MXPA03002378A

MXPA03002378A - Accesorio interno forjado en matriz.

Info

Publication number: MXPA03002378A
Application number: MXPA03002378A
Authority: MX
Inventors: Ivan Harry Peterson
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-06-30
Also published as: BR0114006B1; MY119890A; AU2001289095A1; US6517126B1; DE60107589T2; RU2269055C2; DE60107589D1; WO2002025161A1; CN1466668A; JP2004509304A; BR0114006A; CN1230643C; JP5027981B2; CA2421526A1; EP1322883A1; EP1322883B1; CA2421526C

Abstract

La presente invención se refiere a un accesorio (10,40) interno forjado en matriz para el acoplamiento forjado en matriz con un tubo que tiene un extremo de terminación, caracterizado porque el accesorio comprende:un cuerpo (12, 42) hueco cilíndrico que tiene una superficie (16, 46) interna y una superficie (14, 44) externa, una región (18, 48) de recepción de tubo y una región (20, 50) de conexión de tubo, en donde la superficie (16, 46)interna del cuerpo (12, 42) en la región (20, 50) de conexión de tubo incluye una o más ranuras (22) y una cavidad (26) de expansión adaptada para recibir material de exceso del tubo durante un proceso interno de forjado en matriz del tubo hacia fuera dentro de las ranuras (22) y la cavidad (26) de expansi

Description

ACCESORIO INTERNO FORJADO EN MATRIZ CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona en general con accesorios para acoplarse con tubos por medio de forjado en matriz y más en particular con accesorios internos formados en matriz.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Un accesorio es una pieza auxiliar de equipo que se utiliza para establecer un sitio de terminación o unión para una tubería, varilla o tubo. En particular, un uso común para un accesorio es conectar juntos tubos separados para permitir que pase un fluido entre los mismos, de preferencia sin fugas. Un accesorio se utiliza con frecuencia como un dispositivo de cierre para terminar el extremo de un tubo que de alguna manera está abierto. Entre muchas otras aplicaciones, los accesorios se utilizan en la industria aeroespacial para alojar tubos que transportan de un lugar a otro combustible, fluidos hidráulicos y sus semejantes. En estas y otras aplicaciones riesgosas, es importante que el accesorio esté lo suficientemente asegurado al tubo de manera que soporte la vibración por las características del fluido y sus semejantes sin presentar fallas. Los accesorios con frecuencia se acopan con tubos por medio de soldadura. La soldadura es un método para fijar el accesorio que requiere mucho tiempo y es costoso. Además, la soldadura puede no ser suficiente para asegurar un acoplamiento completo y puede provocar un factor inaceptable de intensificación de esfuerzo del tubo. El forjado en matriz es un proceso mecánico alternativo para unir un accesorio con un tubo sin las limitaciones asociadas con la soldadura. Existen dos tipos de procesos de forjado en matriz: forjado en matriz externo y forjado en matriz interno. El forjado en matriz externo involucra la aplicación de un accesorio que tiene variaciones en las superficies externas, como superficies y ranuras radiales o axiales, a un tubo. El accesorio aplicado se moldea en matriz por medio de forjado, martilleo o estrechamiento, de modo que la configuración de la superficie externa se transfiera al interior del accesorio y de este modo al tubo. Mediante esto el tubo se deforma y se conforma en el área en donde hace contacto el accesorio, de modo que se efectúe un acoplamiento seguro de ambos. Sin embargo, la transferencia de la configuración de la superficie externa del accesorio puede no ser suficiente para establecer un acoplamiento adecuado o puede provocar que el tubo se agriete en la fatiga de ciclo alto. El forjado en matriz interno resuelve, en parte, algunos de los problemas asociados con forjado en matriz externo. El forjado en matriz interno involucra la aplicación de un accesorio que tiene variaciones de superficies internas, como ranuras y superficies, para un tubo, El accesorio aplicado se forja en matriz al colocar un dispositivo de expansión dentro del tubo y forzar al tubo hacia afuera sobre la superficie interior del accesorio o al estrechar el accesorio sobre el tubo. Existe una interfaz más directa entre la configuración de la superficie del accesorio y el exterior del tubo que la que existe con el forjado en matriz externo. Por lo tanto, el tubo por lo general se conforma de una manera más aproximada a la configuración de la superficie original, lo que resulta en una conexión mejorada entre el accesorio y el tubo, Un tipo de accesorio interno forjado en matriz que ha demostrado ser adecuado en algunas aplicaciones aeroespaciales , se describe en la Patente de Estados Unidos No. 4,844,517 emitida para Beiley et al. y cedida a Sierracin Corporation en Burbank, California. En una configuración el accesorio de Beiley incluye tres o más ranuras rectangulares radiales de dimensiones en ancho y profundidad especificas. La ranura más cercana al extremo del tubo es del mimo diseño que en las otras ranuras. En otra configuración, un grupo de ranuras inclinadas se combina con una ranura de "extremo" rectangular. La ranura de extremo rectangular es esencialmente la misma que las ranuras rectangulares de la primera configuración de accesorio descrito. Esto es, el tubo queda a tope contra la misma. En usos comerciales, el accesorio Beiley es más adecuado para el forjado en matriz de tubos hechos de material de baja ductilidad, incluyendo el titanio. Sin embargo, los materiales de ductilidad relativamente más altos, como aceros inoxidables que incluyen SS31, Inconel 625 y otros materiales dúctiles similares, también se utilizan en una amplia variedad de arreglos de aplicaciones de tubos, incluyendo sistemas aeroespaciales de. transferencia de fluidos. Los materiales de "flujo" de ductilidad más alta se utilizan con mayor frecuencia que los materiales de ductilidad más baja, bajo presiones equivalentes de forjado en matriz. El proceso de forjado en matriz que se lleva a cabo en un tubo de baja ductilidad provoca que el tubo se extraiga dentro del accesorio, lo que resulta en un pandeo del tubo en la ranura de extremo. El material de fluido se fuerza hacia afuera hacia el accesorio, lo que coloca una carga axial importante en el área localizada. Este pandeo del material del tubo puede provocar que no funcione bien el accesorio o que se presenten cambios indeseables en las dimensiones del tubo. Con el fin de que se lleve a cabo el flujo o "la succión" del tubo dentro del accesorio durante el proceso de forjado en matriz, es necesario volver a fijar el tubo con relación al accesorio. Esto es, el tubo se debe colocar en una posición de desplazamiento con respecto al límite del accesorio para acomodar el flujo axial y radial del material de tubo. El proceso de forjado en matriz provoca que el tubo fluya y se llene dentro del accesorio para compensar la diferencia del retroceso. Ya que el tubo debe estar asegurado completamente y en forma segura al accesorio, el mantener el retroceso correcto de manera exacta, es importante. Lo anterior se lleva a cabo al aplicar un collar de captura sobre el tubo adyacente a la ubicación del accesorio. El collar debe estar asegurado sobre el tubo en forma rígida y que se pueda liberar. Después de terminar el proceso de forjado en matriz, el collar se debe retirar. Los pasos para alinear en forma exacta y aplicar y retirar el collar, se deben repetir para cada accesorio aplicado a cada tubo de material relativamente dúctil. Por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar un accesorio interno forjado en matriz que se pueda utilizar con tubería dúctil. También se necesita un accesorio interno forjado en matriz que elimine la necesidad del paso de retroceso y el uso de un collar de retroceso.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Las necesidades mencionadas con anterioridad, se satisfacen mediante la presente invención, la cual proporciona un accesorio interno forjado en matriz que acomoda el flujo de materiales de tubos de alta ductilidad. El accesorio incluye un cuerpo cilindrico hueco que tiene una superficie interna y una superficie externa, una región de recepción de tubo y una región de conexión de tubo. La superficie interna del cuerpo en la región de conexión de tubo incluye una o más ranuras y una cavidad de expansión para recibir el material de exceso del tubo durante un proceso de forjado en matriz. El accesorio también incluye una pared de detención de tubo adyacente a la cavidad de expansión. Un extremo de terminación del tubo queda a tope con la pared de detención de tubo cuando el tubo se coloca dentro del cuerpo cilindrico. La cavidad de expansión incluye una pared de extremo que se extiende desde la pared de detención del tubo y alejadas de una o más ranuras en un ángulo de modo que se establezca una región de llenado de espacio para que fluya el material de tubo para llenado sin aplicar una presión axial excesiva sobre el accesorio. La presente invención y sus ventajas sobre la técnica anterior, serán más evidentes después de leer la siguiente descripción detallada y las reivindicaciones anexas con referencia a los dibujos anexos .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS El tema principal que se menciona como la invención, se señala de manera particular y se reclama de manera precisa en la parte concluyente de la especificación. Sin embargo, la invención se puede entender mejor con referencia a la siguiente descripción tomada junto con las figuras de los dibujos anexos, en los que: la Figura 1 es una vista en sección transversal de un accesorio de casquillo (hembra) forjado en matriz con la configuración interna de la presente invención. La Figura 2 es una vista en sección transversal de un accesorio de oreja esférica (macho) forjado en matriz con la configuración interna de la presente invención. La Figura 3 es una vista en sección transversal en primer plano de la cavidad de expansión de la configuración del accesorio interno forjado en matriz de la presente invención. La Figura 4 es una vista en sección transversal de la combinación de los accesorios de casquillo y oreja esférica en una relación de ensamble con tubos en su lugar antes del forjado en matriz. La Figura 5 es una vista en sección transversal de la combinación de los accesorios de casquillo y oreja esférica en una relación de ensamble con tubos en su lugar después del forjado en matriz.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a los dibujos en donde números de referencia idénticos señalan los mismos elementos, la Figura 1 ilustra un accesorio 10 interno hembra (o casquillo) forjado en matriz de la presente invención. El accesorio 10 se fabrica de cualquier material adecuado para la aplicación particular. Por ejemplo, en el forjado en matriz de un tubo formado de un material dúctil como el acero inoxidable SS321, Inconel 625, o su semejante, el accesorio 10 se puede fabricar de titanio o A286. También el accesorio 10 se puede formar con cualquier material suficiente para provocar el flujo del tubo durante el proceso de forjado en matriz sin una distorsión importante del accesorio 10. El accesorio 10 de casquillo incluye un cuerpo 12 cilindrico hueco principal que tiene una superficie 14 externa y una superficie 16 interna. El cuerpo 12 tiene una región 18 de recepción de tubo y una región 20 de conexión de tubo. La superficie 16 interna de la región 20 de conexión del tubo del accesorio 10 incluye una pluralidad de ranuras 22 de acoplamiento arregladas en forma radial y separadas en forma axial mediante una superficie 24. Como se muestra en las Figura 1 y 3, la región 20 de conexión de tubo además incluye una cavidad 26 de expansión arreglada en forma radial y una pared 28 de detención de tubo. La pared 28 de detención de tubo bloquea el avance hacia adelante del tubo a ser forjado en matriz en el accesorio 10. La cavidad 26 de expansión establece una ubicación para el material de exceso del tubo para que fluya durante el proceso de forjado en matriz. La cavidad 26 de expansión incluye una pared 30 lateral de entrada, una región 32 curva de llenado y una pared 34 trasera. La región 32 de llenado se extiende más allá de la pared 28 de detención para permitir que el exceso del material de tubo fluya dentro del mismo sin crear un esfuerzo axial en exceso en el accesorio 10 en la región 20 de conexión de tubo. La pared 34 trasera está en ángulo alejada de la paread 28 de detención para permitir que el material de flujo entre en el espacio 36 en lugar de que se mueva directamente hacia arriba contra la superficie 16 interna del accesorio 10. Las dimensiones de las ranuras 22, la superficie 24 y la cavidad 28 de expansión se pueden seleccionar como una función de las características estructurales del tubo 12 y el accesorio 10. El ángulo de la pared 34 trasera con respecto a la pared 28 de detención del tubo también se puede seleccionar como una función de las características de flujo del material de tubo y el esfuerzo tangencial del accesorio 10, La pared 34 trasera se puede colocar en ángulo, alejada de la pared 28 de detención en un ángulo de aproximadamente entre 10° y 75° y en una modalidad en un ángulo de aproximadamente 45°. La Figura 2 ilustra un accesorio 40 interno forjado en matriz macho (u oreja esférica). El accesorio 40 de oreja esférica incluye un cuerpo 42 hueco principal y una superficie 44 externa y una superficie 46 interna El accesorio 40 se puede fabricar de un material adecuado para forjar en matriz un tubo de material relativamente dúctil. Por ejemplo, el accesorio 40 se puede fabricar de Titanio o A286. Con referencia de nuevo a las Figuras 2 y 3, el cuerpo 42 del accesorio 40 tiene una región 48 de recepción de tubo y una región 50 de conexión de tubo. Se debe observar que el alojamiento 42 del accesorio 40 puede ser de una configuración que se puede seleccionar. Sin embargo, con el fin de proporcionar un refuerzo estructural al accesorio 40 en la región 50 de conexión de tubo, se incluye una región 45 estructural. La región 45 estructural es de mayor grosor que el resto de los grosores de la pared del cuerpo 42 para proporcionar seis planos del accesorio 40 para ajustar o liberar el accesorio en un tubo después de que el accesorio 40 se haya forjado en matriz a un tubo. La superficie 46 interna de la región 50 de conexión del tubo del accesorio 40 incluye una pluralidad de ranuras 22 de acoplamiento arregladas en forma radial y separadas en forma axial por medio de una superficie 24. La región 50 de conexión de tubo además incluye una cavidad 26 de expansión arreglada en forma radial y una pared 28 de detención de tubo. La pared 28 de detención de tubo bloquea el movimiento hacia adelante de un tubo a ser forjado en matriz en el accesorio 40, La cavidad 26 de expansión establece una ubicación para el material de exceso del tubo para que fluya durante el proceso de forjado en matriz. La cavidad 26 de expansión incluye una pared 30 lateral de entrada, una región 32 de llenado curva y una pared 34 trasera. La región 32 de llenado se extiende más allá de la pared 28 de detención para permitir que el exceso del material de tubo fluya en el mismo sin crear un exceso de esfuerzo axial en el accesorio 40 en la región 50 de conexión de tubo. La pared 34 trasera está en ángulo alejada de la pared 28 de detención para permitir que el material de flujo entre en el espacio 36 en lugar de que se mueva directamente hacia arriba contra la superficie 16 interna del accesorio 40. Las dimensiones 22 de las ranuras 22, la superficie 24 y la cavidad 28 de expansión se pueden seleccionar como una función de las características estructurales del tubo 12 y el accesorio 40. El ángulo de la pared 34 trasera con respecto a la pared 28 de detención del tubo también se puede seleccionar como una función de las características de flujo del material de tubo y el esfuerzo tangencial del accesorio 40. La pared 34 trasera se puede colocar en un ángulo, alejada de la pared 28 de detención en un ángulo aproximadamente entre 10° y 75° y en una modalidad en un ángulo de aproximadamente 45°. Cuando dos tubos van a acoplarse en un proceso de forjado en matriz, el accesorio 10 de casquiilo y el accesorio 40 de oreja esférica se arreglan con relación a los tubos en una manera mostrada en la Figura 4. Un primer tubo 52 se inserta dentro de la región 18 de recepción de tubo del accesorio 10 del casquiilo. El mismo se dirige hacia la pared 28 de detención del tubo del accesorio 10 hasta que entra en contacto con la superficie. Un segundo tubo 54 se inserta dentro de la región 48 de recepción de tubo del accesorio 40 de oreja esférica. El mismo se dirige hacia la pared 28 de detención de tubo del accesorio 40 hasta que hace contacto con la superficie. El accesorio 10 entonces se forja en matriz sobre el tubo 52 y el accesorio 40 se forja en matriz sobre el tubo 54 mediante métodos convencionales de forjado en matriz. Los métodos convencionales de forjado en matriz pueden incluir el uso de ya sea un abretubos de rodillo o de un abretubos de bolsa y un mandril insertados dentro de la combinación de accesorio/tubo y que se retiran después de terminar el proceso de forjado en matriz. En la Figura 4 se muestran los accesorios 10 y 40 con relación adyacente entre sí antes del forjado en matriz. Sin embargo, los tubos y accesorios respectivos se pueden forjar en matriz separados entre sí y entonces ponerlos en comunicación entre sí antes de su acoplamiento final. Se puede observar que los grosores de las paredes de los tubos 52 y 54 son esencialmente uniformes y rectos antes de ser forjados en matriz. El proceso de forjado en matriz, como se muestra en la Figura 5, provoca que los tubos se deformen en la cercanía de las ranuras 22 y la cavidad 26 de expansión y que una porción del material de tubo fluya dentro de estas regiones. El diseño de estas regiones de los accesorios 10 y 40 internos permiten que el material de tubo en estas regiones fluya en una dirección adecuada sin provocar un exceso de esfuerzo axial sobre los accesorios. Además, la detención 28 impide cualquier movimiento hacia adentro de los tubos. La Figura 5 ilustra una modalidad de la unión de los dos tubos forjados en matriz con los accesorios internos forjados en matriz de la presente invención. En particular, una tuerca 56 roscada se aplica a las roscas 58 de accesorios del accesorio 40 para extraer los dos accesorios juntos. Una superficie 60 de acoplamiento para recepción de oreja esférica del accesorio 10 entra en contacto con una superficie 62 de acoplamiento para recepción de casquillo del accesorio 40. La tuerca 56 entonces se ajusta sobre al accesorio 40, El accesorio 10 se jala hacia el accesorio 40 debido a que una pared 64 de captura de casquillo del cuerpo 12 se sujeta mediante un reborde 66 de tuerca conforme la tuerca 56 se enrosca sobre el accesorio 40. La acción de enroscado fija los dos accesorios juntos. En la modalidad de la presente invención mostrada en la Figura 5, los tubos 52 y 54 se acoplan en una forma segura de modo que el flujo pueda pasar entre los dos. Se debe observar que una modalidad alternativa del accesorio 40 de oreja esférica se puede utilizar como una terminación del tubo 54 sin acoplarse a otro tubo. Los accesorios de forjado en matriz internos mostrados y descritos incluyendo la cavidad 26 de expansión, permiten un forjado en matriz confiable de tubería de ductilidad relativamente alta sin efectuar una fuerza axial excesiva sobre los accesorios. Además, la cavidad 26 de expansión en combinación con la pared 28 de detención, elimina la succión en el tubo durante el proceso de forjado en matriz. Por lo tanto, se eliminan los pasos de retroceso, aplicación de collares y de retiro. La anterior invención describe un accesorio de forjado en matriz mejorado. Mientras que se describieron las modalidades especificas de la presente invención, será evidente para las personas experimentadas en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones a la misma sin alejarse del espíritu y alcance de la invención como se define en las reivindicaciones anexas .

Claims

REIVINDICACIONES 1, Un accesorio (10,40) interno forjado en matriz para el acoplamiento forjado en matriz con un tubo que tiene un extremo de terminación, caracterizado porque el accesorio comprende: un cuerpo (12, 42) hueco cilindrico que tiene una superficie (16, 46) interna y una superficie (14, 44) externa, una región (18, 48) de recepción de tubo y una región (20, 50) de conexión de tubo, en donde la superficie (16, 46) interna del cuerpo (12, 42) en la región (20,50) de conexión de tubo incluye una o más ranuras (22) y una cavidad (26) de expansión adaptada para recibir material de exceso del tubo durante un proceso interno de forjado en matriz del tubo hacia afuera dentro de las ranuras (22) y la cavidad (26) de expansión . 2. El accesorio (10,40) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la región (20,50) de conexión de tubo además incluye una pared (28) de detención de tubo adyacente a la cavidad (26) de expansión, en donde el extremo de terminación del tubo queda a tope de la pared (28) de detención de tubo cuando el tubo se coloca dentro del cuerpo (12,42) hueco cilindrico, 3. El accesorio (10,40) de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la cavidad (26) de expansión incluye una pared (34) de extremo que se extiende desde la pared (28) de detención de tubo alejada de una o más ranuras (22) en un ángulo. 4, El accesorio (10,40) de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el ángulo de la pared (34) de extremo con respecto a la pared (28) de detención de tubo es aproximadamente entre 10° y 75°. 5. El accesorio (10,40) de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el ángulo de la paread (34) de extremo con respecto a la pared (28) de detención de tubo es aproximadamente de 45°. 6. El accesorio (10,40) de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la cavidad (26) de expansión incluye una pared (30) lateral de entrada y una paread (32) curva entre la pared (30) lateral de entrada y la pared (34) trasera. 7. El accesorio (10,40) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la pared (30) lateral de entrada, la pared (32) curva y la pared (34) trasera definen una región (36) curva de llenado. 8. El accesorio (10,40) de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una o más ranuras (22) de la superficie (16, 46) interna, están alineadas en forma radial dentro del cuerpo (12,42) hueco. 9. Una combinación de accesorio interno forjado en matriz para acoplar un primer tubo (52) y un segundo tubo (54) en un acoplamiento forjado en matriz, en donde cada tubo incluye un extremo de terminación, la combinación de accesorio caracterizado porque comprende: un accesorio (10) interno forjado en matriz como en la reivindicación 1, que forma un accesorio de casquillo y en donde la superficie (14) externa del accesorio (10) de casquillo incluye una superficie (60) de acoplamiento para recepción de accesorio de oreja esférica . un accesorio (40) de oreja esférica que tiene un cuerpo (42) cilindrico hueco con una superficie (46) interna y una superficie (44) externa, una región (48) de recepción de tubo para recibir el segundo tubo (54) y una región (50) de conexión de tubo, en donde la superficie (46) interna del cuerpo (42) del accesorio (40) de oreja esférica en la región (50) de conexión de tubo incluye una o más ranuras (22) y una cavidad (26) de expansión para recibir material de exceso del segundo tubo (54) durante un proceso de forjado en matriz y en donde la superficie (44) externa incluye una superficie (62) para acoplamiento de entrada de accesorio de casquillo; y una tuerca (56) para acoplar el accesorio (10) de casquillo y el accesorio (40) de oreja esférica, en donde la tuerca (56) incluye el enroscado para acoplar la superficie (44) externa del accesorio (40) de oreja esférica.