ES2343839T3 - Procedimiento y dispositivo para la fabricacion de un cuerpo hueco cilindrico a partir de una pieza bruta. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un cuerpo hueco cilíndrico a partir de una pieza bruta, en el que la pieza de trabajo (2) se abre en la zona del núcleo a través de deformaciones de forjado sucesivas, desplazadas angularmente entre sí alrededor del eje de la pieza de trabajo y al mismo tiempo se acopla sobre un mandril de punzón (20), caracterizado porque la pieza de trabajo (2) es presionada durante las deformaciones de forzado con una fuerza axial predeterminada contra el mandril de punzón (20), que puede desplazarse contra la pieza de trabajo (2) en contra de esta fuerza axial y que se mueve de retorno a su posición de partida entre las deformaciones de forjado sucesivas de forma sincronizada con el avance axial de la pieza de trabajo.
Description
Procedimiento y dispositivo para la fabricación
de un cuerpo hueco cilíndrico a partir de una pieza bruta.
La invención se refiere a un procedimiento y a
un dispositivo para la fabricación de un cuerpo hueco cilíndrico a
partir de una pieza bruta, en los que la pieza de trabajo se abre en
la zona del núcleo a través de deformaciones de forjado sucesivas,
desplazadas angularmente entre sí alrededor del eje de la pieza de
trabajo y al mismo tiempo se acopla sobre un mandril de punzón, de
acuerdo con los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 4.
Se conocen a partir del documento SU 715 195 A
un procedimiento y un dispositivo de este tipo.
Para la fabricación de un cuerpo hueco
cilíndrico a partir de una pieza bruta maciza a través de una forja
se conoce (EP 0 610 509 B1) someter la pieza bruta a deformaciones
de forjado radiales sucesivas y girarlas alrededor de su eje entre
las deformaciones de forzado individuales. En efecto, se ha mostrado
que con un grado de deformación determinado, que abarca la zona del
núcleo de la pieza bruta, a través de fuerzas de forjado, que
repercuten desde lados diametralmente opuestos entre sí sobre la
pieza bruta, se producen tensiones de tracción en la zona del
núcleo de la pieza bruta, las cuales provocan una apertura del
núcleo, de manera que a través de una torsión gradual de la pieza
de trabajo entre las deformaciones de forjado individuales, a
partir de una pieza bruta maciza se puede forjar un cuerpo hueco
cilíndrico. No obstante, es un inconveniente que debido a las
inhomogeneidades inevitables, el material del núcleo se abre de
forma irregular y permanecen grietas en la zona de la pared
interior del cuerpo hueco resultante, que perjudican en una medida
considerable las propiedades de resistencia de la pieza de trabajo.
Para prevenir tales grietas ya se ha propuesto (SU 715 195 A),
abrir el núcleo por medio de un mandril de punzón, que penetra en la
zona de la deformación de forjado de la pieza bruta, es decir, en
una zona, en la que las tensiones de tracción condicionadas por la
deformación de forzado son efectivas. Estas tensiones de tracción
que actúan sobre el núcleo facilitan la penetración del mandril de
punzón en el núcleo de la pieza de trabajo, de manera que se evitan
las grietas cuando a través de la posición axial del mandril de
punzón se previene una apertura del núcleo delante del mandril de
punzón. Puesto que el mandril de punzón esencialmente sólo penetra
durante las deformaciones de forzado de la pieza de trabajo en la
pieza bruta, se determina el avance axial de la pieza de trabajo
entre las deformaciones de forjado individuales a través de la
capacidad de deformación elástica en dirección axial, lo que limite
en una medida considerable el avance de la pieza de trabajo. Sin
embargo, si se inserta el mandril de punzón esencialmente sólo para
el ensanchamiento del núcleo ya abierto de la pieza de trabajo (RU 2
010 655 C1), entonces las grietas superficiales que se producen
durante la apertura del núcleo a través del mandril de punzón
solamente se alisan y se cubren parcialmente, porque el material se
oxida y se refrigera en la zona de la grieta de tal forma que
incluso con un forjado en caliente no es posible ya una soldadura de
las grietas en la zona del mandril de punzón.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
configurar un procedimiento para la fabricación de un cuerpo hueco
cilíndrico a partir de una pieza bruta del tipo descrito al
principio, de tal forma que el avance de la pieza de trabajo se
puede incrementar en una medida considerable, sin tener que temer
una formación de grietas en la zona de la superficie interior del
cuerpo hueco.
La invención soluciona el cometido planteado
porque la pieza de trabajo es presionada durante las deformaciones
de forzado con una fuerza axial predeterminada contra el mandril de
punzón, que puede desplazarse contra la pieza de trabajo en contra
de esta fuerza axial y que se mueve de retorno a su posición de
partida entre las deformaciones de forjado sucesivas de forma
sincronizada con el avance axial de la pieza de trabajo.
Puesto que como consecuencia de estas medidas,
el mandril de punzón durante la deformación de forzado de la pieza
de trabajo es desplazada contra la pieza de trabajo, para ser
repuesto entre las deformaciones de forjado individuales durante el
avance axial de la pieza de trabajo de forma sincronizada con la
pieza de trabajo a su posición de partida, el avance de la pieza
depende de la carrera de trabajo del mandril de punzón, de manera
que el avance de la pieza de trabajo se puede seleccionar de acuerdo
con las condiciones de perforación respectivas. Condición previa es
que la pieza de trabajo es impulsada con una fuerza axial
suficiente para excluir una cesión de la pieza de trabajo frente al
mandril de punzón durante su carrera de trabajo. La fuerza axial a
aplicar sobre la pieza de trabajo depende, por lo tanto, entre otras
cosas, del material respectivo, de la temperatura y de las
propiedades de deformación de la pieza de trabajo así como de las
relaciones de fricción entre la herramienta de perforación y la
pieza de trabajo.
Si se provee la pieza de trabajo delante de la
deformación de forjado sobre su lado frontal dirigido hacia el
mandril de punzón con una cavidad central, en la que encaja el
mandril de punzón al comienzo de la deformación de forjado,
entonces se pueden crear ya en la zona del lado frontal dirigido
hacia el mandril de punzón unas condiciones de deformación, que
aseguran una superficie interior libre de grietas del cuerpo hueco
a fabricar.
Si la deformación de la pieza de trabajo
condicionada con la ayuda de un mandril de punzón en colaboración
con un forjado transversal no es suficiente para alcanzar un
diámetro predeterminado del taladro, entonces se puede incrementar
el diámetro del taladro de la pieza de trabajo de forma escalonada
en etapas sucesivas, respectivamente, bajo una deformación de
forjado.
Para la realización de un procedimiento para la
fabricación de un cuerpo hueco cilíndrico se puede partir de un
dispositivo con al menos dos herramientas de forja diametralmente
opuestas entre sí con respecto a la pieza de trabajo, con una
cabeza tensora colocada delante de las herramientas de forja en la
dirección de avance de la pieza de trabajo, que está conectada con
un accionamiento de avance axial y un accionamiento giratorio y con
un mandril de punzón que se puede desplazar axialmente por medio de
un mecanismo de regulación, sobre el lado de las herramientas de
forja opuestas a la cabeza tensora antepuesta. Si en un dispositivo
de este tipo, la cabeza tensora colocada delante de las
herramientas de forja está provista con un tope frontal para la
pieza de trabajo así como con un cilindro de presión para la pieza
de trabajo apoyada en el lado frontal, entonces solamente es
necesario ya realizar el mandril de punzón de forma desplazable en
vaivén axialmente por medio de su mecanismo de regulación en
función del accionamiento de avance de la cabeza tensora, para
desplazar, con una impulsión axial correspondiente de la pieza de
trabajo, el mandril de punzón durante la intervención de la
herramienta de forja en contra de la dirección de avance de la pieza
de trabajo entre las herramientas de forja, para perforar de manera
ventajosa la pieza de trabajo, en virtud de las tensiones de
presión condicionadas por el mandril de punzón y las tensiones de
tracción efectivas al mismo tiempo en el sentido de apertura del
núcleo de la pieza de trabajo como consecuencia de la deformación de
forjado. Si se lleva la herramienta de forja fuera de engrane con
la pieza de trabajo, entonces se puede girar la pieza de trabajo
con la ayuda de la cabeza tensora colocada delante de las
herramientas de forja en la medida de un ángulo predeterminado
alrededor de su eje y desplazarla de acuerdo con la carrera de
trabajo del mandril de punzón axialmente contra las herramientas de
forja, de manera que con el avance de la pieza de trabajo se puede
retornar el mandril de punzón de manera sincronizada a su posición
de partida, para proseguir y terminar la perforación en etapas de
deformación periódicas. Se entiende perfectamente por sí mismo que
esta perforación se puede extender más allá de la longitud de la
pieza de trabajo, pero también solamente sobre una longitud
parcial.
La impulsión axial de la pieza de trabajo se
puede realizar con la ayuda de la cabeza tensora colocada delante
de las herramientas de forja propiamente dicha, cuando se
proporciona un apoyo frontal de la pieza de trabajo en la cabeza
tensora y el cilindro de presión incide en a cabeza tensora. No
obstante, se consiguen relaciones de diseño más favorables cuando
el cilindro de prensa está previsto en la cabeza tensora e impulsa
el tope frontal, que forma un orificio de alojamiento para el
mandril de punzón, para la pieza de trabajo. De esta manera, se
puede separar el accionamiento de avance de la cabeza tensora del
cilindro de prensa, de manera que se puede mantener reducida la
carrera del cilindro de prensa en comparación con el recorrido de
ajuste necesario para el accionamiento de avance. Para la prevención
de un impedimento de la rotación de la pieza de trabajo necesaria
entre las intervenciones de las herramientas de forja a través de la
impulsión axial de la pieza de trabajo con la ayuda del cilindro de
prensa, se puede conectar el cilindro de prensa con un
accionamiento giratorio para el tope frontal, para girar la pieza de
trabajo de forma sincronizada con el tope frontal.
Si están previstas dos cabezas tensoras
dispuestas delante y detrás de las herramientas de forja, lo que es
necesario, en general, siempre que se realiza la perforación para la
fabricación de una pieza de trabajo en forma de tubo sobre toda la
longitud de la pieza de trabajo, entonces la cabeza tensora
dispuesta a continuación de las herramientas de forja debe
proveerse también con un accionamiento giratorio. En efecto, si
durante la perforación del extremo de la pieza de trabajo dirigido
hacia la cabeza tensora antepuesta, la pieza de trabajo debe
liberarse de la cabeza tensora antepuesta, entonces hay que asegurar
el avance de la pieza de trabajo a través de la cabeza tensora
dispuesta a continuación, que debe realizar también la rotación de
la pieza de trabajo con el avance axial de la pieza de trabajo.
Para el incremento escalonado del diámetro del
taladro, el mandril de punzón se puede proveer con una herramienta
de perforación con secciones de diámetro escalonadas. El mandril de
punzón debe posicionarse en este caso de acuerdo con la zona de
trabajo respectiva frente a las herramientas de forja, para que para
cada sección de diámetro de la herramienta de perforación se pueda
aprovechar el orificio del núcleo a través de un forjado
transversal para la perforación. No obstante, esta perforación
escalonada de la pieza de trabajo solamente tiene que limitarse a
una dirección de avance de la pieza de trabajo. De esta manera, en
general, es posible equipar ambas cabezas tensoras con un cilindro
de prensa para la impulsión frontal de la pieza de trabajo, para
poder impulsar la pieza de trabajo en ambas direcciones de avance
con una fuerza axial correspondiente. El mandril de punzón debe
atravesar axialmente en tal caso el cilindro de prensa de la cabeza
tensora correspondiente. Esta perforación en direcciones de avance
opuestas se puede realizar con la ayuda de un único mandril de
punzón, cuando se sustituye la herramienta de perforación decisiva
para la perforación. Pero también es posible asociar a cada cabeza
tensora un mandril de punzón separado, que atraviesa axialmente
entonces el cilindro de prensa respectivo.
Con la ayuda del dibujo se explica en detalle el
procedimiento de acuerdo con la invención.
En este caso:
La figura 1 muestra un dispositivo de acuerdo
con la invención para la fabricación de un cuerpo hueco cilíndrico
en una vista lateral esquemática.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 2 muestra este dispositivo de forma
fragmentaria en la zona de las herramientas de forja y de la cabeza
tensora colocada delante de estas herramientas de forja en una
sección axial esquemática a una escala ampliada, y
La figura 3 muestra una forma de realización
modificada de un dispositivo de acuerdo con la invención en una
sección axial esquemática de forma fragmentaria en la zona de las
herramientas de forja a una escala ampliada.
El dispositivo representado presenta
herramientas de forja 1 en forma de martillos de forja que están
colocados diametralmente opuestos entre sí con respecto a la pieza
de trabajo 2. Aunque solamente se muestran dos herramientas de
forja, se prevén, en general, para el incremento de la potencia dos
parejas de martillos desplazados entre sí en un ángulo de 90º, que
se activan de forma alterna. La pieza de trabajo 2, que se
suministra en forma de una pieza bruta con sección transversal
maciza, se conduce con la ayuda de una cabeza tensora 4 colocada
delante de las herramientas de forja 1 en la dirección de avance 3
de la pieza de trabajo 2. Con esta finalidad, la cabeza tensora 4
está alojada de forma giratoria en una carcasa 5, que lleva un
accionamiento giratorio 6 para la cabeza tensora 4. La carcasa 5
con la cabeza tensora 4 es desplazable a lo largo de una guía 9 por
medio de un carro 7 a través de un accionamiento de avance 8, con
preferencia un cilindro de regulación. La cabeza tensora 4
presenta, además, un tope frontal 10 para la pieza de trabajo 2.
Este tope 10 es impulsado axialmente por medio del vástago de
pistón 11 de un cilindro de prensa 12, que está embridado en la
carcasa 5 de la cabeza tensora 4. Para asegurar la rotación del
tope 10, alojado de forma desplazable axialmente en la cabeza
tensora 4, simultáneamente con la cabeza tensora 4, se puede prever
un accionamiento giratorio 13 para el vástago de pistón 11, que
puede ser activado de forma sincronizada con el accionamiento
giratorio 6 para la cabeza tensora 4. En este caso, hay que
procurar que a pesar de la unión fija contra giro, no se perjudique
la capacidad de desplazamiento axial del vástago de pistón 11.
Como se deduce especialmente a partir de la
figura 1, a continuación de las herramientas de forja 1 está
dispuesta otra cabeza tensora 14, que está alojada igualmente de
forma giratoria en una carcasa 15 y es accionada a través de un
accionamiento 16. De manera similar, la cabeza tensora 14 está
alojada con la carcasa 15 sobre un carro 17, que se puede desplazar
por un accionamiento de avance 18 a lo largo de una guía 19. No
obstante, la cabeza tensora 14 configurada hueca es atravesada por
un mandril de punzón 20, que puede ser accionado en vaivén a través
de un mecanismo de regulación 21 en función del avance de la pieza
de trabajo. La herramienta de perforación 22 del mandril de punzón
20, que penetra en la zona de las deformaciones de forjado de la
pieza de trabajo 2 entre las herramientas de forja 1, presenta un
extremo 23 que se estrecha cónicamente y una sección de calibración
cilíndrica 24, que se conecta en él, de manera que la perforación y
la calibración se pueden realizar en una etapa de trabajo.
Para facilitar la incisión de la herramienta de
perforación 22 en el lado frontal de entrada de la pieza de trabajo
2 y para prevenir las formaciones de grietas al comienzo de la
perforación, se provee la pieza de trabajo 2 antes del proceso de
perforación propiamente dicho con una cavidad central 25, que está
perforada antes del empotramiento de la pieza de trabajo 2, pero que
también se puede realizar después del empotramiento a través de la
herramienta de perforación 22 propiamente dicha o a través de una
herramienta especial que se puede posicionar en el centro de la
máquina.
Para la perforación se mueve la pieza de trabajo
2 en los instantes en los que se libera de las herramientas de
forja 1, con la ayuda del accionamiento de avance 8 paso a paso a
través de la instalación de forja y al mismo tiempo se gira con la
ayuda del accionamiento giratorio 6 alrededor de su eje en la medida
de un paso angular predeterminado. Las deformaciones de forjado
realizadas después de estos movimientos de avance a través de las
herramientas de forja 1 condicionan en el núcleo de la pieza de
trabajo 2 unas tensiones de tracción, que actúan en el sentido de
apertura sobre el núcleo y que apoyan las tensiones de presión que
proceden de la herramienta de perforación 22, de manera que la
perforación de la pieza de trabajo 2 se puede realizar a través del
mandril de punzón 20 con un gasto de fuerza comparativamente
reducido. Para asegurar un rendimiento mayor, se desplaza el
mandril de punzón 20 durante la deformación de forjado de la pieza
de trabajo 2 entre las herramientas de forja 1 en contra de la
dirección de avance 3 de la pieza de trabajo 2, de manera que la
pieza de trabajo 2 es impulsada con una fuerza de prensado
correspondiente en la dirección de avance 3 a través del cilindro
de prensa 12. Durante el movimiento de avance de la pieza de trabajo
2 entre las deformaciones de forjado, el mandril de punzón 20 es
repuesto a su posición de partida a través del cilindro de
regulación 21 de forma sincronizada con el accionamiento de avance
8, para ser desplazado durante la deformación de forjado siguiente
de nuevo en contra de la dirección de avance 3 hacia la pieza de
trabajo 2. Si se perfora la pieza de trabajo 2 sobre toda su
extensión axial, entonces no se puede realizar ya el avance de la
pieza de trabajo en dirección axial y en dirección circunferencial
a través de la cabeza tensora 4 colocada delante de las
herramientas de forja 1, tan pronto como se mecaniza el extremo de
la pieza de trabajo asociado a esta cabeza tensora 4. En este caso,
la cabeza tensora 14 opuesta asume los movimientos de avance tanto
en dirección axial como también en dirección circunferencial. No
obstante, se mantiene la impulsión de la pieza de trabajo 2 a
través del cilindro de prensa 12 de la cabeza tensora 4. El tope
frontal 10 para la pieza de trabajo 2 está provisto con un orificio
de alojamiento 26 para la herramienta de perforación 22, de manera
que el apoyo de la pieza de trabajo está asegurado de forma
continua a través del cilindro de prensa 12.
Si la anchura del taladro que se pueden alcanzar
con un diámetro de la herramienta de perforación 22 no es
suficiente, entonces se puede mecanizar la pieza de trabajo 2 de
forma escalonada. Tal mecanización con la ayuda de un mandril de
punzón 20, cuya herramienta de perforación 22 presenta dos secciones
de diámetro 27, 28 escalonadas, se representa en la figura 3.
Después de que la pieza de trabajo 2 ha sido perforada de acuerdo
con la sección de diámetro interior 27, se ensancha la perforación
existente con la ayuda de la sección de diámetro mayor 28 y en
concreto de nuevo bajo una deformación de forjado simultánea, de
manera que las tensiones de tracción efectivas a través de esta
deformación de forjado se pueden utilizar de manera ventajosa para
el proceso de perforación. Para realizar el ensanchamiento de la
perforación, el mandril de punzón 20 debe desplazarse por medio de
mecanismo de regulación 21, de tal forma que la sección de diámetro
28 de la herramienta de perforación 22 se coloca en la zona de las
deformaciones de forjado de la pieza de trabajo 2 a través de las
herramientas de forja 1.
La invención no está limitada evidentemente a
los ejemplos de realización representados. Solamente interesa una
impulsión axial correspondiente de la pieza de trabajo durante la
carrera de trabajo del mandril de punzón 20, de manera que la
carrera de trabajo se realiza durante la deformación de forjado. La
deformación de forjado se puede realizar por medio de martillos de
forja, pero también por medio de prensas de forja. La pieza de
trabajo 2 se puede moldear, además, de la manera descrita tanto
mediante moldeado en caliente, en semicaliente, pero también en
frío. En casos especiales, las herramientas de forja se pueden
activar, además, de tal forma que se conmutan después de una
perforación de la pieza de trabajo desde una secuencia de impacto
de ahuecamiento del núcleo a una secuencia de impacto simultánea de
compactación del núcleo. El mandril de punzón 20 propiamente dicho
se puede mantener no giratorio, pero también puede girar con la
pieza de trabajo o se puede accionar adicionalmente de forma
giratoria frente a la pieza de trabajo.
Claims (9)
1. Procedimiento para la fabricación de un
cuerpo hueco cilíndrico a partir de una pieza bruta, en el que la
pieza de trabajo (2) se abre en la zona del núcleo a través de
deformaciones de forjado sucesivas, desplazadas angularmente entre
sí alrededor del eje de la pieza de trabajo y al mismo tiempo se
acopla sobre un mandril de punzón (20), caracterizado porque
la pieza de trabajo (2) es presionada durante las deformaciones de
forzado con una fuerza axial predeterminada contra el mandril de
punzón (20), que puede desplazarse contra la pieza de trabajo (2)
en contra de esta fuerza axial y que se mueve de retorno a su
posición de partida entre las deformaciones de forjado sucesivas de
forma sincronizada con el avance axial de la pieza de trabajo.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la pieza de trabajo es
provista antes de la deformación de forjado con una cavidad central
sobre su lado frontal dirigido hacia el mandril de punzón.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el diámetro del
taladro de la pieza de trabajo se incrementa de forma escalonada en
etapas sucesivas, respectivamente, bajo una deformación de
forjado.
4. Dispositivo para la realización del
procedimiento para la fabricación de un cuerpo hueco cilíndrico de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 con al menos dos
herramientas de forja (1) diametralmente opuestas entre sí con
respecto a la pieza de trabajo, con una cabeza tensora (4) colocada
delante de las herramientas de forja en la dirección de avance de
la pieza de trabajo, que está conectada con un accionamiento de
avance axial (8) y un accionamiento giratorio (6) y con un mandril
de punzón (20) que se puede desplazar axialmente por medio de un
mecanismo de regulación (21), sobre el lado de las herramientas de
forja (1) opuestas a la cabeza tensora (4) antepuesta,
caracterizado porque la cabeza tensora (4) colocada delante
de las herramientas de forja (1) presenta un tope frontal (10) para
la pieza de trabajo (2) así como un cilindro de presión (12) para
la pieza de trabajo (2) apoyada en el lado frontal y porque el
mandril de punzón (20) es desplazable en vaivén axialmente por
medio de su mecanismo de regulación (21) en función del
accionamiento de avance (8) de la cabeza tensora (4).
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque el cilindro de prensa (12) está
asociado a la cabeza tensora (4) e impulsa el tope frontal (10),
que forma un orificio de alojamiento (26) para el mandril de punzón
(20), para la pieza de trabajo (2).
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4 ó 5, caracterizado porque el cilindro de prensa (12) está
conectado con un accionamiento giratorio (13) para el tope frontal
(10).
7. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el mandril de
punzón (20) presenta una herramienta de perforación (22) con
secciones de diámetro escalonadas (27, 28).
8. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 4 a 7, con una cabeza tensora dispuesta a
continuación de las herramientas de forzado, conectada con un
accionamiento de avance para la pieza de trabajo, a travesada por
el mandril de punzón, caracterizado porque ambas cabezas
tensoras (4, 14) están equipadas con un cilindro de prensa (12)
para la impulsión frontal de la pieza de trabajo (2) y el mandril de
punzón (20) atraviesa el cilindro de prensa (12) de la cabeza
tensora (4, 14) correspondiente.
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
8, caracterizado porque a ambas cabezas tensoras (4, 14)
está asociado un mandril de punzón (20) que atraviesa el cilindro de
prensa (12) correspondiente.
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