ES2242765T3 - Maquina conformadora y procedimiento para deformar una pieza hueca. - Google Patents

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.

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).