CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção é aplicada para meios de conformação de corpos em chapa, mais especificamente, por aplicação de pressão de fluido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Não é de hoje que diversas indústrias metal- mecânicas vêm investindo maciçamente a fim desenvolver maquinário e métodos de estampagem para obter peças de melhores propriedades. As propriedades superiores almejadas são referentes a diversos fatores como: qualidade superficial, concentração de tensões, rigidez estrutural e uniformização.

[003] Além das melhorias nas propriedades físicas das chapas estampadas, as indústrias, obviamente, buscam alternativas mais baratas e céleres para a fabricação das mesmas. Entretanto, a união de menor custo, mais celeridade e maior qualidade é sempre um desafio em qualquer área da engenharia.

[004] Dito isto, foram desenvolvidas diversas soluções para alcançar os três pilares supracitados e entre elas está a estampagem por hidroconformação.

[005] A hidroconformação é um processo de estampagem efetuada pela ação de um fluido que pressiona a chapa metálica contra uma matriz (fêmea) e assim a conformando plasticamente, sem que ocorra a fratura da chapa, de acordo com o formato da fêmea.

[006] Essa solução resolve de forma satisfatória os objetivos já mencionados (menor custo, celeridade, maior qualidade mecânica) da seguinte forma:

[007] O menor custo está atrelado à ausência da necessidade de fabricação de um punção (macho) e da menor complexidade construtiva da máquina de estampagem.

[008] Em processos usuais de estampagem, o punção e a matriz precisam estar sempre precisamente alinhados, pois qualquer imprecisão pode gerar altas concentrações de tensões e até mesmo a fratura da chapa metálica. É para garantir esse alinhamento que os processos usuais utilizam um maquinário robusto (e bem mais caro).

[009] Logo, sem o macho de estampagem, não existe o problema de alinhamento com a fêmea e o maquinário utilizado pode ser de menor complexidade e custo.

[0010] No mesmo sentido, a celeridade é alcançada, pois não há perda de tempo na fabricação do macho e nem a necessidade de se parar a produção das peças estampadas para verificar o alinhamento do maquinário utilizado.

[0011] Já a qualidade mecânica da chapa conformada é conseguida por dois fatores:

[0012] Primeiramente, a alteração da espessura da chapa (estiramento) é muito menor quando comparada aos meios usuais, mesmo em formas mais complexas (com estampagens mais profundas e detalhadas). Por consequência, ocorre também a diminuição na concentração de tensões.

[0013] O outro ganho é referente à qualidade superficial da chapa. Por não haver o problema de desalinhamento ou trepidação entre o macho e a fêmea, não há ranhuras, marcas ou lascas na superfície da peça.

[0014] Como exemplo do estado da técnica podemos citar o documento US6938449 que revela um processo de conformação hidráulica para a formação de células de combustível. Neste processo a chapa metálica é fixada, pelas suas bordas, entre uma matriz inferior e um suporte superior. Então, o espaço entre a chapa e a matriz inferior é preenchido por um líquido e a conformação ocorre quando a matriz superior é deslocada para baixo, sobre a chapa, pressionando-a contra o líquido.

[0015] O problema do exemplo acima é a grande complexidade do maquinário utilizado. Para deslocar o suporte superior e a matriz superior para baixo, são necessários dois cursores que também são responsáveis por elevar os mesmos após a conformação da chapa.

[0016] Adicionalmente, é necessário um grande espaço para esse maquinário, pois, para a retirada da chapa conformada, o suporte superior e a matriz precisam ser elevados substancialmente (a depender da altura da conformação realizada).

[0017] Outro documento pertinente é a patente chinesa CN106734499, que também descreve um dispositivo de hidroconformação de chapas metálicas, tendo como principal diferença o aquecimento do fluido pressurizado para a conformação da chapa e, após a conformação, mecanismo para resfriamento da mesma.

[0018] Outra diferença encontrada é que não é a matriz superior que se desloca para baixo para ocorrer a conformação e sim o líquido aquecido e pressurizado que se desloca para cima.

[0019] Apesar das diferenças, a patente chinesa não resolve o problema do espaço utilizado, pois ainda é necessário levantar a matriz superior por completo para a retirada da chapa conformada. Além disso, a complexidade de maquinário demonstrada nessa patente é ainda maior quando comparada a patente americana, pois há a adição de meios para o aquecimento e resfriamento da peça conformada.

[0020] A MÁQUINA DE ESTAMPAGEM POR HIDROCONFORMAÇÃO, conforme será revelada neste documento, foi projetada para prover todos os benefícios da hidroconformação e diminuir ainda mais a complexidade do maquinário proposto no estado da técnica e, por consequência, os custos envolvidos. Adicionalmente, a solução proposta também reduz o espaço utilizado pelo maquinário para a remoção das chapas prontas.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS

[0021] A figura 1 mostra uma vista isométrica da MÁQUINA DE ESTAMPAGEM POR HIDROCONFORMAÇÃO (100) onde podemos verificar: a base (1) da máquina com o ponto de injeção (2) de fluido, a flange de fixação (3) da membrana (9), as hastes guias (4) para matriz superior (5) com as molas (6), o prensa chapa (7) e a chapa (8).

[0022] A figura 2 apresenta a vista explodida da MÁQUINA DE ESTAMPAGEM POR HIDROCONFORMAÇÃO (100) onde podemos adicionalmente verificar a membrana de elevação (9), o ponto de injeção (10) de fluido e o anel de vedação (11).

[0023] A figura 3 apresenta o corte no plano dos pontos de injeção (2 e 10) de fluido, onde podemos verificar os caminhos que o fluido faz para preencher a membrana de elevação (9) e hidroconformar a chapa (8).

DESCRICÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0024] A presente patente de invenção propõem uma MÁQUINA DE ESTAMPAGEM POR HIDROCONFORMAÇÃO (100) compreendendo uma base (1), elementos para fixar a chapa (8), matriz superior (5), elementos guias para o encaixe da matriz superior (5), ponto de injeção (10) para o fluido pressurizado realizar a conformação da chapa (8), caracterizado pelo fato de ainda compreender um ponto de injeção (2) do fluido pressurizado para expansão/esvaziamento da membrana (9) e da própria membrana de elevação (9).

[0025] Como elementos para fixar a chapa no momento da hidroconformação a presente invenção apresenta um prensa chapa (7) e a matriz superior (5). A chapa é posicionada em cima do prensa chapa que, por sua vez, é elevada pela membrana (9) até prensar a chapa contra o matriz superior (5). [0026] Ressaltamos que existem no estado da técnica outras formas de fixar a chapa (8) na máquina de estampagem (100), como o exemplo do suporte superior demonstrado no documento US6938449. Entretanto são formas equivalentes e não limitantes da proteção para presente patente de invenção.

[0027] Pela figura 2 podemos observar que quando não há o contato entre a superfície interna da matriz superior (5) e a chapa metálica (8), a chapa (8), ao sofrer a pressão do fluído e se conformar, adquire o formato semelhante a uma meia elipse.

[0028] A superfície interna da matriz superior (5) pode compreender diferentes topografias de acordo com o formato de estampagem da chapa que se queira obter.

[0029] Os elementos guias da matriz superior são caracterizados pelo fato de serem hastes (4), compreendendo molas (6) em sua volta. Tais elementos podem ser substituídos por outros tipos de dispositivos de movimentação, como amortecedores e pistões pneumáticos (ambos não possuindo configurações demonstradas nas figuras).

[0030] Há ainda a possibilidade da matriz (5) ser fixa, ocorrendo o deslocamento vertical apenas dos elementos inferiores através da membrana de elevação (9).

[0031] A água geralmente é o fluido pressurizado utilizado para realizar o trabalho de hidroconformação da chapa (8), porém qualquer outro fluido incompressível pode ser utilizado para substitui-la, como óleos por exemplo. A compressão deste fluido é feito por qualquer bomba ou aparelho de pressurização existente no mercado, tais como motobombas e até lavadoras de pressão.

[0032] Na realização mostrada nas figuras, o ponto de injeção (10) é localizado na superfície superior do corpo do prensa chapa (7) e segue até o centro de sua superfície superior onde há a saída do fluido pressurizado para encontrar a chapa (8) a ser conformada. O prensa chapa (7) ainda compreende um canal para colocação do anel de vedação (11) que impede o vazamento do fluido pressurizado durante o processo de conformação da chapa (8).

[0033] A membrana de elevação (9) é feita de borracha. A borracha pode ser substituída por qualquer outro material que possua características mecânicas similares para aguentar a pressão realizada pelo fluido em seu interior.

[0034] O outro ponto de injeção (2) é localizado no corpo da base (1) da MÁQUINA DE ESTAMPAGEM POR HIDROCONFORMAÇÃO (100) e é o ponto de entrada para o fluido pressurizar a membrana de elevação (9).

[0035] Por fim, apesar de não demonstrado nas imagens, tanto o primeiro ponto de injeção (2) quanto o segundo ponto de injeção (10) podem ser alimentados pela mesma bomba de pressurização. Para o controle do direcionamento do fluido pressurizado para o ponto de injeção pretendido, é necessário um simples esquema de abertura e fechamento de registros na tubulação que liga a bomba à máquina de estampagem (100).