ES2259444T3 - Estructura metalica de emparedado con puntos duros enterizos. - Google Patents
Estructura metalica de emparedado con puntos duros enterizos.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UNA ESTRUCTURA EN EMPAREDADO, UNIDA POR DIFUSION Y FORMADA DE MANERA SUPERPLASTICA, QUE TIENE PUNTOS DUROS METALICOS INTEGRALES, QUE SE REALIZAN UNIENDO ENTRE SI DOS CHAPAS DE NUCLEO METALICO SUPERPLASTICO EN UN NUCLEO POR SOLDADURA O UNION POR DIFUSION, SIGUIENDO UN DIBUJO DE LINEAS QUE FORMAN LINEAS DE UNION ENTRE LAS CHAPAS DEL NUCLEO CUANDO EL PAQUETE SE INFLA POR PRESION DE GAS A TEMPERATURAS SUPERPLASTICAS. LAS CHAPAS DE CARA SE COLOCAN DEBAJO Y ENCIMA DEL PAQUETE DE NUCLEO Y SE INTERPONEN UNOS INSERTOS METALICOS ENTRE LAS CHAPAS DE CARA Y EL NUCLEO. TODAS LAS CHAPAS DEL CONJUNTO SE SELLAN ENTRE SI ALREDEDOR DE UN BORDE PERIFERICO EXTERIOR A FIN DE CREAR UNA ENVOLTURA ESTANCA A LOS GASES. EL CONJUNTO SE CALIENTA A TEMPERATURAS SUPERPLASTICAS EN UNA CAVIDAD DE UN MOLDE, Y LAS CHAPAS SUPERIOR E INFERIOR DE CARA SE UNEN POR DIFUSION A LA SUPERFICIE SUPERIOR E INFERIOR DEL INSERTO METALICO, POR APLICACION DE CALOR Y PRESION DESDE LAS SUPERFICIES INTERIORES, SUPERIOR E INFERIOR, DE LA CAVIDAD DEL MOLDE. MIENTRAS SE ESTA A TEMPERATURAS SUPERPLASTICAS, EL PAQUETE SE INFLA POR PRESION DEL GAS CONTRA LAS SUPERFICIES INTERIORES DE UN TROQUEL PARA FORMAR UNA ESTRUCTURA EXPANDIDA EN FORMA DE EMPAREDADO METALICO CON REFUERZOS INTEGRALES Y PUNTOS DUROS INTEGRALES FORMADOS POR EL INSERTO METALICO. DESPUES DE CONFORMACION, LA PRESION DEL GAS SE REDUCE A CERCA DE LA ATMOSFERICA, SE ABRE EL TROQUEL Y LA PIEZA SE RETIRA DEL MISMO.
Description
Estructura metálica de emparedado con puntos
duros enterizos.
Este invento fue expuesto en parte en la
Solicitud de Patente Provisional Nº 60/010.033 titulada
"Multisheet Sandwich Structures" ("Estructuras Sandwich de Múltiples Hojas"), presentada con fecha 12 de enero de 1996 por Fred Buldhaupt, Dave Gane, Matt Kistner y Jeff Will.
"Multisheet Sandwich Structures" ("Estructuras Sandwich de Múltiples Hojas"), presentada con fecha 12 de enero de 1996 por Fred Buldhaupt, Dave Gane, Matt Kistner y Jeff Will.
Este invento se refiere a puntos fuertes en
estructuras sandwich de múltiples hojas conformadas por
superplasticidad, y más en particular a puntos fuertes integrales
unidos a, y que unen a, las hojas de las caras superior e inferior
de una estructura sandwich metálica unida por difusión, conformadas
por superplasticidad, mediante los cuales se puede unir la
estructura sandwich a estructuras adyacentes, a pivotes, actuadores,
y similares.
Las estructuras sandwich metálicas expandidas de
múltiples hojas, fabricadas por conformación por superplasticidad
(SPF) y por unión por difusión, se han venido usando durante muchos
años, en particular en la industria aeroespacial, debido a su bajo
coste, buena resistencia y rigidez por unidad de peso, y resistencia
a las altas temperaturas. En el pasado se han desarrollado varios
procesos para fabricar estas estructuras, con diversos grados de
éxito, y recientemente se han mejorado esos procesos para hacer
posible la fabricación de estas estructuras sandwich metálicas de
una calidad, fiabilidad y eficacia excepcionales. Los nuevos
procesos se han descrito en la Solicitud de Patente Provisional Nº
60/010.033, titulada
"Multisheet Sandwich Structures", presentada con fecha 12 de enero de 1996 por Fred Buldhaupt, Dave Gane, Matt Kistner y Jeff Will.
"Multisheet Sandwich Structures", presentada con fecha 12 de enero de 1996 por Fred Buldhaupt, Dave Gane, Matt Kistner y Jeff Will.
Un problema persistente, con el que se ha
tropezado en el uso de estas estructuras sandwich metálicas es el
de la conexión de las mismas con una adecuada capacidad de
transferencia de la carga a la estructura adyacente, en cuyo
conjunto las mismas constituyen una parte. Las hojas de las caras
superior e inferior de la estructura sandwich son típicamente hojas
de titanio delgadas, que no pueden soportar la aplicación de fuerzas
concentradas en un solo punto, como ocurriría si se uniera esa
parte mediante tornillos para chapa metálica, o pernos, o
similares. Además, el agujero que tal elemento de sujeción haría en
el metal de la hoja debilitaría aún más el metal de la hoja y
facilitaría la iniciación de grietas en un ambiente de vibraciones o
de fatigas de otra clase.
El uso de pernos u otros elementos de sujeción
de ese tipo requiere frecuentemente que el elemento de sujeción sea
apretado hasta un estado de tensión, para conseguir una conexión
segura plenamente resistente. El uso de tales elementos de sujeción
con estructuras sandwich metálicas usuales es difícil, debido a que
la necesaria precarga de tensión ejerce una fuerza de aplastamiento
sobre la estructura sandwich, que tiende a aplastarla, dañando la
pieza y haciendo que se pierda la necesaria precarga del elemento de
sujeción.
Las estructuras sandwich metálicas tienen
importantes aplicaciones en las estructuras aerodinámicas para
aviones, misiles y similares. Para fines de rendimiento
aerodinámico y/o sección transversal de radar reducida, se requiere
frecuentemente que las cabezas de los elementos de sujeción para
tales estructuras sean embutidas en un agüero escariado o
avellanado para que queden enrasadas con la superficie de la pieza.
Sin embargo, tal rebajado de las cabezas de los elementos de
sujeción es difícil o imposible con las técnicas de sujeción
usuales para estructuras sandwich metálicas.
El "cerramiento" de una estructura sandwich
metálica es la parte de borde periférico que abarca las hojas de
las caras superior e inferior. La misma proporciona sellado del
borde para la estructura y con frecuencia sería el lugar ideal para
sujeción a una estructura adyacente. Sin embargo, las técnicas de
cerramiento existentes pueden no proporcionar una estructura de la
forma y resistencia deseadas, para que sirva como una estructura de
sujeción de borde enrasado, y pueden no proporcionar una forma del
borde con una configuración que coincida con la configuración de la
estructura adyacente.
En el documento
US-4.217.397-A se dan a conocer
acoplamientos de borde de refuerzo que comunican rigidez al borde
de una estructura sandwich unida por difusión conformada por
superplasticidad para una transición suave de las fuerzas de unión
entre la estructura y la estructura de soporte. Sin embargo, en el
documento US-4.217.397-A no se
enseña el uso de puntos fuertes en los cuales se perforen los
agujeros para recibir elementos de sujeción mediante los cuales se
sujete el panel a la estructura adyacente. Nada se enseña acerca del
uso del acoplamiento del borde de refuerzo para perforar agujeros
para elementos de sujeción mediante los cuales se pueda unir el
panel a una estructura adyacente, y esta estructura conocida está
sujeta a los mismos problemas que resuelve el presente invento.
En el documento
US-4.351.470-A se da a conocer un
panel de dos hojas unidas por difusión, conformado por
superplasticidad, que tiene tiras de refuerzo o barras de refuerzo.
En el documento US-4.351.470-A no se
enseña nada acerca del uso de las tiras o barras de refuerzo como
puntos fuertes en los cuales se perforen los agujeros para los
elementos de sujeción para unir el panel reforzado a alguna otra
estructura. Las tiras y las barras se extienden en toda la longitud
del alma para reforzar el panel para hacer que el mismo sea más
fuerte en toda su extensión, en vez de producir un punto fuerte en
el punto de fijación del panel a la estructura adyacente.
Por consiguiente, se viene sintiendo desde hace
largo tiempo una necesidad en la industria, no satisfecha, de una
estructura sandwich metálica que tenga puntos fuertes integrales que
hagan posible que la estructura sandwich metálica sea sujetada de
modo seguro a una estructura adyacente de manera que distribuya las
fuerzas de conexión uniformemente en la estructura sandwich
metálica, sin ocasionar daños, y proporcionar la posibilidad de
embutir las cabezas de los elementos de sujeción enrasadas con la
superficie exterior de la pieza.
En consecuencia, un objeto de este invento es
proporcionar un método para unir una estructura sandwich unida por
difusión conformada por superplasticidad a una estructura adyacente.
Otro objeto de este invento es proporcionar un método para fabricar
una estructura sandwich metálica que tenga puntos fuertes integrales
en cualesquiera posiciones deseadas en la estructura, mediante los
cuales se pueda conectar la estructura sandwich a estructuras
adyacentes en el conjunto, de manera que se distribuyan
uniformemente las fuerzas ejercidas por la estructura adyacente
sobre la estructura sandwich. Otro objeto más de este invento es
proporcionar una estructura sandwich que tenga un punto fuerte
integral mediante el cual se pueda conectar la estructura sandwich a
una estructura adyacente del conjunto, proporcionando una alta
capacidad de transferencia de la carga y tolerancia a la fatiga.
Estos y otros objetos del invento se
consiguen
por un método de fabricación de una estructura
sandwich unida por difusión conformada por superplasticidad con un
punto fuerte metálico integral para la unión de dicha estructura
sandwich a otra estructura, que comprende:
unir al menos tres hojas de metal superplástico
juntas en un paquete, soldando para ello, o uniendo por difusión a
lo largo de un patrón de líneas que formen líneas de unión entre
dichas hojas cuando se infle dicho paquete mediante presión de gas,
a temperaturas de superplasticidad;
interponer al menos una pieza de inserción de
bloque metálico entre al menos dos de dichas hojas, formando dicha
pieza de inserción metálica dicho punto fuerte cuando dichas hojas y
dicha pieza de inserción sean unidas juntas por difusión a dicha
pieza de inserción;
sellar todas las citadas hojas de dicho paquete
juntas alrededor de un borde periférico exterior para crear una
envuelta estanca a los gases;
calentar dicho paquete a temperaturas de
superplasticidad y unir por difusión al menos dos de dichas hojas a
superficies superior e inferior de dicha pieza de inserción
metálica;
inflar dicho paquete a temperaturas de
superplasticidad contra superficies interiores de una estampa
mediante inyección de gas a presión a través de una conducción de
gas en dicho borde periférico, para formar una estructura sandwich
metálica expandida que tenga hojas de caras superior e inferior en
contacto con dichas superficies interiores de dicha estampa, y que
tenga almas integrales y un punto fuerte integral formado por dicha
pieza de inserción de bloque metálica que abarque el espacio entre
dichas hojas de las caras y que esté unida por difusión a ellas,
acoplándose con ello dichas hojas de caras superior e inferior y
proporcionando un camino para la carga entre dichas hojas de las
caras a través de dicha pieza de inserción de bloque metálica para
las fuerzas ejercidas por los elementos de sujeción que conecten
dicha estructura sandwich a dicha otra estructura;
ventilar dicha presión de gas, enfriar dicha
estructura sandwich metálica expandida, y retirar dicha estructura
sandwich metálica expandida de dicha estampa; y
perforar agujeros en dicha estructura sandwich
en alineación con dicha pieza de inserción metálica a través de al
menos una de dichas hojas y dentro de dicha pieza de inserción
metálica para recibir a dichos elementos de sujeción mediante los
cuales se puede unir dicha estructura sandwich a dicha otra
estructura.
El presente invento proporciona también una
estructura sandwich metálica expandida que tiene almas de refuerzo
internas integrales y al menos un punto fuerte metálico integral de
acuerdo con la reivindicación 12.
El invento y sus muchos objetos y ventajas
consiguientes se podrán comprender mejor tras la lectura de la
descripción que sigue de las realizaciones preferidas, conjuntamente
con los dibujos que siguen, en los que:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva,
parcialmente en despiece ordenado, de una pieza hecha de una
estructura sandwich metálica de acuerdo con este invento;
La Fig. 2 es una vista en perspectiva en
despiece ordenado de las hojas de las caras, el núcleo, y los puntos
fuertes, que constituyen el paquete antes de la unión por difusión
y de la conformación por superplasticidad en la estructura sandwich
metálica representada en la Fig. 1;
La Fig. 3 es una vista en perspectiva, en
corte, de una parte de la pieza representada en la Fig. 1;
La Fig. 4 es una vista en perspectiva del
paquete de núcleo representado en la Fig. 2;
La Fig. 5 es una vista en perspectiva de una
parte del núcleo representado en la Fig. 4, en una forma de
parcialmente expandido;
Las Figs. 6A y 6B son dos vistas en perspectiva
de un aparato de láser usado para soldar por láser las hojas del
paquete de núcleo representado en la Fig. 4;
Las Figs. 7 y 8 son vistas en alzado y en
planta, respectivamente, de un aparato de trole representado en las
Figs. 6A y 6B para presionar las hojas del paquete de núcleo a
contacto íntimo alrededor del punto de soldadura durante la
soldadura por láser;
Las Figs. 9A-9G son vistas en
perspectiva esquemáticas de un proceso para soldar por láser, usado
con este invento;
La Fig. 10 es una vista en alzado, en corte, de
una parte de borde de un paquete que está conformado por
superplasticidad y unido por difusión para construir la pieza
representada en la Fig. 1;
Las Figs. 11A-11E son vistas en
alzado esquemáticas del paquete usado para fabricar la pieza
representada en la Fig. 1, mostrando varias etapas en el proceso de
conformación;
Las Figs. 12A-12C son vistas en
alzado, en corte, del paquete de núcleo representado en la Fig. 4,
en la región de una de las soldaduras por láser, mostrando varias
etapas en la formación de las almas;
Las Figs. 13 y 14 son vistas en alzado, en
corte, de almas formadas alrededor de las soldaduras por resistencia
y por láser, respectivamente, en un paquete de núcleo;
La Fig. 15 es una vista en perspectiva de una
versión de bastidor periférico de una pieza de sandwich metálica,
parcialmente recortada para mostrar el espacio interior dentro del
panel, mostrándose las
almas;
almas;
La Fig. 16 es una vista en perspectiva de una
versión de bloque escalonado de una estructura sandwich metálica,
de acuerdo con este invento;
Las Figs. 17-19 son vistas en
alzado, en corte, en las que se han ilustrado tres etapas de un
proceso de pre-adelgazamiento usadas para conformar
el núcleo sin excesivo adelgazamiento en las esquinas de las
almas;
Las Figs. 20 y 21 son vistas en alzado, en
corte, en las que se han representado dos etapas de la formación de
una estructura sandwich metálica de núcleo de celosía con un punto
fuerte, de acuerdo con este invento; y
Las Figs. 22 y 23 son vistas en alzado, en
corte, en las que se han representado dos etapas de variantes del
proceso de formación del núcleo de celosía representado en las Figs.
20 y 21.
Pasando ahora a los dibujos, en los que los
números de referencia que sean iguales designan partes que son
idénticas o que se corresponden, y más en particular a la Fig. 1 de
los mismos, se ha representado una pieza 30 de sandwich metálica
unida por difusión conformada por superplasticidad tal como una
puerta o tapa de una abertura de acceso hecha de acuerdo con este
invento que tiene una hoja de cara o revestimiento superior 32, una
hoja de cara o revestimiento inferior 34, espaciada de la hoja de la
cara superior 32, y que entre ellas definen un espacio interior
abierto. Una pluralidad de almas 36 se extienden entre, y están
conectadas integralmente a, los revestimientos superior e inferior
32 y 34, salvando el espacio interior abierto que hay entre ellos.
Las almas 36 están preferiblemente dispuestas como se ha indicado,
para formar una pluralidad de celdas cuadradas 38, aunque se pueden
hacer celdas de otras formas, tales como celdas hexagonales, hechas
con almas según un patrón hexagonal, estructuras de jaulas para
huevos de tres hojas hechas con soldaduras circulares desplazadas
entre dos hojas de cara y una hoja central, y otros diseños de
celdas de estructuras metálicas expandidas de múltiples hojas,
conocidas.
Un punto fuerte interior 40 está unido
integralmente a las hojas de las caras superior e inferior 32 y 34,
y acopla las dos hojas de las caras para transferencia de carga
entre ellas, y está también unido preferiblemente, aunque no
necesariamente, a cuatro almas adyacentes en la estructura de celda
cuadrada de cuatro hojas representada en la Fig. 1. Tal como aquí
se usa, el término "punto fuerte" significa una estructura para
la transferencia de carga, unida a las hojas de las caras superior
e inferior en la estructura sandwich, mediante la cual la
estructura sandwich puede ser acoplada a otros subconjuntos del
conjunto de los cuales constituye la misma una parte. El punto
fuerte facilita la distribución de fuerzas entre la estructura
sandwich y los otros subconjuntos, de modo que la estructura
sandwich pueda ser conectada y moverse con relación al conjunto, sin
sobrecargar localizadamente la estructura sandwich en el punto de
conexión. Uniendo el punto fuerte 40 a las hojas de las caras
superior e inferior 32 y 34 y a las almas 36, se mejora la
distribución de la carga entre las hojas 32 y 34 de las caras y a
través de la estructura, y también se refuerza la unión entre las
hojas de las caras y las almas 36 en el lugar de máximo esfuerzo.
La misma se puede perforar o mecanizar fácilmente, y terrajarla o
roscarla para una conexión fácil, cómoda y resistente a estructuras
y componentes adyacentes.
Varios puntos fuertes de borde 41 están unidos
integralmente a las hojas de las caras superior e inferior 32 y 34
y a las almas adyacentes 36. Los puntos fuertes de borde 41 pueden
ser individuales, bloques separados, o bien pueden ser una
estructura de borde periférico continuo, que también forme un
cerramiento del borde de la pieza de sandwich metálica 30, como se
describe con más detalle en lo que sigue, en relación con la Fig.
15.
La estructura sandwich representada en la Fig. 1
está hecha de cuatro hojas de un metal tal como de aleación
6-4 de titanio, que tiene características de
superplasticidad y de unión por difusión. Las características de
superplasticidad incluyen la capacidad del metal para desarrollar
alargamientos por tracción desusadamente altos, y deformación
plástica a elevadas temperaturas, con una reducida tendencia hacia
el estrechamiento o el adelgazamiento. La unión por difusión se
refiere a la unión metalúrgica de dos piezas de metal por
entremezclado atómico en la superficie de unión de las dos piezas
cuando éstas son calentadas y presionadas a contacto íntimo durante
un tiempo suficiente. Es un proceso de estado sólido que da por
resultado la formación de una sola pieza de metal a partir de dos o
más piezas separadas, sin una línea diferenciable de unión entre
ellas, y se caracteriza por la ausencia de cualquier cambio
significativo de las propiedades metalúrgicas del metal, tal como
ocurre con uniones de otros tipos, tales como las de soldadura
fuerte o las de soldadura eléctrica. Las características de la
conformación por superplasticidad y la unión por difusión son ahora
razonablemente bien comprendidas, y se han analizado con detalle en
las Patentes Números 3.927.817 de Hamilton y 4.361.262 de
Israel.
Israel.
Pasando ahora a la Fig. 2, se ha representado en
ella una pila 42 de cuatro hojas que constituyen la estructura
sandwich representada en la Fig. 1, en forma de despiece ordenado,
para mostrar las posiciones relativas de las hojas y las posiciones
relativas de las características en y entre las hojas. La pila de
hojas 42 y los componentes de puntos fuertes de la Fig. 2 se han
representado en la Fig. 3 en la configuración que adoptan a
continuación de la conformación por superplasticidad y la unión por
difusión. La pila 42 incluye dos hojas de núcleo 44 y 46 y hojas de
las caras superior e inferior 48 y 50. Un racor para gas de núcleo
52 está insertado entre las dos hojas de núcleo 44 y 46 que son más
tarde soldadas juntas para constituir un paquete de núcleo 45. El
racor para gas del núcleo proporciona una conexión a un sistema de
suministro de gas de conformación para inflar el paquete de núcleo
45 durante la cnps, en que el paquete de núcleo 45 es inflado para
superplasticidad, como se ha ilustrado en la Fig. 5 y como se
describe con más detalle aquí en lo que sigue. Un racor para gas 54
para la envuelta exterior está insertado en una muesca 56 en el
paquete de núcleo 45 que comunica con el interior de un paquete de
envuelta exterior 47 constituido por la soldadura alrededor de la
periferia de las hojas de las caras 46 y 48. El racor para gas 54
hoja de envuelta proporciona un camino para el flujo de gas al
espacio por encima y por debajo del núcleo 45 y entre las hojas de
las caras 48 y 50, para conformación por superplasticidad, como se
describe en lo que sigue. Los racores para gas 52 y 54 son soldados
a la pila 42 más tarde en el proceso.
Las hojas 44-50 se cortan al
tamaño deseado, que es el tamaño y con la forma de la configuración
en planta de la pieza de estructura sandwich, más
1,3-15 cm (normalmente 2,5-5 cm)
para una pestaña 58 alrededor de la pieza, mediante la cual se
puede fijar la pieza en la estampa para la conformación por
superplasticidad, y mediante la cual se puede unir al conjunto para
el que se destine. Después de cortar, se desengrasan las hojas en
un aparato de desengrasar usual, tal como un desengrasador de vapor,
o bien se puede frotar con acetona para limpiar las hojas y
eliminar las marcas de tinta impresas sobre las hojas por el
fabricante. Después se limpian químicamente las hojas por
inmersión, primero en un baño alcalino, para eliminar la grasa
residual u otros de tales contaminantes que queden después del paso
de desengrasado, y luego en un baño ácido, tal como de ácido
nítrico al 42% y de ácido fluorhídrico al 2,4% para eliminar los
óxidos metálicos de las hojas de aleación de titanio. Las hojas
limpias se enjuagan en agua limpia para eliminar los residuos del
limpiador ácido, pero los residuos de la solución para enjuagar
permanecen sobre las hojas después de sacar éstas del baño de
enjuagar. Esos residuos se eliminan de las hojas frotando con un
pelote de tela, tal como de una tela de gasa, humedecida con un
disolvente del grado de reactivo, tal como el puntilloso alcohol
etílico. Se frotan las hojas hasta que la gasa salga limpia después
de frotar. El alcohol se evapora sin dejar residuos, y deja las
hojas libres de contaminantes que interferirían con una unión por
difusión rápida y completa cuando se establecen las condiciones
para tal unión.
Cuando se estén fabricando paneles curvados,
puede ser deseable recubrir una cara de una de las hojas 44 y 46
del núcleo con un compuesto de barrera protectora, tal como de
nitruro de boro, para evitar la unión por difusión no pretendida.
Para superficies de gran área, el nitruro de boro puede ser disuelto
en un disolvente, tal como una mezcla de agua y alcohol, y rociado
con un rociador electrostática sobre toda el área de la superficie
de una cara de la hoja. El agua y el alcohol se evaporan, dejando un
delgado recubrimiento uniforme de nitruro de boro sobre la
superficie de la hoja de titanio. Para superficies más pequeñas, la
barrera de protección puede rociarse desde un bote de aerosol de
una solución de nitruro de boro en una solución de alcohol que
puede encontrarse en el comercio de la firma Cerac Company de
Milwaukee, Wisconsin (EE.UU.). La barrera de protección, si se usa,
se excluye cuidadosamente de la región entre las hojas 44 y 46 donde
haya de estar el punto fuerte 40, dado que en ese área se desea la
unión por difusión.
La hoja recubierta se alinea con, y se apoya a
tope contra, la otra hoja, con la cara recubierta de nitruro de
boro mirando a la otra hoja. Las dos hojas de núcleo 44 y 46 se
sueldan por láser según el patrón representado en las Figs. 2 y 4,
en un aparato de soldar por láser representado en las Figs. 6A y 6B,
adquirido de la firma Convergent Energy Corp. de Sturbridge,
Massachusetts. El aparato 59 incluye una mesa 60 de control del movimiento CNC (de Control Numérico por Ordenador), sobre la cual se colocan las hojas 44 y 46 y se aseguran alineadas en una pila. Sobre la mesa 60 hay montado un actuador de fijación extensible verticalmente, tal como un núcleo móvil de accionamiento mecánico. El núcleo móvil tiene un acoplamiento sobre el cual va montado un trole 62 de presión, representado con más detalle en las Figs. 7 y 8, para ejercer una fuerza vertical sobre las hojas para presionarlas a contacto íntimo durante la soldadura por láser, mediante un haz de láser dirigido verticalmente hacia abajo a través del centro del trole 62 en la mesa.
Massachusetts. El aparato 59 incluye una mesa 60 de control del movimiento CNC (de Control Numérico por Ordenador), sobre la cual se colocan las hojas 44 y 46 y se aseguran alineadas en una pila. Sobre la mesa 60 hay montado un actuador de fijación extensible verticalmente, tal como un núcleo móvil de accionamiento mecánico. El núcleo móvil tiene un acoplamiento sobre el cual va montado un trole 62 de presión, representado con más detalle en las Figs. 7 y 8, para ejercer una fuerza vertical sobre las hojas para presionarlas a contacto íntimo durante la soldadura por láser, mediante un haz de láser dirigido verticalmente hacia abajo a través del centro del trole 62 en la mesa.
Esta mesa 60 de control del movimiento tiene una
serie de estrías paralelas 64 abiertas hacia arriba en su
superficie superior, y un tubo perforado 66 en cada estría, Los
tubos 66 están conectados a un colector que está conectado, a
través de un regulador de control de la presión (no representado), a
un suministro de gas argón. El argón se admite a través de los
tubos para inundar el área entre la mesa 60 y la hoja de núcleo
inferior 46 y desplazar el oxígeno y el nitrógeno de esa área. Como
se ha ilustrado en la Fig. 6B, el área de la mesa 60 no cubierta
por las hojas 44 y 46 puede ser cubierta por otra hoja, la cual es
mantenida sujeta sobre la mesa 60 mediante pesos o imanes, para
evitar la aspiración de oxígeno de la atmósfera bajo las hojas 44 y
46. La mesa 60 de control del movimiento está conectada a
actuadores, tales como los mecanismos de vástago roscado ligado a
una tuerca por cojinetes de bolas, o similares, para mover la mesa
60 sobre correderas en las direcciones X-Y en un
plano horizontal, bajo el trole de presión 62.
El aparato de láser (no representado) tiene un
sistema óptico para dirigir y enfocar el haz de láser desde un
generador de láser verticalmente a través de un conectador roscado
69 en el trole 62. El conectador 68 puede ser aflojado para girar
el trole 62 para que apunte en una dirección deseada, y ser luego
apretado con una contratuerca para que permanezca dirigido en esa
dirección. En el extremo inferior del conectador 68 va montada una
boquilla 70 de inundación con gas, que puede verse mejor en la Fig.
7, para dirigir una corriente ancha de baja presión de helio sobre
la hoja de núcleo superior 14 en el punto de soldadura donde el haz
de láser incida sobre la hoja superior 44. El gas helio desplaza el
oxígeno y el nitrógeno del punto de soldadura, e impide la
formación de óxidos y de nitruros de titanio sobre la soldadura
hecha con láser. Se usa el helio en la cara superior, en vez del
argón, debido a que mejora el plasma, mientras que el gas argón
tiende a suprimir el plasma. La técnica de inundación con gas se
usa para evitar perturbar el charco de aleación de titanio fundida,
en vez de un chorro de gas estrecho, de alta presión, que se usa en
el corte con láser para desplazar el metal fundido fuera de la
entalla del corte, para dejar un corte estrecho a través del
metal.
El trole 62 de presión para soldadura por láser
tiene una placa superior 72 con un agujero central 74, alrededor
del cual va soldada la conexión roscada 68. Cuatro caras de hoja
metálica 66 cuelgan de la placa superior 72 para proporcionar un
recinto para una nube de helio que cubra como una manta el punto de
soldadura y el área circundante. Un par de espiras de resorte 78
van sujetas, cada una en cada cara del trole 62, y soportan a un
par de barras 80 unidas, por ejemplo por tornillos 82, a las espiras
de resorte 78. Dos ejes espaciados 64 van apoyados para giro en
agujeros en las barras 80, abarcando las barras y soportando a las
ruedas cilíndricas 86.
En uso, se tienden sobre la mesa 60 un par de
hojas de núcleo 44 y 46 y se aseguran sobre la misma mediante
mordazas 88. Se conecta el gas argón para que inunde la cara
inferior de la hoja de núcleo inferior 46, a través de los tubos
66, con gas inerte, y desplace el oxígeno y el nitrógeno de la
región entre la mesa 60 y la cara inferior de la hoja 46. El caudal
dependerá del tamaño de la mesa y del número de estrías, pero para
una mesa de 252 cm^{2}, es suficiente un caudal de 0,57 m^{3}
por hora. El controlador para los actuadores de la mesa se programa
con la velocidad y el período de reposo en el movimiento de la mesa
y el espaciamiento entre soldaduras adyacentes. El trole 60 se
alinea con el plano de sus ruedas 86 paralelo a las estrías 64 de
la mesa 60, y el mecanismo de movimiento vertical sobre el cual está
montado el trole 62 se baja para aplicar las ruedas 86 con la
superficie superior de la hoja superior 44. Se selecciona la
extensión vertical del mecanismo de movimiento vertical para
desviar las espiras de resorte 78 en la medida necesaria para
producir la fuerza de compresión deseada ejercida por las ruedas 86
sobre la hoja superior 44. Por ejemplo, puede ser ejercida una
fuerza de 170 N, por dos espiras de resorte de titanio de 1,3 cm de
anchura y 8,9 cm de longitud cuando son desviadas 1,9 cm. Esta
sería una fuerza suficiente para presionar dos hojas de aleación de
titanio de 0,64 mm de grosor para un contacto íntimo tal que se
obtenga una excelente soldadura por láser, con una porosidad mínima
o nula.
En vez de las ruedas 86 montadas sobre resortes,
el trole 62 puede ser provisto de múltiples rodillos de bolas, seis
rodillos por ejemplo, montado cada rodillo sobre el extremo de un
émbolo que esté cargado por resorte o por presión de gas en un
cilindro unido al trole, para uso en circunstancias en las que se
deseen línea de soldadura curvas, especialmente curvas de pequeño
radio que las ruedas 66 tendrían problemas para poder seguir.
El gas helio se conecta con un caudal de
aproximadamente 1,14 metros cúbicos por hora, y después de purgar
el aire del recinto 76 de chapa se conecta el láser con una potencia
de aproximadamente 650 vatios de onda continua. Al iniciar la
soldadura, se permite que el láser permanezca en reposo durante
aproximadamente 0,25 segundos en el punto de inicio de la
soldadura, como se ha representado en la Fig. 9A y en la Fig. 9B. El
tiempo de reposo hace que se funda un pequeño charco de titanio y
se forme un nodo bulboso 90 al principio de la soldadura, en vez
del punto vivo usual al principio de una soldadura por láser, el
cual puede concentrar las fuerzas en un pequeño punto e iniciare un
desgarramiento en el metal durante la conformación por
superplasticidad, cuyo desgarramiento podría luego propagarse a
través de la soldadura o de otro lugar en el material.
Después del período de reposo, se mueve la mesa
60 como se ha indicado en la Fig. 9C, para hacer que el punto de
la soldadura se desplace a lo largo de las hojas 44 y 46 para
producir una línea de soldadura 92. Se selecciona la velocidad de
desplazamiento sobre la base de la potencia del láser y del grosor
de las hojas. Para dos hojas de titanio de aleación
6-4 de 0,64 mm de grosor y una potencia de láser de
650 vatios, enfocado a través de una lente de una distancia focal
de 6,4 cm, una velocidad de la mesa de 152,4 cm/minuto produce una
soldadura completa de excelente calidad. Una distancia focal más
larga, del orden de 12,5 cm, da mejores resultados para hojas más
gruesas, dado que la longitud del haz enfocado a un diámetro
estrecho es más larga, y la propia lente está retirada de cualquier
salpicadura de soldadura desde el punto de incidencia del haz de
láser sobre el material.
Al pasar el punto de soldadura del punto medio
de la línea de soldadura 92, se va disminuyendo gradualmente la
potencia del láser, hasta que finalmente se desacopla de las hojas
44/46, como se ha indicado en la Fig. 9D. Se mueve entonces la mesa
60 llevándola a la posición del punto de láser en el otro extremo de
la línea de soldadura, y se conecta de nuevo el láser y se deja que
permanezca en reposo como antes, para crear otro nodo bulboso 90 en
el otro extremo de la línea de soldadura, como se ha indicado en la
Fig. 9E. Transcurrido el período de reposo, se mueve la mesa para
mover el punto de soldadura por láser hacia el primer extremo de la
soldadura, como se ha indicado en la Fig. 9F, y al llegar el láser
al punto medio de la línea de soldadura, se va disminuyendo
gradualmente la potencia del láser, de modo que el láser suelde de
vuelta de nuevo sobre la parte anteriormente soldada, como se ha
ilustrado en la Fig. 9G, y después se disminuye la potencia hasta
que el láser se desacopla finalmente de las hojas 44/46. La
disminución gradual de la potencia evita la formación de una parte
terminal rebajada en una soldadura por láser, que de lo contrario se
produciría al cesar bruscamente la potencia del láser.
El patrón de la soldadura, representado
esquemáticamente en las Figs. 2 y 4, adopta la forma de una serie
de cruces alineadas ortogonalmente 94, o bien, visto de un modo
diferente, es un patrón de rejilla con interrupciones o espacios de
separación 96 en las líneas de soldadura, a mitad de recorrido entre
cada intersección 98 en las líneas de soldadura. Los espacios de
separación 96 en las líneas de soldadura 92 proporcionan un paso a
través del cual puede fluir el gas de conformación cuando el paquete
de núcleo 46 se conforma por superplasticidad, por calentamiento a
900ºC en una estampa e inyectando gas de conformación a través del
racor para gas 52 del núcleo, como se ha ilustrado esquemáticamente
en la Fig. 5. Cuando se infla el paquete de núcleo 45, los espacios
de separación 96 se abren para proporcionar aberturas 100 casi
circulares en las almas 36, formadas por el material de las hojas
de núcleo superior e inferior 44 y 46 al estirarse el material por
superplasticidad separándose de las soldaduras por láser 92.
Después de soldado por láser el patrón de
rejilla en las hojas 44 y 46, se sellan las hojas 44 y 46 soldadas
por completo alrededor de su periferia y alrededor del racor 52 para
gas del núcleo, para sellar por completo la periferia del paquete
de núcleo 45. Un tipo conveniente de soldadura para este fin es el
de soldadura por arco de electrodo de tungsteno en gas inerte, en
la que el arco de soldadura puede ser dirigido a la cara del borde
de las hojas 44 y 46. Unido al racor para gas 52 va un acoplamiento
de compresión de acero inoxidable, usual, tal como un acoplamiento
"Swagelock" (no representado), y al acoplamiento de compresión
va unido un extremo de un trozo corto de tubo para gas de acero
inoxidable. El otro extremo del tubo está cerrado por pinzado y
soldado para cerrarlo y sellar el interior del paquete de núcleo 45
contra la intrusión de solución de limpieza para la siguiente
operación de limpieza.
Se limpia el paquete de núcleo sellado 45 por
inmersión en el baño alcalino y en el baño ácido de decapado, como
se ha descrito en lo que antecede, y las superficies que hayan de
ser unidas por difusión se frotan con un pelote de tela humedecida
con alcohol puntilloso, como también se ha descrito en lo que
antecede. El paquete de núcleo 45 limpio se monta entre las hojas
de las caras limpias 48 y 50, con el racor para gas 54 hoja de
envuelta situado en la muesca 56. Se sitúan los puntos fuertes 40 y
41 sobre el paquete de núcleo 45 en los lugares deseados, y se
enclavan en su posición mediante pasadores 104. Los puntos fuertes
40 y 41 están constituidos por dos medios bloques 106 y 108
situados uno en cada lado del paquete de núcleo 45 y enclavados con
los pasadores 104 a través de los bloques 105 y 108 y a través del
núcleo 45, después de lo cual se sueldan los pasadores en su
posición. Las hojas 48 y 50 de las caras se tienden sobre el paquete
de núcleo 45 y los medios bloques 106 y 108, y se sella el paquete
sandwich completo 47 alrededor del borde periféricos exterior 53 por
soldadura TIG (por arco de tungsteno en gas inerte). Como se ha
ilustrado en la Fig. 10, las hojas de las caras 48 y 50 son lo
suficientemente flexibles como para ser hechas flexionar hacia
dentro lo bastante como para hacer contacto con el paquete de
núcleo 45 para soldar en una sola soldadura periférica. Si los
bloques 106 y 108 de los puntos fuertes son demasiado gruesos o
están demasiado próximos al borde para permitir que las hojas de
las caras 48 y 50 sean hechas flexionar hacia dentro para ser
fijadas y soldadas al paquete de núcleo 45, como se ha ilustrado en
la Fig. 10, se pueden preconformar las hojas de las caras 32 y 34
para producir abultamientos o burbujas sobre los medios bloques 106
y 108. Alternativamente, se pueden usar un par de mitades de
bastidor periférico 170 y 172 como un espaciador de sellado entre
las hojas de las caras superior e inferior y el paquete de núcleo
45, como se describe en detalle en lo que sigue en relación con la
Fig. 15. Las dos mitades de bastidor periférico superior e inferior
separadas se sitúan con la mitad de bastidor superior tendida entre
el paquete de núcleo 45 y la hoja superior 48, y la mitad de
bastidor inferior tendida entre el paquete de núcleo 45 y la hoja
de la cara inferior 50.
La periferia de las dos hojas de las caras 48 y
50, más el paquete de envuelta 45, se sella por soldadura en 53 a
todo su alrededor, y los racores para gas 54 hoja de envuelta se
sellan por soldadura a la envuelta de sandwich 42 para producir un
paquete completo 110 que esté sellado por completo, excepto por lo
que se refiere al camino para el flujo de gas previsto en el
paquete de envuelta 42 entre las hojas de las varas 48 y 50, a
través del racor para gas 54 hoja de envuelta y de la muesca 56. El
paquete completo está entonces listo para conformación por
superplasticidad y unión por difusión para producir la estructura
sandwich metálica expandida con puntos fuertes integrales de
acuerdo con este invento. El proceso se ha ilustrado
esquemáticamente en las Figs. 11A-E y se describe
en lo que sigue.
Las superficies externas del paquete 110 están
recubiertas con un agente de separación, tal como el de detención
de nitruro de boro descrio en lo que antecede. Acoplamientos de
compresión van unidos a los racores para gas 52 y 54, y las
conducciones de gas desde un sistema de control del gas de
conformación, tal como el descrito en la Patente de EE.UU. Nº
5.419.170, concedida a Sanders y otros. están conectadas a los
acoplamientos de compresión. El paquete completo se purga con gas
inerte seco, tal como el argón, para eliminar el aire y la humedad
del interior del paquete de envuelta 49 y del paquete de núcleo 45.
Esto puede conseguirse con varios ciclos de succión de vacío y
nuevo relleno con argón, alternadamente, bajo una presión de 3,4 kPa
en el paquete de envuelta 49 y de 69 kPa en el paquete de núcleo
45, hasta que el interior de los paquetes 45 y 49 haya sido purgado
quedando limpio de aire y de humedad. Alternativamente, las dos
envueltas acopladas pueden estar, cada una de ellas provista de dos
racores para gas y se puede bombear gas inerte seco, tal como el
argón, por un racor en cada envuelta, y darle salida por el otro
racor. Los paquetes 45 y 49 quedan entonces presurizados con argón,
para separar las superficies entre sí. La presión dentro del paquete
de núcleo 45 es preferiblemente más alta que la presión en el
paquete de envuelta 49, debido a que las soldaduras 92 en rejilla
tienden a mantener las hojas de núcleo 44 y 46 juntas más
apretadamente que lo que sujeta la soldadura periférica a las hojas
de las caras 48 y 50 juntas, debido al menor radio del paquete de
núcleo 45. La presión inicial es de 0,7 kPa en la zona del
revestimiento dentro del paquete de envuelta 49, y de 69 kPa en el
paquete de núcleo 45. Con esto se proporciona presión suficiente
para evitar el contacto y la unión por difusión prematura entre las
superficies enfrentadas de las hojas, pero no tan alta como para que
origine un almohadillado prematuro hoja de envuelta del núcleo o el
desgarramiento de las hojas en las soldaduras por láser o en las
soldaduras periféricas. El paquete 110 bajo presión es colocado en
una estampa 112 que se precalienta a 870ºC, y se cierra la estampa
y se mantiene cerrada con una prensa de conformación por
superplasticidad (no representada) contra la presión del gas de
conformación que se usará para deformar por superplasticidad los
elementos del paquete de núcleo y del paquete de envuelta. La
estampa puede ser provista de estrías que se extiendan desde una
cavidad interna hasta el exterior, en las cuales estén los racores
para gas 52 y 54 para evitar oprimir hasta cerrarlos los pasajes de
gas a través de la pestaña 58. Después de cerrar la estampa, se
aumenta inmediatamente la presión del gas de conformación en el
paquete de envuelta 49, para asegurar la expansión de las hojas de
las caras 48 y 50 separándose del paquete de núcleo 45, y se aumenta
también la presión en el paquete de núcleo 45 para resistir la
compresión de la presión de gas en el paquete de envuelta 49.
Después de que el paquete alcance la temperatura
de conformación dentro de la estampa 112, se aumentan la presión en
el paquete de envuelta 49 y en el paquete de núcleo 45 hasta la
presión de conformación, y se alargan las hojas 44, 46, 48 y 50 por
superplasticidad, como se ha ilustrado en las Figs. 11C y 11D, y se
unen por difusión como se ha ilustrado en las Figs. 11D y 11E. La
conformación por superplasticidad de las hojas de núcleo 44 y 46
alrededor de las soldaduras por láser 92 se han representado en las
Figs. 12A-C y en las Figs. 5 y 11. La poca anchura
de la soldadura por láser 92 proporciona una pequeña región,
alrededor de la cual se deben envolver las hojas 44 y 46 cuando se
plieguen éstas sobre la soldadura 92 para unirlas por difusión
juntas, para formar el alma 36. Esto contrasta con una soldadura 92’
relativamente ancha, representada en la Fig. 13, que se hace con
una rueda de soldar por resistencia usual. En el alma 36’
representada en la Fig. 13, puede verse que el adelgazamiento en la
región por encima y por debajo de la soldadura 92’ es
considerablemente mayor que lo es para la soldadura por láser 92
representada en la Fig. 14.
Después de conformado por completo el paquete
110, como se ha ilustrado en la Fig. 11E, se reduce la presión
hasta casi la ambiente, aproximadamente de 0,7 kPa, y se abre la
prensa para abrir la estampa 112. Se retira la parte de sandwich de
la cavidad 114 de la estampa y se deja enfriar mientras se mantiene
la presión de gas ligeramente por encima de la ambiente, para
evitar que la parte que se enfría haga vacío y se aplaste bajo la
presión del aire. Después de enfriar por debajo de 480ºC, y
preferiblemente por debajo de 260ºC, se retiran las conducciones de
gas de los acoplamientos de compresión, y se sella la pieza con
conducciones de gas pinzadas y soldadas en los acoplamientos, para
volver a limpiar cualquier caja alfa externa que pueda haberse
formado sobre la pieza debido al contacto a alta temperatura de las
superficies con el aire. Después de limpiar, se puede recortar la
pieza para eliminar los racores para gas 52 y 54, y la pieza queda
completa.
Si se desea sellar a través de las aberturas en
la pieza, se puede soldar por láser el paquete completo 110 en un
círculo alrededor de la región en donde esté situada la abertura. El
interior de esa región puede ser recortado con un cortador por
láser, el cual usa el mismo láser y la misma mesa 60, pero hace uso
de una boquilla para gas de alta presión en vez de la boquilla para
inundación con gas representada en la Fig. 7. Se coloca el paquete
completo sobre una estera protectora, para evitar cortar o salpicar
con metal fundido la superficie de la mesa 60 cuando el láser corte
a través del paquete al recortar el agujero en el centro de la
región de sellado por soldadura. En la abertura recortada con el
láser se inserta un manguito que tiene la misma altura que la pieza
de estructura sandwich, y se coloca el paquete completo 110, con los
manguitos instalados en las aberturas en la cavidad 114 de la
estampa, y se conforma por superplasticidad alrededor de los
manguitos. Si el manguito es de un material no superplástico, tal
como de acero inoxidable, puede retirarse o retenerse, lo que se
desee para la aplicación. Si se usa un material superplástico, tal
como el titanio, se unirá por difusión en su lugar en la abertura y
formará el interior de la abertura. El manguito puede ser provisto
de una pieza de inserción roscada para conexión a rosca con la
pieza más adelante, o bien el "manguito" puede ser un taco de
titanio sólido que puede ser perforado y roscado después de haber
sido formada la pieza, para un punto fuerte de conexión con al
estructura sandwich.
Pasando ahora a la Fig. 16, se ha representado
en ella otra realización de la estructura sandwich metálica
expandida de cuatro hojas que tiene un bloque escalonado 120 que
tiene una parte superior 122 y una parte inferior más larga y más
ancha 124, que se encuentran en un resalto u hombro intermedio 126
que proporciona una superficie que mira hacia arriba, a la cual se
suelda por láser un paquete de núcleo 145 a lo largo de una línea
de soldadura periférica continua 146 que circunda por completo a una
abertura 148 cortada en el paquete de núcleo, para recibir la parte
superior 122 del bloque escalonado 120. El paquete de núcleo 145 es
por lo demás idéntico al paquete de núcleo 45 de la realización de
las Figs. 2 y 4, y los procedimientos de fabricación del paquete de
núcleo son los mismos. La abertura 148 en el paquete de núcleo 145
puede ser cortada después de limpio el paquete de núcleo, o bien
puede se cortada con láser y sellada antes de limpiar. Las almas 36
para la realización de bloque escalonado de la Fig. 16 son idénticas
a las representadas en las Figs. 2 y 3.
Otra realización del invento, representada en la
Fig. 15, tiene un bastidor periférico integral 160 alrededor del
borde periféricos exterior de la estructura sandwich. El borde
periféricos proporciona una estructura de borde sólida, mediante la
cual se puede sujetar la esa a la estructura adyacente en el
conjunto de la cual constituye una parte, mediante elementos de
sujeción adecuados, tales como los tornillos para máquinas 164
representados en el despiece ordenado de un agujero roscado 166 en
el borde del bastidor periférico 160.
El bastidor periférico 160 puede hacerse usando
la técnica de bloque partido representada en las Figs. 2, 3 y 11.
El bastidor 160 está constituido por dos medios bastidores superior
e inferior continuos separados 170 y 172, tendidos por encima y por
debajo del paquete de núcleo 45, el cual es idéntico al paquete de
núcleo 45 representado en las Figs. 2 y 4. Se pueden usar los
racores 52 y 54 como se ha descrito para las Figs. 2 y 4, o bien se
pueden proporcionar convenientemente racores para gas 54 de envuelta
superior e inferior separados, previstos en los medios bastidores
170 y 172 para poner bajo presión el espacio entre el paquete de
núcleo 45 y las hojas de las caras 32 y 34. Las hojas de las caras
se sueldan por láser a los medios bastidores periféricos 170 y 172,
respectivamente, y el paquete de núcleo 45 y los bordes periféricos
que se unen de los medios bastidores se sueldan por TIG juntos,
para sellar la unión de los medios bastidores y el paquete de
núcleo 45. Convenientemente, el bastidor periférico podría hacerse
con una sola estructura escalonada, proporcionando un escalón al
cual sería soldado el borde periféricos del paquete de núcleo 45, de
una manera similar a la representada en la Fig. 16.
Si se necesita, se pueden situar puntos fuertes
interiores en el área central de la pieza, como se ha ilustrado en
las Figs. 1 y 2, para proporcionar un punto de conexión central para
conexión del actuador o similar, como se ha ilustrado en la Fig. 1.
La pieza se expande por superplasticidad y se une por difusión como
se ha descrito para la realización de la Fig. 2, y se recorta el
borde de la pieza para retirar la soldadura del borde y
proporcionar un borde plano liso con un cerramiento periférico
continuo. Luego se pueden mecanizar los agujeros para los elementos
de sujeción u otras superficies de unión en el bastidor periférico
160.
La separación de las hojas de las caras superior
e inferior 32 y 34 del paquete de núcleo 45, proporcionada por el
bastidor periférico 160, hace posible una mejora en el proceso de
conformación del núcleo, que resuelve un problema de adelgazamiento
de las esquinas que vienen teniendo que sufrir desde hace años los
fabricantes de las estructuras sandwich metálicas de cuatro hojas.
El problema del adelgazamiento consiste en que se produce un
excesivo adelgazamiento del alma 36 donde ésta se une a las hojas
superior e inferior 32 y 34 en las esquinas 180 de las celdas 38.
El adelgazamiento es consecuencia de que las hojas de núcleo 44 y 46
se pegan a las hojas de las caras 32 y 34 cuando se infla el núcleo
45 a temperaturas de superplasticidad. Las partes de las hojas de
núcleo 44 y 46 que se pegan a las hojas de las caras 32 y 34 pueden
no alargarse más por superplasticidad, de modo que todo
alargamiento adicional tiene lugar después en las partes de las
hojas de núcleo 44 y 46 que no están todavía en contacto con las
hojas de las caras 32 y 34. La consecuencia es un mayor
adelgazamiento de las hojas de núcleo 44 y 46 al ser conformadas
éstas hacia las esquinas 180. La solución usual del problema es la
de usar hojas de núcleo que sean lo suficientemente gruesas como
para producir grosores de esquina adecuados, incluso después de tal
adelgazamiento. Sin embargo, esta técnica ha dado por resultado
almas 36 y hojas superior e inferior más gruesas que las que en
otro caso serían necesarias, y un mayor peso que el que se
desea.
El problema del adelgazamiento de las esquinas
se resuelve mediante el pre-adelgazamiento de las
hojas de núcleo 44 y 46 en las áreas centrales de las celdas 38
dentro de las líneas de soldadura 92, como se ha ilustrado en las
Figs. 17-19. El paquete de núcleo 45 se hace
normalmente como se ha ilustrado en la Fig. 2, pero sin los
bloques de puntos fuertes 106 y 108. Se coloca el paquete de núcleo
45 en una estampa 190 que tiene receptáculos 192 situados
centradamente por encima y por debajo de las celdas 38, entre las
líneas de soldadura 92. La estampa 180 no tiene receptáculo alguno
en las áreas centrales donde haya de se situado un punto fuerte
central. Se calienta el paquete de núcleo 45 a temperaturas de
superplasticidad y se expande mediante presión de gas a través del
racor para gas 52, para conformar las hojas de núcleo 44 y 46 dentro
de los receptáculos 192 en las mitades superior e inferior de la
estampa 190, formándose abultamientos 194 y 196 en las hojas de
núcleo 44 y 46, representados parcialmente conformados en la Fig.
18 y totalmente conformados y montados en la Fig. 19. Después de la
conformación, se ventila el paquete de núcleo 45 y se retira de la
estampa 190. Las mitades 170 y 172 de bastidor periférico se montan
en el borde periféricos del paquete de núcleo preconformado 45, y
se tienen las hojas de las caras 32 y 34 por encima y por debajo de
los medios bastidores y se sueldan a ellos, como se ha ilustrado en
la Fig. 19.
Se coloca el paquete montado, representado en la
Fig. 19, en una estampa, tal como la estampa 112, y se caliente
hasta temperaturas de superplasticidad mientras se mantiene una
ligera presión de gas en el paquete de núcleo 45 y en el paquete de
envuelta entre el paquete de núcleo 45 y las hojas de las caras 32 y
34, para mantener la separación de las hojas de modo que no se
produzca una unión por difusión prematura no deseada. Puesto que
los abultamientos 194 y 196 son pre-adelgazados,
cuando hacen contacto con las hojas superior e inferior 32 y 34 y
se pegan a ellas, las partes intermedias de las hojas de núcleo 44 y
46 entre las soldaduras 92 y los abultamientos 194 y 196 permanecen
con todo o casi todo su grosor, de modo que cuando esas part3es
intermedias son conformadas dentro de las esquinas 180, conservan
el grosor suficiente como para proporcionar la resistencia
requerida para soportar los esfuerzos que se concentran en esos
lugares.
Pasando ahora a las Figs. 21 y 22, se ha
representado en ellas una estructura sandwich metálica de cinco
hojas 200 que tiene hojas superior e inferior 202 y 204, que
definen entre ellas un espacio interior abierto, y una pluralidad
de almas de celosía 206 unidas a las hojas de las caras superior e
inferior 202 y 204 y que abarcan el espacio interior para acoplar
las hojas superior e inferior y comunicar rigidez a la estructura
200. Entre las hojas de las caras 202 y 204 hay dispuesto un punto
fuerte 210 que está unido integralmente y se acopla a las hojas de
las caras 202 y 204, y también a las almas de la celosía 206. El
punto fuerte 210 proporciona una estructura sustancial mediante la
cual se puede unir la estructura 200 a otra estructura adyacente en
el conjunto, tal como a un actuador para mover la estructura 200, o
bien a partes adyacentes a las cuales haya de ser conectada en un
conjunto rígido. El punto fuerte 210 puede tolerar cargas de alto
esfuerzo y transferir las cargas uniformemente a las hojas de las
caras superior e inferior 202 y 204 y a las almas de la celosía
206, para evitar altas concentraciones de esfuerzos en las hojas
delgadas en la estructura 200.
Como se ha ilustrado en la Fig. 21, la
estructura 200 está constituida por un paquete de núcleo 214 de tres
hojas, hojas de las caras superior e inferior 202 y 204, y medios
bloques superior e inferior 216 y 218. El paquete de núcleo 214
está constituido por tres hojas de metal que tienen capacidades de
superplasticidad y de unión por difusión, tales como de aleación de
titanio, descritas en lo que antecede, las cuales se limpian y se
sueldan con soldaduras por láser de penetración parcial según un
patrón representado en la Fig. 21. Alrededor de las áreas cubiertas
por los medios bloques 216 y 218 se efectúa una soldadura por láser
de penetración completa 220, para aislar el interior del paquete de
núcleo 214 en esa área de la presión del gas de conformación, para
evitar un flujo de gas no deseado a través de los agujeros mediante
los cuales se unen por pasadores los medios bloques al paquete de
núcleo 214. Un racor para gas está soldado dentro del paquete 214
para conexión, a través de un sistema de control de la presión de
gas descrito en lo que antecede, a una fuente de gas de
conformación, tal como de argón bajo presión. El paquete 214 se
sella por soldadura alrededor de toda su periferia y se limpia como
se ha descrito en lo que antecede.
Se monta un paquete de envuelta 222 como se ha
ilustrado en la Fig. 21 desde el paquete de núcleo 214, los dos
medios bloques 216 y 218, y las hojas de las caras 202 y 204. Los
medios bloques se enclavan al paquete de núcleo 214 situándolos con
precisión en los lugares deseados y perforando un par de agujeros
224 a través de los medios bloques y del paquete de núcleo, y
metiendo un pasador a través de los agujeros 224 para bloquear los
medios bloques en su posición.
Las hojas de las caras 202 y 204 se sellan por
soldadura alrededor de su periferia exterior a la periferia
exterior del paquete de núcleo 214. Si los medios bloques son lo
suficientemente delgados, las hojas de las caras 202 y 204 pueden
ser hechas flexionar hacia dentro al paquete de núcleo 214, y
selladas por soldadura al mismo alrededor de un racor para gas hoja
de envuelta como el racor para gas 54, que comunica con el espacio
entre el paquete de núcleo 214 y las hojas de las caras 202 y 204.
Alternativamente, las hojas de las caras 202 y 204 pueden ser
pre-conformadas, como se ha indicado en el lado de
la derecha de la Fig. 21, con un labio periférico 226 que puede ser
soldado para sellar al paquete de núcleo 214, y una sección de pared
228 mediante la cual se hace que la parte central de las hojas de
las caras 202 y 204 se eleve desde los medios bloques 216 y 218.
Otra alternativa es la de usar un bastidor periférico 160, como se
ha ilustrado en la Fig. 15, para mantener las hojas de las caras
202 y 204 espaciadas del paquete de núcleo 214 durante la
conformación. Los racores para gas se conectan al sistema de
control de gas y a los espacios internos dentro del paquete de
núcleo 214, y se purga el paquete de envuelta 222 de oxígeno
mediante el arrastre de éste con argón.
El paquete de envuelta 222 se coloca en una
estampa que tiene una cavidad de conformación con superficies de la
cavidad de estampa internas configuradas como la línea de molde
exterior de la pieza que haya de hacerse. El paquete de núcleo 214
y el paquete de envuelta 222 se ponen bajo una ligera presión con
argón a través de racores para gas (no representados) que comunican
desde un sistema de control del gas con el interior del paquete de
núcleo 214, y que comunican desde el sistema de control del gas con
el interior del paquete de envuelta 222 en el espacio entre las
hojas de las caras 202 y 204 y el paquete de núcleo 214, para
asegurar que las hojas estén separadas, excepto donde hayan de ser
soldadas juntas. Se cierra la estampa, se pinza el borde periférico
del paquete de envuelta, y se presionan las hojas de las caras
superior e inferior 202 y 204 contra las superficies superior e
inferior de los medios bloques 216 y 218, y se presionan los medios
bloques contra el paquete de núcleo 214. El elevado calor y la alta
presión producen la unión por difusión de las hojas de las caras
superior e inferior 202 y 204 con los medios bloques 216 y 218, y la
unión por difusión de los medios bloques con las hojas del paquete
de núcleo 214 entre los medios bloques. El resultado es un punto
fuerte monolítico integral 210, sin que se aprecien líneas de unión
diferenciables donde están unidos juntos los varios elementos de la
estructura 200.
Después de que el paquete de envuelta 222 haya
alcanzado la temperatura de superplasticidad en la estampa, se
aumenta la presión de gas para expandir las hojas de las caras
contra las superficies de la cavidad de la estampa y para expandir
el paquete de núcleo hacia fuera contra las hojas de las caras 202 y
204, como se ha ilustrado en la Fig. 20. El espacio entre las hojas
de núcleo y las hojas de las caras 202 y 204 se ventila o se evacua
a través del racor para gas que comunica con ese espacio y se
aumenta la presión de gas en el paquete de núcleo para ejercer
presión sobre las hojas de núcleo superior e inferior para
presionarlas contra las hojas de las caras 202 y 204, para
facilitar la unión por difusión. Las almas en diagonal 206 se
proyectan desde el centro del punto fuerte 210 y son unidas por
difusión a éste para distribuir aún más la carga ejercida sobre el
punto fuerte, uniformemente a través de la estructura sandwich 200.
Después de completada la unión por difusión, se disminuye la
presión de gas y se abre la estampa para sacar la pieza de la
cavidad de la estampa. La pieza está completa, excepto en lo que se
refiere al recorte del borde y al mecanizado o perforación en las
superficies de unión, tal como de agujeros o similares en el punto
fuerte 210.
Naturalmente, en la pieza 200 pueden hacerse
tantos puntos fuertes como se necesiten, y se puede hacer un punto
fuerte periférico en forma de un bastidor periférico 160 en la
estructura 200 si se desea un sólido cerramiento periférico o
estructura de unión de borde, independientemente de la función de
separación que proporciona el bastidor periférico. Los puntos
fuertes pueden ser mecanizados en cualquier modo que se desee, para
proporcionar rebajos para montaje enrasado de elementos de sujeción
u otra ferretería de fijación, tal como el grillete representado en
despiece ordenado fuera de su rebajo en el punto fuerte 40 en la
Fig. 1. También se puede perforar y roscar para recibir elementos
de sujeción roscados, o bien perforar para recibir pernos que
puedan ser apretados con un par de torsión para precargar el
elemento de sujeción en tensión para una unión segura, sin aplastar
la estructura sandwich, dado que el punto fuerte tiene una
resistencia a la compresión suficiente para reaccionar frente a la
fuerza de tracción ejercida por el
perno.
perno.
Pasando ahora a las Figs. 22 y 23, se ha
representado en ellas una estructura sandwich de núcleo de celosía
metálica expandida 240, que tiene una hoja de cara superior 242 y
una hoja de cara inferior 244, que definen entre ellas un espacio
abierto. Una pluralidad de almas 246 se extienden en diagonal entre
las hojas de las caras 242 y 244 acoplan las hojas de las caras y
comunican rigidez a la estructura 240. Entre las hojas de las caras
242 t 244 está interpuesto y unido por difusión a ellas un punto
fuerte, que proporciona una estructura de unión mediante la cual la
estructura sandwich 240 puede ser unida a piezas adyacentes de un
conjunto mayor, como se ha explicado en lo que antecede. Las almas
en diagonal 246 son también unidas por difusión al punto fuerte 250
para distribuir más las cargas de unión a través de la estructura
sandwich, sin someter a sobretensión un punto de
unión.
unión.
La estructura sandwich representada en la Fig.
22 está formada por un paquete de envuelta 252 representado en la
Fig. 23 que tiene un paquete de núcleo 254 y las dos hojas de las
caras 242 y 244. El paquete de núcleo 254 se monta y se suelda de
la manera que se ha descrito en lo que antecede para el paquete de
núcleo 214 de la realización de las Figs. 20 y 21. Un solo bloque
250 está dispuesto entre la hoja de la cara superior 242 y el
paquete de núcleo 254, y el paquete de núcleo 254 está en contacto
con la hoja de la cara inferior 244.
El paquete de envuelta 252 montado es sellado
por soldadura alrededor de la periferia y purgado de aire a través
de racores para gas, como se ha descrito en lo que antecede para la
realización de las Figs. 20 y 21, y es puesto bajo ligera presión
con argón seco para separar las hojas, unas de otras, dentro del
paquete 252, para evitar una unión por difusión prematura en la
estampa. El paquete de envuelta sellado 252 se inserta en una
estampa de conformación por superplasticidad y se eleva su
temperatura a la de superplasticidad en la misma.
Cuando se alcanzan temperaturas de
superplasticidad de aproximadamente 870ºC, se aumenta la presión de
gas en el paquete para aumentar la separación entre las hojas y
empezar a conformar las hojas de las caras contra las superficies
interiores de la cavidad de la estampa. Al mismo tiempo, la estampa
está ejerciendo presión mecánica sobre el apilamiento de hojas de
las caras 242 y 244, el punto fuerte 250, y el paquete de núcleo
254, para producir la unión por difusión entre las superficies en
contacto de esos elementos en ese apilamiento.
Cuando las hojas de las caras están
completamente conformadas contra las superficies de la cavidad de la
estampa, se aumenta la presión de gas dentro del paquete de núcleo
254 a través del racor para gas del paquete de núcleo y se conduce
uniformemente a través del paquete de núcleo, a través de aberturas
adecuadas dejadas entre o alrededor de las líneas de soldadura 92.
El paquete de núcleo se expande por superplasticidad contra las
hojas de las caras 242 y 244, tirando de la hoja de núcleo central
al interior de la estructura de almas en celosía de diagonales 246
representada en la Fig. 22. Las hojas superior e inferior del
paquete de núcleo 254 se unen por difusión a las hojas de las caras
superior e inferior 242 y 244, respectivamente, y la hoja de la cara
superior se une por difusión a los lados del punto fuerte 250,
formando una estructura integrada a través de la cual los esfuerzos
internos en la estructura sandwich 240 pueden ser transmitidos
uniformemente, sin concentraciones de esfuerzos en ningún punto en
particular.
Después de completada la unión por difusión, se
reduce la presión hasta casi la atmosférica. Los racores para gas
no se abren, para evitar la aspiración de oxígeno al interior del
núcleo caliente de la pieza 240, hasta que el mismo está frío. Se
mantiene una ligera presión en el núcleo para evitar que la parte
que se enfría haga un vacío y pandee bajo la presión atmosférica.
Se abre la estampa y se saca la pieza de la estampa mientras está
todavía caliente, de modo que se pueda hacer otra pieza sin
desperdiciar calor de la estampa.
Evidentemente, a la luz de esta exposición, a
los expertos en la técnica se les ocurrirán numerosas modificaciones
y variaciones de las realizaciones preferidas descritas en lo que
antecede. Por consiguiente, ha de quedar expresamente entendido que
esas variaciones y modificaciones, y las equivalentes de las mismas,
han de ser consideradas comprendidas dentro del alcance del
invento, tal como queda éste definido en las reivindicaciones que
siguen.
Claims (41)
1. Un método para fabricar una estructura
sandwich unida por difusión, conformada por superplasticidad (30)
con un punto fuerte metálico integral (40, 42) para unión de dicha
estructura sandwich a otra estructura, que comprende:
unir al menos tres hojas de un metal
superplástico (44, 46, 48, 50) juntas en un paquete, soldando para
ello o uniendo por difusión a lo largo de un patrón de líneas (92)
las cuales forman líneas de unión entre dichas hojas cuando se
infla dicho paquete por presión de gas a temperaturas de
superplasticidad;
interponer al menos una pieza de inserción de
bloque metálica 106, 108 entre al menos dos de dichas hojas,
formando dicha pieza de inserción metálica dicho punto fuerte cuando
dichas hojas y dicha pieza de inserción son unidas por difusión
juntas sobre dicha pieza de inserción;
sellar todas las citadas hojas de dicho paquete
juntas alrededor de un borde periféricos exterior para crear una
envuelta estanca a los gases;
calentar dicho paquete a temperaturas de
superplasticidad y unir por difusión al menos dos de dichas hojas a
superficies superior e inferior de dicha pieza de inserción metálica
(106, 108);
inflar dicho paquete a temperaturas de
superplasticidad contra las superficies interiores (114) de una
estampa (112) por inyección de gas a presión a través de una
conducción de gas en dicho borde periféricos, para formar una
estructura sandwich metálica expandida que tiene hojas de las caras
superior e inferior en contacto con dichas superficies interiores
de dicha estampa, y que tiene almas integrales y un punto fuerte
integral (40, 43) formados por dicha pieza de inserción de bloque
metálica (106, 108) que salvan el espacio entre dichas hojas de las
caras y unidas por difusión a ellas, acoplando con ello dichas hojas
de las caras superior e inferior y proporcionando un camino para y
transmitir la carga entre dichas hojas de las caras (48, 50) a
través de dicha pieza de inserción de bloque metálica para las
fuerzas ejercidas por los elementos de sujeción que conecten dicha
estructura sandwich (30) a dicha otra estructura;
ventilar dicha presión de gas, enfriar dicha
estructura sandwich metálica expandida y sacar dicha estructura
sandwich metálica expandida de dicha estampa (112); y
perforar agujeros en dicha estructura sandwich
en alineación con dicha pieza de inserción metálica (106, 108) a
través de al menos una de dichas hojas y dentro de dicha pieza de
inserción metálica, para recibir dichos elementos de sujeción
mediante los cuales dicha estructura sandwich (30) puede ser unida a
dicha otra estructura.
2. Un método según la reivindicación 1, en el
que:
dicha unión por difusión de dichas dos hojas
(48, 50) a dichas parte superior y parte inferior de dicha pieza de
inserción metálica se efectúa por aplicación de calor y presión
desde las superficies interiores superior e inferior (114) de dicha
cavidad de la estampa.
3. Un método según la reivindicación 1, en el
que:
dicho paquete incluye tres de dichas hojas, y
dicha pieza de inserción está interpuesta entre una hoja de cara
(48) y una hoja de núcleo (44) de dicho paquete.
4. Un método según la reivindicación 1, en el
que:
dicho inflado de dicho paquete incluye inflar
dichas hojas de las caras superior e inferior contra dichas
superficies interiores superior e inferior de dicha cavidad de la
estampa, y expandir un paquete de núcleo, que tiene al menos dos
hojas de núcleo soldadas juntas a lo largo de líneas de función,
contra superficies interiores de dichas hojas de las caras superior
e inferior y unir por difusión dicho núcleo a ellas.
5. Un método según la reivindicación 4, en el
que:
dicho paquete incluye una hoja de cara superior
(48), una hoja de cara inferior (50), y un núcleo de una hoja de
cara superior (44) y una hoja de cara inferior (46) unidas juntas
por soldadura o por unión por difusión a lo largo de dicho patrón
de líneas (92) que formarán dichas líneas de unión;
dicha pieza de inserción incluye un medio bloque
superior (106) y un medio bloque inferior (108);
dicho medio bloque superior está interpuesto
entre dicha hoja de la cara superior y dicha hoja de núcleo
superior; y
dicho medio bloque inferior está interpuesto
entre dicha hoja de núcleo inferior y dicha hoja de la cara inferior
de dicho paquete.
6. Un método según la reivindicación 5, en el
que:
dicha expansión de dicho núcleo incluye inflar
dicho núcleo para presionar dicha hoja de núcleo superior hacia
arriba a contacto con dicha hoja de la cara superior y con una
superficie lateral de dicho medio bloque superior, y presionar
dicha hoja de núcleo inferior a contacto con dicha hoja de la cara
inferior y con una superficie lateral de dicho medio bloque
inferior.
7. Un método según la reivindicación 6, en el
que:
dichas superficies laterales de dicho medio
bloque superior están abocinadas hacia arriba y dichas superficies
laterales de dicho medio bloque inferior están abocinadas hacia
abajo, para proporcionar un ángulo de inclinación lateral para una
transición suave de las fuerzas desde dicha pieza de inserción a
dichas hojas de las caras superior e inferior y dichas almas
formadas por dichas hojas de núcleo.
8. Un método según la reivindicación 1, en el
que dichos pasos de calentamiento y de presión se efectúan según un
ciclo que incluye:
a) calentar dicho paquete en dicha estampa hasta
que la temperatura de dicho paquete esté comprendida entre 815ºC y
955ºC;
b) cerrar dicha estampa y ejercer una presión
sobre dichas hojas de las caras para apretar dichas hojas de las
caras contra dicha pieza de inserción, y mantener dicha presión a
dicha temperatura hasta que dichas hojas de las caras sean unidas
por difusión a dicha pieza de inserción;
c) inyectar dicho gas de conformación bajo una
presión de 0,14-4,1 MPa entre dichas hojas de las
caras, para conformar dichas hojas de las caras separándolas entre
sí y contra dichas superficies de la cavidad de la estampa, con un
régimen de deformación adecuado para dichas hojas metálicas.
9. Un método según la reivindicación 1, en el
que:
dicho paquete incluye dichas tres hojas, que
constituyen un paquete de núcleo, y dos caras de hoja, una a cada
lado de dicho paquete de núcleo, que constituyen un paquete de
envuelta que abarca a dicho paquete de núcleo;
dicho paso de inflar incluye inyectar gas de
conformación en dicho paquete de envuelta con una presión suficiente
para alargar por superplasticidad dichas hojas de las caras, a
contacto contra dichas superficies de la estampa, e inyectar gas en
dicho paquete de núcleo para expandir dicho paquete de núcleo y
alargar por superplasticidad las hojas superior e inferior del
paquete de núcleo contra dichas hojas de las caras;
ventilar la presión en dicho paquete de envuelta
mientras se mantiene la presión de gas en dicho paquete de núcleo
para presionar dichas hojas superior e inferior del paquete de
núcleo contra dichas hojas de las caras, y mantener dicha presión
en dicho paquete de núcleo hasta que dichas hojas de las caras sean
unidas por difusión a dichas hojas superior e inferior del paquete
de núcleo.
10. Un método según la reivindicación 1, en el
que:
dicho sellado de dichas hojas alrededor de dicha
periferia exterior se efectúa mediante sellado por soldadura.
11. Un método según la reivindicación 10, en el
que:
dicha pieza de inserción metálica está enclavada
con pasadores a dicha una hoja metálica, para mantener a dicha
pieza de inserción en posición mientras se monta dicho paquete y se
sella por soldadura alrededor de dicha periferia exterior.
12. Una estructura sandwich metálica expandida
(30) que tiene almas de rigidez internas integrales (36) y al menos
un punto fuerte metálico integral (40, 41) que comprende:
una hoja superior de metal superplástico, y una
hoja inferior de metal superplástico, estando dichas hojas superior
e inferior espaciadas entre sí y definiendo entre ellas un espacio
interno cerrado dentro de dicha estructura sandwich;
una pluralidad de almas (36) unidas
integralmente con y que unen a dichas hojas superior e inferior,
abarcando dichas almas dicho espacio interno cerrado;
al menos una pieza de inserción de bloque
metálica (106, 108) unida integralmente con dicha hoja superior y
dicha hoja inferior y que abarca dicho espacio interno cerrado,
formando dicha pieza de inserción un punto fuerte para proporcionar
un camino para la carga entre dichas hojas superior e inferior, para
distribuir las fuerzas ejercidas sobre dicha estructura sandwich
por la ferretería de unión, mediante la cual dicha estructura
sandwich está conectada a la estructura adyacente; y
una pluralidad de agujeros para elementos de
sujeción a través de al menos una de dichas hojas y al menos
parcialmente dentro de dicho punto fuerte de bloque metálico para
recibir los elementos de sujeción mediante los cuales puede ser
unida dicha estructura sandwich a otra estructura.
13. Una estructura sandwich metálica expandida
como la definida en la reivindicación 12, en la que:
dicha pieza de inserción metálica (106, 108)
está también unida integralmente a al menos una de dichas almas
(36) y forma un camino para la carga entre dicha alma y dicho punto
fuerte (40, 41), para distribuir dichas fuerzas ejercidas sobre
dicha estructura sandwich (30) por la ferretería de unión, mediante
la cual se conecta dicha estructura sandwich a una estructura
adyacente.
14. Una estructura sandwich metálica expandida
como la definida en la reivindicación 13, en la que:
dicha pieza de inserción metálica (106, 108)
está unida a dicha alma y a dichas hojas superior e inferior por
unión por difusión.
15. Una estructura sandwich metálica expandida
como la definida en la reivindicación 14, en la que dicha pieza de
inserción es un bloque metálico en el cual están mecanizadas
superficies de unión para recibir dicha ferretería de unión
mediante la cual se une dicha estructura sandwich metálica expandida
a una estructura adyacente.
16. Una estructura sandwich metálica expandida
como la definida en la reivindicación 13, en la
que:
que:
dicha pieza de inserción está hecha de material
superplástico y se adapta a dicho espacio entre dichas hojas
superior e inferior cuando se cierra dicha estampa y ejerce presión
a través de dichas hojas superior e inferior sobre dicha pieza de
inserción.
17. Una estructura sandwich metálica expandida
como la definida en la reivindicación 12, en la que:
dicha pieza de inserción es un solo bloque
ajustado dentro de una abertura cortada a través de un par de hojas
de núcleo (44, 46), del cual se forman dichas almas.
18. Una estructura sandwich metálica expandida
como la definida en la reivindicación 17, en la que:
dichas hojas de núcleo están unidas
integralmente a dicho bloque.
19. Una estructura sandwich metálica expandida
como la definida en la reivindicación 13, en la que:
dicho punto fuerte incluye un bastidor
periférico que rodea a dicha estructura sandwich metálica y
existente como un borde exterior de la misma, unido a y que se
extiende entre dichas hojas superior e inferior, y unido
integralmente a dichas almas.
20. Una estructura sandwich metálica expandida
como la definida en la reivindicación 13, en la que:
dichas almas adoptan la forma de almas de
celosía en diagonal que se extienden formando un ángulo entre dichas
hojas de las caras superior e inferior y conectadas a dicho punto
fuerte.
21. Un conjunto estructural, que comprende:
una pieza de sandwich metálica expandida y una
estructura adyacente a la cual está unida dicha pieza de
sandwich;
incluyendo dicha pieza de sandwich metálica
expandida una hoja superior, una hoja inferior espaciada de dicha
hoja superior, almas integrales que abarcan dicho espacio entre
dichas hojas superior e inferior y unidas integralmente a ellas, y
un punto fuerte integral de bloque metálico, integral con dichas
hojas superior e inferior, proporcionando dicho punto fuerte un
camino para la carga entre dichas hojas superior e inferior para
distribuir las fuerzas ejercidas sobre dicha estructura de sandwich
por la ferretería de unión mediante la cual se conecta dicha
estructura de sandwich a una estructura adyacente; y
agujeros para elementos de sujeción a través de
al menos una de dichas hojas y al menos parcialmente dentro de
dicho punto fuerte para recibir elementos de sujeción para unir
dicha pieza de sandwich metálica expandida por medio de dicho punto
fuerte a dicha estructura adyacente.
22. Un conjunto estructural como el definido en
la reivindicación 21, que comprende además:
superficies de aplicación en dicho punto fuerte
aplicadas con ferretería de unión que se extiende entre dicha
estructura adyacente y dicha pieza de sandwich metálica, existiendo
dicha ferretería de unión en un estado de tensión para sujetar con
seguridad dicha estructura adyacente y dicha pieza juntas.
23. Un conjunto estructural como el definido en
la reivindicación 22, en el que:
dicho punto fuerte adopta la forma de un
bastidor periférico que circunda a dicha pieza como una estructura
periférica del mismo.
24. Un conjunto estructural como el definido en
la reivindicación 23, en el que:
dicho bastidor periférico tiene una superficie
de borde periféricos continuo que se extiende alrededor de dicha
pieza y que conecta directamente y está unido integralmente a los
bordes periféricos exteriores de dichas hojas superior e inferior,
constituyendo dicho borde periféricos de dicho bastidor un
cerramiento de dicha pieza enrasado con dichos dos bordes
periféricos exteriores de dichas hojas superior e inferior.
25. Un conjunto estructural como el definido en
la reivindicación 24, en el que:
dichas superficies de aplicación incluyen un
agujero que se abre en dicho borde periféricos continuo de dicho
bastidor periférico para recibir un elemento de sujeción mediante el
cual se une dicha pieza a dicha estructura adyacente.
26. Un conjunto estructural como el definido en
la reivindicación 23, en el que:
dichas almas están conectadas integralmente a
dicho bastidor periférico y acoplan las fuerzas desde dicha
estructura adyacente, a través de dicho bastidor, a dichas hojas
superior e inferior y a través de dicha pieza, evitándose con ello
concentraciones de esfuerzos en los puntos de unión sobre dicha
pieza.
27. Un conjunto estructural como el definido en
la reivindicación 22, que comprende además:
rebajos mecanizados en dicho punto fuerte para
recibir dicha ferretería de unión en una posición rebajada dentro
de las superficies exteriores de dichas hojas superior e
inferior.
28. Un método para unir una estructura sandwich
unida por difusión conformada por superplasticidad a una estructura
adyacente, que comprende:
seleccionar una estructura sandwich unida por
difusión, conformada por superplasticidad, que tiene una hoja
superior, una hoja inferior espaciada de dicha hoja superior, y que
definen entre ellas un espacio interno, almas integrales que
abarcan dicho espacio interno y unidas integralmente a dichas hojas
superior e inferior, y un punto fuerte metálico integral con dichas
hojas superior e inferior y con partes de dichas almas;
mecanizar una abertura a través de al menos una
de dichas hojas y al menos parcialmente dentro de dicho punto
fuerte metálico integral, para recibir ferretería de unión para unir
dicha estructura sandwich a una estructura adyacente;
insertar dicha ferretería de unión dentro de
dicha abertura, y aplicar las superficies en dicha abertura con
dicha ferretería de unión; y
unir dicha ferretería de unión a dicha
estructura adyacente para unir dicha estructura sandwich a dicha
estructura adyacente y para establecer un camino para la
transferencia de la carga entre dicha estructura sandwich y dicha
estructura adyacente que distribuya las cargas en dicha estructura
sandwich uniformemente entre ellas.
29. Un método como el definido en la
reivindicación 28, en el que:
dicha abertura es un agujero perforado a través
de dicho punto fuerte;
dicha ferretería de unión es un perno que se
extiende a través de dicho agujero y a través de otro agujero en
dicha estructura adyacente, y sujeto con una tuerca apretada para
ejercer una fuerza de tracción que sujete dicha estructura
adyacente a dicha estructura sandwich, teniendo dicho punto fuerte
una resistencia a la compresión suficiente como para reaccionar a
dicha fuerza de tracción ejercida por dicha tuerca y perno.
30. Un método como el definido en la
reivindicación 28, en el que:
dicha abertura es un agujero perforado en dicho
punto fuerte y roscado con roscas helicoidales;
dicha ferretería de unión es un tornillo para
máquina que se extiende dentro de dicho agujero y a través de otro
agujero en dicha estructura adyacente, teniendo dicho tornillo para
máquina roscas helicoidales engranadas con dichas roscas
helicoidales en el agujero, y apretado con un par de torsión para
ejercer una fuerza de tracción que sujete dicha estructura
adyacente a dicha estructura sandwich, teniendo dicho punto fuerte
una resistencia suficiente como para reaccionar a la fuerza de
tracción ejercida por dicho tornillo para máquina.
31. Un método como el definido en la
reivindicación 28, en el que:
dicho punto fuerte incluye un bastidor
periférico que rodea a dicha esa y que constituye un borde
periférico de la misma.
32. Un método como el definido en la
reivindicación 31, en el que:
dicho bastidor periférico es una estructura
continua y constituye un cerramiento periférico que se levanta
verticalmente alrededor de dicha estructura sandwich.
33. Un método como el definido en la
reivindicación 31, en el que:
dicho punto fuerte está situado a lo largo de un
borde de dicha estructura sandwich, y dicha abertura es un agujero
perforado en un borde que mira hacia el lado de dicho bastidor
periférico para recibir dicha ferretería de unión.
34. Un método como el definido en la
reivindicación 33, en el que:
dicho agujero en dicho borde que mira hacia el
lado de dicho bastidor periférico está roscado para producir roscas
helicoidales que constituyen dichas superficies en dicha abertura
para engrane con un elemento de sujeción roscado que comprende
dicha ferretería de unión.
35. Un método como el definido en la
reivindicación 28, en el que:
dicho punto fuerte incluye dos medios bloques
situados dentro de dicho espacio interno, estando dichos dos medios
bloques unidor por difusión a dichas hojas de las caras y a una hoja
de núcleo que forman dichas almas, para formar una estructura
unitaria integral.
36. Un método como el definido en la
reivindicación 28, en el que:
se inserta dicha ferretería de unión en un
rebajo mecanizado en dicho punto fuerte para recibir dicha
ferretería de unión dentro de líneas de molde interior y exterior,
definidas por superficies exteriores de dichas hojas superior e
inferior.
37. Un método como el definido en la
reivindicación 38, en el que:
dicha ferretería de unión incluye elementos de
sujeción que sujetan una hoja de una articulación a dicho punto
fuerte, teniendo dicha articulación otra hoja unida a dicha
estructura adyacente, uniendo dicha articulación dicha estructura
sandwich a dicha estructura adyacente para girar con relación a
ella.
38. Un método de acuerdo con la reivindicación
1, en el que la estructura sandwich metálica tiene dos hojas de
caras espaciadas que definen en las superficies exteriores una línea
de molde exterior, y en las superficies interiores entre ellas un
espacio abierto, y una pluralidad de almas que abarcan dicho espacio
abierto y que acoplan dichas dos hojas de caras, que comprende:
preconformar dos hojas de núcleo de un núcleo en
áreas seleccionadas en el área central de celdas de dicho núcleo en
una burbuja, para preadelgazar dichas hojas de núcleo en dichas
áreas seleccionadas;
montar dichas hojas de cara y dicho núcleo en un
paquete con dichas hojas de cara abarcando dicho núcleo;
insertar un primer racor para gas que comunique
desde el exterior de dicho paquete con el espacio interior del
núcleo dentro de dicho núcleo entre dichas hojas de núcleo, e
insertar un segundo racor para gas que comunique desde dicho
paquete exterior con el espacio interior del paquete dentro de dicho
paquete, entre dicho núcleo y dichas hojas de las caras;
sellar dichas hojas de las caras y dicho núcleo
juntos alrededor de un borde periféricos exterior de dicho paquete
en dos envueltas estancas al aire encajadas que incluyen una
envuelta interior y una envuelta exterior, comprendiendo dicha
envuelta interior dicho núcleo, y comprendiendo dicha envuelta
exterior dichas hojas de las caras;
calentar dicho paquete a temperaturas de
superplasticidad dentro de una estampa que tiene una cavidad de
estampa con superficies interiores configuradas como dicha línea de
molde exterior de dicha estructura sandwich metálica;
mientras está a temperaturas de
superplasticidad, inflar dicha envuelta exterior contra dichas
superficies interiores de la cavidad de la estampa, inyectando para
ello gas de conformación en dicha envuelta exterior a través de
dicho segundo racor para gas, e inflar dicha envuelta interior
contra dicha envuelta exterior inyectando para ello gas de
conformación en dicha envuelta interior a través de dicho primer
racor para gas;
unir por difusión dichas hojas de núcleo
alrededor de dichas líneas de unión a partes de dichas hojas de
núcleo en lados opuestos de dichas líneas de unión, y a dichas
hojas de las caras para producir dichas almas alrededor de dichas
celdas;
con lo que se minimiza el adelgazamiento de
dichas almas en las regiones de unión de dichas almas y dichas
hojas de las caras.
39. Un método como el definido en la
reivindicación 38, que comprende además:
insertar un punto fuerte en forma de un bastidor
periférico entre dichas hojas de las caras y rodeando a dicho
núcleo, constituyendo dicho bastidor periférico un borde periféricos
de dicha estructura sandwich;
teniendo dicho bastidor periférico una dimensión
del grosor en una dirección perpendicular al plano de dichas hojas
de las caras superior e inferior al menos igual a la altura
combinada de dichas burbujas del núcleo;
con lo que dicho borde periféricos mantiene una
separación entre dichas burbujas del núcleo y dichas hojas de las
caras durante el calentamiento a temperaturas de superplasticidad,
para evitar la distorsión de dichas burbujas por dichas hojas de
las caras y la unión por difusión prematura a elevadas
temperaturas.
40. Un método como el definido en la
reivindicación 38, que comprende además:
montar dicho bastidor periférico como dos medios
bastidores superior e inferior separados, estando dicho medio
bastidor superior entre dicho núcleo y dicha hoja superior y estando
dicho medio bastidor inferior entre dicho núcleo y dicha hoja de la
cara inferior.
41. Un método como el definido en la
reivindicación 40, en el que:
dicho paso de sellado incluye soldar dicha hoja
de núcleo, dichos medios bastidores superior e inferior, y dichas
hojas de las caras superior e inferior, juntos, alrededor de los
bordes periféricos exteriores de los mismos.
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