ES2252285T3 - Procedimiento y maquina conformadora para deformar una pieza hueca. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para deformar una pieza tubular hueca (5), en el cual la pieza (5) es retenida firmemente en un dispositivo de fijación (4), un primer útil conformador (13) es puesto en contacto con la superficie externa de la pieza (5), dicho útil (13) se hace girar alrededor de un eje de rotación (17) con relación a la pieza (5) y un extremo de la pieza (5) se deforma mediante dicho primer útil, caracterizado porque un segundo útil conformador (13¿) es puesto en contacto con la superficie externa de la pieza (5) y se hace girar con relación a la pieza (5) alrededor de un eje de rotación (17¿) de forma que el otro extremo de la pieza (5) es deformado por medio del segundo útil (13¿) y que al menos uno de dichos útiles (13, 13¿) es desplazado con relación a la pieza (5) durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación sobre la misma pieza, y en el cual el eje de rotación (17, 17¿) de dicho útil es trasladado y/o rotado alrededor de un eje (37) con respecto a dicha pieza (5).

Description

Procedimiento y máquina conformadora para deformar una pieza hueca.

La invención se refiere a un procedimiento para deformar una pieza tubular hueca, en el cual la pieza es retenida firmemente en un dispositivo de fijación, un primer útil conformador es puesto en contacto con la superficie externa de la pieza, dicho útil se hace girar alrededor de un eje de rotación con relación a la pieza, y un extremo de la pieza se deforma por medio de dicho primer útil. La invención, además, se refiere a una máquina conformadora de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 7.

Dichos procedimiento y máquina conformadora son conocidos, por ejemplo a partir de la solicitud de patente europea EP0916428. Dicha publicación describe un procedimiento y una máquina conformadora, que comprenden un cabezal conformador provisto con un número de rodillos, mediante los cuales el diámetro de un extremo de un elemento cilíndrico de metal se reduce y además es curvado en ángulo.

Para este fin, el cilindro metálico es retenido firmemente y dichos cilindro y cabezal conformador giran entre sí alrededor de un eje de rotación, con lo cual dicho extremo es deformado por la presión de dichos rodillos en dirección radial sobre la superficie externa de dicho cilindro y su desplazamiento a lo largo de dicha superficie externa en un número de ciclos, de forma que la distancia radial entre los rodillos y el eje de rotación va disminuyendo con cada ciclo, y como resultado de ello se obtiene una reducción del diámetro. Dado que el eje de rotación se encuentra en un ángulo con el eje central del cilindro metálico, el extremo del cilindro no solamente se reduce como consecuencia del desplazamiento en dirección radial de los rodillos, sino que además dicho extremo se posicionará en un ángulo. A causa del uso de los ciclos antes mencionados, la pieza adopta la forma del producto final paso a paso.

La patente EP0916426 describe un procedimiento y una máquina conformadora comparables, en los cuales el eje de rotación está excéntricamente desplazado del eje central del cilindro metálico. Así se obtiene un producto en el que el eje central de la parte deformada está igualmente desplazado del eje central de la parte no deformada del cilindro metálico.

El procedimiento y la máquina conformadora de referencia pueden utilizarse, por ejemplo, en la producción de las carcasas de convertidores catalíticos que forman parte del sistema de escape de vehículos, tales como automóviles. Dichos convertidores catalíticos presentan un diámetro que es mayor que el diámetro de los conductos del sistema de escape del cual forman parte, y están preferiblemente situados cerca del bloque del motor para alcanzar su temperatura de funcionamiento lo antes posible una vez que el motor se ha puesto en marcha, y para conservar dicha temperatura siempre que sea posible. Una consecuencia de esto es que, primero, el diámetro de las conexiones a cada lado de la carcasa del convertidor catalítico debe reducirse para conectarse adecuadamente al resto del sistema de escape y que, además, generalmente necesitan una forma complicada para permitir un posicionamiento óptimo con respecto al bloque del motor.

Cuando se utilizan procedimientos y aparatos del estado de la técnica para fabricar piezas que presentan dos extremos deformados, por ejemplo las antes mencionadas carcasas para convertidores catalíticos, la pieza montada debe ser retirada una vez que un extremo ha sido mecanizado y quedar nuevamente retenida firmemente para mecanizar su otro
extremo.

Un objeto de la presente invención es eliminar este inconveniente.

Para lograr dicho objetivo, el procedimiento, según se ha definido en el párrafo inicial, se caracteriza porque un segundo útil conformador es puesto en contacto con la superficie externa de la pieza y se hace girar con relación a la pieza alrededor de un eje de rotación, porque el otro extremo de la pieza se deforma por medio del segundo útil y porque al menos uno de dichos útiles es desplazado con relación a la pieza durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación (sobre la misma pieza), con lo cual el eje de rotación de dicho útil es trasladado y/o rotado alrededor de un eje con respecto a dicha pieza.

Los anteriores aspectos hacen posible mecanizar simultáneamente ambos extremos de una pieza tubular, sin tener que desmontar la pieza entre operaciones y montarla nuevamente. Además, los dos extremos pueden recibir formas complejas, asimétricas y mutuamente diferentes.

Las formas más complejas pueden obtenerse haciendo girar los útiles con relación a la pieza alrededor de al menos un eje durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación (sobre la misma pieza). El giro alrededor de dos o más ejes, en el cual al menos dos de dichos ejes, o las proyecciones de cada uno de dichos ejes en un plano común, se encuentran en ángulo (por ejemplo de 90º) entre sí, hace posible producir formas complejas en diversas direcciones.

Es preferible que al menos un útil conformador interno se sitúe en la cavidad definida por la pieza, en la proximidad de al menos uno de sus extremos, en contacto con la superficie interna de la pieza hueca, y la pieza es deformada mediante dicho segundo útil. Esto proporciona mayor libertad en lo relativo al diseño y hace posible deformar la pieza de manera que las partes deformadas se extiendan fuera del diámetro de la pieza original, lo que no es posible con el procedimiento y aparatos según el estado de la técnica antes descrito. Si la pieza es un cilindro metálico, esto significa que después de la deformación, el o los extremos deformados quedarán entera o parcialmente por fuera de la circunferencia de la parte no deformada del cilindro metálico.

Además, la fuerza ejercida sobre la pieza durante el proceso de deformación puede reducirse considerablemente, de manera que será posible también conformar piezas que presenten un relativamente pequeño grosor de pared. Un grosor de pared mínimo del material cilíndrico inicial de 1,5 mm se utiliza frecuentemente para las carcasas antes mencionadas de convertidores catalíticos, mientras que la invención hace posible deformar materiales de menor grosor de pared, por ejemplo, 1,2 mm o menos.

La invención será descrita en más detalle con referencia a las figuras adjuntas, que representan una realización del procedimiento y la máquina conformadora, según la presente invención.

La Figura 1 es una vista esquemática en planta, parcialmente en sección, de una máquina conformadora de acuerdo con la presente invención, que comprende dos cabezales conformadores.

La Figura 2 es un alzado de la máquina conformadora de la Figura 1.

La Figura 3 es un alzado de la máquina conformadora de la Figura 1, en el cual una parte de la máquina conformadora está girada 90º.

Las Figuras 4 y 5 representan esquemáticamente un número de etapas de un procedimiento según la presente invención, realizadas por la máquina conformadora de la Figura 1.

Las partes que se corresponden o realizan la misma función, se designarán mediante los mismos números en las distintas figuras.

La Figura 1 representa una máquina conformadora 1 que comprende un primer cabezal conformador 2, un segundo cabezal conformador 3 y un dispositivo de fijación 4 para retener firmemente la pieza, por ejemplo el cilindro metálico 5 ilustrado una vez deformado. Los dos cabezales conformadores 2,3 comprenden una placa de base 6 sobre la cual están montados dos raíles de guía 7. Unas guías 8 se extienden sobre dichos raíles 7, sobre cuyas guías está montado un segundo conjunto de raíles de guía 9, que se extienden en ángulo recto con dichos primeros raíles 7. Presentes en dicho segundo conjunto de raíles se encuentran unas guías 10, que soportan una carcasa 11, en la cual está montado un conjunto 12, que comprende rodillos conformadores 13 y medios para desplazar dichos rodillos conformadores 13, sobre cojinetes
14.

Cada uno de los rodillos conformadores 13 está montado con posibilidad de giro en un extremo de un vástago 15, que a su vez está montado en o forma parte de un elemento cuneiforme 16, que se ensancha en la dirección de los rodillos conformadores 13. Los rodillos conformadores 13 y sus respectivos vástagos 15 y elementos cuneiformes 16 pueden cada uno desplazarse radialmente hacia dentro y hacia fuera con relación al eje de rotación 17 del conjunto 12. Para ello, cada uno de los elementos cuneiformes 16 está montado en un mandril de guía cuneiforme 18, cuyo grosor disminuye linealmente en la dirección de los rodillos conformadores 13, de manera que los elementos cuneiformes 16, y así los vástagos 15 y rodillos 13, son forzados radialmente hacia el eje de rotación 17 a partir del desplazamiento hacia fuera (hacia la derecha en la figura) de los mandriles 18, y radialmente en separación del eje de rotación 17 a partir del desplazamiento hacia dentro (hacia la izquierda en la figura) de estos.

De acuerdo con la invención, el conjunto 12 comprende, además, un rodillo conformador 19 (en lo que sigue denominado rodillo interior 19), que está montado en el conjunto 13 de manera sustancialmente igual que los rodillos conformadores 13, p.ej. montado con posibilidad de giro en un extremo de un vástago 20, que está a su vez montado en o forma parte de un elemento cuneiforme 21, que se ensancha en la dirección del rodillo conformador interno 19. El elemento 21 está montado en un mandril cuneiforme 22, de manera que el elemento 21, y así el vástago 20 y rodillo 19 son forzados radialmente hacia el eje de rotación 17 a partir del desplazamiento hacia fuera de mandril 22 y radialmente en separación del eje de rotación 17 a partir del desplazamiento hacia dentro de este.

En la Figura 1, el rodillo interior 19 ha sido desplazado dentro de la pieza 5 y se ha situado en contacto con la pared interior de la pieza 5. La pared de la pieza 5 puede ser deformada en dirección hacia fuera, es decir, en dirección radial en separación de la cavidad 5 definida por la pieza 5, por medio de dicho rodillo interior 19. Los rodillos conformadores 13 y el rodillo interior 19 se sitúan frecuentemente en el mismo plano, cuyo plano se extiende perpendicularmente al eje de rotación 17 en esta realización, de forma que la pared queda encerrada entre dichos rodillos 13,19 en la zona de la deformación.

El conjunto 12 comprende un engranaje externo 25 en un punto alejado de los rodillos 13,19, cuyo engranaje engrana con un piñón 26 montado en el extremo de un árbol de accionamiento 27 de un motor eléctrico 28. Así, el conjunto 12 puede girar mediante el motor eléctrico 28.

El conjunto 12, además, comprende un cilindro hidráulico 29, que es capaz de desplazar el anillo 18, y así los rodillos conformadores 13 en dirección radial por medio de un pistón 30, un vástago pistón 31 y un plato de presión 32. Dentro del esquema de la presente descripción, el desplazamiento radial de los rodillos conformadores 13 se designará como la dirección Z.

El anillo 22, y así el rodillo interior 19, pueden desplazarse en dirección radial mediante un cilindro hidráulico 33 y un vástago de pistón hueco 34, mientras la carcasa 11 puede desplazarse por completo a lo largo de dichos raíles de guía 7 y 9 por medio de los cilindros hidráulicos 35 y 36. Dentro del esquema de la presente descripción, el desplazamiento radial del rodillo interior 19 se designará como la dirección W. Los desplazamientos de la carcasa 11 paralelos al eje de rotación 17 y perpendiculares a dicho eje 17 se designarán como la dirección X y la dirección Y, respectivamente.

El segundo cabezal conformador 3 es prácticamente idéntico al cabezal conformador 2, pero además es capaz de un movimiento de giro alrededor de un punto de giro 37, de forma que el extremo de la pieza 5 que está siendo conformado por dicho cabezal conformador 3 puede deformarse, por ejemplo, a través de un ángulo de 90º. Además, está previsto un conjunto 38, mediante el cual el eje 37 puede desplazarse, según se explicará posteriormente con más detalle.

Las Figuras 4 y 5 representan esquemáticamente en 25 etapas la forma en que un extremo abierto de un cilindro metálico 5 puede ser deformado por medio del cabezal conformador 3 de la máquina conformadora 1 de acuerdo con la Figura 1. Al mismo tiempo, el otro extremo del cilindro 5 puede ser deformado mediante el cabezal conformador 2. La etapa 1 representa la posición inicial, en la cual la pieza 5 está retenida firmemente en un dispositivo de fijación 4. Dicho extremo, que ya se ha sometido a una etapa de mecanización y que presenta un diámetro menor que la otra parte del cilindro 5, es entonces (etapa 2) deformado mediante giro del conjunto 12 y entrada en contacto de los rodillos conformadores 13,19 con, respectivamente, las superficies externa e interna del cilindro 5 y desplazamiento radial de dichos rodillos hacia el eje de rotación 17 y en separación del eje de rotación 17, respectivamente, y al mismo tiempo giro del cabezal conformador a lo largo de un ángulo \beta alrededor del punto de giro 37. Los diversos medios de accionamiento son así controlados de manera que se obtenga un movimiento compuesto y fluido de los rodillos conformadores 13,19 (en direcciones Z y W), el conjunto 13 (en direcciones X e Y) y el cabezal conformador (en un ángulo \beta), con lo que se conforma una parte curvada 40.

Después que el cabezal conformador 3 ha girado en un ángulo \beta, el desplazamiento del conjunto 12 en la dirección X continua (etapa 3), de forma que permanece una parte cilíndrica 41, la cual presenta un diámetro menor que el extremo original abierto del cilindro 5 y que se extiende en un ángulo \beta con relación a la otra parte del cilindro 5.

Luego (etapa 4) los rodillos conformadores 13,19 se desplazan radialmente hacia fuera y radialmente hacia dentro, respectivamente, de forma que el contacto entre dichos rodillos 13,19 y, respectivamente, la superficie externa e interna de la pared del cilindro 5 se rompe. El conjunto 12 es desplazado en retorno a lo largo de la parte cilíndrica 41 en las direcciones X e Y hasta la transición entre la parte curvada 40 y dicha parte cilíndrica 41.

El ciclo anterior se repite mediante giro del cabezal conformador 3 en un ángulo \beta y traslado y ajuste del conjunto 12 (etapa 5, que es sustancialmente idéntica a la etapa 2) y traslación del conjunto 12 en las direcciones X e Y (etapa 6, que es sustancialmente idéntica a la etapa 3), en la cual el diámetro de la parte cilíndrica 41 se reduce adicionalmente. Entonces el contacto entre dichos rodillos y dicha parte cilíndrica 41 se rompe, y el conjunto retorna a la zona de transición entre la parte curvada 40 y la parte cilíndrica 41 (etapa 7, que es sustancialmente idéntica a la etapa 4).

Dependiendo de las características de la pieza, tales como el grosor de pared, la resistencia y rigidez mecánicas, y la elongación elástica, las etapas 2-4 se repiten hasta la reducción de diámetro deseada y obtención del ángulo, por ejemplo 90º, deseado. Si la naturaleza de la pieza implica que el ángulo \beta no debe ser mayor que, por ejemplo, 15 u 8 por ciclo, un número total de, respectivamente, 6 y 12 ciclos se
necesitará para dicha deformación.

Después que las operaciones que se representan en la Figura 4 se han realizado, el punto de giro 37 es desplazado por medio del conjunto 38 hasta la posición inicial según se representa en la Figura 5 (etapa 13). La operación de la Figura 4 (etapas 2-12) se repite (etapas 14-25), en las cuales, sin embargo, el ángulo \beta es de sentido contrario, de forma que se obtiene una curvatura en S en el extremo del cilindro 5.

Como se representa en la Figura 3, el cabezal conformador 3 de la máquina conformadora 1 es además capaz de un movimiento de giro alrededor del eje de rotación 17 del cabezal conformador 2, de forma que el curvado de la pieza 5 no se limita a un curvado en uno y mismo plano imaginario. El giro del cabezal conformador 3 alrededor de eje de rotación 17 entre o durante las operaciones permite que el eje central de la parte deformada de la pieza 5 adopte una forma tridimensional.

Naturalmente, la máquina conformadora según la presente invención puede ser manejada por una persona así como por una unidad de control. Dicha unidad de control está preparada, por ejemplo, para controlar los medios de desplazamiento de los rodillos en las direcciones X e Y, y dirección radial, de acuerdo con un programa de control almacenado en una memoria, de manera que los rodillos conformadores siguen una o más trayectorias deseadas para transformar la pieza en el producto deseado o un producto intermedio.

Por tanto, la invención no se limita a las realizaciones antes descritas, ya que puede ser modificada en diversas formas sin apartarse del objetivo de la invención según se define en las reivindicaciones. Así, también es posible, por ejemplo, aplicar la invención sobre piezas de sección no circular, por ejemplo ovales, o de sección sustancialmente triangular o multilobular.

Claims (10)

1. Un procedimiento para deformar una pieza tubular hueca (5), en el cual la pieza (5) es retenida firmemente en un dispositivo de fijación (4), un primer útil conformador (13) es puesto en contacto con la superficie externa de la pieza (5), dicho útil (13) se hace girar alrededor de un eje de rotación (17) con relación a la pieza (5) y un extremo de la pieza (5) se deforma mediante dicho primer útil, caracterizado porque un segundo útil conformador (13') es puesto en contacto con la superficie externa de la pieza (5) y se hace girar con relación a la pieza (5) alrededor de un eje de rotación (17') de forma que el otro extremo de la pieza (5) es deformado por medio del segundo útil (13') y que al menos uno de dichos útiles (13,13') es desplazado con relación a la pieza (5) durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación sobre la misma pieza, y en el cual el eje de rotación (17,17') de dicho útil es trasladado y/o rotado alrededor de un eje (37) con respecto a dicha pieza (5).

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el cual ambos útiles (13,13') se desplazan con relación a la pieza (5) durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación (sobre la misma pieza), y en el cual los ejes de rotación (17,17') de dichos útiles se trasladan y/o rotan alrededor de un eje (37).

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el cual al menos uno de dichos útiles (13,13') rota alrededor de al menos dos ejes (37,17) con relación a la pieza (5) durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación, y en el cual al menos dos de dichos ejes (37,17), o las proyecciones de cada uno de dichos ejes (37,17) en un plano común, se encuentran en ángulo entre sí.

4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual al menos uno de dichos ejes (37) es desplazado durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación.

5. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la mayor parte de la operación se realiza en un movimiento fluido.

6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual al menos un útil conformador interno (19) se sitúa en la cavidad definida por la pieza (5), en la proximidad de al menos uno de sus extremos, en contacto con la superficie interna de la pieza hueca (5), y en el cual la pieza (5) se deforma mediante dicho segundo útil conformador (19).

7. Una máquina conformadora (1) que comprende al menos un dispositivo de fijación (4) para retener firmemente una pieza tubular hueca (5) a ser deformada, un primer útil conformador (13), que puede situarse en contacto con la superficie externa de la pieza (5) mientras que la pieza (5) está siendo conformada y por medio del cual un extremo de la pieza (5) puede deformarse, medios de accionamiento (25,26,28) para girar dicho útil (13) con relación a dicha pieza (5) y medios (35,36) para desplazar dicho útil (13) respecto de dicha pieza (5) de manera que dicho útil (13) puede seguir una o más trayectorias deseadas con respecto a la pieza (5) a fin de conformar dicha pieza (5), caracterizada porque dicha máquina conformadora (1) comprende al menos un segundo útil conformador (13), que puede situarse en contacto con la superficie externa de la pieza (5) durante el mecanizado de la pieza (5), y mediante el cual el otro extremo de la pieza (5) puede deformarse, así como medios de accionamiento (25,26,28) para girar dicho útil (13) con relación a dicha pieza (5) y medios (35,36) para desplazar dicho útil (13) respecto de dicha pieza (5) de manera que dicho útil (13) puede seguir una o más trayectorias deseadas con respecto a la pieza (5) para conformar dicha pieza (5), y en la cual al menos uno de dichos útiles (13,13') puede desplazarse con relación a la pieza (5) durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación sobre la misma pieza, de manera que el eje de rotación (17,17') de dicho útil (13,13') es trasladado y/o rotado alrededor de un eje (37) con relación a dicha pieza (5).

8. Una máquina conformadora (1) según la reivindicación 7, en la cual ambos útiles (13,13') pueden desplazarse con relación a la pieza (5) durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación (sobre la misma pieza), y en la cual los ejes de rotación (17,17') de dichos útiles (13,13') se trasladan y/o rotan alrededor de un eje (37).

9. Una máquina conformadora (1) según la reivindicación 7 u 8, en la cual al menos uno de dichos útiles (13,13') puede rotar alrededor de al menos dos ejes (37,17) con relación a la pieza (5) durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación (sobre la misma pieza), y en la cual al menos dos de dichos ejes (37,17) o proyecciones de cada uno de dichos ejes (37,17) en un plano común, se encuentran en ángulo entre sí.

10. Una máquina conformadora (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en la cual al menos uno de dichos ejes (37) puede desplazarse durante dicha deformación y/o entre etapas de deformación.