ES2271549T3 - Metodo y maquina de conformado para mecanizar una pieza. - Google Patents

Abstract

Método para mecanizar una pieza (13), por ejemplo por deformación o fijándola dentro de otra pieza (3) en la cual la pieza (13) va montada sobre un mandril (17), expandiéndose al menos una parte del mandril (17) con el fin de inmovilizar la pieza, girándose la pieza (13) y una o más herramientas (6) alrededor de un eje (5), las unas con relación a las otras, y se mecaniza la pieza (13) por medio de dicha herramienta (6), caracterizado porque menos de la mitad de la parte expandida o expandible (21) del mandril (17) ajusta con partes de la pieza (13) que están siendo mecanizadas por la herramienta (6).

Description

Método y máquina de conformado para mecanizar una pieza.

La invención se refiere a un método y a una máquina de conformado para mecanizar una pieza, por ejemplo por deformación o fijándola en otra pieza en la que la pieza se monta sobre un mandril, se expande al menos una parte del mandril con el fin de fijar la pieza, se hace girar la pieza y por lo menos una herramienta, tal como un rodillo de conformado, alrededor de un eje, el uno con relación al otro, y se mecaniza la pieza mediante dicha herramienta.

Los mandriles expandibles son conocidos, y están previstos por ejemplo localmente con segmentos a lo largo de su perímetro, cuyos segmentos se pueden mover hacia el exterior y hacia el interior. Cuando se fija en posición una pieza sobre el mandril, los segmentos se desplazan en sentido hacia el exterior hasta que ajustan con la cara interior de partes de la pieza que se trata de procesar. Los mandriles de este tipo son propensos a un desgaste relativamente rápido. Además, sucede con frecuencia que las piezas sólo se pueden quitar del mandril con dificultad.

Con el fin de completar la información se señala que la solicitud de patente internacional PCT/NL01/
00939 (no prepublicada) hace mención a un mandril expandible.

El objetivo de la invención es el de mejorar el método y la máquina de conformado a los que se hace referencia en el primer párrafo. Este objetivo se puede conseguir mediante un método según la reivindicación 1 o una máquina de conformado según la reivindicación 6.

Con esta finalidad, el método y la máquina de conformado según la invención se caracterizan porque menos de la mitad de la parte expandida o expandible del mandril ajusta con partes de la pieza que se vayan a mecanizar con la herramienta. La parte expandida del mandril permanece preferentemente sustancialmente fuera de aquellas partes de la pieza que están siendo mecanizadas.

De este modo, se reduce de forma importante la carga sobre la parte expandible, y por lo tanto el grado de desgaste del mandril, y en el caso de mandriles cuya parte expandible está segmentada, se impide que el material de la pieza sea comprimido dentro de los huecos entre los segmentos durante el mecanizado y que por lo tanto interfieran con la contracción del mandril.

El mandril está dotado preferentemente de un tope para la pieza. De este modo, las piezas se pueden montar sobre el mandril de forma sencilla, por ejemplo apretando la pieza contra el tope por medio de la parte expandible del mandril, definiendo de esta manera la posición axial de la pieza.

Dependiendo entre otras cosas de la naturaleza de la pieza y del producto final, se tiene la posibilidad de girar la pieza mientras que la herramienta permanece estacionaria en sentido rotacional, girar la herramienta mientras la pieza permanece estacionaria en sentido rotacional o girar ambos. Como ejemplos de los diversos métodos se hace referencia a las solicitudes de patente internacionales PCT/NL01/00563, PCT/NL01/00564 y PCT/NL01/00565 así como a la antes mencionada solicitud de patente internacional PCT/NLO1/00939.

Dentro del marco de la invención, el término "mandril" incluye cualquier dispositivo que se pueda introducir en una pieza y sobre el cual se pueda fijar de modo temporal dicha pieza.

La invención se explicará con mayor detalle a continuación haciendo referencia a las figuras que se adjuntan, que muestran una serie de realizaciones del método y del aparato según la presente invención.

La figura 1 es una vista en planta superior de un ejemplo de una máquina de conformado.

La figura 2 es una vista en planta superior, parcialmente seccionada, de un detalle de la máquina de conformado de la figura 1.

Las figuras 3a y 3b son vistas en sección transversal de una primera realización de un mandril según la invención, para uso en la máquina de conformar de las figuras 1 y 2.

Las figuras 4a-4d muestran cuatro fases de un ejemplo de un método según la presente invención.

Las figuras 5a-6b muestran otros dos ejemplos de un mandril según la invención.

En la medida en que las piezas sean idénticas o cumplan la misma función en las diversas realizaciones, dichas partes aparecen indicadas a continuación con los mismos números.

Las figuras 1-3b muestran una máquina de conformar 1, que comprende un plato de amarre 2 para la colocación de una pieza, tal como la ilustrada, un cilindro metálico 3 ya deformado. El plato de amarre 2 puede girar alrededor de un eje imaginario 5, por ejemplo por medio de un motor eléctrico o hidráulico que está dispuesto dentro de la carcasa 4. A ambos lados de la pieza 3 están dispuestas sendas herramientas de conformado, tales como un rodillo de conformado 6, 6' que va montado giratorio sobre el correspondiente soporte 7, 7' que va montado en un carro superior 8 en una carcasa 9. El carro superior 8 y, por tanto, el rodillo de conformado 6, puede realizar un movimiento reciprocante sobre una guía que está presente en la carcasa 9, por ejemplo por medio de un servomotor o cilindro hidráulico, en una dirección (Y) que forma un ángulo de 45-90º con respecto al eje 5.

La carcasa 9 va montada sobre un carro inferior 10, que queda en gran medida oculto a la vista por el fuelle 11 y que va montado sobre una guía, que a su vez forma parte de una bancada de la máquina. El carro inferior 10 puede realizar un movimiento reciprocante a lo largo de dicha guía 12, también en este caso por medio de un servomotor o cilindro hidráulico, por ejemplo en una dirección (X) que se extiende perpendicularmente a la dirección de movimiento del carro superior 8.

Para más detalles sobre un ejemplo adecuado de un conjunto de un rodillo de conformado y el correspondiente carro y los medios de accionamiento, se hace referencia a la solicitud de patente europea EP0125720.

En la operación que está representada en las figuras 1-3, el cilindro 3 gira a una velocidad adecuada, mientras que los rodillos de conformado 6, 6' se comprimen contra la pared exterior de aquél. Los rodillos de conformado 6, 6' son accionados de tal manera que efectúan un movimiento de traslación reciprocante en la dirección Y, con una frecuencia que ha sido adaptada a la frecuencia de rotación del cilindro 3, con el fin de poder así seguir y continuar deformando la parte deformada, cuyo eje central 12 forma un ángulo con el eje 5.

De acuerdo con esto, los rodillos de conformado 6, 6' y el cilindro 3 se desplazan en la dirección X, el uno con respecto a los otros, por ejemplo de manera tal que los rodillos de conformado 6, 6' están inicialmente separados una cierta distancia del extremo de la pieza 3, y a continuación se mueven hacia dicho extremo. Durante este movimiento, se puede deformar la parte relevante de la pieza ajustando el movimiento de traslación reciprocante de los rodillos de conformado 6, 6'. Dependiendo entre otras cosas de las propiedades del material, del espesor de pared, del grado de deformación y de la reducción del diámetro, se necesitarán un número mayor o menor de pasadas de trabajo o pasos.

En el cilindro 3 está presente una pieza postiza 13. Con esta finalidad, la máquina de conformado 1 está dotada de un cabezal de conformado 14 que va montado rotativo (alrededor del eje 5) en una carcasa 15, cuya carcasa puede efectuar un movimiento reciprocante, por medio de un carro (no representado), sobre dos raíles guía 16, que están en línea con el eje 5. El cabezal 14 puede girar libremente o puede girar alrededor del eje imaginario 6, por ejemplo mediante un motor eléctrico dispuesto en la carcasa 15, y está dotado de un mandril inclinado excéntrico 17 sobre el cual va amarrada la pieza postiza 13.

Durante el funcionamiento, el extremo y el borde del extremo del cilindro 3 son deformados para quedar ajustados a la forma del extremo y al borde cilíndrico del extremo de la pieza postiza 13, por medio de los rodillos de conformado 6, 6', tal como se ha descrito anteriormente, después de lo cual dichos bordes forman una conexión robusta y posiblemente estanca a los gases (abracada).

La figura 2 muestra esquemáticamente un mandril conforme al arte anterior, mientras que las figuras 3a y 3b muestran un mandril 17 conforme a la invención, que se puede utilizar en la máquina de conformado 1. Dicho mandril 17 comprende una parte exterior 18, dentro de la cual está presente la parte interior 19, cuya parte interior puede realizar un movimiento reciprocante en la dirección axial del mandril 17. En el lugar del extremo del mandril 17, la parte interior 19 comprende una parte cónica (frusto) 20, cuyo perímetro se corresponde sustancialmente con el perímetro del extremo de la parte exterior 18 en cuanto a la forma, que en este ejemplo específico es una forma cilíndrica circular, y en cuanto a las dimensiones. Entre la parte cónica 20 y el extremo de la parte exterior 18 está posicionado un elemento, que en este ejemplo es un anillo 21, que se puede expandir en dirección radial. Este anillo 21 puede ser de un material elástico, en cualquier caso un material flexible, por ejemplo caucho o un muelle de espira metálica.

En la figura 3a, la parte interior 19 está empujada separándola del extremo de la parte exterior 18, venciendo la fuerza de un muelle 25 por un medio de presión 22, que en este ejemplo es un punzón neumático o hidráulico 23, que actúa conjuntamente con un balancín 24. Como consecuencia, el anillo 21 apenas sufre carga alguna, si es que la sufre, en dirección axial, y dicho anillo 21 tiene un diámetro exterior que se corresponde con o es menor que el diámetro exterior más grande del cono 20. En esta situación es posible deslizar la pieza postiza 13 sobre el mandril 17. Una vez que la pieza postiza 13 ha alcanzado la posición axial deseada, se reduce la fuerza ejercida sobre la parte interior 19, con el medio de presión antes citado, de tal manera que la parte cónica 20 se desplaza en el sentido de la parte exterior 18 debido al muelle 25. Como consecuencia, el anillo 21 es comprimido en dirección axial, dando lugar a que se expanda en dirección radial y se acople con la cara interior de la pieza postiza 13, justamente detrás del borde cilíndrico que se ha de mecanizar.

La pieza postiza 13 que está representada en el ejemplo se compone de una carcasa interior 26 o una parte de la misma para unidades de convertidor catalítico para automóviles de turismo y similares. La pieza postiza 13 que está representada en la figura 2 comprende además lo que se denomina un tocho catalítico o sustrato 27 que lleva una carcasa aislante 28.

Las figuras 4A - 4 D muestras cuatro pasos de un método en el que el cilindro 3, una pieza postiza 13 y un mandril 17, que cuenta de nuevo con un anillo expansible 21 en este ejemplo, están situados en el mismo eje 5. El mandril 17 tiene además un tope 20 de forma anular en este ejemplo. La pieza postiza 13 consta sustancialmente de un cono simétrico en sentido rotacional que termina en un extremo circularmente cilíndrico.

En un primer paso, la pieza postiza 13 se desliza sobre el mandril 17 en dirección axial hasta tropezar contra el tope 29. A continuación se expande en dirección radial (véanse las figuras 3a y 3b) el anillo 21, que está posicionado cerca de la transición entre el cono y el extremo en ese punto, con lo cual el anillo 21 se acopla contra la cara interior de dichas piezas y además oprime firmemente la pieza postiza 13 contra el tope 29. A continuación, la pieza postiza 13, cuya posición con relación al mandril 17 es fija en ese punto, se coloca en el cilindro 3 y se posiciona con precisión con relación a una parte que está presente en su interior, por ejemplo un sustrato 27, por medio de dicho mandril 17. Como consecuencia, el extremo del cilindro 3 se puede cerrar por medio de los rodillos de conformado (no representados), permaneciendo constantes las posiciones (axial y radial) de la pieza postiza 13 con relación al sustrato 27 y al cilindro 3. En cuanto se cierra el cilindro 3 se anula la expansión del anillo 21 y el producto acabado o semiacabado obtenido de esta manera se puede retirar del mandril 17.

Las figuras 5a y 5b muestran la posición de reposo y la posición expandida de una variante del mandril 17 según las figuras 4a-4b. Esta variante comprende un anillo hueco 21 hecho de un material elástico, o en cualquier caso un material flexible, que se puede rellenar con un gas o un líquido a través de un tubo 30 para dar lugar a que aumente el perímetro del anillo en dirección radial.

Las figuras 6a y 6b muestran una variante en la que hay dispuestos uno o más brazos 31 a lo largo del perímetro del extremo del mandril 17, pudiendo girar alrededor de un punto situado próximo a su centro. El extremo posterior de cada uno de dichos brazos 31 se extiende radialmente hacia el interior. Si se ejerce presión sobre dichos extremos posteriores, por medio de un punzón 32, el extremo frontal de dichos brazos 31 se desplaza hacia el exterior hasta ajustar con la cara interior de una pieza 13.

Aunque los ejemplos descritos anteriormente son combinaciones de piezas, en todos los casos, las máquinas de conformado y los métodos según la invención son también adecuados, por supuesto, para mecanizar piezas de un solo componente.

Las máquinas de conformado según la invención comprenden preferentemente una unidad de control. Esta unidad de control está preparada, por ejemplo, para controlar los medios para mover los rodillos en las direcciones X, Y y radial, de acuerdo con un programa de control almacenado en una memoria, de tal manera que los rodillos de conformado seguirán una o más trayectorias deseadas para deformar las piezas para obtener el producto acabado o semiacabado deseado.

La invención no está limitada a las realizaciones descritas anteriormente, que pueden variar de diversos modos dentro del ámbito de la invención, tal como está definida en las reivindicaciones. De este modo, el mandril puede adaptarse para productos que tengan diferentes formas. Además de los mandriles concéntricos y cónicos descritos anteriormente, también existe la posibilidad de utilizar un mandril cuyo eje central se extienda excéntrico con respecto al eje central de la (segunda) pieza, por ejemplo.

Claims (10)

1. Método para mecanizar una pieza (13), por ejemplo por deformación o fijándola dentro de otra pieza (3) en la cual la pieza (13) va montada sobre un mandril (17), expandiéndose al menos una parte del mandril (17) con el fin de inmovilizar la pieza, girándose la pieza (13) y una o más herramientas (6) alrededor de un eje (5), las unas con relación a las otras, y se mecaniza la pieza (13) por medio de dicha herramienta (6), caracterizado porque menos de la mitad de la parte expandida o expandible (21) del mandril (17) ajusta con partes de la pieza (13) que están siendo mecanizadas por la herramienta (6).

2. Un método según la reivindicación 1, en el que la parte expandida (21) del mandril (17) permanece sustancialmente fuera de aquellas partes de la pieza (13) que están siendo mecanizadas.

3. Un método según la reivindicación 1 o 2, en el cual la (primera) pieza (13) se introduce dentro de una segunda pieza (3), deformándose dicha segunda pieza (3) por medio de la herramienta (6), fijando de esta manera la (primera) pieza (13) dentro de la segunda pieza (3).

4. Un método según la reivindicación 3, en el que el eje central (12) del mandril (17) se extiende formando un ángulo con respecto al eje central (5) de la segunda pieza (3) o está posicionado excéntricamente con respecto a éste.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza (13) se aprieta hasta hacer contacto con un tope (29) en el mandril.

6. Una máquina de conformar (1) para mecanizar una pieza (13), por ejemplo deformándola o fijándola dentro de otra pieza (3), comprendiendo un mandril (17) al menos parcialmente expandible para inmovilizar la pieza (13), por lo menos una herramienta (6) para mecanizar la pieza (13) y los medios de accionamiento para hacer girar la pieza (13) y la herramienta (6), la una con respecto a la otra, alrededor de un eje (5), caracterizada porque el mandril (7) está adaptado a la pieza (13) de tal manera que menos de la mitad de la parte expandible (21) del mandril (17) ajusta con partes de la pieza (13) que son mecanizadas con la herramienta (6).

7. Una máquina de conformar según la reivindicación 6, en la que la parte expandible (21) ha sido adaptada a la pieza (13) de tal manera que la parte expandible (21) del mandril (17) se mantiene sustancialmente fuera de aquellas partes de la pieza (13) que están siendo mecanizadas.

8. Una máquina de conformar según la reivindicación 6 o 7, que comprende además un plato de amarre (2) para una segunda pieza (3).

9. Una máquina de conformar según cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en la que el eje central (12) del mandril se extiende formando un ángulo con respecto al eje central del plato de amarre (2) para la segunda pieza, o está posicionado excéntricamente con respecto a éste.

10. Una máquina de conformar según cualquiera de las reivindicaciones 6-9, en la que dicho mandril (17) está dotado de un tope (29) para la pieza.