ES2870463T3 - Procedimiento y disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo - Google Patents

Procedimiento y disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo Download PDF

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Abstract

Procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo (10) con una superficie, especialmente en un taladro, en el cual en la superficie se realiza una estructura ranurada (12) con ranuras (14) y almas (16) intermedias, pudiendo formarse rebabas (18) no deseadas en la estructura ranurada (12), caracterizado porque para la comprobación y la determinación de la formación de rebabas (18) está previsto un equipo de medición (20) que emite una luz (24) a la superficie de la estructura ranurada (12) y recibe luz (26) reflejada por la superficie, siendo determinada una medida de formación de rebabas en función de la luz (26) reflejada.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo
La invención se refiere a un procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo con una superficie, especialmente en un taladro, en el que se realiza una estructura ranurada con ranuras y almas intermedias, pudiendo formarse rebabas no deseadas en la estructura ranurada, según el preámbulo de la reivindicación 1 (véase, por ejemplo, el documento DE102012021089A1).
La invención se refiere además a una disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo con un dispositivo de remoción de material para realizar una estructura ranurada con ranuras y almas intermedias en una superficie de la pieza de trabajo, según el preámbulo de la reivindicación 9.
En piezas metálicas, para usos determinados puede exigirse un recubrimiento de la superficie. Por ejemplo, en bloques de motor hechos de un material de aluminio, puede ser necesario un recubrimiento de la superficie de las vías de rodadura de cilindro para formar un sistema tribológico robusto y funcional con el segmento del pistón / pistón. Para ello se conoce el modo de aplicar un recubrimiento superficial metálico, por ejemplo, mediante la proyección de plasma. Ha resultado ser especialmente útil agarrar el material de recubrimiento por unión geométrica al material de base, es decir, al material de aluminio. Para este fin, se activa la superficie que ha de ser recubierta, es decir, se hace rugosa o se provee de una estructura ranurada definida.
Un procedimiento de este tipo se describe, por ejemplo, en el documento EP3132893A1 de la solicitante, en el que en la superficie que ha de ser recubierta se realizan elementos de perfil macroscópicos.
Del documento DE102013211324A1 se conocen diferentes formas de contorno para este tipo de elementos de perfil macroscópicos para la activación de la superficie, como por ejemplo estructuras ranuradas con un perfil rectangular o un perfil de cola de milano. Estos se realizan por corte en la superficie que ha de ser recubierta, antes del recubrimiento, con una herramienta de mecanizado con arranque de virutas.
Durante este mecanizado se pueden producir rebabas no deseadas en la estructura ranurada. Estas rebabas pueden ser puntos de partida para errores de formación de capa durante un recubrimiento posterior. Por ejemplo, en las zonas de una rebaba, una capa puede formarse con una altura insuficiente o excesiva, resultando un punto defectuoso en la pieza de trabajo. En particular, en el caso del recubrimiento de vías de rodadura de cilindro en bloques de motor, el recubrimiento está expuesto a cargas térmicas y mecánicas elevadas, por lo que este tipo errores de recubrimiento no son aceptables. Un error de recubrimiento de este tipo puede dar lugar a un mayor punto defectuoso durante el funcionamiento del motor, lo que, en el peor de los casos, puede provocar un fallo general del motor.
Por lo tanto, durante la fabricación es necesario supervisar las piezas de trabajo en cuanto a la formación de rebabas en la estructura ranurada y determinar las alturas de rebaba que se forman. Se conoce el modo de comprobar estas alturas de rebaba o bien a través de imágenes de esmerilado, es decir, mediante una comprobación destructiva, o bien mediante masas de molde confeccionadas por separado, bajo un microscopio óptico. Una comprobación posterior de este tipo es complicada, por lo que, generalmente no se realiza en cada pieza de trabajo sino de forma discontinua, sobre la base de métodos estadísticos, sólo después de cierto número de mecanizados, por ejemplo, después de cada 50 componentes. Con las comprobaciones conocidas se obtienen de forma relativamente tarde datos sobre la calidad de los componentes de un lote de fabricación. No es raro que se interrumpa la producción hasta que se disponga de los resultados de medición para un lote de fabricación. Además, en estos métodos estadísticos existe un riesgo fundamental de que desviaciones sorprendentes no se detecten o se detecten con retraso.
La invención tiene el objetivo de proporcionar un procedimiento y una disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo, bajo la formación de una estructura ranurada, en los que se pueda comprobar de manera eficiente y fiable la formación de rebabas no deseadas.
Según la invención, este objetivo se consigue, por una parte, mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1 y, por otra parte, con una disposición con las características de la reivindicación 9. Formas de realización preferibles de la invención se indican en las respectivas reivindicaciones dependientes.
El procedimiento según la invención se caracteriza porque para la comprobación y la determinación de la formación de rebabas está previsto un equipo de medición que emite una luz a la superficie de la estructura ranurada y recibe luz reflejada por la superficie, siendo determinada una medida de formación de rebabas en función de la luz reflejada.
El procedimiento según la invención puede realizarse de forma no destructiva y, por tanto, eficiente en piezas de trabajo individuales o incluso en todas las piezas de trabajo. La invención se basa en el conocimiento de que la formación de rebabas en una estructura ranurada que ha de ser realizada y su altura, en caso de la irradiación con luz, influye en el comportamiento de reflexión de la superficie de la pieza de trabajo. Según la invención, está previsto un equipo de medición que emite luz a la superficie de la estructura ranurada y recibe luz reflejada por esta, siendo la parte de la luz reflejada una medida de la formación de rebabas en la pieza de trabajo.
Una forma de realización preferible de la invención consiste en que la determinación de la formación de rebabas por medio del equipo de medición se realiza al mismo tiempo o inmediatamente después de la realización de la estructura ranurada. El equipo de medición puede estar dispuesto directamente en el dispositivo de mecanizado o directamente después de este. Esto permite determinar de manera actual la formación de rebabas preferiblemente en cada pieza de trabajo. Esto ofrece la posibilidad de contrarrestar el comienzo de la formación excesiva de rebabas. Por lo tanto, el procedimiento según la invención puede contribuir a la reducción de piezas de desecho o, en general, incluso a una fabricación con cerro defectos.
Básicamente, para el equipo de medición se puede utilizar cualquier tipo de luz, especialmente también luz monocromática. Unos resultados de medición especialmente fiables resultan según una variante de la invención por el hecho de que la luz es cromática.
Además, básicamente, es posible que el equipo de medición presente al menos una fuente de luz separada y al menos un sensor separado para recibir la luz reflejada. Según una forma de realización de la invención, es preferible que el equipo de medición presente al menos un sensor puntual confocal que emite y recibe la luz. Preferiblemente, el sensor puntual confocal está dispuesto con un objetivo perpendicularmente encima de la superficie que ha de ser examinada. La disposición confocal de la fuente de luz y del sensor puntual permite obtener valores especialmente fiables en cuanto a la reflexión de la luz en la superficie y, por tanto, relativos a la formación de rebabas.
Según una forma de realización de la invención, está previsto que una reducción de una relación entre la luz reflejada y la luz emitida se considera como medida de un aumento de la formación de rebabas. Se puede partir de que una superficie sustancialmente lisa y, por tanto, exenta de rebabas, refleja perpendicularmente una parte elevada de la luz emitida que preferiblemente incide perpendicularmente. Cuanto mayor es la intensidad de la formación de rebabas, es decir, cuanto más abundantes y/o más altas son las rebabas, tanto más es desviada lateralmente luz por los flancos de rebaba, de tal forma que ya no llega de vuelta al equipo de medición. Cuanto mayor es este efecto de dispersión, mayor es la formación de rebabas.
Básicamente, la estructura ranurada puede realizarse en la superficie de la pieza de trabajo de cualquier manera adecuada, por ejemplo también mediante un láser. Según una variante de realización del procedimiento según la invención, un procedimiento especialmente rentable para el mecanizado de la pieza de trabajo consiste en realizar la estructura ranurada con una herramienta de remoción de material, especialmente con un cabezal de fresado o un cincel giratorio. Los dispositivos de remoción de material correspondientes con un cabezal de fresado o un cincel giratorio, también denominado cincel de ranurado, son bien conocidos. Este mecanizado con arranque de virutas resulta especialmente rentable, pero también conlleva un mayor riesgo de formación de rebabas.
Es un hallazgo de la invención que no todas las rebabas de la estructura ranurada realizada resultan desventajosas para el recubrimiento posterior. Más bien, las rebabas más pequeñas pueden incluso contribuir a un mejor efecto de agarre al recubrimiento aplicado. Según una variante de realización de la invención, resulta preferible que al alcanzar un valor predeterminado para la luz reflejada, la herramienta de remoción de material se reajuste y/o se cambie. De este modo, se puede intervenir a tiempo antes de que se forme un exceso de rebabas en el paso de fabricación de la remoción de material y de la fabricación de la estructura ranurada. De este modo, incluso durante un largo período de tiempo se puede contrarrestar la aparición de rebabas grandes indeseables.
Además, según una variante del procedimiento según la invención, resulta ventajoso que después de realizar y comprobar la estructura ranurada se aplique un recubrimiento sobre esta. El recubrimiento es especialmente un recubrimiento metálico aplicado por pulverización de partículas metálicas, especialmente según un procedimiento de proyección de plasma.
En cuanto a una disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo, la invención se caracteriza porque para la comprobación y la determinación de la formación de rebabas en la estructura ranurada, está previsto un equipo de medición que está realizado para emitir una luz a la superficie de la estructura ranurada y recibir luz reflejada por la superficie, pudiendo ser determinada una medida de la formación de rebabas en función de la luz reflejada.
La disposición según la invención puede emplearse especialmente para la realización del procedimiento según la invención, descrito anteriormente. Permite conseguir las ventajas descritas anteriormente.
El equipo de medición previsto según la invención puede presentar una unidad informática que determine, en función de los valores de medición, una medida de formación de rebabas todavía admisible o ya no admisible. Adicionalmente o alternativamente, el equipo de medición también puede estar conectado a una unidad informática central, especialmente a una unidad de control, del conjunto de la disposición, que evalúa los valores de medición del equipo de medición y decide, de acuerdo con una estructura de programa definida, la continuación del procedimiento o su interrupción, por ejemplo, para cambiar la herramienta de remoción de material.
Básicamente, el equipo de medición puede estar postconectado al dispositivo de remoción de material. Para una secuencia de mecanizado eficiente, según una variante de la invención está previsto que el equipo de medición esté dispuesto en el dispositivo de remoción de material. De esta manera se puede comprobar el resultado de mecanizado en total de manera muy actual y especialmente ya durante el siguiente proceso de mecanizado o incluso todavía durante el proceso de mecanizado en curso puede realizarse una corrección, especialmente un reajuste o un cambio de la herramienta.
Según una variante de realización de la invención resulta especialmente ventajoso que la estructura ranurada se realiza en la pieza de trabajo con al menos una herramienta de remoción de material y que está prevista una indicación que en función de un resultado de medición del equipo de medición indica cuando ha de cambiarse la al menos una herramienta de remoción de material. En función de la indicación, por ejemplo, un operador podría cambiar entonces rápidamente la herramienta de remoción de material. Alternativamente, la disposición también puede estar realizada de tal forma que el equipo de control inicie un proceso de cambio automático.
Básicamente, el equipo de medición presenta al menos una fuente de luz y al menos un sensor fotosensible. Una forma de realización preferible de la invención consiste en que el equipo de medición presenta al menos un sensor puntual confocal que emite y recibe la luz. El sensor puntual confocal está dispuesto preferiblemente perpendicularmente encima de la superficie de la pieza de trabajo, que ha de ser examinada. El sensor puntual sirve tanto de fuente de luz para la emisión de la luz, preferiblemente perpendicularmente a la superficie de la pieza de trabajo, como para la recepción confocal de la luz reflejada perpendicularmente por la superficie. El sensor puntual puede estar equipado con un objetivo correspondiente para el modo de funcionamiento confocal.
El equipo de medición o el al menos un sensor puntual pueden estar dispuestos sobre un soporte que, especialmente durante la medición, puede moverse con respecto a la superficie de la pieza de trabajo.
La invención se explica con más detalle a continuación con la ayuda de un ejemplo de realización preferible que está representado esquemáticamente en el dibujo.
La única figura muestra de forma muy esquematizada de una vista ampliada en sección parcial de una pieza de trabajo 10, en la que en una superficie está realizada por remoción de material una estructura ranurada 12 con almas 16 en forma de cola de milano y ranuras 14 intermedias. La estructura ranurada 12 está representada de forma muy ampliada, tratándose en una pieza de trabajo 10 real de una estructura ranurada macroscópica con una profundidad de ranuras de pocos milímetros o inferior a un milímetro. La pieza de trabajo 10 representada esquemáticamente puede ser especialmente un bloque motor con un taladro cilíndrico, en cuya pared de taladro está realizada la estructura de ranura 12.
Por medio de un equipo de medición 20, del que está representado de forma muy esquematizada un sensor puntual 22 confocal, es emitida sustancialmente de forma vertical una luz 24 a la superficie de la estructura ranurada 12, especialmente a un lado superior de las almas 16. La luz 24 es reflejada en la superficie de la estructura ranurada 12 y puede volver como luz 26 reflejada al sensor puntual 22 confocal del equipo de medición 20. Cuanto más lisa sea la superficie de la estructura ranurada 12, más elevada será la parte de luz reflejada 26, que vuelve al sensor puntual 22 confocal.
Durante la realización por remoción de material de la estructura ranurada 12 en la superficie de la pieza de trabajo 10, especialmente en función del estado de las herramientas de mecanizado, pero también en función del material de la respectiva pieza de trabajo 10, pueden originarse rebabas 18 no deseadas, especialmente en las almas 16 de la estructura ranurada 12, como está ilustrado en el lado derecho del dibujo.
Cuando el sensor puntual 22 del equipo de medición 20 se mueve sobre la zona de superficie con una rebaba 18, a diferencia de una superficie lisa, una parte de la luz 24 emitida es irradiada en los flancos de la rebaba 18 como luz 26b reflejada lateralmente. Por lo tanto, no puede ser recibida ni captada por el sensor puntual 22 confocal del equipo de medición 20. Sólo una parte de la luz 26a reflejada verticalmente llega de vuelta al sensor puntual 22.
En cualquier caso, el equipo de medición 20 está realizado, junto con un equipo de control o una unidad informática no representados, para dar, en función de una relación entre la luz 24 emitida y la parte de la luz 26 reflejada que llega de vuelta al sensor puntual 22, una información acerca de la medida, especialmente de la cantidad y/o del tamaño, de las rebabas 18 en la estructura ranurada 12 de la pieza de trabajo 10. En función del resultado de la medición, puede ser emitida entonces una señal que indique, por ejemplo, un cambio necesario de la herramienta de mecanizado en el paso de mecanizado anterior de la realización de estructura ranurada 12, o bien se inicia automáticamente tal cambio.
A continuación de la medición se puede realizar un recubrimiento superficial de la superficie de la pieza de trabajo 10 con la estructura ranurada 12. Esto puede hacerse especialmente mediante la proyección de partículas metálicas fundidas, mediante procedimientos de proyección bien conocidos.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para el mecanizado de una pieza de trabajo (10) con una superficie, especialmente en un taladro, en el cual en la superficie se realiza una estructura ranurada (12) con ranuras (14) y almas (16) intermedias, pudiendo formarse rebabas (18) no deseadas en la estructura ranurada (12), caracterizado porque para la comprobación y la determinación de la formación de rebabas (18) está previsto un equipo de medición (20) que emite una luz (24) a la superficie de la estructura ranurada (12) y recibe luz (26) reflejada por la superficie, siendo determinada una medida de formación de rebabas en función de la luz (26) reflejada.
    2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la determinación de la formación de rebabas por medio del equipo de medición (20) se lleva a cabo al mismo tiempo o inmediatamente después de la realización de la estructura ranurada (12).
    3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la luz (24) es cromática.
    4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el equipo de medición (20) presenta al menos un sensor puntual (22) confocal que emite y recibe la luz (24, 26).
    5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque una reducción de una relación entre la luz (26) reflejada y la luz (24) emitida se considera como medida de un aumento de la formación de rebabas.
    6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la estructura ranurada (12) se realiza con una herramienta de remoción de material, especialmente con un cabezal de fresado o un cincel giratorio.
    7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque al alcanzar un valor predeterminado para la luz (26) reflejada, la herramienta de remoción de material se reajusta y/o se cambia.
    8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque después de realizar y comprobar la estructura ranurada (12) se aplica un recubrimiento sobre esta.
    9. Disposición para el mecanizado de una pieza de trabajo, especialmente según un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, con un dispositivo de remoción de material para la realización de una estructura ranurada (12), con ranuras (14) y almas (16) intermedias, en una superficie de la pieza de trabajo (10), caracterizado porque para la comprobación y la determinación de la formación de rebabas (18) en la estructura ranurada (12) está previsto un equipo de medición (20) que está realizado para emitir una luz (24) a la superficie de la estructura ranurada (12) y recibir luz (26) reflejada por la superficie, pudiendo ser determinada una medida de la formación de rebabas en función de la luz (26) reflejada.
    10. Disposición según la reivindicación 9, caracterizado porque el equipo de medición (20) está dispuesto en el dispositivo de remoción de material.
    10. Disposición según la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque la estructura ranurada (12) se realiza en la pieza de trabajo (10) con al menos una herramienta de remoción de material y porque está prevista una indicación que en función de un resultado de medición del equipo de medición (20) indica cuando ha de cambiarse la al menos una herramienta de remoción de material.
    12. Disposición según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el equipo de medición (20) presenta al menos un sensor puntual (22) confocal que emite y recibe la luz (24, 26).
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