ES2219702T3 - Medios para la fabricacion de barras de cremalleras de direccion. - Google Patents
Medios para la fabricacion de barras de cremalleras de direccion.Info
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Landscapes
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Abstract
Configuración de maquina herramienta con al menos una máquina herramienta (1) y con al menos un aparato para cambiar las herramientas automáticamente, que consta esencialmente de al menos un estante, un almacén (3) o un dispositivo similar diseñados para alojar las herramientas individuales (2) a cambiar y al menos un dispositivo de substitución de herramientas (4), donde el robot (4) que actúa como dispositivo de substitución de herramienta tiene una posición fija especificada o una trayectoria de movimiento constante especificada en relación con el(los) almacén(es) (3) o estante(s), donde el(los) almacén(es) de herramientas (3) o los estantes de recepción de herramientas está(n) fijo(s) y/o estático(s) durante la utilización, y tiene(n) alojamiento(s) de enchufe (6) en los que las herramientas (2) son insertadas y en las que las herramientas (2) se mantienen por gravedad, donde el dispositivo de substitución de herramienta (4) es un robot con al menos seis ejes o seis grados de libertad ydonde el sistema de control y programación del robot (4) está conectado al sistema de control y programación de la máquina herramienta (1), de manera que una herramienta (2) con cualquier orientación espacial respecto de la máquina herramienta (1) puede ser cambiadas sin retornar a la posición inicial.
Description
Medios para la fabricación de barras de
cremalleras de dirección.
La presente invención se refiere a la fabricación
de cremalleras para el mecanismo de la dirección de automóviles y
en particular, pero no exclusivamente, a la fabricación de
cremalleras de relación ajustable. El procedimiento y el diseño de
equipos de fabricación también se dan a conocer, por tratarse de
diseños relacionados con cremalleras que presentan ventajas
funcionales en relación con la técnica anterior (véase por ejemplo
el documento GB-A-2108026).
Las cremalleras suelen comprender una barra
redonda con dientes cortados o conformados en un "extremo
dentado", siendo referida la restante zona no dentada como un
"extremo de espiga". Las cremalleras de relación ajustable, tal
como se describen en la patente US nº 3.753.378, incorporan dientes
de sección transversal variable y un ángulo de sesgado variable,
con respecto al eje longitudinal de la cremallera, así como un paso
de diente variable. El piñón que engrana la cremallera suele ser
helicoidal y está instalado en el mecanismo de dirección formando un
ángulo oblicuo con la recta normal al eje longitudinal de la
cremallera, denominándose en lo sucesivo "ángulo de instalación
del piñón". Para las cremalleras de relación ajustable, los
dientes en el extremo dentado de la cremallera suelen estar
simétricamente dispuestos alrededor de un punto medio,
correspondiendo esta "zona entre centros" a la posición de
acoplamiento del piñón cuando el vehículo se conduce recto hacia
delante.
La geometría de dichos dientes hace que las
cremalleras de relación ajustable sean muy difíciles de mecanizar
mediante los procesos de fabricación de cremalleras conocidos y por
lo tanto, se suele recurrir a un forjado de precisión, no obstante
la alta precisión que se necesita para un acoplamiento
satisfactorio de los piñones.
La geometría óptima de los dientes de las
cremalleras varía, en gran medida, según los requerimientos
específicos del vehículo y si el mecanismo de dirección es del tipo
manual o motorizado. Cuando se miran en sección transversal normal
al eje longitudinal de la cremallera, los dientes suelen estar
situados hacia la periferia de la barra, de modo que la resistencia
a la flexión en el extremo dentado de la cremallera se reduzca al
mínimo en comparación con la del extremo de espiga.
La patente US nº 4.116.085 describe una
cremallera que presenta, en su extremo dentado, una sección
transversal triangular o una sección en "Y" que es
especialmente adecuada para cremalleras de relación ajustable. Dicha
cremallera puede conformarse en matrices de forjado tales como las
descritas en la patente US nº 4.571.982 y en la solicitud de
patente internacional PCT/AU94/00775 y se soporta en el mecanismo
de dirección en un soporte de cremallera en forma de V. Esta
disposición proporciona resistencia al rodamiento de la cremallera
bajo la acción de las fuerzas de acoplamiento de los dientes según
se describe en la patente US nº 4.116.085. Otra ventaja de la
sección en Y anterior, y del procedimiento de fabricación
relacionado, es que el área de la sección transversal de la sección
en Y (incluyendo la altura media de los dientes en la zona dentada)
puede hacerse coincidir con la pieza en tosco de la cremallera
redonda a partir de la cual se forja la cremallera, ahorrando así
material y permitiendo la construcción de una matriz en la que no
exista ninguna rebaba de corte. Esta construcción de la matriz
permite que se consiga muy altas presiones de conformación, de modo
que puede conseguirse también un rellenado preciso de las cavidades
de los dientes de la matriz, aun cuando se realice el trabajo de
forjado a temperaturas relativamente bajas, siendo también esto
último ventajoso para evitar la formación de cascarillas. La
sección en Y de la cremallera es de mayor diámetro en las esquinas,
de modo que su resistencia a la flexión, en el extremo dentado,
coincide aproximadamente con la del extremo de espiga. Se ha
encontrado como temperatura adecuada unos 700ºC (que se suele
referir como "forja en caliente") a diferencia de una
temperatura de 1.100ºC que se suele utilizar en la denominada forja
en caliente convencional.
Este uso de un diseño de sección en Y se ha
encontrado que es muy deseable en los mecanismos de dirección
asistida de relación ajustable, donde un gran cambio de la relación
de la dirección es apropiado para las características de manejo del
vehículo y, como resultado, el ángulo de sesgado de algunos de los
dientes es grande. El uso de una sección en Y sirve para estabilizar
la cremallera bajo la influencia de momentos de balanceo causados
por las fuerzas de contacto de los dientes de la cremallera/piñón,
en particular la componente lateral de estas fuerzas que son
resultado de la presencia de grandes ángulos de sesgado. Sin
embargo, en algunas circunstancias, tal como cuando los ángulos de
sesgado son relativamente pequeños, por ejemplo durante la fase
introductoria de la relación ajustable en un modelo de vehículo
particular, donde pueden emplearse menos grados de cambio de
relación, puede ser deseable proporcionar la sección transversal
redonda, más convencional, en el extremo dentado de la cremallera,
de modo que esta última asuma una sección semejante a la letra
"D" y la parte posterior curvada de esta sección es de un
radio prácticamente concéntrico con el radio del extremo de espiga
de la barra. Esta disposición tiene algunas ventajas de fabricación
para los mecanismos de dirección asistida, respecto a las
cremalleras de sección en Y, por cuanto que el extremo dentado de
la cremallera puede ensamblarse a través del cierre interior del
cilindro de la dirección asistida, después de que el pistón se haya
unido al extremo de espiga de la cremallera (una práctica bien
conocida en la técnica de fabricación de mecanismos de dirección
asistida). Además, puede utilizarse un soporte de cremallera de
forma arqueada convencional y la cremallera completa puede
someterse a un rectificado de acabado, mediante un proceso de
rectificado sin puntos de avance pasante en lugar de un rectificado
de penetración de solamente el extremo de espiga.
Cuando se realiza la forja de una cremallera de
sección en D, el área de la sección transversal del extremo dentado
de la cremallera es menor que el área del extremo de espiga. De
ello se deduce que la pieza en tosco de la cremallera debe
reducirse de diámetro, en dicha zona, para forjarse más adelante con
el fin de obtener el extremo dentado o, como alternativa, el metal
excedente debe extruirse en cámaras laterales adjuntas a la cavidad
de matriz principal, formando salientes que pueden eliminarse
mediante un mecanizado posterior. Este procedimiento permitirá que
una cremallera motorizada pase a través del cierre y sea procesada
mediante un rectificado sin puntos de avance pasante. La presente
invención se refiere a la construcción de matrices para forjar una
cremallera de sección en D empleando dichas cámaras. La
configuración general de la matriz de forjado, que se describe,
puede seguir siendo prácticamente la de la matriz descrita en la
patente US nº 4.571.982 o la solicitud de patente internacional
PCT/AU94/00775 especialmente en relación con los medios para agarre
de la pieza en tosco de la cremallera y para proporcionar las
limitaciones extremas necesarias. Sin embargo, los elementos de
conformación ilustrados en la Figura 4 de la memoria descriptiva
anterior se sustituyen por un par de bloques de matrices opuestos,
teniendo cada uno una cavidad en sección correspondiente a una u
otra mitad de la cremallera de sección en D, pero incluyendo las
cámaras laterales anteriores. La matriz de forjado dada a conocer
en la patente US nº 4.571.982 proporciona también chavetas
robustas, que se acoplan a medida que los bloques de matriz
superior e inferior se aproximan entre sí, de forma que dichos
bloques de las matrices se mantengan en una alineación precisa.
Ahora, en la fabricación de cremalleras de
sección en Y mediante forja en caliente, las muy altas presiones
conseguidas aseguran que las cavidades de los dientes de la matriz
sean rellenadas con precisión en prácticamente toda su longitud,
dentro de una fracción de milímetro de las partes superiores de los
dientes de la cremallera. Esto resulta especialmente importante en
la zona entre centros de las cremalleras de relación ajustable,
utilizadas en los mecanismos de dirección asistida, donde el ángulo
de presión es bajo y el contacto de los dientes con el piñón se
suele producir solamente en la parte superior de uno a dos
milímetros desde los dientes de la cremallera. Un rellenado
deficiente de la matriz da lugar a una reducción de la longitud
total de la línea de contacto de acoplamiento de
piñón-cremallera y por lo tanto, a una
correspondiente reducción en la relación de contacto efectiva. En
el caso de una cremallera de sección en D, a la que se refiere la
presente invención, esta longitud de contacto está ya reducida en
comparación con la de las cremalleras de sección en Y, debido a los
dientes de cremallera más estrechos anteriormente mencionados. La
simple disposición de dos elementos de conformación que se describe
debe ser capaz de conseguir las mismas muy altas presiones que la
matriz de conformación en Y.
Un rellenado satisfactorio de la matriz puede
manifestarse como el menisco o radio del metal formado dentro de la
sección transversal de la cavidad dentada donde, por ejemplo, el
flanco de la cavidad del diente encuentra el fondo de la cavidad.
Este radio se determina por la presión hidrostática del metal
conformado dentro de la cavidad de la matriz. De forma experimental,
se ha encontrado que esta presión debe ser del orden de magnitud de
1100 MPa.
Por esta razón, la construcción de la matriz de
dos elementos ilustrada en la patente GB 2088256 (referencia en la
Figura 5 en la memoria descriptiva correspondiente), con su
provisión para "canales de desahogo de las rebabas" a cada
lado de la cámara de la matriz superior, no es factible puesto que
el metal escaparía a través de estos canales de desahogo, antes de
que se hubiera alcanzado la presión hidrostática deseada, en
especial a las temperaturas de "forja en caliente"
especificadas por la patente. Según la memoria descriptiva de esta
patente de la técnica anterior, el proceso de forja en caliente
inicial es seguido, en una etapa posterior de fabricación, por un
proceso de acuñamiento en frío, con lo que se consigue la exactitud
final de la forma y del relleno del diente. Dicho proceso de dos
etapas de conformación de los dientes finos de la cremallera puede
causar pliegues u otros efectos en el material, a no ser que se
realice una compensación precisa para la variación de la temperatura
entre las etapas de forja en caliente y acuñamiento en frío.
Análogamente, la construcción de dos elementos de
la matriz, ilustrada en la patente GB 2108026, con su provisión de
una cavidad en relieve cuyo volumen es mayor que el que se hubiera
rellenado por material excedente desplazado a dicha cavidad,
tampoco sería factible por cuanto que el metal escaparía hacia el
interior de la cavidad en relieve antes de que se alcance la presión
hidrostática deseada para conformar completamente los dientes de la
cremallera.
Los "canales de desahogo de las rebabas" se
suelen proporcionar en las matrices de forjado convencionales para
permitir que el material original de la barra, que se utiliza como
piezas en tosco en las operaciones de forja, esté sometido a una
variación relativamente amplia de diámetro, mientras que en los
procesos descritos en la patente US nº 4.571.982 y solicitud de
patente internacional PCT/AU94/00775, la pieza en tosco es
rectificada con precisión en su diámetro para una tolerancia fina.
Las cámaras a cada lado de la cavidad de la matriz principal, según
la presente invención, solamente tienen una semblanza superficial
con los "canales de desahogo de las rebabas" convencionales y
se proporcionan principalmente para impedir el
"estrangulamiento" del metal, lo que inevitablemente ocurre en
la línea de unión entre los rebajes de matrices de aproximación
mutua, que tienen secciones transversales prácticamente
semicirculares. Otras funciones de estas cámaras se refieren más
adelante en esta memoria descriptiva. Por lo tanto, estas cámaras
estarán presentes si se reduce el diámetro de la pieza en tosco
reducido en el extremo dentado (todavía no formado) o si no se
reduce.
Para que estas cámaras sean eficaces, deben
proporcionar una captación positiva del metal durante las últimas
etapas de cierre de la matriz con el fin de producir la alta
presión hidrostática final antes mencionada. En realidad, según la
presente invención, durante el último instante del cierre, es
posible que el metal procedente de estas cámaras vuelva a entrar en
la cavidad de la matriz principal para asegurar así un rellenado
completo de la matriz.
En un aspecto de la presente invención, se
proporciona una matriz para conformar el extremo dentado de una
cremallera de la dirección a partir de una pieza en tosco
cilíndrica mediante una operación de forja, comprendiendo la matriz
un primer y un segundo bloques de matriz, que pueden desplazarse uno
en relación al otro para converger en la pieza en tosco,
incorporando dichos bloques de matriz unos rebajes opuestos, que
suelen ser semicirculares, para alojar dicha pieza en tosco,
incorporando un rebaje la forma obversa de los dientes, definiendo
dichos rebajes entre sí una cavidad principal, puesto que dichos
bloques de matriz convergen a su posición cerrada final, con rebajes
subsidiarios en uno o ambos bloques de la matriz en la línea de
unión existente entre las cámaras en dicha posición cerrada final,
comunicándose cada lado de dicha cavidad principal con una de las
cámaras a lo largo de la totalidad o la mayor parte de la extensión
longitudinal completa de dicha cavidad principal, caracterizado
porque dichas cámaras en sección transversal incorporan unos medios
de tope situados lateralmente alejados de dicha cavidad principal,
lo que restringe el flujo de material original alejándose de la
cavidad principal, con el volumen de las cámaras en dicha posición
cerrada final, siendo prácticamente igual a la diferencia de
volumen entre la pieza en tosco de la cremallera y la cremallera de
la dirección, cuando se realiza el forjado de acabado sobre su
extremo dentado en la cavidad principal.
Es preferible que dichos medios de unión a tope
comprendan topes que se extiendan longitudinalmente en dicho primer
bloque de la matriz que se solapen con los respectivos topes
yuxtapuestos en dicho segundo bloque de la matriz, a medida que se
aproxima a dicha posición cerrada final.
Como alternativa, o adicionalmente, es preferible
que dichas cámaras estén generalmente conificadas en profundidad, en
una dirección opuesta a la cavidad principal, de forma suficiente
para evitar el flujo hacia fuera del material original, a medida
que se aproxima dicha posición cerrada final.
En una realización preferida, al menos una parte
de dicho material original dentro de las cámaras es forzada a
retornar hacia la cavidad principal, a medida que se aproxima la
posición cerrada final.
En otra realización preferida, cada tope de
extensión longitudinal en el primer bloque de la matriz tiene una
pequeña zona de espacio libre con dicho respectivo tope solapado
yuxtapuesto en el segundo bloque de la matriz.
La Figura 1 ilustra una vista en sección
transversal longitudinal de un mecanismo de dirección del piñón y
cremallera de relación ajustable;
la Figura 2 ilustra una vista lateral en alzado
de la cremallera y del soporte de la cremallera instalado dentro
del mecanismo de dirección de la Figura 1;
la Figura 3 es una vista en sección transversal
del soporte de cremallera y barra de la Figura 2 según la Sección
III-III;
la Figura 4 es una vista en sección transversal
de una realización de una cremallera de sección en D, que puede
obtenerse según la presente invención;
la Figura 5 ilustra una vista en sección
transversal de los dientes a través del plano transversal en la
zona 100 de la Figura 2, que corresponde a la zona entre centros de
la cremallera;
la Figura 6 ilustra una vista en sección
transversal de los dientes a través del plano transversal en la
zona 101 de la Figura 2, que corresponde a una zona de bloqueo
completo de la cremallera;
la Figura 7 es una vista en sección transversal
de una realización de los bloques de la matriz según la presente
invención;
la Figura 8 es una vista esquemática ampliada de
los bloques de la matriz en cuatro posiciones sucesivas desde
cuando la pieza en tosco entra primero en contacto con el bloque de
la matriz superior para el cierre completo de la matriz y
la Figura 9 es una vista en sección transversal
según la Sección IX-IX de la Figura 8;
la Figura 10 es una vista en sección transversal
de una realización alternativa de los topes de los bloques de la
matriz y la cámara que definen conjuntamente los medios de
tope.
La Figura 1 ilustra un tipo de mecanismo de
dirección de piñón y cremallera de relación ajustable, que se
beneficia del procedimiento de fabricación y aparatos según la
presente invención. La cremallera 1 se desliza longitudinalmente en
el alojamiento del mecanismo de dirección 2 sobre los rodamientos 3
y 4 y sobre el soporte de cremallera 5. El alojamiento 2 está
también provisto de rodamientos para el montaje del piñón 6,
generalmente formando un ángulo distinto a un ángulo recto con el
eje longitudinal de la cremallera 1 y el piñón 6 es generalmente de
una forma helicoidal de envolvente de círculo. El alojamiento 2
incorpora también un cilindro mecánico 7, en el que se desliza el
pistón 8 para fijarse con firmeza en la cremallera 1. Los
rodamientos 3 y 4 incorporan cierres como el del pistón 8, de forma
que el aceite bajo presión, suministrado a uno u otro extremo del
cilindro 7, proporcione ayuda al esfuerzo del conductor según una
técnica de dirección asistida bien conocida.
La Figura 2 ilustra una cremallera típica tal
como se instalaría en el mecanismo de dirección de la figura 1 y
comprende un extremo dentado 9 y un extremo de espiga 10 estando
este último unido al pistón 8. Se observará que los dientes están
espaciados próximos en la zona entre centros 100 de la cremallera y
se transforman con suavidad a espacios más amplios, con dientes a
cada lado, hacia las zonas de bloqueo completo 101 y 102.
En una realización preferida, el extremo dentado
9 tiene una forma en sección transversal ilustrada en la Figura 3
(Sección III-III de la Figura 2), denominada por
comodidad como una sección en Y, según la patente US nº 4.116.085.
Dicha cremallera, cuando se instala con cojinete en las caras
deslizantes en forma de "V" incorporadas en un soporte de
cremallera 5, está prácticamente libre de cualquier tendencia al
rodamiento sobre su eje longitudinal causado por la fuerza de
contacto de acoplamiento entre los dientes del piñón 6 y los de la
cremallera 1, por las razones indicadas en la patente anteriormente
mencionada.
Se observa, a partir de la Figura 3, que el
extremo dentado 9 tiene una envolvente de sección transversal más
grande que el extremo de espiga 10. Por lo tanto, el cojinete 4 que
incorpora el cierre 4a ha de ser ensamblado en el extremo de espiga
10 antes de la unión y retención (por ejemplo, mediante resortes
circulares) del pistón 8 y antes del ensamblaje en el receptáculo 2.
El receptáculo 2 está provisto de una disposición a tope interna 11
en la que se presiona en la zona anular escalonada 4b del cojinete 4
durante el montaje de la dirección.
Estas técnicas han sido muy utilizadas en los
mecanismos de la dirección motorizados fabricados durante más de
una década y, aunque bien contrastados, incurren en algunos costes
adicionales en comparación con una construcción normalmente
utilizada en los mecanismos de dirección asistida de relación
constante, donde el extremo dentado tiene prácticamente el mismo
diámetro que el extremo de espiga, con lo que la sección de la
cremallera se asemejará más a la forma de la letra D que a la letra
Y.
Ahora, con referencia a lo anterior, en algunas
circunstancias una cremallera de sección en D puede ser preferible
a una cremallera de sección en Y, por razones de ahorro de costes.
Para esta finalidad, la presente invención describe unos medios con
los que los cuatro elementos conformadores primarios, según se
describe en la patente US nº 4.571.982 y la solicitud de patente
internacional PCT/AU94/00775 son sustituidos por un par de bloques
de matriz opuestos y la forma de la cremallera será de una sección
en D, como se ilustra en la Figura 4. El lado 12 del extremo
dentado de la cremallera opuesto a los dientes coincidirá ahora,
cuando se someten a un rectificado de acabado, con el extremo de
espiga 10. Téngase en cuenta que los momentos de balanceo son muy
afectados por la distancia 13 entre el eje longitudinal de la
cremallera 16 y el plano de paso de malla de acoplamiento de los
dientes de piñón y cremallera, ilustrado como plano 14, para las
zonas de enclavamiento completo 101 y 102 y el plano 15 para la zona
entre centros 100.
Las Figuras 5 y 6 ilustran las formas típicas de
los dientes vistos en los planos transversales, es decir, los
planos normales al ángulo de sesgado local de los dientes, como en
las zonas 100 y 101, respectivamente, de la Figura 2. Los dientes
de las formas ilustradas pueden utilizarse donde la relación de la
dirección seleccionada para la semi-vuelta o la
zona en ángulo de las ruedas del vehículo se selecciona para ser
del orden de magnitud del 60-70% de la zona entre
centros o posición recta hacia delante de las ruedas.
Ahora, las presiones conseguidas durante la
formación de los dientes de la cremallera determinan, en gran
medida, el grado de rellenado del rebaje dentado de la matriz 26
según se indica en los radios de menisco 17, que suele ser más
difícil de conseguir en la zona entre centros (Figura 5) donde es
pequeño el ángulo de presión transversal 18. Los dientes ilustrados
en las Figuras 5 y 6 tienen diferentes alturas medias volumétricas,
es decir, los planos 19 y 20 respectivamente, donde el área de la
sección transversal del diente 200, 202, por encima de esta altura
media, es igual al área de la sección transversal de la separación
del diente (es decir, el espacio entre los dientes) 201, 203 por
debajo de esta altura media (es decir, las áreas rayadas 200=201 y
202=203). Por lo tanto, el plano de la altura media 19 en la Figura
5 está considerablemente más próximo al plano 204 de la parte
inferior de los dientes (indicado como la altura 205) que en el caso
de los correspondientes planos de los dientes en ángulo de alta
presión según se ilustra en la Figura 6 (distancia entre los planos
20 y 206 indicados como altura 207). El volumen de la cavidad de la
matriz total por longitud unidad debe tener en cuenta estos
volúmenes de los dientes variables si el grado de rellenado
conseguido en la cremallera ha de mantenerse constante a lo largo
de su longitud. Debe tenerse en cuenta también las inevitables
variaciones de rigidez de los bloques de la matriz en toda su
longitud.
La restante descripción de la matriz de forjado
que, según la invención, es adecuada para la conformación en
caliente de cremalleras de sección en D, se refiere al par de
bloques de matriz opuestos. Como se indicó anteriormente, el resto
de la matriz puede considerarse que es prácticamente como se
describe en la solicitud de patente internacional PCT/AU94/000775.
Por consiguiente, se proporcionan cavidades adecuadas dentro de los
elementos transversales inferiores y superiores (o elementos de la
matriz) numerados 18 y 19 en las Figuras 3 y 4 de la memoria
descriptiva de la técnica anterior, para alojar bloques de matrices
rectangulares 21 y 22 en la Figura 7 de la presente memoria
descriptiva. Cuando se alcanza la posición de la carrera inferior de
la operación de forjado (es decir, el cierre de la matriz final),
los bloques de la matriz definen conjuntamente una cavidad principal
23 y las cámaras 24 situadas a cada lado de la misma que, en la
mayor parte de los casos, se extienden prácticamente a todo lo
largo de los bloques de matriz. En la Figura 8 se ilustran detalles
adicionales de la cavidad principal 23 y de las cámaras 24.
La pieza en tosco de la cremallera 25 rectificada
con precisión, aquí ilustrada en la posición 25a, directamente por
encima del rebaje dentado 26 del bloque de la matriz inferior 22,
en el instante de contacto de la pieza en tosco 25 con el rebaje
semicircular 27 del bloque de matriz superior 21 en la posición
27a. Las posiciones sucesivas del rebaje semicircular 27 y de la
pieza en tosco 25 se indican por sufijos b, c y d.
A cada lado de la cavidad principal 23 existen
los topes 28 y 29 del bloque de matriz inferior 22 y del bloque de
matriz superior 21, respectivamente. Cada tope 29 se solapa con el
correspondiente tope yuxtapuesto 28 definiendo así conjuntamente
unos "medios de tope" en el extremo lateralmente remoto de
cada cámara 24, que restringen el flujo de material alejándose de la
cavidad principal 23 a medida que se aproxima la posición cerrada
final de los bloques de matriz 21 y 22.
Las proporciones exactas de las cámaras 24
resultarán influidas por muchos factores. Por ejemplo, deben ser de
anchura suficiente 50 de modo que el tope elevado 28 pueda resistir
el esfuerzo de cizallamiento lateral impuesto durante el cierre
final de la matriz.
La forma seccional óptima de las cámaras 24 para
un diseño particular de la cremallera de sección en D puede
conseguirse por un método de tanteo y mediante el uso de programas
de modelización por ordenador. Dichos programas pueden tener
típicamente como entradas parte o la totalidad de la información
siguiente:
- *
- La relación de velocidad/tiempo de los cilindros de la prensa durante el cierre.
- *
- Las propiedades de los materiales a utilizar, en este caso uno de entre una amplia gama de aceros.
- *
- La temperatura a la que los aceros seleccionados fluyen con más facilidad, pero menor a la que se produce un cambio de fase metalúrgica durante el enfriamiento, tal como la temperatura de la transformación austenítica.
- *
- Las propiedades viscosas del acero a diversas velocidades de cizallamiento.
- *
- El coeficiente de rozamiento durante el flujo de acero dentro de la matriz que tiene relación con el acabado de la matriz, la lubricación utilizada, etc.
Las variables usadas en proporcionar las cámaras
incluyen:
- *
- la anchura 50 influida por la resistencia al cizallamiento del tope en relieve 28. Asimismo, la altura 59 del tope 28 debe reducirse al mínimo para limitar los esfuerzos combinados de flexión y corte impuestos sobre el tope 28 durante el cierre final de la matriz. En una realización preferida, la anchura 50 es mayor que la altura 59;
- *
- profundidad media 51 de la cámara 24;
- *
- ángulos de cono en 52 y 55, que se incorporan de forma que las matrices puedan, con gran facilidad, ser mecanizadas por electrodescarga después de que se produzca el desgaste. Una pequeña zona libre 54 existirá en la interfase de los topes 28 y 29 de los bloques de matriz 22 y 21 respectivamente, para permitir una desadaptación ligera de los bloques de matriz principales debido a posible alineación ligera de los elementos de enchavetado entre los elementos transversales superior e inferior;
- *
- los radios 53 en la entrada de la cavidad principal 23 para ayudar al flujo hacia dentro y fuera de las cámaras 24;
- *
- volumen total de las cámaras 24 (ilustrado rayado en el lado izquierdo de la Figura 8) debe ser igual al volumen 120 (ilustrado rayado en el lado izquierdo de la Figura 8) unido por la altura media de los dientes según se definió anteriormente como se ilustra en la Figura 5 y 6 y la periferia arqueada hipotética del bloque de matriz 22 (si los dientes no estaban presentes) en el cierre de la matriz final.
En la realización ilustrada en la Figura 8, las
cámaras 24 y los topes en relieve 28 del bloque de la matriz 22
tienen una forma conificada en profundidad en una dirección que se
aleja de la cavidad de la matriz principal 23 de forma que,
inmediatamente antes del cierre final, una parte del material
original existente dentro de las cámaras 24 se lleva forzadamente
de nuevo hacia la cavidad principal 23 y alejándose del posible
atrapamiento en la zona de separación 54. Este empuje forzado del
material original de nuevo hacia la cavidad principal 23 asegura
que se consiga un rellenado efectivo del diente.
La profundidad media 51 de las cámaras 24 puede
variarse a lo largo de una o varias cámaras para poder compensar la
altura media de volumen variable de los dientes según se indicó
anteriormente y otros factores tales como la deformación en volumen
de los bloques de matriz y los elementos transversales. La Figura 9
es una vista en sección transversal, a través de
IX-IX de la Figura 8, en donde se ilustra esta
variación en profundidad.
Como alternativa, la matriz puede ser todavía más
simplificada invirtiendo los elementos de la matriz de modo que el
bloque de matriz dentado esté situado en el elemento transversal
móvil. El dispositivo de agarre 24 en el elemento transversal
inferior 19 (Figura 5 en la solicitud de patente internacional nº
PCT/AU94/00775) puede fijarse ahora y comprende un bloque que tiene
una cavidad semicircular, que es precisamente una extensión del
rebaje parcialmente semicircular 27 del bloque de matriz 21, según
se ilustra en la Figura 8 de la presente memoria descriptiva, pero
sin cámaras 24. Por este medio, se asegura la
co-axialidad exacta del extremo dentado y del
extremo de espiga de la cremallera.
La Figura 10 ilustra una realización alternativa,
en la que la cámara 24 y los topes 28 y 29 de los bloques de matriz
22 y 21 difieren en la relación de anchura a profundidad, con
respecto a la ilustrada en la realización anterior de las Figuras 7
y 8. La forma y las dimensiones de la cámara 24 y los topes 28 y 29
pueden diferir dependiendo del tamaño y la forma de la cremallera
que se va a forjar, siendo un requisito importante que cada cámara
24 esté completamente llena con material original en el momento del
cierre de la matriz final.
Los expertos en la materia apreciarán que pueden
realizarse numerosas variaciones y modificaciones a la invención
sin apartarse por ello del alcance de la invención, tal como se
define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (5)
1. Matriz para formar el extremo dentado (9) de
una cremallera de dirección (1) a partir de una pieza en tosco
cilíndrica mediante forja, comprendiendo la matriz un primer y un
segundo bloques de matriz (21, 22), que pueden desplazarse uno en
relación al otro para converger en la pieza en tosco, incorporando
dichos bloques de matriz rebajes opuestos, generalmente
semicirculares para alojar dicha pieza en tosco, incorporando un
rebaje la forma obversa de los dientes, definiendo los rebajes
entre sí una cavidad principal (23) cuando los bloques de la matriz
(21, 22) convergen a su posición cerrada final, definiendo dichos
rebajes subsidiarios en uno o ambos bloques de matriz en la línea de
unión existente entre ellos cámaras (24) en dicha posición cerrada
final, comunicándose cada lado de dicha cavidad principal (23) con
una de las cámaras (24) a lo largo de la totalidad o la mayor parte
de la extensión longitudinal completa de la cavidad principal,
caracterizada porque dichas cámaras (24), en sección
transversal, incorporan unos medios de tope situados lateralmente
alejados desde dicha cavidad principal, restringiendo así todavía
más el flujo de material original en sentido opuesto a la cavidad
principal, siendo el volumen de las cámaras (24) en dicha posición
cerrada final prácticamente igual a la diferencia de volumen entre
la pieza en tosco de la cremallera y la cremallera de la dirección
cuando se realiza el forjado de acabado sobre su extremo dentado en
la cavidad principal (23).
2. Matriz según la reivindicación 1, en la que
los medios de tope comprenden unos topes (29) que se extienden
longitudinalmente en el primer bloque de matriz que solapan los
respectivos topes (28) yuxtapuestos del segundo bloque de la
matriz, cuando se aproxima dicha posición cerrada final.
3. Matriz según la reivindicación 1, en la que
las cámaras (24) están generalmente conificadas en profundidad en
una dirección alejada de la cavidad principal (23) de forma
suficiente para evitar un nuevo flujo hacia fuera del material
original, cuando se aproxima dicha posición cerrada final.
4. Matriz según la reivindicación 3, en la que al
menos una parte de material original dentro de las cámaras (24) es
forzado a retornar hacia la cavidad principal (23), cuando se
aproxima la posición cerrada final.
5. Matriz según la reivindicación 2, en la que
dichos medios de tope, de extensión longitudinal (29) en el primer
bloque de la matriz, presentan una pequeña zona de separación con
dicho respectivo tope yuxtapuesto solapado (28) en el segundo
bloque de la matriz.
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