porción de pared plana, el punzón 10 puede también utilizarse en porciones de pared curveadas. El punzón 10 se adapta en particular para perforar los agujeros de entrada y salida opuestos de diferentes tamaños en una pieza hidroformada durante el proceso de hidroformación mientras el fluido 108 de hidroformación presiona de manera interna la 'pieza.
El punzón 10 tiene un eje 12 longitudinal central. El punzón 10 está hecho de acero de herramientas y tiene tres porciones del cuerpo formadas de manera concéntrica alrededor de su eje 12 incluyendo una porción 14 extrema, una porción 16 alargada, y una porción 18 de acabado. Las porciones del cuerpo son generalmente cilindricas en forma y tienen superficies externas cilindricas para formar agujeros de entrada y salida circulares, aunque por lo general el punzón 10 no tiene un diámetro constante mientras el diámetro incrementa desde arriba hasta el fondo. Las porciones del cuerpo pueden tener una forma diferente en aplicaciones donde se requieren formas de agujeros no circulares. La porción 14 extrema se adapta para perforar un agujero de entrada en la pieza sin cizallar por completo un trozo de metal. Por el contrario, el trozo de metal se retiene a lo largo de un borde interno del agujero de entrada. La porción 16 alargada agranda el agujero de entrada al cizallar y doblar u enrollar material alrededor del agujero de entrada, incluyendo el trozo de metal retenido. La porción 18 de acabado termina la operación de punzonado del agujero de entrada al proporcionar una porción de borde enrollada al agujero de entrada. Opcionalmente , ; la porción 18 de acabado además agranda el agujero al doblar u enrollar además el material lejos del agujero de entrada para reducir el riesgo de que el material alrededor del agujero de entrada
interfiera con una operación subsiguiente de un sujetador mecánico . El punzón 10 tiene una longitud (por ejemplo: una distancia de carrera) mayor que una sección transversal de la pieza de modo que el avance adicional del punzón 10 a través de la pieza forme un agujero de salida en la parte opuesta al I agujero de entrada. La porción 16 alargada y la porción 18 de acabado tienen un área de sección transversal mayor que la de la porción 14 extrema. En el caso donde la presencia de un material posterior doblado inmediatamente , adyacente al agujero de entrada no interfiere con operaciones subsiguientes, el punzón 10 no puede incluir una porción 18 de acabado . 1 La porción 14 extrema tiene una cara 20 extrema, I una arista 22 cortante puntiaguda, y una j superficie 24 enrollada del borde que se extienden parcialmente alrededor del punzón 10. La arista 22 cortante se adapta para perforar el agujero de entrada. A medida que el punzón avanza a través de la pieza, la cara 20 extrema se acopla ¡y se presiona contra la pieza, doblando u enrollando forzadamente el material alrededor del agujero de entrada perforado para formar un trozo de metal integral con la pieza |a lo largo del borde interno del mismo. El avance del punzón 10 dobla u enrolla el trozo de metal hacia el interior dé la pieza. La superficie 24 enrollada del borde se adapta para acoplar y
doblar forzadamente u enrollar el trozo de metal hacia el interior de la pieza y eliminar del punzón lo! de avance. En la modalidad mostrada, la cara 20 extrema se pone en ángulo o se ahusa en un ángulo agudo u oblicuo. El ángulo de la cara 20 extrema puede ayudar a doblar u enrollar el material i alrededor del agujero de entrada perforado. ¡ Como se muestra en las FIGURAS 1 a 4,' la superficie 24 enrollada del borde se forma por una superficie oblicua o angulada o ahusada que se extiende axialmente hacia el exterior en un ángulo agudo desde la cara 20 ;extrema. Donde la cara 20 extrema es angulada, la superficie 24 enrollada del borde se coloca en un ángulo diferente J a la cara 20 extrema. La superficie 24 enrollada del borde se extiende parcialmente alrededor de la cara 20 extrema del punzón 10. La porción 16 alargada incluye dos superficies 26 y
28 enrolladas del borde ubicadas en los lados opuestos del punzón 10 y se extienden parcialmente alrededor del punzón 10. Las superficies 26 y 28 enrolladas del borde se adaptan para entrar en el agujero de entrada después de! la porción 14 extrema para alargar el agujero de entrada al doblar u enrollar el trozo de metal y material adicional; alrededor del agujero de entrada hacia el interior de la pieza. La acción de las superficies 26 y 28 enrolladas del borde forma dos trozos de metal retenidos secundarios a lo largo del borde interno del agujero de entrada alargado. Los trozos de metal
secundarios se ubican alrededor del borde periférico del agujero de entrada en los lados opuestos del punzón 10. En la modalidad mostrada, las superficies 26 y 28 enrolladas del borde son adyacentes a las primeras y segundas porciones graduadas indicadas por las referencias 32 y 34 respectivamente. La primera porción 32 graduada es adyacente a la porción 14 extrema e incluye una primera cara 36 extrema angulada o ahusada. La segunda porción 34 graduada es adyacente a la primera porción 32 graduada e incluye una segunda cara 38 extrema angulada o ahusada. La primera cara 36 extrema angulada se extiende radialmente hacia el exterior en un ángulo agudo desde la porción 14 extrema. La segunda cara 38 extrema angulada se extiende radialmente hacia el exterior en un ángulo agudo desde la porción 14 extrema. Las primeras y segundas caras 36 y 38 anguladas intersecan diferentes planos perpendiculares al eje 10 longitudinal central que se relacionan entre; sí. Como se muestra en las FIGURAS 1 y 2, las primeras y segundas caras 36 y 38 extremas anguladas se ubican en una distancia axial desde la porción 14 extrema. La distancia de la segunda cara 38 extrema angulada desde la porción 14 extrema es más lejana que la distancia de la primera cara 36 extrema angulada desde la porción 14 extrema. Las primera y segunda superficies 26 y 28 enrolladas del borde se ubican en lados opuestos del punzón
! 10. La primera superficie 26 enrollada del borde se alinea con la superficie 24 enrollada del borde de |la porción 14 extrema en el mismo lado del punzón 10. Como consecuencia, la segunda superficie 28 enrollada del borde se! coloca en el lado opuesto del punzón 10 respecto a la ¡superficie 24 enrollada del borde y a la superficie 26 enrollada del borde. En otras modalidades, la superficie 26 enrollada del borde no puede alinearse con la superficie 24 enrollada del borde y las superficies 26 y 28 enrolladas del borde no pueden i ' ubicarse opuestas entre sí. | Como se muestra en las FIGURAS 1-4 [ una o ambas caras 36 y 38 extremas pueden angularse o ahusarse en un ángulo agudo. En tales modalidades, el ángulo jde la cara 36 extrema de la primera porción 32 graduada es diferente al ángulo de la superficie 26 enrollada del borde). Asimismo, en tales modalidades, el ángulo de la cara 38 jextrema de la segunda porción 34 graduada es diferente al J ángulo de la
superficie de las caras 36 y 38 extremas sean aproximadamente iguales. Como se describirá a continuación cié manera más
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detallada, esta configuración produce por lo general trozos de metal de forma parcialmente cilindrica. Otras configuraciones producirán en forma diferente trozos de metal formados . La porción 18 de acabado tiene por lo menos una superficie 30 enrollada del borde que se adapta para entrar en el agujero de entrada después de que la porción 16 alargada proporciona el agujero de entrada con una porción de borde enrollada. Opcionalmente, la porción 18 de acabado puede configurarse para alargar además el agujero de entrada al doblar u enrollar el o los trozos de metal ' y el material adicional alrededor del agujero de entrada además hacia el interior de la pieza. En la modalidad mostrada.! La superficie 30 enrollada del borde es una superficie de forma convexa o redonda que se extiende completamente alrededor del punzón 10. Sin embargo, en otras modalidades, la ¡superficie 30 enrollada del borde puede extenderse sólo de ¦ forma parcial alrededor del punzón 10 puede tener una forma: diferente. En algunas modalidades, la superficie 30 enrollada del borde es una superficie angulada o ahusada que se extiende radialmente hacia el exterior en un ángulo agudo. La | superficie 30 enrollada del borde puede ser también una superficie de perfil cónico. ( Refiriéndose de nuevo a las FIGURAS 5A a 5F, se describirá ahora una operación de punzonado' ejemplar que
utiliza el punzón 10. El punzón 10 se monta en el aparato 100 de hidroformación para deslizar el movimiento en un diámetro interno 112 en el troquel 102 inferior. El diámetro interno 112 se extiende a una superficie de la cavidad 106 del troquel. La base (no mostrada) del punzón 10 se adapta para conexión con un dispositivo de operación del punzón adecuado, tal como un cilindro hidráulico, por medios convencionales. El dispositivo de operación del punzón se opera de manera convencional para la operación de la formación de agujeros durante el proceso de hidroformación . La superficie externa del punzón 10 se adapta para proporcionar un contacto de sellado entre la pieza 110 y el punzón 10 suficiente para mantener la presión interna del fluido 108 de hidroformación dentro de la pieza 110 mientras el punzón avanza a través de ésta. Como se apreciará por los expertos en ía técnica, el punzón 10 se forma para evitar o minimizar la fuga del fluido 108 de hidroformación desde el interior de la pieza 110 durante la operación del punzón para producir los agujeros de entrada y salida sin una pérdida significante del fluido 108 de hidroformación . Como se muestra en la FIGURA 5A, la porción 14 extrema del punzón 10 se coloca inicialmente fuera de la cavidad 106 del troquel opuesto a la porción de pared plana de la pieza 110 hidroformada . El punzón 10 avanza entonces hacia la pieza 110. Como se muestra en la FIGURA 5B, la
arista 22 cortante acopla la pieza 110 y perfora un agujero de entrada comenzando con la punta del punzón 10 o extremo distante. A medida que el punzón 10 avanza adicionalmente , la cara 20 extrema se acopla y se presiona contraj la pieza 110, doblando u enrollando forzadamente el material! alrededor del agujero de entada perforado para formar un tjrozo de metal inicial retenido a lo largo del borde interno del agujero de entrada, integral con la pieza 110. A medida que el punzón 10 avanza, la superficie 24 enrollada del borde acopla la pieza 110 y de manera forzada dobla o enrolla el tdrozo de metal hacia el interior de la pieza 110 (debido a la falta de la i arista 22 cortante en la cara 20 extrema donde reside la superficie 24 enrollada del borde) , lejos de yj eliminado del agujero de entrada. La forma de la superficie 24 enrollada del borde permite que el trozo de metal se doble lejos del punzón 10 de avance sin cizallar por completó el trozo de metal de la pieza 110, permitiendo que el t ozo de metal permanezca integral con la pieza 110 a lo largo de su borde interno. El tamaño del material del trozo de metal depende del tamaño del agujero de entrada a formarse. Como se muestra en la FIGURA 5C, a medida que el punzón 10 avanza en la pieza 110, la porción 16 alargada acopla la pieza 110. La primera cara 36 extjrema angulada primero acopla material adicional alrededor del agujero de entrada, doblando o enrollando de manera forzada el material
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adicional hacia el interior de la pieza 110|. El material ! adicional que se ha doblado u enrollado hacia el interior de la pieza 110 forma el primero de los dos trozos de metal retenidos secundarios . ¡ I Como se muestra en la FIGURA 5D, a Imedida que el i punzón 10 avanza en la pieza 110, la primera cara 36 extrema j angulada acopla el trozo de metal retenido inicial formado por la porción 14 extrema y el material adicional alrededor I del agujero de entrada, doblándolo u ondulándoljo forzadamente además hacia el interior de la pieza 110. A Jmedida que el punzón 10 avanza adicionalmente , la segunda c†ra 38 extrema angulada acopla material alrededor del agujero! de entrada en el lado opuesto del punzón 10 (en comparación con la cara 36 extrema angulada) , doblando u enrollando el maJerial hacia el interior de la pieza 110. El material que ha doblado u enrollado hacia el interior de la pieza 110 pór una cara 38 extrema angulada forma el segundo de los dos trozos de metal retenidos secundarios . ¡ Como se muestra en la FIGURA 5E, a jmedida que el punzón 10 avanza en la pieza 110, la superficie 26 enrollada del borde además acopla el trozo de metal inicial y el primero de los trozos de metal secundarios, doblando o enrollando de manera forzada los trozos de metal hacia el interior de la pieza 110, lejos de y eliminado del agujero de entrada. Al mismo tiempo, la superficie' 28 'enrollada del
borde además acopla el segundo de los dos trozos de metal retenidos secundarios, doblando o enrollando forzadamente el trozo de metal hacia el interior de la pieza 110, lejos de y eliminado del agujero de entrada. En la modalidad presente, los primeros y segundos trozos de metal retenidos secundarios se ubican en lados opuestos del agujero de entada. El trozo de metal inicial y el primero de los dos trozos de metal retenidos secundarios se ubican en el mismo lado del agujero de entrada. Como se muestra en la FIGURA 5F, el punzón tiene una longitud y una distancia de carrera que exceden la sección transversal de la pieza 110 permitiendo que la porción 14 extrema perfore a través del lado opuesto de la pieza 110 creando un agujero de salida más pequeño (por ejemplo: a través del fondo del troquel) . A medida que el punzón 10 avanza en la pieza 110, la arista 22 cortante acopla el lado opuesto de la pieza 110 y ; perfectamente cizalla un agujero de salida opuesto al agujero de entrada. El material alrededor del agujero de salida no se deforma significativamente para que la superficie interna de la pieza 110 alrededor del agujero de salida permanezca generalmente plana. Los diámetros más grandes de la porción 16 alargada y/o porción 18 de acabado que se relacionan con la porción 14 extrema resultan en un agujero de entrada que se forma, que es más grande que el agujero de salida. En modalidades donde
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el punzón no incluye una porción de acabado, el diámetro más grande de la porción 16 alargada que se relaciona con la porción 14 extrema resulta en un agujero de entrada que se forma, que es más grande que el agujero de salida. El trozo de metal de salida se expulsa en un diámetro interno 114 en el troquel 104 superior que se extiende desde] la superficie I de la cavidad 106 del troquel. Desde el diámetro interno 114, el trozo de metal de salida puede eliminarse utilizando medios convencionales . , I Tal como se apreciará por los expertos en la técnica, el punzón 10 produce un agujero de salida relativamente despejado que necesita poco o ningún despeje significativo o una maquinación de acabado de! la pieza 110 antes de la soldadura, cobresoldadura u 1 otro uso de fabricación. Este agujero de salida despejado permite que una tuerca u otro sujetador se soldé o se cobresoíde dentro del agujero de salida o alrededor del agujero de| salida en la superficie interna de la pieza 110. Además, el diámetro más grande del agujero de entrada proporciona el acceso más fácil de herramientas al agujero de salida para operaciones tales como la soldadura. Refiriéndose ahora a las FIGURAS 6 y 7, se describirá el agujero en una pieza de metal hueca formada que i utiliza un punzón de acuerdo con una modalidad 'de la presente invención. Las FIGURAS 6 y 7 ilustran el interior de la pieza
110 mostrando una superficie 206 interna del lado de la entrada de la pieza 110. La pieza 110 comprende un cuerpo de metal hueco, tal como un tubo, que tiene una porción de pared plana. Se define en la pieza un agujero 204 de entrada. Un agujero de salida (no mostrado) se define en la parte opuesta al agujero 204 de entrada. Los agujeros de entrada y salida son por lo general circulares con el agujero 204 de entrada que tiene un diámetro más grande que el agujero) de salida. Una porción 208 del borde enrollado se extiende i alrededor del agujero 204 de entrada a lo largo de su borde periférico, y se extiende hacia el interior de¡ la pieza. Una porción 209 cilindrica se extiende hacia el interior desde la porción 208 del borde enrollado. Un par de trozos de metal
210 se une a y se extiende hacia el interior desde un borde 212 de la porción 209 cilindrica. Los trozos de metal 210 se i colocan en los lados opuestos de la porción 209 cilindrica. Los trozos de metal 210 son un ejemplo de trozos de metal retenidos secundarios formados por la porción 16 alargada, como se describe a continuación. En la modalidad mostrada, la forma del punzón 10 resulta en los trozos de ¡metal 210 que ! son miembros en forma de arco parcialmente cilindricos. Un trozo de metal 214 adicional se une a un bordel 216 de uno de i los trozos de metal 210. El trozo de metal 214 ¡es equivalente al trozo de metal retenido inicial formado por^ la porción 14 extrema, como se describe a continuación.
La relación del área del agujero de entrada al área del agujero de salida puede representarse como una relación i de tamaño del agujero. En algunas modalidades, la relación del tamaño del agujero es mayor que 1.3 : í . En algunas modalidades, la relación del tamaño del agurjero es entre 1.3:1 y 3:1. ¡ En algunas modalidades, la presente invención proporciona un método para formar dos agujemos opuestos a través de una sección de tubo abierto u otra pieza hueca i utilizando un solo punzón activado en un solo movimiento. Los agujeros opuestos pueden diferir sustancialmente en tamaño, con el agujero de entrada que es más grande que el agujero de salida. En la modalidad presente, los agujeros' son redondos; sin embargo, pueden ser de cualquier forma deseada. El material del trozo de metal resultante del aguj;ero de entrada más grande se retiene a lo largo del bordé interno del í agujero de entrada dentro de la sección del tubo y el agujero ! de salida más pequeño se perfora o corta para formar un trozo de metal que se expulsa de la sección del tubo y cavidad de molde. El tamaño del material del trozo dé metal varía dependiendo del tamaño del agujero de entrada y la diferencia en tamaño de los agujeros de entrada y salida !opuestos. Para relaciones más pequeñas, el trozo de metal Iretenido a lo j largo del agujero de entrada puede ser relativamente simple y el punzón puede tener un diseño más simple que el que se
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muestra en las FIGURAS 1-4 debido a que menos material puede necesitar eliminarse para formar el agujero de entrada. De acuerdo con otra modalidad de! la presente invención, se proporciona un método para formar agujeros opuestos de tamaño diferente en una pieza hueca que un fluido de hidroformación ha presurizado internamente. El método comprende los pasos de: (i) perforar un agujero de entrada en la pieza hueca sin cizallar por completo un trozo de metal; (ii) perforar un primer paso de enrollado en el que el material alrededor del agujero de entrada se enrolla para formar un trozo de metal retenido ubicado alrededor del agujero de entrada y que se extiende hacia el interior de la pieza hueca; (iii) llevar a cabo un segundo paso de enrollado en el que el trozo de metal retenido y material adicional alrededor del agujero de entrada se enrolla además hacia el interior de la pieza hueca; y (iv) formar un agujero de salida en la pieza hueca opuesta al agujero de entrada. El agujero de entrada es más grande que el agujero* de salida. En algunas modalidades, el paso para formar un agujero de salida incluye perforar el agujero de salida para cizallar perfectamente un trozo de metal de salida desde el exterior e la pieza hueca. El trozo de metal puede cizallarse sin deformar el material alrededor del agujero; de salida. El método se ejecuta durante la carrera del punzón ; única . En algunas modalidades, en el segundo paso de
I enrollado y antes del umbral para perforar el agujero de I salida en la pieza. El tercer paso de enrollado incluye enrollar el trozo de metal retenido y el material adicional alrededor del agujero de entrada además hacia el interior de
En algunas modalidades, la presente invención proporciona un método para formar dos agujeróte opuestos de tamaño sustancialmente diferente a través de una sección de tubo u otra pieza hueca en un troquel de formación. El método busca reducir los costos de fabricación (por ejemplo: costos
de piezas y herramientas) en relación con alternativas tales como corte con láser y otros sistemas de formación de agujeros con troquel. El método forma los agujeros utilizando un punzón único en una carrera única, por lo tanto, se reducen los costos de troquel y la complejidad, así como también se minimiza el espacio ocupado dentro del troquel.
Otra ventaja es la reducción en el debilitamiento del troquel que ocurre cuando se cortan múltiples ubicaciones de montaje para unidades múltiples del punzón. Además, debido a que el punzón elimina el material (por ejemplo: el trozo de metal) del agujero de entrada en etapas, en cualquier momento durante la carrera del punzón, la longitud del material que se cizalla se reduce comparado en comparación con un punzón convencional donde toda la cara extrema del punzón hace contacto con el material al mismo tiempo. Esto facilita I utilizar un diámetro de punzón más pequeño que crea una reducción adicional en costos de herramientas. Este beneficio i es aplicable para cualquier operación de hidroformación, en particular aquellas que utilizan un fluido de hidroformación de presurizacion más alta. En algunas modalidades, la presente invención también busca proporcionar un manejo mejorado de pequeñas cantidades y eficiencia del proceso al retener el trozo de metal de entrada a lo largo del borde interno del agujero de entrada y al plegar el trozo de metal de entrada en el
interior de la pieza hueca en lugar de cizallar por completo i el trozo de metal . Al retener el material del | trozo de metal alrededor del agujero de entrada, se evitan ! los costos de manejo de pequeñas cantidades adicionales y el ! riesgo de daño de los componentes de troquel, herramientas o piezas I subsiguientes. j En algunas modalidades, la presente invención también busca proporcionar una calidad mejorada del agujero de salida. Al utilizar la arista cortante puntiaguda del I punzón para cizallar el agujero de salida, |un agujero de salida más despejado puede perforarse en métodos alternativos I donde un trozo de metal de entrada se cizalla y se retiene en I I la cara extrema del punzón durante el cizallamiento del i i agujero de salida, de esta manera interfiriendo con el cizallamiento del agujero de salida. I í En algunas modalidades, la presente invención también busca incrementar la relación del tamajño del agujero de entrada con el agujero de salida que puedej producirse en comparación con el de los métodos conocidos. Lja relación del tamaño del agujero es muy larga, el material! alrededor del agujero de entrada más grande se romperá o se quebrará. Estas i I rupturas pueden formarse como concentraciones Jremarcadas que pueden propagarse como fisuras o fracturas y causar una falla í en la pieza adicional. El punto de ruptura es lia relación del tamaño del agujero en el que ocurre la ruptura utilizando
herramientas y técnicas convencionales. El punto de ruptura varía dependiendo de la formabilidad del material, pero puede ocurrir en relaciones tan bajas como 1.3 : l! para algunos materiales. En algunas modalidades, la presente invención i puede utilizarse para producir relaciones Ide tamaño de agujeros más allá de un punto de ruptura convencional para un material dado. En algunas modalidades, pueden producirse relaciones de tamaño del agujero entre 1.3:1 y| 3:1. En otras modalidades, pueden producirse las relaciones de tamaño del agujero mayores que 3:1. ' Los punzones descritos con anterioridad son modalidades ejemplares y pueden ser posibles muchas variaciones del punzón. Por ejemplo, en algunas modalidades el punzón puede incluir una porción extrema iy una porción i alargada, pero no puede incluir una porción de acabado. En I tales casos, el punzón aún tiene una longitud mayor que la sección transversal de la pieza de modo que el avance I i adicional del punzón a través de la pieza permita al punzón i formar un agujero de salida en la parte opuesta' al agujero de i entrada. Habiendo descrito los punzones ejemplares hechos ! para perforar agujeros redondos o circulares,! se entenderá i que la presente invención puede también aplicarse a los punzones para producir agujeros de varias formas y tamaños, y convexos y cóncavos así como regiones de
t
pieza hidroformada . Por ejemplo, los punzones ejemplares descritos con anterioridad están formados con porciones de cuerpos cilindricos para producir agujeros redondos. Sin embargo, estas porciones necesitan ser cilindricas y pueden tener otros perfiles o formas periféricas] para formar agujeros no circulares. La presente invención puede representarse en otras formas especificas sin apartarse del espíritu o de las i características esenciales de la misma. Ciertas adaptaciones I y modificaciones de la invención serán obvias para los expertos en la técnica. Por consiguiente, las modalidades discutidas actualmente se consideran ilustrativas y no ! restrictivas, se pretende por lo tanto que el ! alcance de la I invención indicado por las' reivindicaciones anexas más que por la descripción anterior, y todos los cambios que vienen dentro del significado y rango de equivalencia de las reivindicaciones se incluyan en la presente. |