ES2254605T3 - Aparato conformador que utiliza calentamiento por induccion, que comprende una matriz de ceramica con un recubrimiento duradero. - Google Patents
Aparato conformador que utiliza calentamiento por induccion, que comprende una matriz de ceramica con un recubrimiento duradero.Info
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Abstract
Un troquel (20, 22; 20'', 22'') para uso en un aparato conformador (8) que usa calentamiento por inducción, cuyo troquel comprende: - un cuerpo (54) de troquel que tiene una parte colada que se ha formado a partir de un primer material; y - una pluralidad de segmentos (72) de bobina de inducción embutidos en el cuerpo de troquel, caracterizado porque un revestimiento (56) de troquel está acoplado al cuerpo de troquel cuyo revestimiento define una cavidad (82) de troquel y una superficie conformadora (60), en el que el revestimiento (56) está formado de un material cerámico y el revestimiento es un material compuesto cerámico que se ha sinterizado, cuyo material compuesto cerámico que es diferente del primer material tiene al menos una característica tal como una resistencia de material y/o resistencia química diferente de la característica correspondiente del primer material, logrando un material más duradero que la parte colada del cuerpo de troquel con el fin de permitir el uso prolongado del troquel.
Description
Aparato conformador que utiliza calentamiento por
inducción, que comprende una matriz de cerámica con un
recubrimiento duradero.
El presente invento se refiere generalmente a los
troqueles conformadores cerámicos, y más particularmente a un
troquel conformador cerámico que tiene un revestimiento interior
duradero de troquel que protege la integridad del troquel para de
ese modo prolongar la vida útil del troquel.
Los materiales compuestos de resina reforzada con
fibra (es decir, matriz orgánica) han llegado a ser ampliamente
utilizados, tienen una relación elevada de resistencia mecánica a
peso o una relación elevada de rigidez a peso, y unas
características de fatiga deseables que los hacen cada vez más
populares en aplicaciones donde resultan críticos el peso, la
resistencia mecánica o la fatiga.
Las preimpregnaciones que consisten en fibras
continuas, tejidas, o cortadas empotradas en un material de matriz
sin endurecer se cortan a la forma deseada y luego se apilan en la
configuración deseada de la pieza de material compuesto. La
preimpregnación se puede colocar (estratificar) directamente sobre
una herramienta o troquel que tenga una superficie conformadora
contorneada a la forma deseada de la pieza terminada, o bien la
preimpregnación se puede estratificar en una hoja plana y la hoja
se puede tender sobre una herramienta o matriz plana para
conformarla al contorno de la herramienta. Después de
estratificarla, la preimpregnación se consolida (es decir, se
endurece) en un procedimiento convencional con bolsa al vacío en
una autoclave (es decir, un horno presurizado). La presión aprieta
juntos los estratos individuales de la preimpregnación a las
temperaturas de consolidación/endurecimiento con lo que el material
de matriz fluye para eliminar espacios vacíos y restos de
endurecimiento, generalmente por medio de la polime-
rización.
rización.
En la fabricación con autoclave, los materiales
compuestos se deben embolsar, colocar en la autoclave, y la
temperatura de la totalidad de la masa térmica del material
compuesto y de las herramientas se debe elevar y mantener a las
temperaturas de consolidación y endurecimiento hasta que la pieza se
haya conformado y endurecido. La pieza conformada de material
compuesto y las herramientas luego se deben enfriar, retirar de la
autoclave, y extraerse de la bolsa. Finalmente, la pieza de
material compuesto se debe extraer de las herramientas. Para
suministrar las presiones requeridas de consolidación, es
necesario construir una caja especial de presión dentro de la
autoclave o bien presurizar la totalidad de la autoclave, lo cual
aumenta el tiempo y el coste de fabricación, especialmente para
series de producción de bajo ritmo. Las herramientas de autoclave
sobre las que se estratifican materiales compuestos están formadas
típicamente de metal o de un material compuesto reforzado para
asegurar tolerancias dimensionales apropiadas y para soportar las
fuerzas debidas a la alta temperatura y a la consolidación que se
usan para formar y endurecer los materiales compuestos. Por tanto,
las herramientas de autoclave son generalmente pesadas y tienen
grandes masas térmicas. La totalidad de la masa térmica de la
herramienta se debe calentar junto con el material compuesto
durante el endurecimiento, y debe enfriarse antes de retirar la
pieza de material compuesto terminada. El tiempo requerido para
calentar y enfriar la masa térmica de la herramienta se añade
sustancialmente al tiempo total necesario para fabricar una sola
pieza de material compuesto.
En las piezas de material compuesto que requieran
tolerancias estrechas en la línea interior y en la línea exterior
de molde de la pieza, se deben usar herramientas de autoclave
conjugadas. Cuando se usan herramientas conjugadas, se usa la
presión de consolidación de autoclave para forzar a unirse a las
herramientas conjugadas con el fin de consolidar el material
compuesto y lograr las dimensiones apropiadas de la pieza. Las
herramientas conjugadas son más caras que las herramientas de caras
abiertas y se deben diseñar cuidadosamente para producir buenos
resultados, lo cual se suma a los costes de fabricación de la
pieza.
Una alternativa a la fabricación de piezas de
material compuesto en una autoclave es el uso de una prensa
caliente. En este método, la preimpregnación se estratifica, se
embolsa (si es necesario), y se coloca entre herramientas metálicas
conjugadas que incluyen superficies conformadoras que definen las
líneas de molde internas y externas de la pieza terminada. Las
herramientas y el material compuesto se colocan dentro de la prensa
y luego se calientan. La prensa lleva a las herramientas a unirse
para consolidar y conformar el material compuesto a la forma final.
La fabricación de piezas de material compuesto en una prensa
caliente es también un procedimiento caro debido a la gran
inversión de capital y a las grandes cantidades de energía
requeridas para el funcionamiento de la prensa y el mantenimiento
de las herramientas.
En general, en las operaciones de prensado en
caliente, para obtener tolerancias estrechas, las herramientas
conjugadas de gran tamaño se forman a partir de aleaciones
metálicas caras que tiene pequeños coeficientes de dilatación
térmica. Las herramientas constituyen un sumidero de calor
sustancial que absorbe una gran cantidad de energía y de tiempo
para calentar al material compuesto a las temperaturas de
consolidación. Después de la consolidación, las herramientas se
deben enfriar hasta una temperatura a la que sea seguro retirar la
pieza conformada de material compuesto, lo cual se suma al tiempo de
fabricación.
El documento
EP-A2-0335100 describe una
estructura de molde que comprende estratos con propiedades físicas
diferentes que comprenden un núcleo y medios de enfriamiento. La
patente de EE.UU. Nº 5.683.608 titulada "Troquel cerámico para
celdas de trabajo con calentamiento por inducción" describe un
troquel cerámico para uso en una celda de trabajo con
calentamiento por inducción que incorpora segmentos de la bobina de
inducción en un conjunto ordenado espaciado dentro de un cuerpo de
material cerámico fundido o un cuerpo de material fenólico. Un
bastidor periférico de compresión, típicamente de material
fenólico, circunda el cuerpo del troquel y aplica una carga de
compresión al cuerpo del troquel por medio de varillas de refuerzo
laterales y transversales que se funden en el cuerpo del troquel.
Los troqueles conjugados se cierran para dirigir el calor en una
pieza de trabajo que está situada en el centro de la bobina de
inducción.
La patente de EE.UU. Nº 5.728.309 titulada
"Método para obtener uniformidad térmica en el tratamiento por
inducción de materiales compuestos de matrices orgánicas o de
metales", y la patente de EE.UU. Nº 5.645.744 titulada "Retorta
para obtener uniformidad térmica en el tratamiento por inducción de
materiales compuestos de matrices orgánicas o de metales"
describen métodos para conformar una hoja de pieza de trabajo de
metal o de un material compuesto con un troquel cerámico. En cada
método, al menos una hoja susceptora se apoya contra una hoja de
pieza de trabajo. La hoja susceptora tiene una temperatura de Curie
que es aproximadamente igual a la temperatura a la que se va a
calentar la pieza de trabajo. Se logra la uniformidad de
temperatura porque la permeabilidad magnética de la hoja susceptora
disminuye hasta la unidad a la temperatura de Curie, dando lugar a
que la temperatura de la pieza de trabajo se mantenga en ese
nivel.
Finalmente, el documento US 5530227 describe un
aparato para la consolidación de materiales compuestos de matrices
orgánicas usando calentamiento por inducción. Los troqueles o
herramientas para las piezas de material compuesto de matrices
orgánicas se hacen de un material que no es susceptible al
calentamiento por inducción. Ejemplos de materiales usables para
herramientas son los materiales cerámicos o los materiales
compuestos de resinas. Las herramientas se aumentan de resistencia
mecánica y se refuerzan con varillas de fibra de vidrio u otros
refuerzos apropiados para soportar las temperaturas y presiones
usadas para formar los materiales compuestos. Como las herramientas
utilizadas no son susceptibles al calentamiento por inducción, es
posible usarlas en combinación con elementos de calentamiento por
inducción para calentar el material compuesto.
Aunque estos avances han contribuido en gran
escala a la reducción del tiempo de tratamiento y al
perfeccionamiento de la calidad del artículo acabado, aún subsisten
algunos problemas. Uno de ellos concierne a la durabilidad del
troquel en series de producción de una duración relativamente larga
(por ejemplo, mayores de 250 piezas). La superficie conformadora
del troquel tiende a degradarse con el uso, típicamente a fisurarse
en respuesta a esfuerzos cíclicos y/o a fallar como consecuencia
de incompatibilidades químicas con los susceptores a temperaturas
elevadas o con las resinas y productos químicos en las
preimpregnaciones o estratificaciones de material compuesto si no se
utilizan susceptores. Por consiguiente, las series de producción
relativamente grandes requieren múltiples conjuntos de troqueles,
lo cual aumenta adicionalmente el coste de estas piezas.
En una forma preferida, el presente invento
proporciona un revestimiento de troquel para uso en un troquel que
tiene un cuerpo de troquel en el que el cuerpo de troquel está
configurado para formar una pieza de trabajo. El revestimiento de
troquel es una estructura discreta que está configurada para usarla
conjuntamente con el cuerpo de troquel. El revestimiento de troquel
define una superficie conformadora para conformar la pieza de
trabajo y está configurado para tener al menos una característica
que sea diferente de una característica correspondiente del cuerpo
de troquel de tal manera que el revestimiento de troquel aumenta la
durabilidad del troquel.
En otra forma preferida, el presente invento
provee un troquel para uso en un aparato conformador. El troquel
incluye un cuerpo de troquel y un revestimiento discreto. El cuerpo
de troquel tiene una parte colada que se ha formado a partir de un
primer material. El revestimiento está acoplado a la parte colada
del cuerpo de troquel y define una cavidad de troquel y una
superficie conformadora. El revestimiento está formado de un
segundo material que es diferente del primer material. El segundo
material es relativamente más duradero que la parte colada del
cuerpo de troquel con el fin de permitir la prolongación de uso del
troquel.
A partir de la descripción detallada provista en
la presente memoria, que ilustra una realización preferida del
invento, resultarán aparentes áreas adicionales de aplicabilidad
del presente invento.
Las ventajas y características adicionales del
presente invento resultarán aparentes a partir de la descripción
subsiguiente y de las reivindicaciones incluidas como apéndice,
tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un
aparato para consolidar y formar paneles de materiales compuestos
de matrices orgánicas que tiene un conjunto de troqueles cerámicos
que se ha construido de acuerdo con las enseñanzas del presente
invento;
La Figura 2 es una vista esquemática en corte
transversal del aparato de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista en corte transversal de
un conectador flexible de bobina;
La Figura 4 es una vista parcialmente en despiece
ordenado, parcialmente recortada de una parte del aparato de la
Figura 1;
La Figura 5 es una vista similar a la de la
Figura 2, pero ilustrando un par de piezas de trabajo cargadas en
el conjunto de troqueles y en una condición no conformada;
La Figura 6 es una vista similar a la de la
Figura 5 pero que ilustra las piezas de trabajo en una condición
conformada; y
La Figura 7 es una vista en corte parcial de un
conjunto de troqueles construido de acuerdo con las enseñanzas de
una segunda realización del presente invento.
Con referencia a la Figura 1 de los dibujos, se
ha ilustrado un aparato conformador 8 para incluir un conjunto de
troqueles 10 que se ha construido de acuerdo con las enseñanzas del
presente invento. En el ejemplo particular provisto, el aparato
conformador 8 se ha ilustrado para que sea un aparato conformador
de calentamiento por inducción, pero los expertos en la técnica
comprenderán que los principios del presente invento son también
aplicables a otros troqueles conformadores en frío y en caliente.
El conjunto 10 de troqueles incluye un par de herramientas o
troqueles conjugados 20 y 22, que se han mostrado para fijarse
dentro de un larguero superior 24 y de un larguero inferior 26,
respectivamente. Cada uno de los largueros 24 y 26 está roscado a
cuatro soportes de columna o tornillos de apriete y separación 28.
Los tornillos de apriete y separación 28 se pueden girar usando un
fuelle u otro mecanismo de accionamiento para desplazar entre sí a
los largueros superior e infe-
rior 24 y 26.
rior 24 y 26.
Cada larguero 24 y 26 proporciona una superficie
de refuerzo rígida y plana para su troquel correspondiente 20 y 22
con el fin de impedir que los troqueles 20 y 22 se doblen y fisuren
durante repetidas operaciones de consolidación y conformación.
Preferiblemente, los largueros 24 y 26 son capaces de sujetar los
troqueles a una tolerancia de superficie
de \pm 0,0762 mm (0,003'') por 0,029 m^{2} (1 pie cuadrado) de la superficie conformadora en la caja de herramientas. Dichas tolerancias ayudan a asegurar que se obtengan las tolerancias apropiadas en las piezas. Los largueros 24 y 26 se pueden fabricar de acero, aluminio, o de cualquier otro material capaz de soportar las cargas que se producen durante la conformación. Sin embargo, se prefieren los materiales que no son magnéticos tales como el aluminio o algunas aleaciones de acero para evitar cualquier distorsión al campo magnético producido por las bobinas de inducción que se describen más adelante. En algunos casos, los troqueles 20 y 22 pueden ser lo bastante resistentes desde el punto de vista mecánico sin los
largueros.
de \pm 0,0762 mm (0,003'') por 0,029 m^{2} (1 pie cuadrado) de la superficie conformadora en la caja de herramientas. Dichas tolerancias ayudan a asegurar que se obtengan las tolerancias apropiadas en las piezas. Los largueros 24 y 26 se pueden fabricar de acero, aluminio, o de cualquier otro material capaz de soportar las cargas que se producen durante la conformación. Sin embargo, se prefieren los materiales que no son magnéticos tales como el aluminio o algunas aleaciones de acero para evitar cualquier distorsión al campo magnético producido por las bobinas de inducción que se describen más adelante. En algunos casos, los troqueles 20 y 22 pueden ser lo bastante resistentes desde el punto de vista mecánico sin los
largueros.
Refiriéndose adicionalmente a las Figuras 2 a 4,
cada uno de los troqueles 20 y 22 puede fijarse a su
correspondiente larguero 24 y 26 por medio de dispositivos de
sujeción adecuados, tales como pernos o abrazaderas. En la
realización preferida, los troqueles 20 y 22 están fijados sobre
unas placas de soporte 40 que se sujetan en posición sobre uno
respectivo de los largueros 24 y 26 mediante el uso de barras de
sujeción 42. Las barras de sujeción 42 se extienden alrededor de
los bordes periféricos de las placas de soporte 40 y están
empernadas a sus respectivos largueros 24 y 26 por medio de
elementos de sujeción (no mostrados).
Cada uno de los troqueles 20 y 22 se ha ilustrado
para incluir una pluralidad de paredes de contención 50, una
pluralidad de varillas de refuerzo 52, un cuerpo 54 de troquel. y
un revestimiento 56 de troquel. En la realización particular
ilustrada, las paredes de contención 50 se han hecho de un material,
tal como el material fenólico, que no es susceptible al
calentamiento por inducción, y que tiene un pequeño coeficiente de
dilatación térmica, buena resistencia al choque térmico, y una
resistencia a la compresión relativamente elevada. Cada una de las
paredes de contención 50 se apoya en dos de las otras paredes de
contención 50 que se extienden transversalmente a las mismas.
Las varillas de refuerzo 52, que se han hecho de
fibra de vidrio, se extienden en ambas direcciones longitudinal y
lateral a través de las paredes de contención 50 en una forma como
de rejilla. Las varillas de refuerzo 52 preferiblemente no conducen
la electricidad para que no sean susceptibles al calentamiento por
inducción. Alternativamente, las varillas de refuerzo podrían estar
formadas de un material eléctricamente conductor, pero
preferiblemente se diseñan de manera que no sean susceptibles al
calentamiento por inducción. Inicialmente se emplean unas tuercas
tensoras 58 para aplicar una pequeña fuerza de fijación a las
paredes de contención 50 con el fin de mantener su relación de
dependencia entre sí antes y durante la formación del cuerpo 54 de
troquel.
Cada cuerpo 54 de troquel está hecho de un primer
material que no es susceptible al calentamiento por inducción, tal
como un material compuesto o un material cerámico, que
preferiblemente tiene un pequeño coeficiente de dilatación, buena
resistencia al choque térmico, y una resistencia a la compresión
relativamente elevada. Un material preferido es un material
cerámico de sílice fundida que se puede colar. Un método mediante
el que se pueden construir los cuerpos de troquel se describe en
la patente de EE. UU. asignada comúnmente Nº 6.235.381 titulada
"Estructuras cerámicas reforzadas".
El revestimiento 56 de troquel se ha formado a
partir de un segundo material que tampoco es susceptible al
calentamiento por inducción pero que es relativamente más duradero
que el primer material. En este sentido, el segundo material tiene
al menos una característica, tal como una resistencia de material
(por ejemplo, resistencia a la tracción, resistencia al esfuerzo
cortante, resistencia a la compresión, o resistencia a la fatiga) o
resistencia química, que es diferente a la característica
correspondiente del primer material, que es la causa de que el
revestimiento 56 de troquel sea relativamente más duradero.
El segundo material es preferiblemente un nitruro
de silicio que se funde a la barbotina en la forma de interés, o un
material compuesto de matriz cerámica que se puede formar, por
ejemplo, a partir de un sol-gel polímero (sol de
organosilano o sol de cerámica de vidrio y continuo o fibras
cortadas de carburo de silicio (por ejemplo, Nicalon), que produce
una matriz de carburo de silicio, u óxido de aluminio (por ejemplo,
Nextel 312 ó 440), que produce una matriz de silicato de aluminio.
Típicamente, el revestimiento 56 de troquel tiene un espesor que
está comprendido entre alrededor de 2,0 mm (0,08'') y
aproximadamente 3,2 mm (0,13''), aunque se podrían utilizar
revestimientos de troquel de otros espesores en situaciones
apropiadas. El revestimiento 56 de troquel se endurece (se seca) y
se sinteriza, según sea necesario, y se acopla fijamente a su
cuerpo correspondiente 54 de troquel para formar operativamente la
superficie conformadora de su troquel asociado 20 y 22.
Preferiblemente, el cuerpo 54 de troquel de cada troquel 20 y 22 se
cuela sobre el revestimiento 56 de troquel (es decir, el material
cerámico a granel se cuela sobre el lado que no tiene pieza del
revestimiento 56
de troquel).
de troquel).
Una pluralidad de bobinas de inducción 70 se
extiende longitudinalmente a través de la longitud de los troqueles
20 y 22. En la realización preferida, se usan cuatro bobinas
separadas 70 de inducción; sin embargo, se podrían emplear otras
cantidades de bobinas de inducción. Cada bobina de inducción 70 se
ha formado a partir de una pluralidad de secciones 72 de tubo
recto y una pluralidad de conectores flexibles 74 de bobina. Cada
una de las secciones 72 de tubo recto se extiende según la
longitud del troquel 20 y 22 en la que está instalada. Las
secciones 72 de tubo recto se han formado preferiblemente de un
tubo de cobre ligeramente estirado que tiene aproximadamente 25,4
mm (1'') de diámetro con un espesor de pared de alrededor de 1,6 mm
(0,63'') y preferiblemente se coloca dentro del cuerpo 54 de
troquel de tal manera que se encuentren aproximadamente a 19,0 mm
(0,75'') de la superficie conformadora 60. Cada uno de los
conectadores flexibles 74 de bobina acopla una de las secciones 72
de tubo recto del troquel 20 a una de las secciones 72 de tubo
recto del troquel 22. Las bobinas de inducción 70 se conectan a
una fuente de alimentación de energía eléctrica externa o
dispositivo de excitación de bobina 76 y a una fuente de
refrigerante mediante conectadores 78 situados en los extremos de
las bobinas de inducción 70.
Para aumentar la resistencia mecánica del cuerpo
54 de troquel, las varillas 52 de refuerzo se someten a tensión
después que se ha formado el cuerpo 54 de troquel. El
post-tensado de las varillas 52 de refuerzo ejerce
una carga de compresión sobre el cuerpo 54 de troquel. Como el
material cerámico colado del cuerpo de troquel tiene típicamente
buena resistencia a la compresión pero poca resistencia a la
tracción, esta técnica, que es similar para el hormigón pretensado,
se utiliza en la construcción del troquel para mantener las
tolerancias de los troqueles 20 y 22 y prevenir la fisuración u
otros daños durante el uso del conjunto 10 de troqueles.
Cuando los troqueles 20 y 22 se cierran uno hacia
otro, sus superficies conformadoras cooperan para definir una
cavidad 82 de troquel. En el ejemplo provisto, el conjunto 10 de
troqueles se emplea para una operación de conformación
superplástica en la que un par de piezas de trabajo de titanio 90a
y 90b se van a conformar simultáneamente mediante los troqueles 20 y
22 y soldarse juntas con soldadura fuerte como se ha mostrado en
las Figuras 5 y 6. En operación, un trozo de material 92 de soldar
con soldadura fuerte se coloca entre las piezas de trabajo 90a y
90b y las piezas de trabajo 90a y 90b se cargan entre los troqueles
20 y 22. Luego se emplean los tornillos de apriete y separación
(Figura 1) para apoyar los troqueles 20 y 22 contra las piezas de
trabajo 90a y 90b y desarrollar una fuerza de sujeción que tenga una
intensidad suficiente para facilitar la operación de conformación
superplástica. Preferiblemente, se introduce una atmósfera inerte
en la cavidad 82 de troquel para proteger a las piezas de trabajo
90a y 90b contra la
oxidación.
oxidación.
El dispositivo de excitación 76 de bobinas y una
fuente de refrigerante se activan para suministrar a las bobinas de
inducción un campo eléctrico variable con el tiempo y un
refrigerante. En respuesta al campo eléctrico producido por el
dispositivo de excitación 76 de bobinas, las bobinas de inducción 70
producen un flujo electromagnético que se emplea para calentar las
piezas de trabajo 90a y 90b a una temperatura deseada antes de su
conformación superplástica. En el ejemplo provisto, el control de
temperatura se obtiene controlando la potencia de entrada que se
alimenta a las bobinas de inducción 70 de tal manera que se
mantenga la temperatura deseada en un nivel relativamente constante
durante un tiempo predeterminado, que abarca desde varios minutos
hasta varias horas, mientras se completa el tratamiento de las
piezas de trabajo 90a y 90b.
El refrigerante que circula por las bobinas de
inducción 70 extrae el exceso de calor para de ese modo asegurar
que el cobre del que se han fabricado no se funde durante el
calentamiento de las piezas de trabajo 90a y 90b Cuando las piezas
de trabajo 90a y 90b se han calentado suficientemente, un gas, tal
como el argón, que está a una presión suficiente, se introduce a la
cavidad 82 de troquel en el espacio o compartimento 94 comprendido
entre la superficie conformadora 60 del troquel 20 y la pieza de
trabajo 90a, en el compartimento 96 entre la superficie
conformadora 60 del troquel 22 y la pieza de trabajo 90b, y en el
compartimento 98 entre las piezas de trabajo 90a y 90b. La presión
existente en cada uno de los compartimentos 94, 96 y 98 se regula
de manera que se controle el ritmo con que se deforman las piezas
de trabajo 90a y 90b. Los expertos en la técnica entenderán que
alternativamente los compartimentos 94 y 96 se podrían evacuar (es
decir, someter a un vacío). Debido a la temperatura elevada de las
piezas de trabajo 90a y 90b, estas piezas son relativamente dúctiles
y se deforman fácilmente bajo la presión del gas de tal manera que
son impulsadas a conformarse con la superficie conformadora 60 de
un troquel respectivo de los troqueles 20 y 22. Adicionalmente, el
material 92 de soldar con soldadura fuerte se funde a esta
temperatura elevada y crea una fuerte unión alrededor del perímetro
de las piezas de trabajo 90a y 90b que las acopla fijamente entre
sí. Cuando las piezas de trabajo 90a y 90b se han conformado y
unido entre sí, se retira de las bobinas de inducción 70 el campo
eléctrico variable con el tiempo. Si se desea, se podría mantener el
caudal de refrigerante a las bobinas de inducción 70 con el fin de
enfriar el conjunto 10 de troqueles y las piezas de trabajo
90a y 90b.
90a y 90b.
Como debería resultar aparente a los expertos en
la técnica, la superficie conformadora 60 de cada troquel 20 y 22
se forma teniendo en cuenta la contracción de las piezas de trabajo
90a y 90b, así como cualquier contracción del tratamiento inherente
al material del que se forma el revestimiento 56 de troquel. Los
expertos en la técnica comprenderán que el revestimiento 56 de
troquel proporciona un estrato que es a la vez mecánicamente
resistente y tenaz para proteger de ese modo al material cerámico
del cuerpo 54 de troquel contra el contacto directo durante el
tratamiento de las piezas de trabajo 90a y 90b, así como contra los
daños incidentales que de no ser así se producirían durante el
transporte, configuración y almacenamiento del conjunto 10
de
troqueles.
troqueles.
Aunque el conjunto 10 de troqueles se ha descrito
hasta ahora incluyendo un revestimiento duradero 56 de troquel que
tiene una superficie conformadora 60 que forma la línea exterior de
molde de una pieza de trabajo, los expertos en la técnica
apreciarán que el invento, en sus aspectos más amplios, se podría
construir de un modo un poco diferente. Por ejemplo, los troqueles
podrían formarse con un revestimiento 56' de troquel que esté
configurado para usarlo con un par de hojas susceptoras 100 como
se ha ilustrado en la Figura 7. Como una hoja susceptora 100 está
dispuesta entre cada pieza de trabajo 90a' y 90b' y su
correspondiente troquel 20' y 22', respectivamente, la superficie
conformadora 60' del revestimiento 56' de troquel se ha ensanchado
con respecto a la realización anterior para acomodar la presencia
de la hoja susceptora 100. Según se describe en las patentes de
EE.UU. Números 5.645.744 y 5.728.309 a las que se ha hecho
referencia anteriormente, las hojas susceptoras 100 se seleccionan
basándose en su temperatura de Curie con el fin de facilitar el
control de temperatura alrededor de la temperatura predeterminada.
En este sentido, el flujo electromagnético que han producido las
bobinas de inducción 70 se desplaza a través del material cerámico
y a las hojas susceptoras 100 puesto que éstas son magnéticas y
alojan apretadamente el flujo magnético. Las hojas susceptoras
100 se calientan en respuesta al flujo electromagnético hasta que
se alcanza la temperatura de Curie, cuando las hojas susceptoras
100 se convierten en no magnéticas y son mucho menos susceptibles
al calentamiento por inducción porque el campo magnético variable
con el tiempo inducirá corrientes mucho menos concentradas a lo
largo de toda la profundidad del material. Por tanto, el
calentamiento por inducción por encima de la temperatura de Curie
requiere un aumento sustancial en la intensidad de la corriente de
entrada sobre el que se requiere para una operación sostenida a la
temperatura de Curie, puesto que la fase no magnética de la hoja
susceptora 100 calienta de forma ineficiente. De acuerdo con ello,
mediante una selección juiciosa de un susceptor basada en su
temperatura de Curie, se puede garantizar un control de la
temperatura máxima que sea uniforme a lo largo de todo
el susceptor.
el susceptor.
Claims (14)
1. Un troquel (20, 22; 20', 22') para uso en un
aparato conformador (8) que usa calentamiento por inducción, cuyo
troquel comprende:
- un cuerpo (54) de troquel que tiene una parte
colada que se ha formado a partir de un primer mate-
rial; y
rial; y
- una pluralidad de segmentos (72) de bobina de
inducción embutidos en el cuerpo de troquel, caracterizado
porque un revestimiento (56) de troquel está acoplado al cuerpo de
troquel cuyo revestimiento define una cavidad (82) de troquel y una
superficie conformadora (60), en el que el revestimiento (56) está
formado de un material cerámico y el revestimiento es un material
compuesto cerámico que se ha sinterizado, cuyo material compuesto
cerámico que es diferente del primer material tiene al menos una
característica tal como una resistencia de material y/o resistencia
química diferente de la característica correspondiente del primer
material, logrando un material más duradero que la parte colada del
cuerpo de troquel con el fin de permitir el uso prolongado del
troquel.
2. El troquel (20, 22; 20', 22') de la
Reivindicación 1, en el que el revestimiento (56) se ha formado a
partir de un grupo de materiales que consisten en materiales
compuestos de nitruro de silicio y de matriz cerámica.
3. El troquel (20, 22; 20', 22') de las
Reivindicaciones 1 ó 2, en el que el revestimiento (56) se ha
preformado y la parte colada del cuerpo (54) de troquel se ha
colado sobre un lado del revestimiento (54) opuesto a la superficie
conformadora (60).
4. El troquel (20, 22; 20', 22') de las
Reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que el revestimiento (56) se ha
fundido a la barbotina en una forma predeterminada.
5. El troquel (20, 22; 20', 22') de las
Reivindicaciones 1 a 4, en el que el material compuesto incluye un
material cerámico seleccionado a partir de un grupo que consiste en
fibras de carburo de silicio y fibras de óxido de aluminio
6. El troquel (20, 22; 20', 22') de cualquiera de
las Reivindicaciones 1 a 5, en el que el revestimiento (56) tiene
un espesor comprendido entre alrededor de 2,0 mm y aproximadamente
3,2 mm.
7. El troquel (20, 22; 20', 22') de cualquiera de
las Reivindicaciones 1 a 6, en el que el primer material se
selecciona a partir de un grupo de materiales que consisten en
materiales fenólicos y cerá-
micos.
micos.
8. El troquel (20, 22; 20', 22') de la
Reivindicación 7, en el que el primer material es sílice fundida
que se puede colar.
9. El troquel (20, 22; 20', 22') de cualquiera de
las Reivindicaciones 1 a 8, que comprende además una pluralidad de
varillas (52) de refuerzo laterales y transversales que se
extienden a través del cuerpo de troquel en planos separados.
10. El troquel (20, 22; 20', 22') de la
Reivindicación 9, en el que las varillas (52) de refuerzo se forman
de un material que no es susceptible al calentamiento por inducción
o que son conductoras de la electricidad y están dispuestas de una
manera que no son susceptibles al calentamiento por in-
ducción,
ducción,
11. El troquel (20, 22; 20', 22') de las
Reivindicaciones 9 ó 10, en el que las varillas (52) de refuerzo se
han sometido a tensión para suministrar una fuerza de compresión
que se aplica al cuerpo (54) de troquel.
12. El troquel (20, 22; 20', 22') de cualquiera
de las Reivindicaciones 1 a 11, en el que cada uno de los segmentos
(72) de bobina es un tubo de cobre y en el que los segmentos (72)
de bobina se cuelan en el cuerpo (54) de troquel junto a la
superficie conformadora (60) en una disposición separada para
proveer un campo magnético espacialmente uniforme a través de una
pieza de trabajo (90a, 90b; 90a', 90b') cuando los segmentos (72)
de bobina se conectan juntos eléctricamente para formar una bobina
y se activa
la bobina.
la bobina.
13. El troquel (20, 22; 20', 22') de cualquiera
de las Reivindicaciones 1 a 12, en el que el primer material y el
material cerámico no son susceptibles al calentamiento por
inducción.
14. El troquel (20, 22; 20', 22') de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el
revestimiento (56') tiene una superficie conformadora ensanchada
(60') para acomodar la presencia de la hoja de susceptor (100) para
el control de la temperatura máxima.
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