ES2208821T3 - Procedimiento para la elaboracion de la superficie de cabeza de punzones que cooperan con rodillos de presion cilindricos para prensas rotativas, y punzones fabricados segun este procedimiento. - Google Patents
Procedimiento para la elaboracion de la superficie de cabeza de punzones que cooperan con rodillos de presion cilindricos para prensas rotativas, y punzones fabricados segun este procedimiento.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR SUPERFICIES DE CABEZA DE TROQUELES QUE ACTUAN CONJUNTAMENTE CON RODILLOS DE PRESION CILINDRICOS PARA PRENSAS DE MARCHA CONCENTRICA. PARA EVITAR LAS ELEVADAS PRESIONES HERTZIANAS, QUE SE PRODUCEN EN PRENSAS CONOCIDAS DE MARCHA CONCENTRICA, DURANTE LA ACCION CONJUNTA DE LA CABEZA DEL TROQUEL Y DEL RODILLO DE PRESION, LA INVENCION HA PREVISTO QUE LAS GENERATRICES MOMENTANEAS (10) DEL RODILLO DE PRESION CILINDRICO (4), QUE DISCURREN AL ACTUAR EL RODILLO DE PRESION (4) SOBRE EL TROQUEL (1) A TRAVES DE LOS PUNTOS DE CONTACTO MOMENTANEOS ENTRE LA SUPERFICIE DE CABEZA (2) DEL TROQUEL (1) Y EL RODILLO DE PRESION CILINDRICO (4), SE CONFORMEN SOBRE LA SUPERFICIE DE CABEZA (2) DEL TROQUEL (1) POR MEDIO DE UNA HERRAMIENTA (3) COMO UN ENREJADO LINEAL DE CONTACTO (11) CONSECUTIVO.
Description
Procedimiento para la elaboración de la
superficie de cabeza de punzones que cooperan con rodillos de
presión cilíndricos para prensas rotativas, y punzones fabricados
según este procedimiento.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de la superficie de cabeza de punzones, que cooperan
con rodillos de presión cilíndricos, para prensas rotativas, según
la característica indicada en la parte introductoria de la
reivindicación 1, y a punzones fabricados mediante dicho
procedimiento, según las características que se indican en la parte
introductoria de la reivindicación 3.
Por el documento DE 195 02 596 Al se conoce un
procedimiento para elaborar un diagrama
fuerza-distancia de los punzones de moldeo de una
prensa rotativa para pastillas (prensa rotativa), en el cual se
puede detectar con un mínimo de medición, en condiciones de
producción, la característica de compresión del material prensado
en una prensa rotativa. A tal efecto, se mide el desarrollo de la
fuerza de compresión de al menos un punzón en pasos angulares,
almacenando los datos en el ordenador. Un giro completo del rotor,
por ejemplo, corresponde a 3.600 impulsos angulares. A cada uno de
estos impulsos se le asigna una fuerza y se almacena
correspondientemente en el ordenador. Además, en el ordenador se
almacenan los valores teóricos para el recorrido del punzón. Éstos
se pueden calcular a través de las oportunas relaciones geométricas.
Son decisivos para este valor teórico el diámetro del rodillo de
presión, la forma de la cabeza del punzón y la posición relativa de
estas piezas entre sí. El ordenador tiene almacenada una tabla de
correcciones, que tiene en cuenta los esenciales factores de
influencia sobre el recorrido efectivo del punzón, como la
recuperación elástica de la prensa pastilladora y el aplanamiento
del punzón y del rodillo de presión debido a la presión por efecto
Hertz. Tanto la recuperación elástica, como también la presión por
efecto Hertz dependen de la fuerza de compresión que el rodillo de
presión ha ejercido sobre el punzón. De este modo se averiguan
factores de corrección, que dependen de la fuerza aplicada y que
han de ser restados de los valores teóricos para el recorrido del
punzón, a efecto de averiguar el recorrido efectivo del punzón.
Dado que la cabeza del punzón presenta un radio solamente en su zona
circunferencial, pero es plana en el centro, la magnitud de la
presión por efecto Hertz depende de la posición relativa de la
cabeza del punzón con respecto al rodillo de presión. Por lo tanto,
los valores de corrección tienen en cuenta que el aplanamiento
según el efecto Hertz depende de la posición angular del punzón de
presión. Mediante métodos matemáticos se puede calcular para cada
ángulo de giro el movimiento vertical de un par de punzones, siendo
necesaria la corrección del recorrido total teórico por la
recuperación elástica total de la prensa pastilladora y por el
aplanamiento según el efecto Hertz entre la cabeza del punzón y el
rodillo de presión. Este procedimiento conocido toma como base la
forma habitual de la cabeza de punzones para prensas rotativas, es
decir, con una superficie plana en el centro, aplanada y achatada
en forma de círculo y con una zona del borde que presenta un radio
en su sección transversal. Para fuerzas de compresión menores,
estas formas de cabeza de punzón conocidas son suficientes para
resistir, en el funcionamiento continuo, a las fuerzas de
compresión necesarias en el punto de contacto entre el rodillo de
presión y el punzón. En este caso, la cabeza del punzón posee la
superficie plana circular, a la cual le sigue la superficie de
entrada toroidal. En el punto más alto de la superficie toroidal y
cuando la fuerza de compresión es máxima, se produce un contacto
puntiforme entre el rodillo de presión cilíndrico y la superficie
toroidal de la cabeza del punzón, superficie que está curvada en
dos planos, y, por lo tanto, una presión por efecto Hertz
relativamente alta, siendo la misma el parámetro principal para la
fuerza transmisible entre ambos cuerpos acoplados: la cabeza del
punzón y el rodillo de presión. De esta forma se limita la fuerza de
compresión de la prensa rotativa.
Debido a que las elevadas fuerzas de compresión
dan lugar a la formación de pequeños cráteres ("pitting") en
el acoplamiento de cabeza de punzón y rodillo de presión, hoy por
hoy, con las formas de cabeza de punzón conocidas ya se ha alcanzado
y, parcialmente, sobrepasado, el límite de las fuerzas de
compresión admisibles. Para aumentar las fuerzas de compresión
admisibles en futuros desarrollos de las prensas rotativas
técnicas, las formas de cabeza de punzón conocidas con el punto de
contacto puntiforme ya no se pueden desarrollar substancialmente.
Partiendo de una supuesta fuerza de compresión de 80 kN y una forma
de cabeza de punzón tradicional, durante la ejecución del
estampado, en la zona de tránsito de la superficie toroidal a la
superficie plana se mide una presión por efecto Hertz de más de
4300 N/mm^{2} en la zona de contacto entre la cabeza del punzón y
el rodillo de presión, correspondiendo dicha presión a la máxima
presión por efecto Hertz admisible para el acoplamiento de cabeza
del punzón y rodillo de presión. Por lo tanto, la invención tiene
el objetivo de conformar el acoplamiento de cabeza del punzón y
rodillo de presión cilíndrico de tal manera que se evitan altas
presiones hertzianas, así como dar a conocer un punzón adecuado.
Por el documento "Patent Abstracts of Japan, vol. 017, no.
409" (equivalente a JP 05 084 277 A) se conoce que se puede
reducir el desgaste, sustituyendo el contacto puntiforme por un
contacto lineal.
Para resolver este problema, la invención ha
previsto que las líneas generatrices del rodillo de presión
cilíndrico, las cuales discurren a través de los puntos de contacto
momentáneos entre la cabeza del punzón y dicho rodillo de presión
cilíndrico durante la acción de dicho rodillo sobre dicho punzón,
están conformadas mediante una herramienta en forma de haz de
líneas de contacto sucesivas sobre la superficie de la cabeza del
punzón. La forma de cabeza de punzón, según la invención, posee en
todas las posiciones de engrane, entre el rodillo de presión
cilíndrico y la cabeza del punzón un contacto lineal entre dicha
cabeza del punzón, y dicho rodillo de presión, evitando radios de
curvatura localmente mínimos de la cabeza del punzón cuya presión
por efecto Hertz es considerablemente más baja, por lo cual se
puede admitir, en suma, una fuerza de compresión mucho más
alta.
Mediante el procedimiento, según la invención, la
superficie de la cabeza de punzones para prensas rotativas es
conformada de tal manera que, después de una función de inmersión
voluntaria del punzón en la matriz, tiene lugar un contacto lineal
entre el rodillo de presión y la cabeza del punzón en todos los
puntos de engrane entre dicho rodillo y dicha cabeza, y que en
ninguna posición de engrane haya un radio de curvatura localmente
mínimo. A tal efecto, la cabeza del punzón es fabricada, según la
función de inmersión que se puede elegir libremente, y en
dependencia del ángulo de giro de tal manera que las líneas
generatrices momentáneas del rodillo de presión cilíndrico, que
transcurren a través de los puntos de contacto momentáneo entre la
cabeza del punzón y el rodillo de presión, son transferidas al
punzón por medio de movimientos adecuados de la herramienta. De esta
manera, se forma ciertamente una superficie curvada en dos planos
sobre la cara superior de la cabeza del punzón, pasando de forma
continua de una posición de engrane a la siguiente, pero su radio
de curvatura a lo largo de las líneas de contacto es infinitamente
grande. Dicha superficie cumple, por un lado, con el comportamiento
de inmersión predeterminado del punzón en la matriz al pasar el
punzón por debajo del rodillo de presión y, por otro lado, en cada
posición de engrane tiene lugar un contacto lineal entre la cabeza
del punzón y el rodillo de presión cilíndrico con una presión por
efecto Hertz relativamente reducida, incluso cuando la fuerza de
compresión es alta, ya que se evitan radios de curvatura localmente
mínimos. Mediante el procedimiento, según la invención, la
superficie de la cabeza del punzón es conformada radial y
linealmente en función de las líneas de contacto del rodillo de
presión cilíndrico, de manera que el contacto entre el rodillo de
presión cilíndrico y la cabeza del punzón tiene lugar exclusivamente
en las líneas de contacto radial-lineales. De esta
manera se evitan contactos puntiformes y, por lo tanto, altas
presiones hertzianas, así como la formación de pequeños cráteres
("pitting") como consecuencia de las mismas.
El punzón para prensas rotativas conformado según
la invención, y dotado de una superficie de cabeza que coopera con
los rodillos de presión cilíndricos, está caracterizado porque la
superficie de cabeza del punzón presenta un haz de líneas de
contacto sucesivas, que se ha conformado sobre la superficie de
cabeza del punzón a partir de las líneas generatrices momentáneas
del rodillo de presión cilíndrico, las cuales transcurren a través
de los puntos de contacto momentáneos entre la cabeza del punzón y
el rodillo de presión cilíndrico. Por lo tanto, en cualquier curva
de entrada de las cabezas de punzón en los rodillos de presión,
tiene lugar exclusivamente un contacto lineal, disminuyendo el radio
de curvatura a lo largo de una línea de contacto hacia el centro de
la prensa. Debido a ello, la presión por efecto Hertz va creciendo
a lo largo de dicha línea de contacto momentánea, siendo más alta
hacia el centro de la prensa que en el borde exterior del
punzón.
Según otra conformación de la invención, el haz
de líneas de contacto está inclinado pocas centésimas de milímetro
hacia el lado de la cabeza del punzón que está dirigido hacia el
centro de rotación de la prensa rotativa, con la condición de que
el alojamiento de los rodillos de presión sea resistente a los
vuelcos. En este caso, cuando el acoplamiento de rodillo de presión
y cabeza de punzón no está sometido a ninguna carga, se produce un
dislocamiento en el lado de la cabeza del punzón que está inclinado
hacia el centro de la prensa, es decir, hacia el centro de
rotación, mientras que, cuando está sometido a una carga, se produce
una presión por efecto Hertz casi uniforme a lo largo de toda la
línea de ataque, posibilitando de esta manera la máxima capacidad
de carga del acoplamiento de rodillo de presión y cabeza del
punzón.
A continuación, la invención es explicada más
detalladamente por medio de un ejemplo de realización ilustrado en
los dibujos. Éstos muestran:
en la figura 1, la vista frontal (dibujo
superior) y la vista en planta (dibujo inferior), teóricas, del
acoplamiento cabeza del punzón/rodillo de presión cilíndrico de una
prensa rotativa,
en la figura 2, la vista en perspectiva de una
superficie de cabeza del punzón sin superficie plana, de acuerdo
con la invención,
en la figura 3, una vista desde arriba sobre la
superficie de cabeza del punzón, según la figura 2,
en la figura 4, la vista en perspectiva,
análogamente a la de la figura 2, con los radios de curvatura
máximo y mínimo representados gráficamente, y,
en la figura 5, un diagrama del radio de
curvatura y de la presión por efecto Hertz a lo largo de la sección
transversal de la cabeza del punzón.
En la figura 1 se muestra la relación geométrica
entre la curva de entrada del punzón (1) en la matriz, no mostrada,
y la trayectoria de herramienta, que es necesaria para la
fabricación de la superficie de cabeza (2) del punzón (1), para una
herramienta cilíndrica (3). Los movimientos de herramienta, que son
necesarios para la elaboración de dicha superficie de cabeza (2), se
calculan, por ejemplo, para un punzón (1) con superficie plana y
con entrada circular en el rodillo de presión (4), en función de un
ángulo de giro \delta de la herramienta:
X_{rodillo} (\delta)
=r_{trayectoria}*^{sin
\delta}
X_{aux} (\delta)
=X_{rodillo}(\delta)
r_{sup.plana}
y_{aux} (\delta) =
\sqrt{de(r_{entrada}+r_{rodillo})^{2}-X_{aux}(\delta)^{2}}
Y_{rodillo} (\delta) =
y_{aux}
(\delta)-r_{entrada}
para X_{rodillo} (\delta)
<r_{sup.plana}
vale
\beta (\delta)=0, de \ lo
contrario \ \beta (\delta)=arctan(X_{aux}
(\delta)/y_{aux}(\delta))
X_{herramienta}(\delta)
=y_{rodillo}(\delta) - r_{rodillo}* cos \beta
(\delta)
| \delta - | ángulo de giro de la herramienta |
| r_{sup.plana} - | radio de la superficie plana |
| r_{entrada} - | radio de la entrada |
| r_{rodillo} - | radio de los rodillos de presión |
| r_{herramienta} - | radio de la herramienta |
| X_{herramienta} - | coordenada x de la herramienta = f(\delta) |
| Y_{herramienta} - | coordenada y de la herramienta = f(\delta) |
Con las coordenadas \delta, X_{herramienta},
Y_{herramienta} se puede realizar el acabado del contorno de la
cabeza del punzón, por ejemplo, en una curva de entrada
circular.
En la figura 1 se muestra en el dibujo superior
el eje de rotación (5) del rodillo de presión (4), así como el eje
de rotación (6) de la herramienta (3), y en el dibujo inferior el
centro de rotación (7) del punzón (1) que está en rotación sobre el
radio de la trayectoria circular (8). Las líneas generatrices
momentáneas (10) del rodillo de presión (4) sobre la superficie de
cabeza (2) del punzón (1), que transcurren a través de los puntos
de contacto momentáneos (9) entre el punzón (1) y el rodillo de
presión (4) al ejercer el rodillo cilíndrico (4) presión sobre el
punzón (1), son conformadas mediante la herramienta (3) como un haz
(11) de líneas de contacto sucesivas.
En la figura 2 se muestra una proyección en
perspectiva sobre la superficie de cabeza (2) del punzón (1), que
no tiene superficie plana, con el haz (11) formado por las líneas
de contacto (10). También en este caso se muestra el radio de la
trayectoria circular (8). El cilindro inicial (12) para el punzón
(1) y el radio de la trayectoria circular (8), a lo largo de la cual
el punzón (1) gira en torno al centro de rotación (7) de la prensa
rotativa, están dibujados con trazos finos. A partir del cilindro
inicial (12) se van trabajando las líneas generatrices (10)
mediante la herramienta (3), por ejemplo, una fresa o una muela
cilíndricas, transformando el anterior contacto puntiforme mediante
líneas generatrices continuas (10) en un contacto puramente lineal.
La antigua forma toroidal de la cabeza del punzón se ha sustituido
por una forma abovedada con líneas generatrices rectas (10).
En la figura 3 se muestra una vista desde arriba
sobre la superficie de cabeza (2) del punzón (1) con el haz (11) de
líneas generatrices. En la figura 4 se ha trazado, para cada línea
de ataque (10), el desarrollo de los radios de curvatura (14) a lo
largo de la línea de ataque (10), en la cual se produce la mayor
fuerza de compresión entre rodillo de presión (4) y punzón (1)
durante el proceso de estampado. Para el lado del punzón (1) que
está inclinado hacia el punto de rotación (7) (flecha 13) de la
prensa rotativa intervienen los radios de curvatura más pequeños
(14) a lo largo de dicha línea de ataque (10) elegida. Esta
geometría de la cabeza del punzón (2) provoca en la cara interior
del punzón (1), que está dirigida hacia el centro de rotación (7),
una presión por efecto Hertz más alta que en la cara exterior del
punzón (1) debido al radio de curvatura más reducido (radio de
curvatura mínimo 14 min) del rodillo de presión (4) y del punzón
(1) que resulta en este lado de dicho punzón (1). Para compensar,
las líneas de ataque (10) a elaborar, que presentan poca
inclinación, están confeccionadas de tal manera que en un
acoplamiento de rodillo de presión (4) y punzón (1), sin carga,
aparece un dislocamiento en la cara interior del punzón (1), y la
máxima fuerza de compresión da lugar a un desarrollo casi uniforme
de la presión por efecto Hertz debajo de la línea de contacto
(10).
En la figura 5 se muestra el diagrama sobre la
línea de contacto (10) con la máxima fuerza de compresión de 300
kN, el desarrollo del radio de curvatura (14) del punzón (1), el
desarrollo de la presión por efecto Hertz (15) sin corrección de
inclinación y el desarrollo de la presión por efecto Hertz (16) con
corrección de inclinación, de un acoplamiento de rodillo de presión
(4) y punzón (1) realizado. Lo que se puede comprobar claramente es
la reducción significante de la presión por efecto Hertz máxima, a
pesar de que la fuerza de compresión sea más elevada, y la
reducción adicional de la presión por efecto Hertz local máxima en
el borde interior del punzón, siendo la carga total la misma, debido
a la corrección que se ha llevado a cabo. Dicha corrección es de
0,7 \mum/mm.
- 1
- Punzón
- 2
- Superficie de cabeza
- 3
- Herramienta
- 4
- Rodillo de presión
- 5
- Eje de rotación del rodillo de presión
- 6
- Eje de rotación de la herramienta
- 7
- Centro de rotación de la prensa
- 8
- Trayectoria circular
- 9
- Punto de contacto
- 10
- Línea generatriz
- 11
- Haz de líneas generatrices
- 12
- Cilindro inicial
- 13
- Flecha hacia el centro de rotación de la prensa
- 14
- Radio de curvatura
- 15
- Presión por efecto Hertz sin corrección de inclinación
- 16
- Presión por efecto Hertz con corrección de inclinación
Claims (4)
1. Procedimiento para la elaboración de la
superficie de cabeza (2) de punzones (1), que cooperan con rodillos
de presión cilíndricos (4), para prensas rotativas,
caracterizado porque las líneas generatrices momentáneas (10)
del rodillo de presión cilíndrico (4), que transcurren a través de
los puntos de contacto momentáneos entre dicha superficie de cabeza
(2) de dicho punzón (1) y dicho rodillo de presión cilíndrico (4)
cuando el rodillo cilíndrico (4) ejerce su presión sobre el punzón
(1), son conformadas mediante una herramienta (3) sobre la
superficie de cabeza (2) del punzón (1) en forma de un haz (11) de
líneas de contacto sucesivas.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el haz (11) de líneas de contacto está
conformado con una inclinación de unas pocas centésimas de
milímetro hacia el lado del punzón (1) que está dirigido hacia el
centro de rotación (7) de la prensa rotativa.
3. Punzón (1) para prensas rotativas dotado de
una superficie de cabeza (2), que coopera con los rodillos de
presión cilíndricos (4), elaborado según las características de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la superficie
de cabeza (2) del punzón (1) presenta un haz (11) de líneas de
contacto sucesivas, que se ha conformado sobre la superficie de
cabeza (2) del punzón (1) a partir de las líneas generatrices
momentáneas (10) del rodillo de presión cilíndrico (4), las cuales
transcurren a través de los puntos de contacto momentáneos entre la
superficie de cabeza (2) del punzón (1) y el rodillo de presión
cilíndrico (4).
4. Punzón (1), según la reivindicación 3,
caracterizado porque el haz (11) de líneas de contacto está
conformado con una inclinación de unas pocas centésimas de
milímetro hacia el lado del punzón (1) que está dirigido hacia el
centro de rotación (7) de la prensa rotativa.
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| EP0839638A2 (de) | 1998-05-06 |
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