ES2242765T3 - Maquina conformadora y procedimiento para deformar una pieza hueca. - Google Patents
Maquina conformadora y procedimiento para deformar una pieza hueca.Info
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Abstract
Una máquina conformadora (1) que comprende al menos un dispositivo de fijación (4) para retener firmemente una pieza hueca (5) a ser deformada, la cual presenta al menos un extremo abierto, un primer útil conformador (10) el cual puede ponerse en contacto con la superficie externa de la pieza (5) mientras que la pieza (5) está siendo elaborada, y por medio del cual la pieza (5) puede ser deformada, medios de accionamiento (28A) para hacer girar dicha pieza (5) y dicho útil (10) entre sí alrededor de un primer eje (13) y medios (19, 30) para desplazar dicha pieza (5) y dicho útil (10) entre sí, de forma que dicho útil (10) puede seguir una o más trayectorias deseadas con respecto a la pieza (5) para elaborar dicha pieza (5), caracterizada porque dicho dispositivo de fijación (4) puede girar alrededor de dicho primer eje (13) y desplazarse con respecto a dicho primer eje (13).
Description
Máquina conformadora y procedimiento para
deformar una pieza hueca.
La invención se refiere a una máquina
conformadora que comprende: al menos un dispositivo de fijación
para retener firmemente una pieza hueca a ser deformada, la cual
presenta al menos un extremo abierto, un primer útil conformador
que puede ponerse en contacto con la superficie externa de la pieza
mientras que ésta está siendo elaborada, y por medio del cual la
pieza puede ser deformada, medios de accionamiento para hacer girar
entre sí dicha pieza y dicho útil alrededor de un primer eje, y
medios para desplazar la pieza y el útil entre sí, de forma que
dicho útil puede seguir una o más trayectorias deseadas con
respecto a la pieza a fin de elaborar ésta. La invención se refiere
además a un procedimiento, según el preámbulo de la reivindicación
10, por medio del cual puede ser. deformada una pieza hueca que
presenta al menos un extremo abierto.
Ese aparato y procedimiento son conocidos, por
ejemplo, a partir de la solicitud de patente europea n° EP0916428.
Dicha publicación describe una máquina conformadora, que comprende
un cabezal conformador provisto de varios rodillos, por medio de la
cual puede reducirse el diámetro de un extremo de un elemento
cilíndrico de metal y, además, puede curvarse en ángulo.
Para este fin, se monta el cilindro metálico y se
hace girar el cabezal conformador, con lo que el extremo es
deformado mediante presión de los rodillos en una dirección radial
sobre la superficie externa del cilindro metálico y por
desplazamiento de éstos a lo largo de dicha superficie externa
durante varios ciclos, de modo que la distancia radial entre los
rodillos y su eje de rotación disminuye en cada ciclo. Dado que el
eje de rotación se encuentra en un ángulo con el eje central de la
parte no deformada del cilindro metálico, el extremo del cilindro no
solamente se reduce como resultado del desplazamiento en dirección
radial de los rodillos, sino que además el extremo también se
posicionará en un ángulo. A causa del uso de los mencionados
ciclos, la pieza adopta paso a paso la forma del producto final.
La patente EP0916426 describe una máquina
conformadora y un procedimiento comparables, en la cual el eje de
rotación está excéntricamente desviado del eje central del cilindro
metálico. Así, se obtiene un producto en el que el eje central de
la parte deformada está igualmente desviado del eje central de la
parte no deformada del cilindro metálico.
El aparato y procedimiento en cuestión pueden
utilizarse, por ejemplo, en la fabricación de las carcasas de
convertidores catalíticos que forman parte del sistema de escape de
vehículos, tales como los automóviles. Dichos convertidores
catalíticos presentan un diámetro mayor que el de los tubos del
sistema de escape del cual forman parte, y están situados
preferiblemente cerca del bloque del motor para alcanzar su
temperatura de funcionamiento lo antes posible después que el motor
se ha puesto en marcha y para mantener esa temperatura tanto como
sea posible. Una consecuencia de esto es que, primeramente, debe
reducirse el diámetro de las conexiones a ambos lados de la carcasa
del convertidor catalítico para conectarse adecuadamente al resto
del sistema de escape, mientras que, además, necesitan adoptar en
muchos casos una forma complicada para permitir una posición óptima
con respecto al bloque del motor.
En los aparatos antes descritos para producir
piezas que presentan al menos un extremo deformado, tales como las
carcasas de convertidores catalíticos anteriormente descritas, la
pieza se mantiene estacionaria mientras que se hace girar el
cabezal conformador. Ya que cada vez se demandan formas más
complejas, según se ha indicado, existe una necesidad de cabezales
conformadores más versátiles y en algunos casos más grandes.
Además, el número de rodillos presentes y controlados por un único
cabezal conformador puede incrementarse (considerablemente).
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una máquina conformadora mejorada del tipo mencionado
en la introducción.
Para lograr ese objetivo, la máquina conformadora
según la invención se caracteriza porque dicho dispositivo de
fijación puede girar alrededor de dicho primer eje y desplazarse
con respecto a dicho primer eje. El procedimiento de acuerdo con la
invención se caracteriza porque el dispositivo de fijación gira y se
desplaza con respecto al mencionado primer eje.
Sorprendentemente, se ha demostrado que esto
permite una construcción relativamente simple de la máquina
conformadora, mientras que es posible, además, utilizar altas
velocidades de giro (relativas), incluso si se utiliza un cabezal
conformador que comprende un número relativamente grande de
rodillos.
La invención se explicará seguidamente en más
detalle con referencia a las figuras, que representan diversas
realizaciones del procedimiento y el aparato según la presente
invención.
Las Figuras 1-3 son vistas
esquemáticas en planta superior, parcialmente en sección, de una
máquina conformadora de acuerdo con la presente invención, que
comprende un plato giratorio y un cabezal conformador
estacionario.
Las Figuras 4 y 5 representan esquemáticamente
diversas etapas de un procedimiento según la presente invención,
realizadas con la máquina conformadora de la Figura 1.
Las Figuras 6-9 son vistas
esquemáticas en planta superior, parcialmente en sección, de una
segunda realización de la máquina conformadora de acuerdo con la
presente invención, que comprende un cabezal conformador que está
situado transversalmente al eje de rotación de dicho plato.
Las Figuras 10-12 son vistas
esquemáticas en planta superior, parcialmente en sección, de una
variante de la máquina conformadora según las Figuras
6-9.
Cuando los elementos sean idénticos entre sí o
presten sustancialmente la misma función en las diversas
realizaciones, dichos elementos se designarán mediante los mismos
números en todas las figuras.
La Figura 1 representa una máquina conformadora 1
que comprende un cabezal conformador 2 y un conjunto de fijación 3
que comprende un plato 4 para retener firmemente la pieza, por
ejemplo el cilindro metálico 5 ya deformado que se ilustra. El
cabezal conformador 2 comprende una placa de base 6, sobre la cual
están montados dos rieles de guía 7. Unas guías 8 (no
representadas) se extienden a lo largo de dichos rieles 7, sobre
las que está montado un segundo conjunto de rieles de guía (no
representado), cuyos rieles de guía soportan un montaje 9 en el que
están montados uno o más rodillos conformadores 10 y medios para
desplazar dichos rodillos conformadores 10.
Cada uno de los rodillos conformadores 10 está
montado con posibilidad de giro en un extremo de un vástago 11, que
a su vez está montado en o forma parte de un elemento cuneiforme
12, el cual se ensancha en la dirección de los rodillos
conformadores 10. Cada uno de los rodillos conformadores 10 y sus
respectivos vástagos 11 y elementos cuneiformes 12 puede
desplazarse radialmente hacia dentro y hacia fuera con respecto a un
eje central 13 del montaje 9. Para este fin, cada uno de los
elementos cuneiformes 12 está montado en un mandril de guía
cuneiforme 14, cuyo grosor disminuye linealmente en dirección de
los rodillos conformadores 10, de forma que los elementos
cuneiformes 12, y con ellos los vástagos 11 y rodillos 10, son
forzados radialmente hacia el eje 13 por el desplazamiento hacia
fuera (hacia la derecha en la figura) de los mandriles 14, y
radialmente en separación de dicho eje 13 por su desplazamiento
hacia dentro (hacia la izquierda en la figura).
El montaje 9 comprende además un rodillo
conformador 15 (en lo que sigue denominado rodillo interior 15),
que está incorporado en el montaje 9 de la misma forma que los
rodillos conformadores 10 sustancialmente, por ejemplo montado con
posibilidad de giro en un extremo de un vástago 16, el cual a su vez
está montado en o forma parte de un elemento cuneiforme 17, que se
ensancha en la dirección del rodillo conformador interior 15. El
elemento cuneiforme 17 está montado en un mandril de guía
cuneiforme 18, de forma que dicho elemento 17, y con él el vástago
16 y el rodillo interior 15, son forzados radialmente hacia el eje
13 por el desplazamiento hacia fuera de mandril 18 y radialmente en
separación del eje 13 por su desplazamiento hacia dentro.
En la Figura 1, el rodillo interior 15 se ha
desplazado dentro de la pieza 5 y situado en contacto con la pared
interna de la pieza 5. La pared de la pieza 5 puede ser deformada
hacia fuera, por ejemplo en dirección radial en separación de la
cavidad 5 definida por la pieza 5, por medio de dicho rodillo
interior 15. Los rodillos conformadores 10 y el rodillo interior 15
se sitúan preferiblemente en el mismo plano, cuyo plano en esta
realización se extiende perpendicularmente al eje 13, de forma que
la pared está encerrada entre dichos rodillos 10, 15 en la zona de
deformación.
El montaje 9 comprende además un cilindro
hidráulico 19 que puede desplazar axialmente mandriles 15 y con
ello radialmente los rodillos conformadores 10, por medio de un
pistón 20, una biela 21 y una placa de presión 22. Dentro del marco
de la presente descripción, el desplazamiento radial de los rodillos
conformadores 10 se designará como la dirección
Z.
Z.
El mandril 18, y con él el rodillo interior 15,
puede moverse en dirección radial por medio de un cilindro
hidráulico 23 y un vástago de pistón hueco 24 que rodea la biela
21, mientras que el montaje 9 puede desplazarse a lo largo de dicha
guía en su totalidad por medio de dos cilindros hidráulicos 25 y 26.
Dentro del marco de la presente descripción, el desplazamiento
radial del rodillo interior 15 se designará como la dirección W.
Los desplazamientos del montaje 9 y el plato 4 (que se describen con
más detalle en lo que sigue) paralelos y perpendiculares al eje 13
se designarán respectivamente como la dirección X y la dirección
Y.
Dicho plato 4 está montado en una ranura de guía
27 en un cárter 28. Dicho cárter 28 está montado con posibilidad de
giro en un bastidor (no representado), y comprende, además,
cilindros hidráulicos 29, 30 para el ajuste radial del plato 4, un
calibre (no representado) para medir el desplazamiento radial del
plato 4, un calibre (no representado) para medir el pivotamiento
del plato 4 y la pieza 5 alrededor de un punto de pivotamiento 31 y
un contrapeso 32 para equilibrar el conjunto. El cárter 28 presenta
un estrechamiento circular cilíndrico 28A en su cara posterior, el
cual está provisto, por ejemplo, con un engranaje externo (no
representado), que se acopla con un piñón montado en el extremo de
un árbol de accionamiento de un motor eléctrico. Así, el cárter 28,
y con él el plato 4, pueden girar por medio de un motor
eléctrico.
Las Figuras 4 y 5 representan esquemáticamente en
25 pasos la forma en que un extremo abierto de un cilindro metálico
5 puede ser deformado por medio del cabezal conformador 2 de la
máquina conformadora 1 de acuerdo con las Figuras
1-3. El paso 1 representa la posición inicial, en
la cual la pieza 5 está montada en un plato 4. Dicho extremo, el
cual ya ha experimentado una etapa de mecanización y que presenta
un diámetro menor que la otra parte del cilindro 5, es entonces
(paso 2) deformado mediante rotación del plato 4 y sitúa los
rodillos conformadores 10, 15 en contacto con, respectivamente, la
superficie externa y la superficie interna del cilindro 5 y
simultáneamente pivotando el plato 4 en un ángulo \beta alrededor
del punto de pivotamiento 31. Los diversos medios de accionamiento
están controlados de forma que se obtenga un movimiento combinado y
continuo de los rodillos conformadores 10, 15 (en la dirección Z y
la dirección W), del montaje 9 (en la dirección X) y del plato 4
(en un ángulo \beta en la dirección Y), como resultado del cual se
forma una porción 33 que está curvada en un ángulo \beta
alrededor de un punto de pivotamiento imaginario 34.
Después que el plato 4 ha pivotado en un ángulo
\beta, continua el desplazamiento del montaje 9 en la dirección X
(paso 3), de forma que queda una porción cilíndrica 35, cuya
porción presenta un diámetro menor (que durante el paso 1) y que se
extiende bajo un ángulo \beta con respecto a la otra parte del
cilindro 5.
Luego (paso 4) los rodillos conformadores 10, 15
se desplazan radialmente hacia fuera y radialmente hacia dentro,
respectivamente, de forma que se interrumpe el contacto entre
dichos rodillos 10, 15 y, respectivamente, la superficie externa y
la superficie interna de la pared del cilindro 5. El montaje 9 se
desplaza nuevamente a lo largo de la porción cilíndrica 35 en la
dirección X hasta la transición entre la porción curvada 33 y dicha
porción cilíndrica 35.
Los rodillos conformadores 10, 15 pueden
desplazarse otra vez hacia dentro de la porción curvada 33, con lo
que el plato 4 pivotará en una porción (generalmente pequeña) del
ángulo \beta y en la dirección opuesta (-\beta).
El ciclo anterior se repite seguidamente haciendo
pivotar el plato 4 en un ángulo \beta, trasladando y ajustando el
montaje 9 (paso 5, que es sustancialmente idéntico al paso 2) y
trasladando el montaje 9 en la dirección X (paso 6, el cual es
sustancialmente idéntico al paso 3), con lo que el diámetro de la
porción cilíndrica 35 se reduce adicionalmente. Luego se interrumpe
el contacto entre rodillos 10, 15 y la porción cilíndrica 41, y el
montaje retorna a la zona de transición entre la porción curvada 33
y la porción cilíndrica 35 (paso 7, que es sustancialmente idéntico
al paso 4).
Si los rodillos conformadores 10, 15 retornan
cada vez dentro de la porción curvada 33, según se indicó
anteriormente, y continúan parte de la anterior etapa de
mecanización (pasos 2 y 5, respectivamente) al comienzo de la
siguiente etapa de mecanización (en este caso pasos 4 y 7), se
impedirá sustancialmente la aparición de desigualdades entre las
porciones mecanizadas (en varios pasos) y se obtendrá un producto
que presente paredes interiores y exteriores muy lisas. Una pared
interior lisa es importante, por ejemplo, en las carcasas para
convertidores catalíticos, en los que debe impedirse tanto como sea
posible la perturbación del flujo de gases.
Dependiendo de las características de la pieza,
tales como el grosor de pared, la resistencia y rigidez mecánicas y
la elongación elástica, los pasos 2-4 se repiten
hasta alcanzar la reducción de diámetro y el ángulo deseados, por
ejemplo 90°. Si la naturaleza de la pieza implica que el ángulo
\beta no debe ser mayor que, por ejemplo, 15° o 8° por ciclo, se
necesitará un número total de, respectivamente, 6 y 12 ciclos para
la deformación de la pieza 5.
Después de la etapa de mecanización según se
representa en la Figura 4, se realiza una etapa de mecanización
comparable, a partir de la posición inicial según se representa en
la Figura 5 (paso 13) y alrededor de un segundo punto de
pivotamiento imaginario 36 situado en el otro lado de la pieza. La
etapa de mecanización de la Figura 4 (pasos 2-12)
se repite (pasos 14-25), en la cual, sin embargo,
el ángulo \beta es de sentido opuesto, de forma que se obtiene una
curva en S en el extremo del cilindro 5.
Si el conjunto del plato 3 de la máquina
conformadora 1 puede además pivotar con respecto al cabezal
conformador 2, por ejemplo alrededor de un eje en la dirección Y,
la curvatura de la pieza 5 no necesita limitarse al curvado en uno y
en el mismo plano imaginario. El pivotamiento del cabezal
conformador 2 en la dirección Y alrededor de dicho eje entre o
durante las etapas de mecanización, hace posible conferir una forma
tridimensional al eje central de la parte deformada de la pieza
5.
Las Figuras 6-9 representan
cuatro pasos de un proceso de deformación realizado en una primera
variante de la máquina conformadora 1 según las Figuras
1-3, en la cual pueden utilizarse ventajosamente
componentes existentes. Los rodillos conformadores 10 y el rodillo
interior 15 están montados giratoriamente en un soporte 37. El
soporte 37 está soportado de una forma conocida mediante un montaje
38 que comprende una corredera Y móvil (o corredera superior) 39,
que está presente sobre una corredera X móvil (o corredera
inferior) 40. La corredera inferior 40 está conectada con
posibilidad de desplazamiento a la base de máquina 41 del montaje
38. Aparte del soporte 37 y un control y accionamiento separados de
las piezas del soporte 37, en el cual están montados los
respectivos rodillos conformadores 10 y 15 y por medio del cual
dichos rodillos pueden moverse independiente en la dirección Y (Y1,
Y2), es posible utilizar en principio un montaje existente de una
máquina conformadora disponible.
Si se desea modificar menos, o nada, en un equipo
ya existente, puede utilizarse una segunda variante de la máquina
conformadora 1 de acuerdo con las Figuras 1-3, cuya
variante se representa en las Figuras 10-12 y que
comprende dos montajes separados 42, 43, transportando cada uno un
respectivo rodillo conformador 10, 15. En principio, bastaría
adaptar el software de control cuando se utiliza dicha disposición.
Están descritos montajes adecuados disponibles, por ejemplo, en la
solicitud de patente holandesa n° 1000851 del mismo titular y en la
solicitud de patente europea n° 0125720.
Aunque el cabezal deformador que se utiliza en
los ejemplos antes descritos permanece giratoriamente estacionario
en todos los casos, es posible, naturalmente, proporcionar medios
de accionamiento para hacer girar el cabezal deformador. Si el
cabezal deformador gira en una dirección opuesta a la del plato, el
número de revoluciones de este último puede reducirse sin que la
velocidad de giro relativa disminuya. Dicha construcción también
puede utilizarse para operaciones de mecanización en las que se
precisen velocidades de giro relativas excepcionalmente altas. En
ese caso el número de revoluciones del plato no se reducirá, o
solamente lo será en una pequeña medida.
Las máquinas conformadoras según la presente
invención pueden manejarse por una persona, así como, naturalmente,
mediante una unidad de control. Dicha unidad de control está, por
ejemplo, preparada para controlar los medios de desplazamiento de
los rodillos en la dirección X, la dirección Y y la dirección radial
de acuerdo con un programa de control almacenado en una memoria, de
forma que los rodillos conformadores siguen una o más trayectorias
deseadas para deformar la pieza hasta lograr el producto deseado o
un producto intermedio.
Aunque la invención se ha explicado anteriormente
sobre la base de una pieza cilíndrica de metal, también es posible
implementar la invención sobre piezas de sección no redonda, tales
como una sección ovalada, sustancialmente triangular o
multilobular.
La invención no se limita a las realizaciones
antes descritas, que pueden modificarse en diferentes maneras sin
apartarse del objeto de la invención definido en las
reivindicaciones.
Claims (13)
1. Una máquina conformadora (1) que comprende al
menos un dispositivo de fijación (4) para retener firmemente una
pieza hueca (5) a ser deformada, la cual presenta al menos un
extremo abierto, un primer útil conformador (10) el cual puede
ponerse en contacto con la superficie externa de la pieza (5)
mientras que la pieza (5) está siendo elaborada, y por medio del
cual la pieza (5) puede ser deformada, medios de accionamiento
(28A) para hacer girar dicha pieza (5) y dicho útil (10) entre sí
alrededor de un primer eje (13) y medios (19,30) para desplazar
dicha pieza (5) y dicho útil (10) entre sí, de forma que dicho útil
(10) puede seguir una o más trayectorias deseadas con respecto a la
pieza (5) para elaborar dicha pieza (5), caracterizada porque
dicho dispositivo de fijación (4) puede girar alrededor de dicho
primer eje (13) y desplazarse con respecto a dicho primer eje
(13).
2. Una máquina conformadora (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, en la cual dicho dispositivo de fijación, o al
menos la parte del dispositivo de fijación (4) en la que la pieza
puede estar montada, puede pivotar alrededor de un segundo eje
(31).
3. Una máquina conformadora (1) según la
reivindicación 2, en la cual dicho segundo eje (31) y dicho primer
eje (13) se cruzan en un ángulo sustancialmente recto.
4. Una máquina conformadora (1) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual
dicho dispositivo de fijación (4) puede desplazarse y/o pivotar
durante su rotación.
5. Una máquina conformadora (1) según la
reivindicación 4, en la cual dicho dispositivo de fijación (4) está
montado en un cárter (28) que puede girar alrededor de dicho primer
eje (13) mediante dichos medios de accionamiento (28A), y el cual
comprende una guía (27) que se extiende sustancialmente
perpendicular a dicho primer eje (13), a lo largo del cual dicho
dispositivo de fijación (4) puede trasladarse.
6. Una máquina conformadora (1) de acuerdo con la
reivindicación 5, en la cual está montado un contrapeso (32) en
dicho cárter (28), cuyo contrapeso (32) está situado
sustancialmente en oposición diametral con dicho dispositivo de
fijación (4).
7. Una máquina conformadora (1) según una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual dicha
máquina conformadora (1) comprende al menos un segundo útil
conformador (15), que puede introducirse dentro de la pieza (5) y
situarse en contacto con la pared interna de la pieza (5), de forma
que dicha pared puede ser deformada en dirección hacia fuera.
8. Una máquina conformadora (1) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual
dicho útil conformador o útiles (10,15) están montados sobre al
menos un soporte (37), cuyo soporte está situado junto a dicho
primer eje (13).
9. Una máquina conformadora (1) según la
reivindicación 8, en la cual dichos primero y segundo útiles
(10,15) están montados sobre el mismo soporte (37).
10. Un procedimiento para deformar una pieza
hueca (5) que presenta al menos un extremo abierto, en el cual la
pieza (5) se monta en un dispositivo de fijación (4), un primer
útil conformador (10) se sitúa en contacto con la superficie externa
de la pieza (5), dicha pieza (5) y dicho útil (10) se hacen girar
entre sí alrededor de un primer eje (13), y la pieza (5) es
deformada por medio de dicho primer útil (10), caracterizado
porque dicho dispositivo de fijación (4) se hace girar y se desplaza
con respecto a dicho primer eje (13).
11. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, en el cual dicho dispositivo de fijación (4), o
al menos esa parte del dispositivo de fijación (4) en la cual la
pieza puede estar montada, es pivotado alrededor de un segundo eje
(31).
12. Un procedimiento según la reivindicación 11,
en el cual dicho segundo eje (31) y dicho primer eje (13) se cruzan
bajo un ángulo sustancialmente recto.
13. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en el
cual un segundo útil conformador (15) se sitúa dentro de la cavidad
definida por la pieza (5) y en contacto con la superficie interna
de esa pieza hueca (5), y en el cual la pieza (5) es deformada por
medio de dicho segundo útil (15).
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