ES2341579T3 - Procedimiento y dispositivo para fabricar piezas estampadas con superficie de corte muy lisa y superficie funcional aumentada. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar piezas estampadas con superficie funcional muy lisa y aumentada, en particular una pieza mediante corte de precisión y/o conformación a partir de un fleje plano (10), en el que el fleje plano (10) se sujeta al cerrar entre una parte superior (1) compuesta por un punzón de corte (5), una placa de guía (4) para el punzón de corte, un anillo de retención (3) dispuesto en la placa de guía y un expulsor (6) y una parte inferior (2) compuesta por placa de corte (7), expulsor (9) y un troquel de molde hembra (8) y en la zona de corte se fuerza una separación mediante cizalla con una elevada tensión por compresión, comprimiéndose previamente el anillo de retención (3) sobre el fleje plano (10) y ejerciéndose una tensión por compresión sobre el fleje plano a cortar, caracterizado porque el anillo de retención (3) no está dispuesto en la placa de guía (4), sino en la placa de corte (7) y porque desde el comienzo hasta la finalización el estado en cuanto a tensión en la zona de corte se ajusta para lograr una tensión de compresión orientada en cuanto a posición mediante una presión posterior ligeramente retardada respecto al punzón de corte (5) sobre el material en una dirección aproximadamente transversal respecto a la dirección de corte mediante un elemento de herramienta (13) que actúa en paralelo a la línea de corte entre el punzón de corte (5) y la placa de corte (7) con fuerza regulada en función de la geometría de las partes y del grosor de la pieza.
Description
Procedimiento y dispositivo para fabricar piezas
estampadas con superficie de corte muy lisa y superficie funcional
aumentada.
La invención se refiere a un procedimiento para
fabricar piezas estampadas con superficie de corte muy lisa y
superficie funcional aumentada, en particular de una pieza mediante
corte de precisión y/o conformación a partir de un fleje plano, en
el que el fleje plano se sujeta al cerrar entre una parte superior
compuesta por un punzón de corte, una placa de guía para el punzón
de corte, un anillo de retención dispuesto en la placa de guía y
un expulsor y una parte inferior compuesta por placa de corte,
expulsor y un troquel de molde hembra y en la zona de corte se
fuerza una separación mediante cizalla con una elevada tensión por
compresión, comprimiéndose previamente el anillo de retención sobre
el fleje plano y ejerciéndose una tensión por compresión sobre el
fleje plano a
cortar.
cortar.
La invención se refiere además a un dispositivo
para fabricar piezas estampadas con superficie funcional muy plana
y aumentada, en particular de una pieza mediante corte de precisión
y/o conformación a partir de un fleje plano, con una herramienta
compuesta por dos partes, que incluye al menos una parte superior
compuesta por un punzón de corte principal, una placa de guía para
el punzón de corte, un anillo de retención dispuesto en la placa de
guía y un expulsor y una parte inferior compuesta por placa de
corte, un expulsor y un troquel de molde hembra, estando sujeto
cuando se utiliza el fleje plano entre la placa de guía y la placa
de corte y estando oprimido el anillo de retención sobre el fleje
plano. Un procedimiento genérico y un dispositivo genérico se
conocen por el artículo "Estampado de precisión, un procedimiento
de fabricación racional", separata de "Blech" (chapa),
septiembre 1959, núm. 9.
Ya es sabido que el corte de precisión da lugar
a menudo, en contornos de piezas que resaltan, por ejemplo dentados
o esquinas, a grietas en las superficies de corte. Este fenómeno se
observa tanto más intensamente cuanto más agudo está definido el
contorno exterior, cuanto más grueso es el material a cortar y
cuanto menor es la conformabilidad del material. En la mayoría de
los casos actúa la superficie de corte en el corte de precisión
como superficie funcional, con lo que las grietas pueden ser el
punto de partida de un fallo por rotura de la pieza bajo carga y
por lo tanto han de evitarse las mismas.
Las superficies de corte lisas se logran en el
corte de precisión cuando mediante superposición de una elevada
presión hidrostática en la zona de corte se fuerza la separación
mediante cizalla, es decir, una deformación plástica. La superficie
de corte se forma en la zona de cizalla y por lo tanto su calidad se
ve influida por las propiedades del material (K. KONDO,
Industrie-Anzeiger 97, año 97, núm. 33, págs. 547 a
550). Al realizar el corte de precisión oprime el anillo de
retención antes del comienzo del corte el material del fleje plano
a cortar e impide un flujo posterior del material debido a ello
durante el proceso de corte.
Además, son características típicas de las
piezas cortadas con precisión la retracción en los bordes y la
rebaba de corte. En particular el lotes de los extremos, resulta una
retracción, que aumenta al reducirse el radio de la esquina y
aumentar el espesor de la chapa. La profundidad de la retracción
puede ser de aproximadamente un 30% y la anchura de la retracción
de aproximadamente un 40% del espesor de la chapa o más (ver DIN
3345, Corte de precisión, agosto 1980). La retracción depende así
del espesor y la calidad del material, con lo que su control sólo
es posible limitadamente y a menudo implica una limitación de la
funcionalidad de la pieza, por ejemplo al faltarle agudeza a los
cantos de las esquinas de las piezas de dentado o mediante la
modificación que se provoca de la longitud funcional de las
piezas.
Por lo tanto, la retracción en el estampado
reduce la funcionalidad de las piezas y obliga al fabricante a
utilizar un material de partida más grueso.
Se conoce una serie completa de soluciones que
intentan generar superficies de corte por cizalla finas y lisas
mediante un corte bajo presión (DE 2 127 495 A1), corte de repasado
(CH 665 367 A5), rascado (DE 197 38 636 A1) o deslizamiento de
material durante el corte (EP 1 815 922 A1).
Las soluciones conocidas según los documentos CH
665 367 A5 y DE 197 38 636 A1 no reducen la retracción de los
cantos, sino que repasan las piezas con un elevado coste, con lo que
por un lado son necesarios costes considerables para procesos de
mecanizado y herramientas adicionales y por otra parte resulta la
correspondiente pérdida de material debido a la necesidad de
utilizar material más grueso.
La prensa-cizalla conocida por
el documento DE 2 127 495 A1 funciona con una presión hidrostática
más alta, ejerciéndose la misma en todas las zonas de la pieza, que
es sometida a la deformación plástica. Esta elevada presión se
genera en particular en las proximidades de los bordes de la
herramienta debido a una mordaza superior dotada de un resalte.
Este resalte asume en cierta medida la función del anillo de
retención, que no existe según el documento DE 2 127 495 A1. No
obstante, con este procedimiento conocido se evita predominantemente
la rebaba de estampado que sobresale. Tampoco en esta solución
conocida se evita en definitiva la retracción y se desplaza un
cierto volumen de material a lo largo de la línea de corte, lo cual
implica un alto riesgo de formación de grietas.
En la solución conocida según el documento EP 1
815 922 A1 se mecaniza la pieza en una configuración de una sola
etapa, en al menos dos secuencias de pasos consecutivas en distintas
direcciones de corte, cortándose en un primer proceso de corte en
la dirección de trabajo vertical un semiacabado acorde con la
geometría de la pieza con una pequeña retracción y cortándose para
acabar la pieza en al menos otro proceso de corte en la dirección
de trabajo opuesta. La retracción de la primera parte de la etapa
debe entonces rellenarse de nuevo al menos en la zona de la
esquina. No obstante, con este procedimiento conocido se evita
predominantemente la rebaba de estampado que sobresale. Tampoco en
esta solución conocida se evita en definitiva la retracción y se
desplaza un cierto volumen de material a lo largo de la línea de
corte, lo cual implica un alto riesgo de formación de grietas.
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En este estado de la técnica la invención tiene
como tarea básica evitar la tendencia al agrietamiento en
superficies de corte y la retracción en piezas cortadas con
precisión mediante el control selectivo del estado en cuanto a
tensión en la zona de corte y a la vez realizar el corte de
precisión de piezas más gruesas con una mayor seguridad del proceso
de manera económica y efectiva.
Esta tarea se resuelve mediante un procedimiento
genérico del tipo citado con las características caracterizadoras
de la reivindicación 1 y mediante un dispositivo con las
características caracterizadoras de la reivindicación 7.
Ventajosas mejoras del procedimiento y del
dispositivo pueden tomarse de las reivindicaciones subordinadas.
La solución correspondiente a la invención se
caracteriza porque por primera vez es posible aplicar rentablemente
el procedimiento de corte con precisión en piezas, por ejemplo
piezas de dentado de mayor espesor sin grietas y cantos vivos sin
mecanizado de repaso y desplazamiento del material a lo largo de la
línea de corte.
Esto se logra ajustando desde el principio hasta
la finalización del proceso de corte el estado en cuanto a tensión
en la zona de corte para lograr una tensión de compresión orientada
en cuanto a posición mediante una presión posterior ligeramente
retardada respecto al punzón de corte sobre el material en una
dirección aproximadamente transversal respecto a la dirección de
corte mediante un elemento de herramienta que actúa en paralelo a
la línea de corte entre el punzón de corte y la placa de corte con
fuerza regulada en función de la geometría de las partes y del
grosor de la pieza.
Es especialmente ventajoso que los parámetros
para el control del estado en cuanto a tensión en la zona de corte,
por ejemplo del volumen de material a oprimir a posteriori,
puedan determinarse en función del tipo de material, forma y
geometría de la pieza mediante una simulación virtual de
conformación, según la cual se diseñan entonces los elementos de
herramienta para el desplazamiento posterior del material en
dirección hacia la zona de corte.
Es de importancia esencial que con el
procedimiento correspondiente a la invención es posible desplazar
a posteriori el material en dirección transversal hacia la
zona de corte, con lo que la retracción de los bordes en la pieza
se reduce en parte significativamente. Debido a que el estado en
cuanto a tensión en la zona de corte se mantiene en la gama de
presiones, queda asegurado que las superficies de corte se mantengan
lisas y sin grietas. Además, las superficies funcionales quedan
también bastante libres de grietas debido a la reducida retracción
en los bordes.
El procedimiento correspondiente a la invención
cubre así el corte de precisión de piezas en una amplia gama de
dimensiones, por ejemplo piezas hasta grandes espesores y geometrías
de pieza complicadas, como por ejemplo dentados en partes de
engranajes, con una elevada calidad. Además, pueden cortarse con
precisión con el procedimiento correspondiente a la invención
también calidades de acero de menor valor, sin incurrir en el
peligro de que se presenten grietas en las superficies de
corte.
El dispositivo correspondiente a la invención
tiene una estructura sencilla y robusta.
Otras ventajas y detalles resultan de la
siguiente descripción con referencia a los dibujos adjuntos.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención se describirá a continuación más en
detalle en base a dos ejemplos de ejecución.
Se muestra en
la figura 1 una representación esquemática
en sección de la estructura básica de una herramienta de corte de
precisión según el estado de la técnica,
la figura 2 la zona de corte según la figura 1
en detalle,
la figura 3 una sección a través del
dispositivo correspondiente a la invención sin corte libre en el
fleje plano cuando está sujeto según el procedimiento
correspondiente a la invención,
la figura 4 una sección a través del
dispositivo correspondiente a la invención sin corte libre en el
fleje plano en estado de corte parcial según el procedimiento
correspondiente a la invención,
la figura 5 la zona de corte según la figura 4
en detalle y
la figura 6 una sección a través del dispositivo
correspondiente a la invención con corte libre en el fleje plano en
estado de corte parcial.
La figura 1 muestra la estructura básica de una
herramienta de corte de precisión según el estado de la técnica en
situación de cerrada.
La herramienta de corte de precisión posee una
parte superior 1 y una parte inferior 2. A la parte superior 1 de
la herramienta de corte de precisión pertenece una placa de guía 4
que presenta un anillo de retención 3, un punzón de corte 5, que
está conducido en la placa de guía 4 y un expulsor 6. La parte
inferior 2 está formada por una placa de corte 7, un troquel de
molde hembra o de agujero 8 y un expulsor 9. El fleje plano 10 de
acero inoxidable aleado con un espesor de 12 mm, a partir del cual
ha de fabricarse según el procedimiento correspondiente a la
invención una pieza cortada con precisión 11, por ejemplo una brida
de conexión, a partir de acero de fleje, está sujeto según la
posición mostrada de la herramienta entre la placa de guía 4 y la
placa de corte 7 y el anillo de retención 3 ha penetrado ya en el
fleje plano 10, con lo que el material ve impedida su fluencia a
posteriori durante el corte debido a la acción de la fuerza del
anillo de retención. La placa de corte 7 y el despunte del molde
hembra han cortado la pieza de corte de precisión 11 aproximadamente
con la mitad del espesor de la pieza.
En la figura 2 se representa en detalle la zona
de corte correspondiente al estado de la técnica según la figura
1. El fleje plano 10 se encuentra entre la placa de corte 7 y la
placa de guía 4. El anillo de retención 3 oprime el fleje plano 10
con la fuerza del anillo de retención FR sobre la placa de corte 7.
El punzón de corte 5 funciona con la fuerza de corte FS en contra
de la fuerza contrapuesta FG aportada por el contrasoporte, aquí el
expulsor 9. La fuerza de corte FS depende de la longitud exterior e
interior de la línea de corte de la pieza, del espesor, de la
resistencia a la tracción del material a cortar y de un factor de
influencia que tiene en cuenta la relación entre límite de fluencia
y resistencia a la tracción del material de la pieza, la forma
geométrica de la pieza de corte, la lubrificación de la herramienta
y el despunte del punzón de corte 5 y de la placa de corte 7.
Cuando se encuentra sujeto el fleje plano 10
entre la placa de corte 7 y la placa de guía 4 con el anillo de
retención 3, resulta al comienzo del corte un estado de tensión en
la zona de corte caracterizado por una elevada tensión de
compresión. Cuanto más profundo penetre el punzón de corte al
realizar el corte en el material, tanto más fuertemente se
establece el estado de tensión por compresión en la zona de corte,
con lo que al final del proceso de corte la tensión por compresión
pasa a ser una tensión por tracción, que es la causa de que
aparezcan grietas, en particular en piezas de geometría complicada,
por ejemplo dentados o esquinas y gran espesor (R.A. Schmidt,
"Conformación y corte de precisión", Editorial Carl Hanser
Munich Viena 2007).
El dispositivo correspondiente a la invención
del ejemplo 1 corresponde esencialmente en su estructura al
dispositivo que se ha descrito según la figura 1, pero con la
diferencia de que está dispuesto un anillo de retención 3 en la
placa de corte 7. En lugar del anillo de retención asociado ahora a
la placa de guía 4, está previsto un elemento de herramienta activo
13 que se carga mediante un perno de presión 12 que puede
accionarse hidráulicamente y que actúa en la dirección de la línea
de corte SL con la correspondiente fuerza FW sobre el fleje plano
10. El elemento de herramienta 13 se apoya por un lado en el punzón
de corte 5 y por otro lado en una escotadura 14 practicada en la
placa de guía 4 verticalmente respecto al fleje plano tal que puede
deslizarse. En la figura 3 no tiene el fleje plano 10 ningún corte
libre y el elemento de herramienta 13 activo no se encuentra aún
engranado. El fleje plano 10 se encuentra en estado de sujeto entre
la pieza superior y la pieza inferior del dispositivo
correspondiente a la invención. El anillo de retención inferior 3
ha penetrado en el fleje plano 10 y la placa de guía 4 aprieta con
la fuerza FF correspondiente, generada por el perno de presión 15
sobre el fleje plano 10.
Según la figura 4 ha cortado el punzón de corte
5 el fleje plano 10 aproximadamente hasta la mitad. El elemento de
herramienta activo 13 se ha movido igualmente en el material del
fleje plano 10 sujeto, siguiendo ligeramente el elemento de
herramienta 13 tras el punzón de corte 5.
En la figura 5 se muestra cómo mediante el
elemento de herramienta activo 13, cuando penetra en el fleje plano
10 interactuando con el anillo de retención inferior 3, el material
se desplaza casi transversalmente hasta la zona de corte. Esto da
lugar a que el estado de tensión en la zona de corte corresponda
continuamente a una tensión por compresión, que puede ajustarse
correspondientemente en función del tipo de material, forma y
geometría de la pieza mediante el control del elemento de
herramienta 13.
Los parámetros del proceso para el elemento de
herramienta 13, por ejemplo la fuerza a ejercer FW, la presión
hidráulica para ejercer la fuerza FW o el valor del retardo NE
respecto al punzón de corte 5, se determinan en función del tipo de
material, forma y geometría de la pieza mediante una simulación
virtual de la conformación, en la que se analizan el flujo de
material en el proceso de conformación, los estiramientos y
tensiones comparativas, para averiguar si la modificación de la
forma es realizable y las cargas pueden ser soportadas por los
elementos de la herramienta. Los parámetros para determinar la
fuerza FW del elemento de herramienta activo 13 pueden no obstante
calcularse también sobre la pieza real de corte de precisión
mediante medición individual. Para ello se precisan una serie de
ensayos y su evaluación, para sobre esta base poder dimensionar
correspondientemente el elemento de herramienta activo 13.
Como elemento de herramienta activo 13 para
controlar el estado de tensión, puede utilizarse un troquel de
impresión diferencial que penetra desde el lado de troquelado en la
pieza, que se encuentra en unión activa con un sistema hidráulico
que puede controlarse. No obstante, es igualmente posible dotar el
punzón de corte 5 de una espaldilla o escalón, para lograr el
empuje transversal del material en la zona de corte.
El procedimiento correspondiente a la invención
transcurre tal que primeramente se sujeta el fleje plano 10 entre
las partes superior e inferior 1 y 2 respectivamente. Desde el
comienzo hasta la finalización del proceso de corte, se ejerce con
el perno de presión 12 y el elemento de herramienta activo 13 en la
zona de corte selectivamente una presión mediante un sistema
hidráulico controlado. De esta manera se logra el correspondiente
estado de tensión en la zona de corte, que actúa durante todo el
proceso de corte como tensión de compresión.
Esto da lugar a una mejora de la calidad de la
superficie, en particular también cuando se trata de una mala
calidad del material. Con el troquelado selectivo mediante el
elemento de herramienta activo 13, se logra una superposición del
proceso de corte con una fluencia transversal QF del material de la
pieza hacia la zona de corte, con lo que se reduce apreciablemente
a la vez también la retracción por estampado en esta zona. El
anillo de retención inferior 13 apoya la fluencia transversal QF del
material en la zona de corte.
La figura 6 muestra otra variante del
dispositivo correspondiente a la invención, que en su estructura
básica se corresponde con la estructura del dispositivo descrito en
la figura 3. Adicionalmente al anillo de retención 3, está prevista
en la placa de corte 7 una rampa de apoyo 16, que llega hasta el
corte libre 17. La rampa de apoyo 16 impide que el material pueda
fluir a lo ancho. Todos los demás procesos se corresponden con los
del ejemplo 1.
- parte superior
- 1
- parte inferior
- 2
- anillo de retención
- 3
- placa de guía
- 4
- punzón de corte
- 5
- expulsor
- 6
- placa de corte
- 7
- troquel de perforación
- 8
- expulsor
- 9
- fleje plano
- 10
- pieza de corte de precisión
- 11
- perno hidráulico de presión para 13
- 12
- elemento de herramienta activo
- 13
- escotadura en 4
- 14
- perno de presión para 4
- 15
- rampa de apoyo
- 16
- corte libre
- 17
- fuerza del perno de presión 15
- FF
- fuerza contrapuesta
- FG
- fuerza del anillo de retención
- FR
- fuerza del elemento de herramienta 13
- FW
- retardo de 13 respecto a 5
- NE
- fluencia transversal
- QF
- línea de corte
- SL
- dirección de corte
- SR
Claims (11)
1. Procedimiento para fabricar piezas estampadas
con superficie funcional muy lisa y aumentada, en particular una
pieza mediante corte de precisión y/o conformación a partir de un
fleje plano (10), en el que el fleje plano (10) se sujeta al cerrar
entre una parte superior (1) compuesta por un punzón de corte (5),
una placa de guía (4) para el punzón de corte, un anillo de
retención (3) dispuesto en la placa de guía y un expulsor (6) y una
parte inferior (2) compuesta por placa de corte (7), expulsor (9) y
un troquel de molde hembra (8) y en la zona de corte se fuerza una
separación mediante cizalla con una elevada tensión por compresión,
comprimiéndose previamente el anillo de retención (3) sobre el
fleje plano (10) y ejerciéndose una tensión por compresión sobre el
fleje plano a cortar,
caracterizado porque el anillo de
retención (3) no está dispuesto en la placa de guía (4), sino en la
placa de corte (7) y porque desde el comienzo hasta la finalización
el estado en cuanto a tensión en la zona de corte se ajusta para
lograr una tensión de compresión orientada en cuanto a posición
mediante una presión posterior ligeramente retardada respecto al
punzón de corte (5) sobre el material en una dirección
aproximadamente transversal respecto a la dirección de corte
mediante un elemento de herramienta (13) que actúa en paralelo a la
línea de corte entre el punzón de corte (5) y la placa de corte (7)
con fuerza regulada en función de la geometría de las partes y del
grosor de la pieza.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los parámetros para
el control del estado de tensión en la zona de corte, por ejemplo
el volumen de material a comprimir posteriormente, se determinan en
función del tipo de material, forma y geometría de la pieza,
mediante una simulación virtual de la conformación.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 y
2,
caracterizado porque como elemento de
herramienta (13) para controlar el estado de tensión, se utiliza un
troquel de estampado diferencial que penetra desde el lado de
estampado en la pieza o un punzón de corte adicional.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 a
3,
caracterizado porque como elemento de
herramienta (13) para controlar el estado de tensión se utiliza un
punzón de corte con una espaldilla.
5. Procedimiento según la reivindicación 1 a
3,
caracterizado porque la tensión de
compresión en flejes planos (10) a cortar se genera en interacción
entre anillo de retención (3) y/o una rampa de apoyo (16), así como
el elemento de herramienta (13).
6. Procedimiento según la reivindicación 1 a
5,
caracterizado porque el control del
estado de tensión en la zona de corte se realiza en piezas con
dentados o zonas vecinas de tamaño mediano a grueso.
7. Dispositivo para fabricar piezas estampadas
con superficie funcional muy lisa y aumentada, en particular de una
pieza mediante corte de precisión y/o conformación a partir de un
fleje plano, para realizar el procedimiento correspondiente a la
reivindicación 1, con una herramienta en dos partes, que comprende
al menos una parte superior (1) contrapuesta por un punzón de corte
(5), una placa de guía (4) para el punzón de corte (5), un anillo
de retención (3) dispuesto en la placa de guía, un expulsor (6), y
una parte inferior compuesta por una placa de corte (7), un
expulsor (9) y un troquel de molde hembra (8), estando sujeto el
fleje plano cuando se utiliza entre la placa de guía (4) y la placa
de corte (7) y estando oprimido el anillo de retención en el fleje
plano,
caracterizado porque el anillo de
retención (3) no está dispuesto en la placa de guía (4), sino en la
placa de corte (7) y porque está previsto al menos un elemento de
herramienta (13) que abarca el punzón de corte coaxialmente, y que
actúa en la dirección de corte (SR), para el desplazamiento con
retardo de material transversalmente a la dirección de corte en la
zona de corte, estando asociado el elemento de herramienta (13) en
el lado del troquel al anillo de retención inferior (3), y porque
el elemento de herramienta (13) está unido con un perno de presión
(12) separado para controlar la fuerza a ejercer sobre el fleje
plano (10).
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el elemento de
herramienta (13) está conducido por la placa de guía (4) tal que
puede deslizarse en la dirección de corte (SR) verticalmente.
9. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el elemento de
herramienta (13) es un troquel de estampado diferencial.
10. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el elemento de
herramienta (13) es el punzón de corte (5) con una espaldilla.
11. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque en la placa de corte
(7) está prevista una rampa de apoyo (16) para limitar el flujo del
material a lo ancho en el corte libre.
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