ES2219736T3

ES2219736T3 - Metodo de fabricacion de una polea provista de un cubo grueso mediante conformado rotativo.

Info

Publication number: ES2219736T3
Application number: ES97306177T
Authority: ES
Inventors: Yahya Hodjat; Michael H. Kutzscher
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 1996-08-15
Filing date: 1997-08-14
Publication date: 2004-12-01
Anticipated expiration: 2017-08-14
Also published as: JP2000233249A; CA2212725C; BR9704360A; JP3329327B2; EP1424515A1; EP0824049A1; DE69729035D1; EP0824049B1; CA2212725A1; JPH10103451A; MX9706094A; US5947853A; DE69729035T2

Abstract

UNA POLEA CON UN CUBO (30) INTEGRAL CONFORMADO MEDIANTE ENTALLADO POR RODILLO A PARTIR DE UN DISCO (52) DE CHAPA METALICA, EN LA QUE EL CUBO (30) TIENE UN GROSOR (T1) MAYOR QUE EL ESPESOR (54) DE LA CHAPA METALICA. EL CUBO TIENE UN TALADRO (30) Y UNA SUPERFICIE (34) EXTERNA PARA SU FIJACION A OTROS COMPONENTES. TAMBIEN SE DESVELA UN PROCESO PARA FABRICAR UNA POLEA DE UNA SOLA PIEZA PRESIONANDO UN RODILLO (64) CONFORMADOR CONTRA UN LADO DE UN DISCO (52), DESPLAZANDO METAL Y FORZANDO UN CUBO (30) QUE TIENE UN GROSOR (T1) MAYOR QUE EL DE LA CHAPA METALICA (54) DEL QUE ESTA CONFORMADO.

Description

Método de fabricación de una polea provista de un cubo grueso mediante conformado rotativo.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a un método para formar una polea de chapa metálica mediante conformado rotativo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

En algunos diseños de poleas, están unidos cubos mecanizados a los platos y llantas de chapa metálica. Un plato (o disco) y una llanta de chapa metálica pueden unirse a un cubo mecanizado tal como mediante pernos acoplados a una estrella tal como se describe en el General Motors Technical Bulletin TC01-007 (02/14/96) o bien pueden acoplarse al cubo tal como mediante soldeo o cobresoldadura. Un cubo mecanizado puede proporcionar formas y espesores complicadas que permiten acoplar la polea a más de un componente. Por ejemplo, el referido General Motors Technical Bulletin describe un cubo con una estrella que se acopla a una polea de chapa metálica en forma de copa por medio de pernos y arandelas de seguridad. El cubo tiene un taladro que se acopla al árbol de una polea de una bomba de agua. El cubo es lo suficientemente grueso para incluir una rosca externa que define un medio fiador para acoplar la polea al embrague de un ventilador. El cubo para acoplarse al embrague se encuentra en una dirección orientada de manera opuesta respecto de la llanta de la polea con su superficie de acoplamiento con la correa. Aunque un cubo mecanizado puede proporcionar formas complicadas para unirse a árboles, poleas y embragues, dicho cubo da lugar a problemas de peso, costes y fabricación, así como a un proceso engorroso para unir y alinear con precisión el plato y la llanta para completar la polea.

Los cubos o poleas de chapa metálica se pueden conformar mediante conformado en prensa utilizando una serie de matrices para formar una copa embutida o mediante conformado rotativo empleando mandriles y rodillos o una combinación de los mismos. Por ejemplo, un polea con un cubo integral que ha sido conformado en prensa se describe en la Patente US No.5.441.456 en donde el cubo tiene un taladro escalonado como se muestra en la figura 5 y un taladro con ranuras receptoras de estrías como se muestra en la figura 8. Otro ejemplo de una polea con un cubo integral se muestra en la Patente US No. 4.824.422. Una limitación que surge con los procesos de conformado en prensa y conformado rotativo es que el cubo es de un espesor limitado, cuyo espesor es siempre menor que el espesor de la chapa metálica a partir de la cual se produce. En consecuencia, dichos cubos son de una resistencia limitada y no son fácilmente adaptables para acoplarse a otros componentes en el diámetro exterior del
cubo.

La Patente Alemana No. 4.444.526 describe un método para conformar un cubo mediante conformado rotativo en donde un rodillo conformador es presionado contra un lateral de un disco anular rotativo de chapa metálica que está soportado, en el lado opuesto, con un mandril de cabeza rotativa. El rodillo conformador se mueve de manera progresiva radialmente hacia el interior contra el lateral del disco rotativo para desplazar así una porción del metal, al tiempo que se adelgaza parte del disco para formar un plato de pared lateral que tiene un espesor menor que el espesor de la chapa metálica original. Se forma una ondulación anular a medida que se desplaza el metal y que de manera progresiva se extiende axialmente. El rodillo conformador se mueve axialmente y viene seguido por un rodillo conformador que presiona el metal así desplazado anularmente contra un mandril, al tiempo que de manera simultánea forma un cubo integral con el disco y que tiene un espesor que parece ser igual aproximadamente al espesor del disco. Similarmente, la Solicitud de Patente US Número de Serie 08/68898 describe un proceso de conformado rotativo en donde el espesor del cubo es aproximadamente igual al espesor del disco. Ninguno de estos procesos describe un cubo que tenga un espesor suficiente para proporcionar un medio por el que pueda acoplarse, en un diámetro externo, a otros componentes tal como una tuerca roscada de un embrague de ventilador.

La WO 94/20235 describe también un método para conformar un cubo. La descripción de la misma constituye la base del preámbulo de la reivindicación 1 adjunta.

Resumen de la invención

Un método para conformar un polea que incluye un cubo integral de acuerdo con la presente invención como se define en la reivindicación 1. La polea es conformada rotativamente con lo que una porción de la chapa metálica es desplazada radial y axialmente de un lado de un disco dejando así un plato. El cubo así formado tiene un espesor radial que es mayor que el del plato y más preferentemente mayor que el espesor del disco a partir del cual se formó. Una llanta de configuración generalmente tubular se extiende desde el plato en una dirección axialmente opuesta respecto del cubo y está formada de una parte exterior anular del disco y es integral con el plato.

Durante el proceso, un rodillo conformador es presionado contra un lateral del disco anular de chapa metálica. El rodillo conformador se mueve de manera progresiva radialmente hacia el interior contra el lateral del disco rotativo, lo cual causa el desplazamiento de una porción de metal en forma de una ondulación anular que se extiende axialmente. El metal así desplazado es presionado por un rodillo conformador que se mueve axialmente contra un mandril para formar un cubo que es integral con el plato. Opcionalmente, el plato puede ser prensado para formar una copa orientada de forma opuesta al cubo así formado. Un rodillo conformador es presionado contra una porción radialmente más exterior del disco, al tiempo que desplaza axialmente una porción de metal contra un mandril de cabeza rotativa. El disco es adelgazado y su porción radialmente más exterior forma una llanta de configuración generalmente tubular que se extiende desde el plato de manera exclusiva y en una dirección axialmente opuesta respecto del cubo, para definir una superficie receptora de una correa.

Un objeto de la invención consiste en proporcionar un método de conformado rotativo de un cubo con un espesor que es suficiente para acoplarse a otro componente tal como por medio de un fiador roscado. Esto se consigue mediante el método definido en la reivindicación 1.

Otro objeto de la invención consiste en proporcionar una polea para una bomba de agua que es de una construcción de una sola pieza en comparación con la polea de diez partes de la bomba de agua del estado de la técnica.

Estos y otros objetos o ventajas de la invención se pondrán de manifiesto tras la revisión de los dibujos y de la descripción de los mismos que a continuación se ofrecen:

La figura 1 es una vista transversal diametral de una polea de diez piezas para una bomba de agua del estado de la técnica, tal como el tipo descrito en el General Motors Technical Bulletin TC01-007.

La figura 2 es una sección transversal diametral de una polea de una sola pieza producida según el método de la invención.

La figura 3 es una sección transversal esquemática que ilustra los elementos clave de una máquina de conformado rotativo y un disco anular situado en la máquina para realizar el conformado rotativo.

La figura 4 es una vista similar a la figura 3 pero mostrando la máquina en una etapa operativa progresiva.

La figura 5 es una vista similar a la figura 3 pero mostrando la máquina en una etapa operativa progresiva.

La figura 6 es una vista similar a la figura 2 pero mostrando la máquina situada en una etapa operativa progresiva.

La figura 7 es una vista similar a la figura 1 pero mostrando la polea parcialmente acabada de la figura 6 con el cubo integral colocado en la máquina de conformado rotativo con diferente herramental.

La figura 8 es una vista similar a la figura 7 pero mostrando una etapa operativa progresiva.

La figura 9 es una vista similar a la figura 8 pero mostrando una etapa operativa progresiva.

La figura 10 es una vista similar a la figura 9 pero mostrando la operación de conformado rotativo final con la polea de la invención todavía situada en la máquina de conformado rotativo.

Descripción de la modalidad preferida

Con referencia a la figura 1, en la misma se ilustra una polea 10 de diez piezas para una bomba de agua según el estado de la técnica. La polea incluye un cubo mecanizado 12 que se acopla a un plato 20 por medio de una estrella integral 14 y pernos 16 (sólo se muestran dos de los cuatro pernos) con arandelas de seguridad 18 (sólo se muestran dos de las cuatro arandelas). Una llanta 22 de configuración generalmente tubular se extiende desde el plato en una dirección axialmente opuesta respecto del cubo y define una superficie 24 receptora de una correa. El plato y la llanta se fabrican habitualmente en chapa metálica mediante una operación de prensado en donde un disco de chapa metálica es estirado y conformado a una copa cilíndrica más delgada. La operación de prensado o estirado adelgaza la pared lateral de chapa metálica de la copa.

El cubo para dichas poleas tiene un taladro 25 para acoplarse a un árbol tal como el árbol de una polea de una bomba de agua (no ilustrado). El cubo tiene el espesor requerido que permite formar la rosca 26 en su superficie exterior cilíndrica como un medio para acoplar la polea a un segundo componente tal como la rosca hembra de un embrague de ventilador. Una polea de 149 mm de diámetro con diez partes ensambladas pesa aproximadamente 1,566 kg (3,45 libras).

Con referencia a la figura 2, la polea de una sola pieza 28 fabricada por el método de la invención tiene un cubo integral 30 que ha sido conformado rotativamente a partir de un disco. El cubo tiene un taladro 32 y una superficie generalmente cilíndrica 34 que puede ser mecanizada o procesada y configurada de otro modo como un fiador tal como un saliente roscado 36. Antes del mecanizado, el cubo tiene un espesor radial T1. Después del mecanizado, el cubo tiene un espesor radial T2 dado que una porción T3 (mostrada en líneas ocultas) puede ser separada mediante un proceso de mecanizado. Como es lógico, la rosca se puede formar mediante un proceso de laminación en donde no se separa material del cubo. Se proporciona una superficie radial anular 38 (sólo ilustrada de forma parcial) la cual puede ser establecida cuando se forma la rosca. La superficie define un tope tal como para una tuerca roscada interiormente (no mostrada). El espesor T1 del cubo es preferentemente mayor que el espesor del disco de chapa metálica a partir del cual se forma y 1,1-2 veces el espesor del plato. El espesor mecanizado T2 del cubo es opcionalmente 1,4-1,5 veces mayor que el espesor W1 del plato cerca de la llanta y que el espesor W2 cerca de la llanta. El plato 40 puede incluir opcionalmente agujeros 42, 44 dimensionados para recibir pasadores de una llave para tuercas (no mostrada) como un medio para impedir la rotación de la polea cuando sea necesario que la misma no gire. Opcionalmente, el plato puede estar acopado 46 en una dirección opuesta respecto del cubo. La llanta 48 de configuración generalmente tubular se extiende desde el plato exclusivamente en una dirección axialmente opuesta respecto del cubo. La llanta 48, como se muestra, tiene una superficie generalmente cilíndrica 50 para recibir una correa. En una modalidad preferida, la llanta tiene un espesor R1 que es menor que el espesor del plato W1, W2.

Método

Con referencia a las figuras 3-6, un disco anular 52 que tiene un espesor 54 se sitúa para ser trabajado con una máquina de conformado rotativo 56 que incluye un mandril de cabeza 58, un mandril de movimiento alternativo 60, un primer rodillo conformador 64, un rodillo de retención 66 y un segundo rodillo conformador o de acabado 68.

En la figura 3, el disco anular 52 está situado sobre una pieza de guía 70 del mandril de cabeza 58 en donde el diámetro exterior de la pieza de guía está dimensionado para el diámetro interior del cubo que ha de ser producido. El mandril de cabeza 58 tiene un rebajo cilíndrico 72 dimensionado para recibir el diámetro externo 74 del disco y el rebajo tiene una profundidad que es menor que el espesor 54 del disco.

El mandril 60 tiene un taladro 78 receptor de la pieza de guía, dimensionado para recibir la pieza de guía, un diámetro externo 80, y un escalón radial 82 dimensionado para el espesor deseado del cubo que ha de ser producido. El mandril 60, el primer rodillo conformador 64, el rodillo de retención 66 y el segundo rodillo conformador 68 están situados a distancia del mandril de cabeza 58 en una posición de inicio para facilitar la carga y colocación del disco anular 52 sobre la pieza de guía y contra el mandril de cabeza.

La figura 4 muestra la máquina de conformado rotativo 56 en una posición operativa intermedia en donde el disco anular 52 está siendo configurado a una forma, que una vez finalizada, incluye un cubo integral. El mandril 60 se mueve en una dirección axial M de manera que la pieza de guía 70 se acopla con el taladro 78 receptor de la pieza de guía. El rodillo de retención 66 se muestra en su posición operativa en donde se mueve en una dirección H de manera que la superficie cilíndrica 84 presiona contra una porción anular expuesta 86 del disco, para mantenerlo así en una posición emparedada contra el mandril de cabeza.

El rodillo conformador 64 es transferido a su posición de trabajo moviéndolo en primer lugar en una dirección SA de manera que un borde redondeado 88 del rodillo conformador queda presionado contra el disco. El mandril y la cabeza del mismo giran lo cual hace que gire el disco. El rodillo de retención 66 y el rodillo conformador 64 pueden girar libremente para girar el disco. El rodillo conformador con su borde redondeado 88 desplaza una porción de metal del disco que está soportado, en un lado opuesto, por el mandril de cabeza. El rodillo conformador se mueve SR de manera progresiva radialmente hacia el interior contra el lateral del disco, lo cual causa el desplazamiento de metal del lateral del disco y adelgaza a este último, al tiempo que se forma un plato 92 que tiene una pared lateral más delgada 94. El rodillo conformador forma una ondulación 90 de metal desplazado que se extiende axialmente de manera progresiva.

Con referencia a la figura 5, el rodillo conformador continúa moviéndose de manera progresiva radialmente hacia el interior en la dirección SR2 y el metal desplazado se extiende axialmente y entra en contacto con una superficie ahusada 96 del rodillo conformador. La superficie ahusada está orientada para que quede sustancialmente paralela a los ejes del mandril de cabeza 58 y del mandril 60. El contacto con la superficie ahusada hace que la ondulación asuma una configuración de cubo inicial 98.

El movimiento radialmente hacia el interior del primer rodillo conformador se detiene en una posición predeterminada a medida que se aproxima al mandril 60. Como se muestra en la figura 6, el segundo rodillo conformador o rodillo de acabado 68 del cubo se activa y queda situado con una superficie ahusada 100 contra el metal desplazado que forma el cubo. La superficie ahusada 100 queda situada para que sea sustancialmente paralela a los ejes del mandril de cabeza rotativa 58 y del mandril 60 cuando entra en contacto con el metal desplazado que forma el cubo. El rodillo conformador se mueve de manera progresiva radialmente hacia el interior en la dirección SR3 para presionar el metal desplazado contra el mandril 60 que forma el cubo 102 que es integral con el disco. El metal desplazado deja una pared o plato lateral 92 más delgada que tiene un espesor W1, W2. El disco así formado 104 con el cubo integral 102, como se muestra en la figura 6, se retira de la máquina, de manera que el herramental puede ser cambiado para posteriores etapas de procesado. El disco preformado 104 tiene una porción exterior anular 106 con un espesor 108 que se corresponde con el espesor original del disco.

Con referencia a la figura 7, el herramental cambiado incluye un mandril de cabeza 110 con una pieza de guía 70, una superficie radial 112 que se extiende hacia una superficie ahusada convexa 114, y una superficie cilíndrica 116. La superficie cilíndrica 116 tiene un escalón radial 118 que corresponde al espesor deseado de la llanta que ha de formarse. El mandril de movimiento alternativo 120 tiene un taladro 122 receptor de una pieza de guía, un taladro 24 receptor del cubo, una superficie radial 126 que se extiende al interior de una superficie ahusada cóncava 128. La superficie ahusada cóncava está dispuesta de un modo sustancialmente paralelo a la superficie ahusada convexa 114.

El disco preformado 104 se coloca sobre la pieza de guía 70 y contra la superficie radial 112 del mandril de cabeza. La porción exterior anular 106 del disco preformado 104 se extiende radialmente más allá del mandril móvil 120 y de la superficie cilíndrica 116.

Con referencia a la figura 8, el mandril móvil 120 se mueve axialmente M2 hacia el mandril de cabeza 110 el cual se curva 130 y forma parte de plato 92 para asumir una configuración acopada que sigue a las superficies ahusadas 114, 128. El rodillo conformador 64 con su borde redondeado 88 se mueve axialmente SA2 y efectúa presión contra la porción exterior anular 106 del disco, lo cual causa el desplazamiento axial de la porción exterior anular 106 dejando allí una ranura de procesado transicional 132.

Con referencia a la figura 9, el rodillo conformador 64 se mueve axialmente SA2 con su superficie ahusada 96 efectuando presión contra el disco para formar la llanta 48. El rodillo conformador 64 se puede mover con movimiento alternativo SA3 para "planchar" y adelgazar la forma de la llanta.

Con referencia a la figura 10, el segundo rodillo conformador 68 con su superficie ahusada 100 efectúa entonces presión contra la porción radialmente más exterior del disco, lo cual causa el adelgazamiento del disco y forma una llanta 48 de configuración generalmente tubular que tiene un espesor R1 y una superficie 50 receptora de una correa, con lo que se completa así el proceso de conformado rotativo.

Para ilustrar la eficacia del procedimiento de la invención, un disco de chapa metálica fue transformado en una polea utilizando el procedimiento de la invención, caracterizándose dicha polea por las siguientes dimensiones:

	disco, diámetro exterior, mm	166,00
	disco, diámetro interior, mm	18,80
	disco, espesor, mm	5,03
	llanta, diámetro, mm	148,00
	llanta, espesor, mm	2,87
	plato, espesor cerca de la llanta, mm	4,62
	plato, espesor cerca del cubo, mm	4,27
	cubo, diámetro exterior, mm	33,40
	cubo, diámetro interior, mm	18,80
	cubo, diámetro roscado, mm	30,00

La polea así construida pesaba 0,885 kg (1,95 libras) en comparación con la polea de diez piezas del estado de la técnica que pesa 1,566 kg (3,45 libras). De este modo, la polea producida por el método de la invención pesa un 43,5% menos que la polea del estado de la técnica.

La descripción detallada anterior se ha ofrecido únicamente con fines ilustrativos y no deberá ser considerada como una limitación del alcance de la invención tal y como queda determinado por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Método para formar una polea (28) que comprende las etapas de:

presionar un rodillo conformador (64) contra un lateral de un disco anular rotativo (52) de chapa metálica, al tiempo que el disco queda soportado, en un lado opuesto, con un mandril de cabeza rotativa (58);

mover el rodillo conformador (28) de manera progresiva hacia el interior contra una porción interior anular contra el lateral del disco y desplazar una porción (90), al tiempo que se adelgaza la porción interior anular, para formar un plato (92) que tiene un espesor (W1);

formar una ondulación de metal desplazado que se extiende axialmente de manera progresiva; y

presionar la ondulación anular contra un mandril rotativo que se extiende axialmente, al tiempo que se forma de manera simultánea un cubo (102) integral con el plato;

caracterizado porque:

el cubo (102) tiene un espesor radial de aproximadamente 1,1 a 2 veces el espesor del plato;

y porque el método comprende además las etapas de:

presionar el plato entre matrices (114, 128) y formar el plato y acopar el plato en una dirección axial opuesta respecto del cubo;

presionar un rodillo conformador (64) contra una porción radialmente más exterior del disco, al tiempo que se desplaza axialmente una porción de metal contra un mandril de cabeza rotativa (110) que tiene una superficie cilíndrica (116), al tiempo que se adelgaza la porción radialmente más exterior y se forma una llanta (48) de configuración generalmente tubular que tiene un espesor (R1), extendiéndose la llanta desde el plato de manera exclusiva en una dirección axialmente opuesta respecto del cubo y definiendo una superficie receptora de una correa.

2. Método según la reivindicación 1 que incluye la etapa de formar la llanta con espesor que es menor que el espesor del plato.

3. Método según la reivindicación 1 o 2 que incluye la etapa de formar una rosca en el cubo.

4. Método según la reivindicación 3, en donde el cubo (30) incluye una superficie anular radial (38) adyacente a, pero separada de, la rosca, cuya superficie define un tope.

5. Método según la reivindicación 3 o 4, en donde el cubo roscado tiene un diámetro externo que es aproximadamente 1,4-1,5 veces el espesor mínimo del plato.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cubo se configura como un elemento de sujeción (36).