ES2235688T3 - Rectificador externo y metodo para fabricar y utilizar el mismo. - Google Patents
Rectificador externo y metodo para fabricar y utilizar el mismo.Info
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Abstract
Un aparato para uso en el rectificado de la superficie cilíndrica externa de una pieza de trabajo, que comprende un miembro metálico anular y alargado (20), que tiene porciones de extremo opuestas, superficies interior y exterior (24, 22) y una vía de paso que se extiende a su través, de extremo a extremo, de tal manera que la superficie interna (24) de dicho miembro anular (20) tiene una capa de un material abrasivo (26) que se extiende substancialmente en toda la longitud de la misma, así como una ranura (21), formada a través de una porción lateral de dicho miembro anular (20) y que se extiende en toda la longitud del mismo con el fin de facilitar la expansión y contracción de éste de manera que se ajuste radialmente al diámetro de la superficie interior (24) de dicho miembro anular (20), caracterizado por que dicho material abrasivo (26) está en contacto directo con la superficie interior (24) de dicho miembro metálico anular (20).
Description
Rectificador externo y método para fabricar y
utilizar el mismo.
La presente invención se refiere a un aparato
para uso en el rectificado, de conformidad con el preámbulo de la
reivindicación 1. Un ejemplo de tal aparato se describe en el
documento US 5.564.972 A. La invención se refiere también a un
método para fabricar este tipo de aparato.
Durante mucho tiempo ha existido la necesidad de
tener la posibilidad de rectificar de forma precisa superficies
externas de miembros cilíndricos de una manera que produzca una
superficie extremadamente precisa de un tamaño o diámetro
predeterminado, y hacerlo, preferiblemente, mediante una operación
de una única carrera o pasada del miembro de rectificado que gira
con respecto a la pieza de trabajo. Se han logrado dispositivos
para llevar esto a cabo, en virtud de dispositivos de rectificado
interno que incluyen el dispositivo de rectificado interno que se
describe en el documento US 4.253.279 A. La Patente de Althen se ha
asignado al Asignatario de este mismo Solicitante y comprende
algunas técnicas similares para llevar a efecto operaciones de
rectificado extremadamente precisas, si bien en superficies de ánima
o cavidad interior en lugar de en superficies cilíndricas
externas.
En el pasado, el acabado exterior de una pieza de
trabajo se ha venido llevando a cabo, previamente, mediante
esmerilado o torneado, o por medio del uso de una herramienta
manual de labrado exterior. Más recientemente, el documento US
5.564.972 A, al igual que el documento US 5.846.126 A, describe una
herramienta de acabado de diámetro exterior para el acabado de
tolerancia baja o estrecha de las superficies exteriores de piezas
de trabajo generalmente cilíndricas, tales como barras de pistón.
Este aparato de Marvin et al. incluye una semienvuelta
metálica exterior, una capa abrasiva interior y una capa de material
epoxídico o resina, situada entre ellas, de tal manera que la capa
abrasiva interior se encuentra situada sobre la superficie interior
de la capa de material epoxídico o resina. El método de
conformación de la herramienta de Marvin et al. incluye la
electro-conformación de la capa abrasiva en torno a
la superficie exterior de un miembro de barra que incluye una
porción cilíndrica central, así como una porción divergente o que
se ensancha gradualmente hacia fuera. Una vez que se ha formado la
capa abrasiva sobre la superficie exterior de la barra, la barra se
inserta dentro de la semienvuelta metálica de tal manera que se
mantiene un espacio anular entre la superficie interior de la
semienvuelta metálica y la capa abrasiva formada sobre la
superficie exterior de la barra. El espacio se llena entonces con un
material epoxídico o de resina y, después de su solidificación o
curado, la capa de material epoxídico o de resina asegura la barra
revestida de abrasivo en el interior de la semienvuelta metálica
formando una estructura compuesta consistente en la semienvuelta
metálica, la capa de material epoxídico o resina, la capa abrasiva
y la barra. Se retira a continuación la barra mediante la inmersión
de la estructura compuesta en una solución cáustica que disuelve la
barra, o bien retirando la barra mediante su supresión por
esmerilado. La eliminación de la barra da lugar a que la capa
abrasiva quede fijada a la semienvuelta metálica únicamente por la
capa de material epoxídico o resina.
El documento DE 37 12 101 A describe una
herramienta de rectificado que comprende una parte de soporte
metálico y una parte de trabajo, de tal manera que la parte de
trabajo tiene una matriz en la que están embebidos los
abrasivos.
En consecuencia, es el objeto de principio o
fundamental de la invención proporcionar un dispositivo de
rectificado para el rectificado de superficies externas que evite
el sobrecalentamiento, al disponer de medios mejorados para disipar
el calor generado en el curso del rectificado.
Otro objeto consiste en disponer de la
posibilidad de rectificar más superficies externas en un periodo de
tiempo dado.
Otro objeto es proporcionar unos medios mejores y
más eficientes para disipar el calor producido durante el
rectificado de superficies externas.
Otro objeto consiste en preconizar un nuevo
método para fabricar una herramienta de rectificado externo que
comprende electro-depositar materiales abrasivos
sobre las superficies internas de los miembros de rectificado
metálicos.
Estos objetos se alcanzan por medio de un aparato
que comprende las características de la reivindicación 1.
Realizaciones preferidas del aparato se reivindican en las
reivindicaciones 2 a 10.
Los objetos se logran adicionalmente en virtud de
un método que comprende las etapas de la reivindicación 10. Tipos
preferidos de este método se reivindican en las reivindicaciones 11
a 14.
Una de las ventajas principales de la presente
construcción o estructura frente a las estructuras conocidas de la
técnica anterior, incluyendo el dispositivo que se describe en el
documento US 5.564.972 A, de Marvin et al., es el hecho de
que, en la presente construcción, la capa abrasiva, que es, de
preferencia, una capa súper-abrasiva, se fija a la
superficie interior de un miembro metálico preferiblemente por
medio de un procedimiento de depósito o recubrimiento metálico.
Esto significa que, con la presente construcción, existe un mejor
soporte del miembro abrasivo. Ello es importante cuando se utilizan
materiales súper-abrasivos, ya que significa que la
herramienta puede ser utilizada para rectificar muchas más
superficies sin ser reemplazada, y puede ser ajustada, dentro de
unos límites, de manera que se mantenga un cierto diámetro de las
partes que son rectificadas y se compense, al mismo tiempo, el
desgaste de la capa abrasiva. La presente construcción también
resulta ventajosa por cuanto que es posible variar el espesor de la
capa del material abrasivo de una manera relativamente sencilla,
conforme ésta es aplicada a la superficie interior del miembro de
rectificado. Esto es importante en muchas aplicaciones debido a que
la primera porción de la superficie de rectificado tiene,
preferiblemente, una inclinación de mayor pendiente que las otras
porciones y a que puede existir más de una porción inclinada en el
extremo por el que entra el miembro de rectificado. En dicha
construcción, la mayor parte de la abrasión tendrá lugar en la
primera porción que entra en acoplamiento con la superficie de
trabajo, y se producirá un menor grado de abrasión, y también un
efecto de pulido, por parte de las porciones de menor inclinación
y/o cilíndricas del miembro de rectificado.
En el dispositivo de Marvin et al., "un
material de substrato 20, preferiblemente epoxídico, asegura la
superficie interna de la capa abrasiva 22 en el interior de la
semienvuelta 16". Véase la columna 4, líneas
16-18. Como resultado de ello, la capa abrasiva de
Marvin et al., que también puede ser una capa
súper-abrasiva, se encuentra situada sobre una capa
de material epoxídico o resina que, por su propia naturaleza, se ve
sometida relativamente en mayor grado a cambios y no proporciona
las mismas características de disipación del calor y de soporte
para la capa abrasiva que se proporcionan cuando la capa abrasiva
se deposita directamente sobre un miembro metálico, tal como un
miembro confeccionado de níquel, hierro, cobre, cromo y/o diversas
otras aleaciones. La presente construcción de herramienta de
rectificado externo proporciona, por lo tanto, una herramienta más
duradera y de vida útil más larga, que incluye medios mejorados
tanto para soportar la capa abrasiva sobre la superficie interna de
la herramienta, como para disipar el calor generado durante un
procedimiento de rectificado, todo lo cual incrementa la precisión y
la consistencia del rectificado de las superficies de piezas de
trabajo cilíndricas dentro de tolerancias muy pequeñas.
La presente invención preconiza un aparato que
tiene las características de la reivindicación 1, así como un método
de fabricación que tiene las características de la reivindicación
10.
En la realización preferida, se forman materiales
súper-abrasivos tales como partículas de diamante o
partículas de nitruro de boro en sistema cúbico, integralmente con
la superficie anular interior del miembro de rectificado, tal como
por medio de un procedimiento de electro-depósito o
electro-conformación. Se describen aquí algunos
métodos para formar la capa abrasiva adyacente a la periferia o
contorno interior del miembro de rectificado. Con independencia de
los métodos utilizados, es importante para la presente invención que
la capa abrasiva sea aplicada directamente a la superficie metálica
del miembro de rectificado, o se forme integralmente con la misma,
puesto que esto proporciona unos medios eficaces para que el calor
generado en el curso de una operación de rectificado escape o se
disipe a través del material metálico que forma el miembro de
rectificado y también a través de los medios de soporte que están
asociados al mismo.
También de manera importante, es de especial
importancia para el presente miembro de rectificado la forma de la
superficie anular interior sobre la que se forma o se fija de otra
manera el material abrasivo. A este respecto, la porción de
abertura de entrada de la superficie interna del miembro de
rectificado puede incluir una o más porciones inclinadas o en
estrechamiento gradual, seguidas de una porción substancialmente
cilíndrica que controlará el diámetro final de la superficie
cilíndrica de la pieza de trabajo que está siendo rectificada. La
porción de abertura de entrada en estrechamiento gradual puede
incluir una primera porción inclinada con una pendiente
relativamente pronunciada, seguida de una o más porciones menos
inclinadas o de una porción substancialmente recta o cilíndrica, de
tal manera que la porción abrasiva inclinada con la pendiente más
pronunciada proporciona una acción de corte más agresiva y una mayor
eliminación de material bruto o de partida, en comparación con las
porciones abrasivas menos inclinadas o con la porción recta o
cilíndrica, que sirven para acabar y pulir la superficie cilíndrica
exterior de la pieza de trabajo. A medida que la pieza de trabajo
es suministrada a través del miembro de rectificado una o más
veces, la porción de diámetro interior más pequeño del miembro de
rectificado experimentará una presión menor y será capaz de
terminar y dotar de unas dimensiones más precisas a la superficie de
la pieza de trabajo. Se constata y anticipa que es posible utilizar
diversas combinaciones de tramos o secciones inclinadas y rectas en
combinación con la presente invención, incluyendo la incorporación
de una inclinación inversa en la porción de extremo de la abertura
de salida de la superficie interior del miembro de rectificado.
Cada una de las diversas realizaciones del
presente miembro de rectificado incluye, de la misma manera, una
ranura o acanaladura estrecha, rectilínea o de otra forma, la cual
se extiende a lo largo de toda la longitud del miembro de
rectificado, en uno de las caras del mismo, con el fin de permitir
que dicho miembro se expanda y contraiga cuando se acoplan con él
medios para cambiar el diámetro interior del miembro de
rectificado. Esta facultad es importante por razón de que permite a
un usuario expandir o contraer el diámetro de rectificado interior
de la herramienta, si bien dentro de intervalos relativamente
estrechos, tanto para compensar el desgaste del material abrasivo a
lo largo de la vida útil del miembro de rectificado como para
modificar ligeramente el diámetro del rectificado del miembro que
se ha de rectificar, en un intervalo de diámetros de superficie
mucho más amplio que lo que ha sido posible hasta el presente con
el uso de los dispositivos de rectificado externo de la técnica
anterior.
La realización preferida del presente miembro de
rectificado se confecciona con el uso de un mandril sobre el que se
forma el miembro anular abrasivo de rectificado. En el método de
fabricación preferido, se forman una o más capas de material
abrasivo sobre el mandril de conformación utilizando un
procedimiento de electro-depósito, y se forman, a
continuación, capas sucesivas de metal no abrasivo, tal como
níquel, hierro, cobre, cromo y/o diversas aleaciones, directamente
sobre la capa abrasiva hasta alcanzar un diámetro exterior deseado,
con el uso del mismo procedimiento de
electro-depósito. Con el mandril en su lugar, se
esmerila o mecaniza entonces de otra manera el diámetro exterior del
miembro de rectificado hasta que alcanza el diámetro exterior de
acabo adecuado y pueden llevarse a cabo de la misma manera otros
procedimientos de mecanizado. Una vez que el mandril de
conformación ha sido retirado del miembro de rectificado formado en
torno a él, pueden llevarse a cabo operaciones ulteriores
adicionales en el miembro de rectificado, que incluyen mecanizar o
cortar de otro modo la ranura o acanaladura de expansión /
contracción en toda su longitud, a través de una porción lateral
del mismo.
Si bien el mandril de conformación está fabricado
típicamente de un acero inoxidable o de otro material metálico,
puede, de la misma forma, conformarse a partir de una cera, un
plástico o algún otro material deformable que pueda retirarse
posteriormente, una vez que el miembro de rectificado se haya
formado a su alrededor, tal como mediante la destrucción del
mandril de conformación no permanente a través de un procedimiento
de calentamiento o fusión, o mediante algún otro método, tal como
un procedimiento de destrucción química. El mandril de conformación
puede también adoptar muchas formas y tamaños diferentes, de tal
manera que la forma y características de la superficie exterior del
mandril determinan el tamaño y la forma de la superficie anular
interior del miembro de rectificado, tal como las diversas
inclinaciones de las aberturas de entrada y de salida que se han
expuesto en lo anterior. Asimismo, el mandril de conformación puede
dotarse adecuadamente de una máscara o plantilla con el propósito
de formar acanaladuras helicoidales en la superficie interior del
miembro de rectificado, a fin de conducir aceite de rectificado u
otro refrigerante a su través durante una operación de
rectificado.
Estos y otros objetos y ventajas de la presente
invención se pondrán de manifiesto para los expertos de la técnica
tras la consideración de la siguiente descripción detallada, que
describe varias realizaciones de la construcción y del
funcionamiento de herramientas que se utilizan para rectificar
superficies cilíndricas externas.
La Figura 1 es una vista en alzado lateral de un
miembro de rectificado que se utiliza para rectificar superficies
cilíndricas externas de piezas de trabajo construidas de acuerdo
con las enseñanzas de la presente invención;
la Figura 2 es una vista desde el extremo de la
derecha del miembro de rectificado que se muestra en la Figura
1;
la Figura 3 es una vista desde el extremo
izquierdo del miembro de rectificado que se muestra en la Figura
1;
la Figura 4 es una vista en corte transversal
tomado a lo largo de la línea 4-4 de la Figura
3;
la Figura 4A es una vista en corte transversal,
fragmentaria y aumentada, de la superficie interior del presente
miembro de rectificado, la cual muestra una realización de dicha
superficie con porciones inclinadas o en estrechamiento gradual
asociadas;
la Figura 4B es una vista en corte transversal,
fragmentaria y aumentada, similar a la Figura 4A pero que muestra
otra realización de la superficie interna del presente miembro de
rectificado;
la Figura 5 es una vista en alzado frontal de un
aplique de montaje que puede ser utilizado para soportar el presente
miembro de rectificado que se muestra en las Figuras
1-4 en una posición de rectificado horizontal;
la Figura 6 es una vista lateral izquierda del
aplique de montaje que se muestra en la Figura 5;
la Figura 7 es una vista en perspectiva de un
mandril de conformación que se utiliza tanto para formar el miembro
de rectificado como para depositar el material abrasivo sobre la
superficie interna del mismo;
la Figura 8 es una vista en alzado lateral del
miembro de rectificado que se muestra en las Figuras
1-4, formado sobre el mandril de conformación de la
Figura 7;
la Figura 9 es una vista desde el extremo derecho
de la combinación del miembro de rectificado y el mandril de
conformación que se muestra en la Figura 8;
la Figura 10 es una vista en corte transversal
tomado a lo largo de la línea 10-10 de la Figura
9;
la Figura 11 es una vista en alzado lateral y
parcialmente aumentada de la capa abrasiva asociada con la
superficie interior del presente miembro de rectificado, la cual
muestra la matriz de ligadura o unión entre dos partículas
abrasivas adyacentes, una vez completado el procedimiento de
electro-depósito;
la Figura 12 es similar a la Figura 11 y muestra
la supresión de una parte de la matriz de unión entre partículas
abrasivas adyacentes, a fin de favorecer una acción de corte más
agresiva;
la Figura 13 es una vista en perspectiva de otra
realización de un miembro de rectificado externo, construido de
acuerdo con las enseñanzas de la presente invención;
la Figura 13A es una vista en perspectiva de un
mandril de conformación que puede utilizarse para formar el miembro
de rectificado que se ilustra en la Figura 13;
la Figura 14 es una vista en alzado lateral y en
corte transversal parcial de un conjunto de aplique destinado a
soportar el presente miembro de rectificado en una posición de
rectificado vertical;
la Figura 15 es una vista en planta inferior del
conjunto de aplique de la Figura 14; y
la Figura 16 es una vista en alzado frontal de
una máquina típica para el dimensionado de ánimas de múltiples
husillos en la que pueden montarse los presentes miembros de
rectificado externo.
Haciendo referencia a los dibujos y, más
particularmente, por las referencias numéricas en las que los mismos
números se refieren a partes análogas, la referencia numérica 20 de
la Figura 1 identifica un miembro de rectificado o elemento de
manguito construido de acuerdo con las enseñanzas de la presente
invención, de tal manera que dicho miembro de rectificado 20 se
emplea para rectificar las superficies cilíndricas externas de las
piezas de trabajo. El dispositivo 20 es un miembro metálico anular
o tubular alargado que tiene una superficie cilíndrica externa 22 y
una superficie cilíndrica interna 24. La superficie interna 24 se
reviste por depósito con una o más capas de una sustancia abrasiva
26, y la superficie abrasiva se extiende substancialmente por
completo alrededor del contorno interior del miembro 20, como se
muestra mejor en la Figura 2. (En su uso a lo largo de esta
descripción, se pretende que el término "capa abrasiva"
signifique una o más capas de un gránulo abrasivo o de otro
material abrasivo, que se deposita o forma de otra manera sobre una
superficie concreta.) El miembro 20 incluye también al menos un, y,
en la realización que se muestra en la Figura 1, tres orificios
ciegos 30, alineados axialmente y situados en posiciones
predeterminadas, tal como se muestra en las Figuras 1 y 4. Los
orificios ciegos 30 se utilizan para colocar adecuadamente y
sujetar el miembro de rectificado 20 dentro de un aplique de
montaje adecuado, tal como se explicará más adelante. El miembro 20
incluye también una abertura o ranura 32 que se extiende
axialmente, la cual discurre a lo largo del mismo. El propósito de
la abertura 32 consiste en permitir que el miembro 20 sea expandido
o contraído en una pequeña cantidad, como se explicará de la misma
manera más adelante, con el fin de ajustar el diámetro de
rectificado del miembro 20 y compensar el desgaste de la capa
abrasiva 26. En el caso de que se utilice como capa abrasiva 26 un
material súper-abrasivo, tal como un nitruro de
boro cristalizado en el sistema cúbico o una capa de partículas de
diamante, el diámetro de la superficie de rectificado será
susceptible de ser modificado en una cierta cantidad con el fin de
compensar el desgaste de la capa abrasiva y permitir que pueda
utilizarse la misma herramienta para rectificar muchas más
superficies que las que serían posibles de otra manera. La forma
como se modifica el diámetro del presente miembro de rectificado 20
se describirá con mayor detalle más adelante. Como se muestra mejor
en las Figuras 1-4, los orificios ciegos 30 se
encuentran situados en posición directamente opuesta a la abertura
32.
De especial importancia para la presente
invención es la forma de la superficie interior anular 24 sobre la
que se forma o fija el material abrasivo. En la forma preferida de
la invención, la superficie interior 24 (Figura 4) se muestra
provista de una porción de extremo 34 de abertura de entrada
inclinada con una pendiente relativamente acusada, así como de una
porción menos inclinada o cilíndrica 36. Esto significa que, cuando
una pieza de trabajo que presenta una superficie cilíndrica que se
ha de rectificar se desplaza axialmente introduciéndose y
haciéndose pasar a través del miembro 20, al tiempo que uno de los
miembros está girando con respecto al otro, la velocidad o
intensidad de rectificado y la presión de rectificado serán las
mayores cuando la superficie que se está rectificando se desplaza y
entra en contacto con la porción de superficie abrasiva 34
inclinada con la mayor pendiente. A continuación, la pieza de
trabajo se encontrará con la segunda porción 36 inclinada con una
pendiente menor o cilíndrica, perteneciente a la superficie
interior 24, a fin de terminar y pulir la superficie de la pieza de
trabajo. Esto se realiza desplazando la pieza de trabajo a través
del miembro de rectificado 20 una o más veces. Lo importante es que
el diámetro final del ánima 24, que es la porción de diámetro
mínimo, controlará el diámetro final de la superficie cilíndrica de
la pieza de trabajo que está siendo rectificada. Ello también
significa que la porción de diámetro más pequeño de la rectificadora
se verá sometida a una presión menor y será capaz de acabar y dotar
de dimensiones más precisas la superficie de la pieza de
trabajo.
Las Figuras 4A y 4B se han proporcionado para
ilustrar varias disposiciones de estrechamiento gradual o
inclinación que pueden ser incorporadas a la forma de la superficie
anular interior 24 del miembro de rectificado 20. Por ejemplo, la
Figura 4A muestra la superficie interna 24 del miembro de
rectificado 20, provista de dos porciones de abertura de entrada
34A y 34B en pendiente o inclinadas, así como una de una porción de
cola o trasera 36 que es substancialmente cilíndrica, de tal modo
que dicha porción 36 determina el diámetro de la pieza de trabajo
final. Puede proporcionarse, si se desea, una porción de cola
opcional 37 inclinada inversamente. La Figura 4B, por otra parte,
es similar a la Figura 4A pero muestra una construcción o estructura
de superficie interna en la que existe una única porción 34C
inclinada con una pendiente relativamente acentuada al comienzo de
la superficie de rectificado 24, así como otra porción 36 que se
extiende desde la porción inclinada 34C de la abertura de entrada
hasta una porción opuesta e inclinada inversamente 37, situada en
el extremo opuesto del miembro de rectificado, de tal manera que la
porción de superficie interna 36 de nuevo es substancialmente
cilíndrica y determina el diámetro final de la pieza de
trabajo.
Las Figuras 5 y 6 muestran un conjunto de aplique
38 en el que puede montarse el presente miembro de rectificado 20.
El conjunto de aplique 38 incluye un miembro 40 que tiene un espesor
(Figura 6) que se aproxima a la longitud del miembro de rectificado
20. El miembro de montaje 40 es sustancialmente cilíndrico y está
provisto de una pluralidad de vías de paso o aberturas redondas 42
que están separadas circunferencialmente en torno al miembro 40,
como se aprecia mejor en la Figura 5. Los diámetros de las vías de
paso 42 pueden modificarse como se muestra, con el fin de igualar o
equilibrar la fuerza de soporte ejercida sobre el miembro de
rectificado. Cada una de las vías de paso 42 tiene un paso lateral
estrecho 44 que se extiende entre la respectiva vía de paso 42 y
una vía de paso interior 46, situada centralmente en el miembro 40,
y está en comunicación con las mismas. La vía de paso central 46 es
la vía de paso en la que se monta el miembro de rectificado 20 de
la forma que se muestra. El miembro 40 tiene también una abertura
o vía de paso 48 que se extiende radialmente y que, de la misma
manera, se extiende entre la vía de paso 46 y una superficie
exterior 50 del miembro 40, y está en comunicación con las mismas.
Cuando el miembro de rectificado 20 se monta en la vía de paso 46,
la abertura longitudinal 32 queda alineada con la vía de paso 48.
Las razones para ello se pondrán de manifiesto en lo que sigue. El
miembro de rectificado 20 se muestra provisto de tres orificios
ciegos 30, situados en la cara opuesta del miembro 20 con respecto
a la abertura 32 que se extiende en toda su longitud. Cuando el
miembro de rectificado 20 se encuentra situado dentro de la vía de
paso o ánima 46, los orificios ciegos 30 quedarán alineados con unas
aberturas roscadas respectivas (Figura 6) practicadas en el miembro
de montaje 40. Cada una de las aberturas 52 recibirá un miembro
roscado 54, que se enrosca hacia dentro hasta que su porción
terminal de extremo interior se acopla con el respectivo orificio
ciego 30. Esto coloca adecuadamente y sujeta el miembro de
rectificado 20 en su posición dentro de la vía de paso 46, con la
abertura 32 en alineación con la abertura 48 del miembro de montaje
40, como se ilustra mejor en la Figura 5. Se constata y anticipa
que es posible utilizar, de la misma manera, otros medios para
colocar y sujetar el miembro de rectificado en posición adecuada
dentro del miembro de montaje 40, sin apartarse del espíritu y
ámbito de la invención.
El miembro de montaje 40 incluye también otros
orificios, incluyendo un orificio roscado 56 que recibe un miembro
roscado 58 que tiene una porción de extremo 60 que puede ajustarse
para ser situada en una posición separada con respecto a uno de los
lados de la abertura 48. La posición en la que se ajuste el miembro
58 controla la magnitud máxima del ajuste que puede realizarse por
lo que respecta a la anchura de la abertura 48 y, por tanto,
también de la abertura 32. La anchura de la abertura 48 es
ajustable por medio de un conjunto de tornillo de ajuste 62. El
conjunto de tornillo de ajuste 62 se extiende a través de unos
orificios alineados 64 y 66, tal como se muestra en la Figura 5.
Cuando el conjunto de tornillo de ajuste 62 se coloca en los
orificios alineados 64 y 66, puede ser ajustado para variar el
espacio de separación existente entre uno de los lados de la
abertura 48 y la porción de extremo 60 del tornillo de ajuste 58.
La contracción o la expansión de la abertura 48 imparte fuerzas
correspondientes sobre el miembro de rectificado 20 a través del
miembro de montaje 40, a fin de variar en correspondencia la
anchura de la abertura 32 del miembro de rectificado y cambiar con
ello el diámetro de la superficie abrasiva interior del miembro
20.
Como el diámetro de rectificado está gobernado
por el espacio de separación entre los lados opuestos de la abertura
32 existente en el miembro de rectificado 20, puede observarse que,
ajustando adecuadamente la anchura de esta abertura, es posible
modificar el diámetro de rectificado. La magnitud en la que puede
variarse el diámetro de rectificado es, a este respecto,
relativamente pequeña, pero abarca un intervalo de ajuste que es
necesario tanto para compensar el desgaste de las superficies de
rectificado 34-36 como para cambiar ligeramente el
diámetro de rectificado con el fin de rectificar un intervalo mucho
más amplio de diámetros de superficie. Esta pequeña magnitud de
ajuste es, ciertamente, suficiente cuando se utilizan materiales
abrasivos súper-duros, puesto que tales materiales
se desgastan muy poco. Estos medios de ajuste hacen posible, por
tanto, que la presente herramienta de rectificado sea capaz de
rectificar muchas más partes que las que serían de otra manera
posibles si no se hubieran proporcionado algunos medios que se
ajustasen incluso a las magnitudes de desgaste minúsculas en las
superficies de rectificado.
Como se ilustra en la Figura 5, el conjunto de
ajuste 62 se extiende a través de las aberturas de paso 64 y 66 y a
través del espacio de separación formado por la abertura 48. El
ajuste del conjunto de tornillo 62 puede realizarse con el uso de
un destornillador, una llave inglesa o una herramienta similar,
herramienta que puede ser insertada en la ranura 68. Al hacer girar
el tornillo 62 de la forma deseada, se tira de las porciones del
aplique 40 situadas en los lados opuestos de la abertura 48
juntándolas entre sí, o bien se permite su movimiento una distancia
muy pequeña con el fin de cambiar el diámetro de rectificado del
miembro 20. El miembro 58, que está roscado en el interior de la vía
de paso 56, proporciona medios de tope destinados a limitar la
magnitud máxima del ajuste posible. El tornillo de ajuste 58 puede
también colocarse y ajustarse de tal manera que la porción de
extremo 60 impedirá que el miembro de rectificado 20 sea contraído
más allá del diámetro final establecido para la superficie
cilíndrica de una pieza de trabajo concreta.
También, de manera importante, puesto que el
intervalo de ajuste que se consigue con la rotación del conjunto de
tornillo 60 es, de hecho, relativamente pequeño, dichos pequeños
cambios en la anchura de la abertura 48 pueden llevarse a cabo con
el uso de una disposición de rosca diferencial con respecto a los
orificios 64 y 66 y a las roscas asociadas con las porciones de
cabeza y de extremo, 62A y 62B respectivamente, del conjunto de
tornillo 62. Por ejemplo, las porciones roscadas 62A y 62B del
conjunto de tornillo 62 pueden ser de un paso de rosca ligeramente,
de manera que las roscas externas de la porción de extremo de
tornillo 62B son susceptibles de acoplarse en cooperación con las
roscas internas asociadas al orificio 64, en tanto que las roscas
externas de la porción de cabeza de tornillo 62A son susceptibles
de acoplarse en cooperación con las roscas internas asociadas al
orificio 66. Como las porciones de rosca 62A y 62B son de un paso
ligeramente diferente, la rotación del conjunto de ajuste de
tornillo 62 producirá un ligero movimiento axial relativo entre los
lados opuestos de la abertura 48, y esto, a su vez, provocará
pequeños cambios en el diámetro interior del miembro 20, tal como
se ha explicado anteriormente. El movimiento axial relativo entre
los lados opuestos de la abertura 48 igualará a la diferencia entre
el avance axial provocado por cada uno de los dos pasos de rosca
diferentes que se utilizan. Si bien se prefiere, en general, el
mecanismo anteriormente descrito para el ajuste y variación del
diámetro de la superficie interna del miembro 20, se constata y
anticipa que pueden utilizarse, de la misma manera, otros medios
para ajustar la anchura de las aberturas 32 y 48, incluyendo una
disposición de mordaza o abrazadera convencional en la que el
miembro de rectificado 20 puede situarse dentro de una abrazadera
convencional con forma de C que incluye medios para expandir y/o
contraer la abrazadera en torno al miembro 20 con el fin de ejercer
una fuerza correspondiente contra él.
El miembro de montaje 40 contiene también unos
miembros de soporte o soportes giroscópicos superior e inferior,
70, 72, 74 y 76. Los miembros 74 y 76 se extienden a través de unos
pasos formados en los miembros respectivos 70 y 72, y soportan el
aplique o dispositivo de soporte 40 en el curso del rectificado, si
bien con una cierta libertad en todas las direcciones. Durante el
rectificado, la pieza de trabajo se desplaza a través del miembro
20, entrando en acoplamiento con la capa abrasiva. La disposición
de soporte giroscópico permite una fácil maniobra con el aplique
40, a fin de que se acople con la pieza de trabajo de tal manera
que no se ejerzan fuerzas sesgadas sobre la pieza de trabajo durante
una operación de rectificado. También, dicha disposición de soporte
giroscópico permite que el aplique 40 sea fácilmente ajustado y/o
girado de tal modo que se evite la aplicación de cualesquiera
fuerzas de flexión y otras fuerzas sesgadas sobre el miembro de
rectificado 20 cuando el miembro 20 es expandido o contraído. Esta
disposición garantiza la precisión y consistencia a lo largo de la
operación de rectificado.
El método preferido para fabricar el miembro de
rectificado 20 de la presente invención se lleva a cabo mediante el
uso de un mandril de conformación, tal como el mandril de
conformación 80 que se ilustra en la Figura 7. Ello se realiza,
preferiblemente, mediante un procedimiento de
electro-conformación, si bien pueden utilizarse, de
la misma forma, otros procedimientos tales como un procedimiento de
compactación de metal en polvo. La forma y la configuración de la
superficie exterior del mandril de conformación 80 determinará la
forma y la configuración de la superficie abrasiva interior del
presente miembro de rectificado cuando se forme la presente
herramienta sobre él. Por ejemplo, la superficie exterior del
mandril de conformación 80 incluye una porción de guía de entrada
82, inclinada con una pendiente mayor, una segunda porción 84 menos
inclinada, y una porción sustancialmente cilíndrica 86. A este
respecto, se constata y anticipa que la superficie exterior del
miembro 80 puede ser sustancialmente cilíndrica a lo largo de toda
su longitud, o bien que dicha superficie exterior puede tener una o
más porciones inclinadas o en estrechamiento gradual, tales como
las porciones 82 y 84 que se ilustran en la Figura 7, incluyendo
una porción substancialmente cilíndrica, tal como la porción 86,
así como una porción de inclinación opuesta (no mostrada). Con
independencia de la forma y configuración particulares de la
superficie exterior del mandril de conformación, el presente miembro
de rectificado, tal como el miembro 20 que se ilustra en las
Figuras 1-4, se electro-deposita
directamente sobre el mandril de conformación 80 de la siguiente
manera.
Si bien es posible utilizar cualesquiera medios
adecuados para fijar o unir las partículas abrasivas a un miembro de
sustrato sin que ello vaya en perjuicio de las enseñanzas de la
presente invención, se prefiere generalmente un procedimiento de
electro-depósito. A este respecto, se depositan
directamente una única o múltiples capas de un material
súper-abrasivo, tal como partículas de diamante y/o
partículas de nitruro de boro cristalizado en el sistema cúbico,
sobre la superficie exterior del mandril de conformación 80,
utilizando técnicas conocidas. Esto puede llevarse a cabo colocando
y sujetando las partículas abrasivas contra la superficie exterior
del mandril de conformación, dentro de un baño de
electro-depósito, y aplicando a continuación contra
ella una capa inicial delgada de un material
electro-depositado, con el fin de sujetar la
primera capa adyacente de partículas y fijarlas unas con otras en
torno a la superficie exterior del mandril 80. Se dispone de
procedimientos de electro-depósito bien conocidos
para llevar a cabo esta tarea. Materiales
electro-depositados que se emplean típicamente para
este tipo de aplicación de unión incluyen metales tales como el
níquel, el cobre, el cobalto y el cromo; aleaciones metálicas tales
como el níquel-fósforo, el
níquel-boro y el latón; así como otros materiales
que incluyen el electro-depósito
auto-catalítico o no electrolítico. El depósito
auto-catalítico se refiere a un procedimiento en el
que el propio material depositado cataliza la reacción de reducción
en la superficie de la herramienta. En cualquier caso, es posible
electro-depositar cualquier número de capas de metal
que contiene partículas abrasivas sobre la superficie exterior del
mandril 80 hasta cualquier altura predeterminada, basándose en
numerosos factores que incluyen el tamaño del grano abrasivo, así
como la aplicación de rectificado concreta de que se trate. Se
electro-depositan a continuación capas subsiguientes
de metal sobre la capa o las capas más internas con contenido de
material abrasivo, hasta que se alcanza para el manguito de la
herramienta el espesor aproximado que se desea. Este metal puede
incluir níquel, hierro, cobre, cromo o diversas aleaciones
diferentes. Una descripción más detallada de los métodos de depósito
conocidos para la unión de partículas
súper-abrasivas a un sustrato de herramienta
particular se expone en la Patente norteamericana Nº 5.178.643, del
mismo Solicitante.
Como se muestra mejor en la Figura 10, el mandril
de conformación 80 incluye orificios ciegos y roscados 88 y 90, que
se extienden dentro de los extremos opuestos del miembro 80. Estos
orificios ciegos 88 y 90 pueden ser utilizados para recibir en
cooperación miembros de barra roscados y otros aparatos de
instalación que se emplean para colocar adecuadamente el mandril de
conformación 80 en un baño de electro-depósito o en
otro procedimiento de conformación de capa abrasiva. Estos mismos
miembros de barra que se extienden hacia fuera u otros aparatos de
instalación pueden ser utilizados, de la misma manera, para colocar
adecuadamente el mandril de conformación 80, con el miembro de
rectificado 20 formado sobre el mismo, con el fin de llevar a cabo
diversas operaciones de mecanizado ulterior. Por ejemplo, una vez
que se ha completado el procedimiento de
electro-depósito y se ha formado el miembro de
rectificado 20 sobre el mandril 80, tal como se ha explicado en lo
anterior, se cortan, mecanizan o practican por quemado los
orificios ciegos 30, como se muestra mejor en las Figuras
1-4, en el interior del miembro de rectificado 20
mientras el miembro 20 se encuentra todavía situado sobre el
mandril de conformación 80. Además, con el miembro 20 aún colocado
sobre el mandril 80, la capa de metal
electro-depositada situada más al exterior se
esmerila a continuación hasta que se alcanza un diámetro exterior de
acabado deseado para la herramienta. En estas dos operaciones, los
miembros de barra acoplados en los orificios ciegos 88 y 90 se
utilizan para sujetar y alinear los miembros 20 y 80 en la
maquinaria apropiada para la realización de estas tareas. Una vez
completadas estas operaciones, se retira el mandril 80 del miembro
20 y se corta o mecaniza de otra manera, dentro del miembro 20, la
ranura o abertura 32 que se extiende longitudinal o axialmente. Los
orificios ciegos 88 y 90 pueden utilizarse, de la misma manera, para
retirar el miembro de conformación 80 del miembro de rectificado 20
una vez que se ha completado el procedimiento de
electro-depósito.
La retirada del presente miembro o herramienta de
rectificado 20 del mandril de conformación 80 puede verse facilitada
por la aplicación de un agente separador o divisor en la superficie
exterior del mandril 80, antes de comenzar el procedimiento de
electro-depósito. También, a este respecto, el
mandril de conformación 80 puede fabricarse a partir de una cera,
plástico o algún otro tipo de material deformable de manera no
permanente que pueda ser separado y retirado más tarde del miembro
de rectificado formado a su alrededor, tal como mediante la
destrucción del mandril de conformación por medio de un
procedimiento de calentamiento o de fusión, o bien mediante un
procedimiento de destrucción química o algún otro método. Además,
con independencia de la construcción y de la composición material
concretas del mandril de conformación 80, es también deseable
formar una acanaladura helicoidal o alguna otra disposición de
estriación en la superficie abrasiva interior del miembro de
rectificado 20, de tal manera que el aceite de rectificado u otro
lubricante pueda pasar a través de dicha estriación durante una
operación de rectificado, con el fin de facilitar tanto la
refrigeración como la eliminación de material de partida y/o de
virutas. Esta estriación no está limitada a una mera configuración
helicoidal, sino que puede comprender cualquier interrupción de la
superficie interior del miembro de rectificado 20. Esta disposición
de estriación se lleva a cabo disponiendo adecuadamente una máscara
o plantilla sobre la superficie exterior del mandril de
conformación 80, antes del procedimiento de depósito, para formar
una banda o tira helicoidal u otra disposición de estriación, tal
como la tira de enmascaramiento 92 que se ilustra en la Figura 7.
Este enmascaramiento puede lograrse por medio del uso de cinta,
cera u otros materiales análogos a la cera que se extiendan en
torno a la superficie exterior del miembro 80, en la zona en la que
se depositarán sobre la misma las partículas abrasivas. Las
partículas abrasivas que forman la superficie interior del miembro
de rectificado 20 no se fijarán con facilidad al mandril de
conformación 80 en la zona de la tira 92 dispuesta como
enmascaramiento, por lo que se formará la estriación deseada a
través de la cual puede fluir el lubricante de rectificado.
Aún de manera adicional, es también posible
conformar el miembro de rectificado 20 por mecanizado de cualquier
material adecuado. En esta situación particular, el material
abrasivo puede ser fijado a la superficie interior del manguito de
rectificado por medio de un procedimiento de depósito tal como el
que se describe en la Patente norteamericana Nº 5.178.643, del
mismo Solicitante. Es también posible fijar las partículas
abrasivas a la superficie interior del miembro de rectificado por
soldadura con cobre, colada de guarnición, cementación u otros
métodos adecuados.
Con independencia del modo como se forma el
presente miembro de rectificado 20, es importante para la presente
invención disponer el material abrasivo directamente aplicado sobre
la superficie interior de la herramienta de rectificado, tal como
el miembro 20 de rectificado de metal. Esto significa que el
material abrasivo, cuando se calienta en el curso del rectificado,
será capaz de disipar eficazmente el calor hacia las partes
metálicas circundantes con las que se encuentra en contacto. Esto
es importante debido a que permite utilizar la presente herramienta
para rectificar un gran número de partes en una secuencia continua
sin que se produzca sobrecalentamiento. En los dispositivos de la
técnica anterior, tales como el dispositivo que se muestra en la
Patente norteamericana Nº 5.564.972, de Marvin et al., se
coloca una capa de un material plástico que se define en la Memoria
de la Marvin et al. como consistente en una capa de un
material epoxídico o resina, entre la capa de material abrasivo y
el material circundante. Los materiales epoxídicos y las resinas no
son tan buenos conductores del calor ni son tampoco tan resistentes
como los diversos metales que se emplean en las construcciones
presentes, y tales materiales epoxídicos y resinas tienen una
probabilidad mayor de ser dañados por el calor y los esfuerzos de
cizalladura o corte que el metal. Esto significa que si el material
epoxídico se somete a temperaturas y esfuerzos relativamente
elevados, perderá su resistencia y podrá resultar dañado. Esto
puede también acortar substancialmente la vida útil del miembro de
rectificado y dará lugar a un dimensionado menos preciso de la
pieza de trabajo. Esto puede ralentizar también de manera
substancial la operación de rectificado, al requerir ciclos de
corte más lentos para reducir la acumulación de calor. Éste no es
el caso con la presente construcción, en la que la capa abrasiva se
fija directamente al metal circundante. Es ésta una diferencia
importante entre la presente construcción y construcciones tales
como las que se muestran y describen en la Patente de Marvin et
al.
Es también importante apreciar que en el
procedimiento para producir el miembro de rectificado 20 que se
ilustra en las Figuras 1-4 y 8-10,
la superficie anular abrasiva 24/26 puede adoptar una cualquiera o
más de las diversas disposiciones en estrechamiento gradual o
inclinadas que se han expuesto anteriormente, incluyendo una o más
porciones inclinadas que presenten diferentes grados o pendientes de
inclinación, una porción cilíndrica, una porción inclinada
inversamente, o bien cualquier combinación de las mismas. También,
puesto que la porción de guía de entrada inclinada de la
herramienta es la porción que sufre el mayor desgaste durante un
procedimiento de abrasión, se constata y anticipa que dicha porción
de guía de entrada de la superficie anular interior de la
herramienta puede incluir una capa abrasiva más gruesa, en
comparación con otras porciones de la superficie abrasiva anular
interior de la herramienta. Por ejemplo, el espesor de la porción
de guía de entrada 34A de la capa abrasiva que cubre la superficie
interior del miembro de rectificado 20, tal como se muestra en la
Figura 4A, puede ser 0,38 mm (0,015 pulgadas), en tanto que el
espesor restante de la capa abrasiva que cubre las porciones 34B y
36 puede ser únicamente 0,25 mm (0,010 pulgadas). Esta construcción
ayudará a conservar y a prolongar la longevidad del miembro de
rectificado 20.
Es también importante apreciar que, cuando el
presente miembro de rectificado 20 se retira del mandril de
conformación 80, la relación geométrica entre las partículas
abrasivas adyacentes 94 y la matriz de unión 96 formada entre las
mismas es substancialmente similar a la ilustrada en la Figura 11.
En otras palabras, cuando se electro-depositan las
capas de partículas abrasivas sobre el mandril de conformación 80,
para retirarse después dicho mandril como se ha descrito
anteriormente, la altura o profundidad del agente aglutinante o de
unión 96 se extenderá substancialmente al mismo nivel y cerca de la
porción de borde de corte superior 94A de las partículas granulares
abrasivas, tal y como se muestra en la Figura 11. Esta configuración
carente de relieve entre las partículas granulares adyacentes 94 es
un resultado directo del procedimiento de fabricación por
conformación en mandril por electro-deposición que
se ha expuesto en lo anterior. Si bien las superficies de las
partículas abrasivas que quedan al descubierto (Figura 11)
proporcionarán una acción de corte en una aplicación de rectificado
a medida que una pieza de trabajo se desplaza a través del miembro
de rectificado 20, y aunque una parte del agente aglutinante 96
entre partículas adyacentes se eliminará de forma natural por el
uso continuado del miembro de rectificado a lo largo de un cierto
periodo de tiempo, debido al hecho de que el agente aglutinante está
compuesto de un material más blando en comparación con las
partículas abrasivas y se desgastará durante el rectificado,
dejando con ello al descubierto una porción mayor de las partículas
abrasivas para la acción de corte, es posible lograr fácilmente una
acción de corte más agresiva eliminando en la práctica una parte de
la matriz de unión entre partículas abrasivas adyacentes una vez
que el miembro de rectificado se ha retirado del mandril de
conformación, con el propósito de exponer una porción mayor de las
partículas abrasivas a la pieza de trabajo que ha de ser
rectificada, tal como se ilustra en la Figura 12. La matriz de unión
resultante 96 entre las partículas abrasivas 94, tal como se
ilustra en la Figura 11, puede ser reducida después de que el
miembro de rectificado ha sido separado del mandril de conformación
80, por uno cualquiera de entre una variedad de métodos diferentes,
tales como por medios mecánicos, medios electroquímicos, ataque
químico superficial, o eliminación del recubrimiento por
desprendimiento de la unión metálica, una vez que el mandril de
conformación 80 se ha retirado del miembro de rectificado.
Cualquiera de estos métodos eliminará cualquier profundidad o
espesor predeterminado de la matriz de unión entre partículas
adyacentes, de tal manera que se forma un espacio de separación
entre la superficie superior del agente aglutinante 94 y la porción
de borde de corte superior 94A de las partículas granulares
abrasivas, tal como se ilustra en la Figura 12. Esta área con
relieve no sólo mejora la acción de corte, sino que este espacio de
separación proporciona también un espacio adicional para la
extracción de material de partida durante una operación de
rectificado, y proporciona, de la misma manera, un camino para que
el aceite de rectificado u otros fluidos refrigerantes circulen en
torno a la pieza de trabajo durante una operación de rectificado, a
fin de refrigerar la misma. Aún adicionalmente, esta área con
relieve proporciona también un espacio de separación suficiente para
aplicar un agente o revestimiento substancialmente blando,
anti-adherente y anti-arañazos,
sobre la parte superior de la matriz de unión, a fin de evitar que
las virutas y limaduras metálicas que se producen durante una
operación de rectificado se acumulen, recojan y suelden o unan de
otra manera por sí mismas sobre la superficie de unión entre las
partículas abrasivas. Este procedimiento de revestimiento
anti-arañazos se describe exhaustivamente en la
Patente norteamericana Nº 5.178.643, de este mismo Solicitante.
La Figura 13 ilustra otra realización 100 de la
presente herramienta de rectificación, en la cual la herramienta 100
incluye una porción de cuerpo cilíndrica 102 que tiene una
pluralidad de acanaladuras o canales axiales 104, formados en
posiciones separadas en torno a la superficie interior de la misma.
Cada una de las acanaladuras o canales 104 se ha diseñado para dar
cabida a un miembro abrasivo independiente, tal como el miembro
abrasivo en forma de varilla o lingote 106. Se monta un miembro de
lingote independiente 106 en cada uno de los canales 104, y cada
uno de ellos se extiende longitudinalmente a lo largo del mismo. El
tipo de material abrasivo utilizado para fabricar los miembros de
lingote abrasivos 106 determinará la vida útil del miembro o
herramienta de rectificado 100, y dichos miembros de lingote 106
pueden fabricarse de cualquier material abrasivo conocido,
incluyendo materiales súper-abrasivos. También, de
manera importante, los miembros de lingote abrasivos 106 y los
canales correspondientes 104 pueden construirse de tal manera que
cada miembro de lingote 106 puede ser retirado y reemplazado
selectivamente por un nuevo miembro abrasivo 106 cuando cada uno de
dichos miembros llega a gastarse o queda deformado de otra manera
con el transcurso del tiempo.
La porción de superficie concreta de cada miembro
de lingote 106 situada de cara hacia dentro, en dirección hacia el
centro de la porción de cuerpo cilíndrica 102, puede también
haberse formado de tal manera que incluya superficies interiores
inclinadas tales como las diversas superficies inclinadas y
cilíndricas que se han expuesto, explicado e ilustrado previamente
en relación con las Figuras 4A y 4B. Además, al igual que el
miembro de rectificado 20, el miembro de rectificado 100 incluye
también una abertura 108 que se extiende axialmente, la cual se
prolonga en toda la longitud de la porción de cuerpo cilíndrica 102
y funciona para permitir al miembro 100 expandirse o contraerse
como se ha explicado anteriormente en relación con la abertura axial
32 asociada con el miembro de rectificado 20. De manera similar, el
miembro 100 también incluye al menos un orificio ciego 109 que
funciona de forma análoga a los orificios ciegos 30 (Figuras
1-4) y se emplea para situar adecuadamente y
bloquear el miembro de rectificado 100 en el interior de un aplique
de montaje adecuado, tal como el aplique de montaje que se ilustra
en las Figuras 5 y 6. En esta realización particular, las
superficies situadas de cara hacia dentro pertenecientes a los
miembros de lingote abrasivos independientes 106, proporcionan la
acción de trabajo de corte por acoplamiento o contacto de la
herramienta 100, a fin de rectificar cualquier pieza de trabajo
cilíndrica particular. Son también posibles otras realizaciones y
variaciones de la presente herramienta de rectificado 100, siempre
y cuando el dispositivo de rectificado externo sea capaz de
rectificar un número relativamente grande de partes hasta una
dimensión muy precisa y, al mismo tiempo, permitir a un usuario
realizar algunos ajustes limitados en el diámetro interior de la
herramienta 100, con el fin de ser capaz tanto de compensar el
desgaste del material abrasivo como de proporcionar un cierto
ajuste de diámetro limitado con el fin de permitir que la misma
herramienta sea utilizada para rectificar muchas más superficies
que las que de otra forma sería posible.
El miembro de rectificado 100 puede fabricarse,
de la misma manera, mediante el uso de un mandril de conformación
tal como el mandril de conformación 110 que se ilustra en la Figura
13A. Al igual que el mandril de conformación 80, la forma y la
configuración de la superficie exterior del mandril de conformación
110 determinará la forma y la configuración de la superficie
interna del miembro de rectificado 100 cuando se forme la presente
herramienta sobre el mismo. En esta situación particular, los
salientes 112 que se extienden longitudinalmente y que están
asociados con el mandril de conformación 110 producirán la
pluralidad de acanaladuras o canales axiales 104 (Figura 13) que se
forman en posiciones separadas en torno a la superficie interior
del miembro de rectificado 100. A la hora de
electro-conformar el miembro 100 sobre el mandril de
conformación 110, puede utilizarse cualquier procedimiento de
electro-depósito convencional adecuado para formar
el miembro 100, ya que no es necesario depositar o unir de otra
forma ninguna partícula abrasiva sobre la superficie exterior del
mandril de conformación 110 en esta realización particular. La
porción de cuerpo cilíndrica 102 del miembro 100 no contiene ningún
material abrasivo y la porción de acoplamiento o contacto de
trabajo de la herramienta se proporciona únicamente mediante el uso
de los miembros de lingote abrasivos 106. Se constata y anticipa
también que la porción de cuerpo cilíndrica 102 del miembro de
rectificado 100 puede fabricarse utilizando uno cualquiera de entre
una variedad de métodos adecuados diferentes, tales como la
conformación del miembro 100 por mecanizado de una pieza de metal o
de otro material apropiado.
Las Figuras 14 y 15 ilustran otro conjunto de
aplique 113 que puede ser utilizado para soportar los presentes
miembros de rectificado, tales como los miembros de rectificado 20
y 100, en una posición de rectificado substancialmente vertical. En
la construcción que se ilustra en las Figuras 14 y 15 se
proporciona un tubo de accionamiento alargado 114 que se ajusta o
encaja en un dispositivo de accionamiento o husillo de una máquina
particular, tal como la máquina de rectificado o dimensionado de
ánimas que se ilustra ene la Figura 16. El extremo opuesto del tubo
de accionamiento 114 se une a un conjunto 115 dentro del cual se
coloca un miembro de rectificado, tal como uno cualquiera de los
miembros de rectificado 20 y 100 que se han descrito en lo anterior.
La Figura 15 es una vista desde el extremo de fondo del conjunto de
aplique 113, la cual ilustra con mayor claridad el modo como el
presente miembro de rectificado 20 se coloca y mantiene en posición
operativa dentro del conjunto 115. Como se ilustra en la Figura 14,
el tubo de accionamiento 114 se dispone orientado verticalmente y
las partes o piezas de trabajo que se han de rectificar se
suministrarán al interior del aplique 113 desde la porción de
extremo inferior del mismo. A este respecto, el miembro de
rectificado 20 situado dentro del conjunto 115 (Figura 15) puede
permanecer estático y puede desplazarse verticalmente hacia arriba
y hacia abajo la pieza de trabajo concreta que se ha de rectificar
durante una operación de rectificado particular. De manera similar,
es también posible mantener estática la pieza de trabajo y desplazar
verticalmente el tubo de accionamiento 114 y el conjunto asociado
115 hacia arriba y hacia abajo para completar el procedimiento de
rectificado. El hecho de que la herramienta permanezca estacionaria
al tiempo que la pieza de trabajo se desplaza, o de que la pieza de
trabajo permanezca estática mientras la herramienta se desplaza o
realiza un movimiento de vaivén, dependerá de la aplicación de
dimensionado particular. De manera análoga, el miembro de
rectificado podrá sostenerse de una manera no rotativa al tiempo que
la pieza de trabajo es impulsada en un husillo rotativo durante la
operación de rectificado, o bien puede hacerse girar el miembro de
rectificado al tiempo que la pieza de trabajo se sujeta de una
forma no rotativa durante una operación de rectificado.
El conjunto de aplique 113 que se ilustra en la
Figura 14 incluye también un miembro anular 116 situado cara arriba
y que se proporciona y es de utilidad para introducir un material
refrigerante destinado a ser suministrado a la posición en la que
tiene lugar el rectificado. La disposición de los medios 116 que
contienen refrigerante sugiere que puede ser deseable, cuando se
utiliza este tipo de construcción, formar la estriación helicoidal
u otros medios de interrupción de superficie en la superficie
interna de la herramienta de rectificado, tales como la estriación
anteriormente descrita con respecto al mandril de conformación 80 y
las tiras de enmascaramiento helicoidales 92 que se ilustran en la
Figura 7, con el fin de permitir que un lubricante fluya con mayor
facilidad a través del miembro de rectificado a medida que se
rectifica la pieza de trabajo.
Como se ilustra mejor en la Figura 15, el
conjunto de aplique 38A que se utiliza para soportar el miembro de
rectificado 20 en posición operativa dentro del conjunto 115, puede
ser idéntico o substancialmente similar en muchos aspectos a la
construcción de aplique 38 ilustrada en las Figuras 5 y 6. Como se
ilustra en la Figura 15, los miembros de soporte o soportes
giroscópicos 70A, 72A, 74A y 76A soportan el conjunto de aplique
38A en el interior del conjunto 115. El conjunto de aplique 38A
funciona y opera de una manera substancialmente similar en todos
los aspectos al conjunto de aplique 38 anteriormente descrito en
relación con las Figuras 5 y 6, a excepción de que este conjunto,
así como el miembro de rectificado 20 que se sujeta en su interior,
está orientado para ser utilizado en un plano de rectificado
vertical. Típicamente, la pieza de trabajo que se ha de rectificar
será un miembro que presente su superficie cilíndrica de
rectificado orientada verticalmente, de tal manera que se acople o
contacte con la superficie interior del miembro de rectificado 20
en una cualquiera de las situaciones de carrera o recorrido
posibles que se han expuesto en lo anterior, como se muestra mejor
en la Figura 16. La superficie de la pieza de trabajo puede ser más
larga que la porción de la pieza de trabajo que se ha de rectificar,
de tal modo que, una vez que se ha completado la operación de
rectificado, la porción de la superficie exterior de la pieza de
trabajo que ha sido rectificada puede retirarse o separarse de la
porción no rectificada. A este respecto, muchas piezas de trabajo
tienen una característica o formación que permite que la pieza de
trabajo sea sujetada en el curso de una operación de rectificado,
tal como una pieza de trabajo que tiene un paso axial que permite
que ésta sea sujetada por un árbol expansible. Además, el conjunto
de aplique 113 que se ilustra en las Figuras 14 y 15 puede tener
sus propios tubos de accionamiento 114 unidos a miembros tales como
los miembros 120, 122 y 124 que se ilustran en la Figura 16, los
cuales se explicarán más adelante.
Los presentes miembros de rectificado externo 20
y 100 pueden ser utilizados en una amplia variedad de operaciones
de rectificado y abrasión diferentes, y de aplicaciones que
incluyen operaciones de una única pasada y de múltiples pasadas,
así como de aplicaciones de múltiples husillos / múltiples
herramientas. Por ejemplo, la máquina 118 para el dimensionado de
cavidades interiores o ánimas que se ilustra en la Figura 16 es
representativa de una máquina programable de múltiples husillos que
tiene tres husillos verticales 120, 122 y 124, de tal manera que
cada husillo puede adaptarse para sujetar una herramienta apropiada,
tal como el conjunto de aplique 113 que incluye el miembro de
rectificado 20, ya sea en una disposición de soporte de herramienta
fija / rígida, ya sea en una disposición de soporte de herramienta
flotante, a fin de garantizar la alineación entre la superficie de
ánima interior 24/26 del miembro de rectificado 20 y la pieza de
trabajo cilíndrica 134 que se ha de rectificar. En relación con la
máquina 118 de múltiples husillos que se ilustra en la Figura 16,
tales máquinas incluyen típicamente una mesa de desplazamiento
rotativo paso a paso, tal como la mesa 126. La mesa de
desplazamiento paso a paso 126 puede incluir cualquier pluralidad de
estaciones, tales como las estaciones 128, 130 y 132 que se
ilustran en la Figura 16, de tal manera que cada estación de
desplazamiento paso a paso puede adaptarse para sujetar una pieza
de trabajo tal como las piezas de trabajo 134. La mesa rotativa 126
puede ser desplazada paso a paso a través de cualquier número de
estaciones en cada ciclo, tratándose cíclicamente de manera continua
cualquier número de piezas de trabajo en la máquina con cada uno de
los tres miembros de rectificado externo, de tal manera que los
miembros 20 asociados a cada uno de los conjuntos de aplique 113
reduce progresivamente el diámetro exterior de la pieza de trabajo
134. En esta situación, el miembro de rectificado externo asociado
a cada uno de los husillos 120, 122 y 124 puede haberse dimensionado
de manera diferente y con el mismo o diferentes tamaños de los
gránulos abrasivos, o bien puede utilizarse una herramienta con el
mismo tamaño en dos o más husillos. También, de manera importante,
dependiendo de la máquina de rectificado o de dimensionado de
ánimas concreta que se está utilizando, es posible asociar
cualquier número de husillos y cualquier número de estaciones para
pieza de trabajo con una máquina concreta. Asimismo, tan solo
algunas de las estaciones para pieza de trabajo asociadas con la
mesa de desplazamiento paso a paso 126 pueden acoplarse realmente
con los miembros de rectificado tales como los miembros de
rectificado asociados a los husillos 120, 122 y 124, en tanto que
el resto de las estaciones para pieza de trabajo pueden ser
utilizadas para partes de carga o instalación y de descarga.
Típicamente, un controlador lógico programable proporciona la
inteligencia necesaria para un control personalizado de las
velocidades de las carreras o pasadas y de los husillos, de las
alimentaciones y de la posición, a fin de optimizar el tiempo de
duración del ciclo, la vida útil de la herramienta, el acabo y la
geometría de la superficie. En cualquier caso, tras el paso de la
última herramienta, el diámetro exterior de la pieza de trabajo,
tal como las piezas de trabajo que se ilustran en la Figura 16, ha
de corresponder a las dimensiones deseadas, ser recto y redondo, y
tener la textura superficial deseada. La mesa de desplazamiento
paso a paso 126 puede hacerse desplazar también selectivamente paso
a paso de manera que pase por un número cualquiera de estaciones por
ciclo. Esta aplicación permite un incremento drástico en las
velocidades de producción dependiendo de los requisitos deseados de
eliminación de material de partida y de acabado superficial.
En la aplicación de múltiples husillos que se
ilustra en la Figura 16, el miembro o la herramienta de rectificado
se desplaza típicamente en una única carrera o pasada ascendente y
descendente, y pasa sobre la superficie exterior de la pieza de
trabajo una sola vez, eliminando una cantidad predeterminada de
material de partida. Como se ha indicado anteriormente, se anticipa
y constata también que la herramienta de rectificado puede
permanecer estática y la pieza de trabajo puede desplazarse
cíclicamente arriba y abajo a través del ánima interior del miembro
de rectificado externo, a fin de retirar una cantidad
predeterminada de material bruto o de partida. Se anticipa y
constata adicionalmente que, bien la herramienta, o bien la pieza
de trabajo, puede hacerse girar durante la carrera de rectificado,
dependiendo de la aplicación de dimensionado. Aún adicionalmente,
se constata y anticipa que es posible desplazar alternativamente o
en movimiento de vaivén cualquier pluralidad de veces una
herramienta de rectificado externo del mismo tamaño sobre la
superficie exterior de la misma pieza cilíndrica con el fin de
conseguir un diámetro exterior final para dicha pieza de trabajo, de
tal manera que el diámetro de la herramienta es reducido en cada
pasada o serie de pasadas en movimiento de vaivén al objeto de
lograr el diámetro exterior final de la pieza de trabajo. Esta
operación constituirá una disposición del tipo de herramienta de
múltiples pasadas. De la misma manera, son posibles otras
aplicaciones y disposiciones de husillo.
Claims (14)
1. Un aparato para uso en el rectificado de la
superficie cilíndrica externa de una pieza de trabajo, que comprende
un miembro metálico anular y alargado (20), que tiene porciones de
extremo opuestas, superficies interior y exterior (24, 22) y una
vía de paso que se extiende a su través, de extremo a extremo, de
tal manera que la superficie interna (24) de dicho miembro anular
(20) tiene una capa de un material abrasivo (26) que se extiende
substancialmente en toda la longitud de la misma, así como una
ranura (21), formada a través de una porción lateral de dicho
miembro anular (20) y que se extiende en toda la longitud del mismo
con el fin de facilitar la expansión y contracción de éste de
manera que se ajuste radialmente al diámetro de la superficie
interior (24) de dicho miembro anular (20), caracterizado
por que dicho material abrasivo (26) está en contacto directo con
la superficie interior (24) de dicho miembro metálico anular
(20).
2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en el cual la capa de material abrasivo (26) de la superficie
interna (24) de dicho miembro anular (20) comprende una primera
porción abrasiva (24) de una forma substancialmente troncocónica,
que se extiende desde una posición adyacente a uno de los extremos
de dicho miembro anular (20) y a lo largo de una porción de la
longitud del mismo, hasta una posición intermedia a lo largo de
éste, y una segunda porción abrasiva (36), que se extiende desde el
extremo opuesto de dicha primera porción abrasiva (34) en dirección
hacia el extremo opuesto de dicho miembro anular (20), de tal
manera que dicha primera porción abrasiva (34) retira material, en
una primera magnitud o intensidad de eliminación, de la superficie
cilíndrica exterior de una pieza de trabajo que se ha de rectificar,
y dicha segunda porción abrasiva (36) retira material de la
superficie cilíndrica externa de una pieza de trabajo que se ha de
rectificar en una magnitud o intensidad de eliminación menor que
dicha primera porción abrasiva (34), de modo que dicha segunda
porción abrasiva (36) establece el diámetro final de la superficie
cilíndrica externa de una pieza de trabajo que se ha de
rectificar.
3. El aparato definido en la reivindicación 2, en
el cual dicha segunda porción abrasiva incluye una porción
substancialmente cilíndrica (36).
4. El aparato definido en la reivindicación 2, en
el cual dicha segunda porción abrasiva (36) incluye una segunda
porción (34B) de forma substancialmente troncocónica, que se
extiende desde el extremo opuesto de dicha primera porción abrasiva
(34A) hacia el extremo opuesto de dicho miembro anular (20), a lo
largo de al menos una porción de la longitud restante de dicho
miembro anular (20), de tal manera que el grado de inclinación o
convergencia axial de dicha segunda porción (34B) de forma
substancialmente troncocónica es menor que el grado de inclinación
axial de dicha primera porción (34A) de forma substancialmente
troncocónica.
5. El aparato definido en la reivindicación 2, en
el cual dicha segunda porción abrasiva incluye una segunda porción
(34B) de forma substancialmente troncocónica, y una porción
substancialmente cilíndrica (36), de tal manera que dicha segunda
porción (34B) de forma troncocónica se extiende desde el extremo
opuesto de dicha primera porción (34A) de forma substancialmente
troncocónica, en dirección al extremo opuesto de dicho miembro
anular (20), a lo largo de una porción intermedia de la longitud
restante de dicho miembro anular (20), hasta una posición
intermedia aún más alejada a lo largo del mismo, extendiéndose
dicha porción substancialmente cilíndrica (36) desde el extremo
opuesto de dicha porción (34B) de forma substancialmente
troncocónica, en dirección hacia el extremo opuesto de dicho
miembro anular (20), de tal modo que el grado de inclinación o
convergencia axial de dicha segunda porción (34B) de forma
substancialmente troncocónica es menor que el grado de inclinación
axial de dicha primera porción (34A) de forma substancialmente
troncocónica, y dicha porción substancialmente cilíndrica (36)
determina el diámetro final al que se rectificará la superficie
cilíndrica externa de una pieza de trabajo.
6. El aparato definido en la reivindicación 2, en
el cual dicha segunda porción abrasiva incluye una porción de
inclinación o convergencia inversa (37), de tal modo que dicha
porción de inclinación inversa (37) tiene una forma
substancialmente troncocónica y se extiende desde una posición
substancialmente adyacente a la porción de extremo opuesto de dicho
miembro anular (20), a lo largo de una porción de la longitud del
mismo y hacia dicho un extremo de dicho miembro anular (20), hasta
una posición intermedia a lo largo del mismo, siendo la inclinación
de dicha porción inversa (37) de forma substancialmente
troncocónica tal, que el diámetro mínimo de la misma está situado
adyacente a la porción de extremo opuesto de dicho miembro anular
(20).
7. El aparato definido en la reivindicación 2, en
el cual se ha formado una acanaladura helicoidal en la superficie
interna de dicho miembro anular (20), la cual se extiende
substancialmente a lo largo de toda la longitud del mismo.
8. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 2,
en el cual se ha formado una disposición de estriación en la
superficie interior de dicho miembro anular (20).
9. El aparato definido en la reivindicación 2, en
el cual dicha primera porción abrasiva (34) incluye una capa de
material abrasivo (26) que es más gruesa que la capa de material
abrasivo (26) asociada a dicha segunda porción abrasiva (36).
10. Un método para fabricar un miembro de
rectificado anular y alargado (20) que tiene superficies exterior e
interior (24, 22), de tal manera que la superficie interior (24) de
dicho miembro de rectificado anular (20) es capaz de conferir la
dimensión precisa a la superficie cilíndrica externa de una pieza de
trabajo cuando dicha pieza de trabajo se hace pasar a través de
dicho miembro de rectificado (20), comprendiendo dicho método las
siguientes etapas:
proporcionar un mandril de conformación anular y
alargado (80) que tiene porciones de extremo opuestas y una
configuración de superficie exterior que determinará la forma y la
configuración de la superficie interna (24) de dicho miembro de
rectificado anular (20), de tal modo que la superficie exterior de
dicho mandril de conformación (80) incluye al menos una porción
inclinada o convergente (82) que se extiende desde una posición
adyacente a una de las porciones de extremo de dicho mandril de
conformación (80), a lo largo de una porción de la longitud del
mismo y hasta una posición intermedia situada a lo largo del
mismo;
unir partículas abrasivas (26) unas a otras en
torno a la superficie exterior de dicho mandril de conformación (80)
mediante el uso de un procedimiento de
electro-depósito;
unir capas subsiguientes de metal sobre y a la
capa abrasiva (26) formada como resultado de la etapa (a) anterior,
hasta que se consigue un espesor aproximado deseado del miembro de
rectificado anular (20);
mecanizar la capa metálica más exterior formada
como resultado de la etapa (c) anterior, hasta un diámetro exterior
de acabado deseado del miembro de rectificado anular (20);
retirar el mandril de conformación (80) del
miembro de rectificado anular (20) formado a su alrededor; y
mecanizar una ranura (48) a través de una porción
lateral de dicho miembro de rectificado anular (20), la cual se
extiende en toda la longitud del mismo para facilitar la expansión
y la contracción de éste.
11. El método definido en la reivindicación 10,
que incluye disponer, antes del procedimiento de unión, una máscara
o plantilla con una configuración predeterminada, sobre al menos
una porción de la superficie exterior (82, 84, 86) de dicho mandril
de conformación (80), al objeto de formar una disposición de
estriación sobre la superficie interior de dicho miembro de
rectificado anular (20) cuando dicho procedimiento de unión se
completa y el mandril de conformación (80) es retirado de dicho
miembro de rectificado anular.
12. El método definido en la reivindicación 10,
en el cual la superficie exterior (82, 84, 86) de dicho mandril de
conformación (80) incluye una primera porción inclinada o
convergente (82), que se extiende desde una posición adyacente a
uno de los extremos de dicho mandril de conformación (80), a lo
largo de una porción de la longitud del mismo y hasta una posición
intermedia situada a lo largo de éste, así como una segunda porción
substancialmente cilíndrica (86), que se extiende desde el extremo
opuesto de dicha primera porción inclinada (83), en dirección al
extremo opuesto de dicho mandril de conformación.
13. El método definido en la reivindicación 10,
en el cual la superficie exterior de dicho mandril de conformación
incluye una primera porción inclinada (82), una segunda porción
inclinada (84) y una porción substancialmente cilíndrica (86), de
tal manera que el grado de inclinación o convergencia axial de
dicha primera porción inclinada (82) supera el grado de inclinación
axial de dicha segunda porción inclinada (84), estableciendo dicha
porción substancialmente cilíndrica (86) el diámetro final de la
superficie cilíndrica externa de una pieza de trabajo que se ha de
rectificar.
14. El método definido en la reivindicación 10,
que incluye la etapa adicional de retirar o suprimir una parte de la
unión entre las partículas abrasivas adyacentes (26), a fin de
exponer una porción mayor de las partículas abrasivas (26) a la
pieza de trabajo durante una operación de rectificado.
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