ES2271178T3 - Producto semiacabado de material ductil con lineas de debilitamiento y su uso. - Google Patents

Abstract

Producto (1) semiacabado en forma de banda de material dúctil, caracterizado porque, - en cuanto al material dúctil se trata de materiales de base cúprica, - su espesor mide como máximo 0, 5 mm, - en las caras opuestas presenta al menos un par de ranuras (2, 3) con forma de cuña en disposición alineada una frente a la otra, y - entre las puntas (2a, 3a) de las ranuras (2, 3) con forma de cuña está presente un tabique (4) cuyo espesor d en comparación con el espesor D del producto semiacabado mide de 5% a 40% y es tan pequeño que se puede rasgar con un pequeño esfuerzo mediante la desviación en sentido contrario de las zonas de producto semiacabado delimitadas por la pareja (2, 3) de ranuras sin formación de virutas.

Description

Producto semiacabado de material dúctil con líneas de debilitamiento y su uso.

La invención concierne a un producto semiacabado de material dúctil con las características de acuerdo con la reivindicación 1. Es además objeto de la invención el uso del producto semiacabado.

Los materiales dúctiles se fabrican como producto semiacabado en grandes cantidades y con grandes formatos, sobre todo materiales metálicos. Durante el proceso de fabricación se produce la necesidad conseguir las geometrías requeridas mediante separación de las formas previas fabricadas en anchuras múltiples o longitudes múltiples. Así por ejemplo, se confeccionan productos semiacabados con forma de banda mediante partición longitudinal y transversal a la anchura requerida para la respectiva finalidad de uso. En la fabricación masiva se emplean para ello en su mayor parte los procesos de corte que están diseñados de acuerdo con el principio de corte por rodadura.

Para ello en la mayoría de los casos la banda de chapa arrollada en una bobina se divide en instalaciones de corte longitudinal en varias bandas estrechas o tiras de banda. La separación tiene lugar mediante corte sin pérdidas con cuchillas redondas rotativas (cuchillas circulares). Las cizallas circulares con un árbol de accionamiento pasante van equipadas con cuchillas circulares, rodillos anulares y casquillos distanciadores. El proceso conocido por el estado de la técnica se muestra en la figura 1.

[Fuente: Handbuch der Umformtechnik/Schuler GmbH Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1996, S. 286, Abb. 4.62]

Una cizalla circular típica para el corte longitudinal sin producción de virutas basada en el principio de corte por rodadura está compuesta sustancialmente de cuchillas de simetría rotativa que están fijadas a una separación ajustada al espesor del material que se va a dividir sobre una barra portacuchillas superior y otra inferior o bien están tensadas axialmente sobre el árbol de las cuchillas por encima y por debajo de la banda. Las cuchillas se ajustan entre sí axialmente a una determinada separación de corte y verticalmente a la profundidad de inmersión de la herramienta. Estos valores están determinados por la naturaleza del propio material, por su espesor y por la deformación que se pretenda en los cantos del corte.

El filo de una cuchilla superior rueda entonces durante el corte contra el filo de una cuchilla inferior. Una parte del material se cizalla por la acción conjunta de las cuchillas y el espesor restante del material se quiebra hasta la separación total.

Para muchos materiales, dependiendo del espesor, la dureza y la naturaleza, esta proporción de ruptura vale aproximadamente 20-40% del espesor de la banda. La zona de quiebra desarrolla naturalmente una superficie de rotura violenta que es muy áspera. Su forma está determinada por el proceso de ruptura que se desarrolla con amplia libertad. La forma y las dimensiones de la zona de ruptura se apartan por tanto claramente de la zona cizallada formada por la acción directa de las herramientas, y la zona de ruptura en la superficie original forzosamente desemboca en una rebaba del corte (figura 2).

La rebaba del corte es un material muy endurecido, de cantos vivos, que sobresale por fuera de los contornos del material perfectamente cortado. La forma y el tamaño de las rebabas están a su vez fuertemente influidos por los parámetros del procedimiento.

Las rebabas son indeseables desde todos los puntos de vista. Entrañan riesgos de heridas durante el manejo manual. En los subsiguientes procesos de elaboración, incrementados por las rebabas, pueden originarse abrasiones y levantamiento de laminillas o aparecer daños en el material circundante debido al efecto de corte de las rebabas. En el uso la rebaba que siempre se sitúa en un canto exterior del material constituye básicamente un punto débil. Aquí comienza con frecuencia la formación de grietas en casos de solicitaciones estáticas y dinámicas. Con elevados requisitos de resistencia a la flexión alternante, en especial en tiras estrechas de material, se mantienen exigencias especialmente elevadas en cuanto a la calidad del corte. Una forma desfavorable de los cantos de la banda en las zonas cizalladas, la áspera zona de ruptura y la rebaba del corte perjudican la resistencia a la flexión alternante de un modo especialmente alto. Por consiguiente se dedican grandes esfuerzos al minimizado de la formación de rebaba y resulta de gran interés una económica mecanización posterior de las bandas cortadas ricas en rebabas.

La forma indefinida de la parte de rotura de la superficie de separación es otro defecto de la técnica de cuchillas rodantes que por lo demás es generalmente tan económica de utilizar. En diversos usos, en vez del económico producto semiacabado en forma de bandas separadas, se exigen por tanto bandas reelaboradas mediante el costoso aplastamiento de los cantos por relaminación. También se emplean de modo alternativo productos de compresión y estiramiento en forma de alambre que desde el principio poseen geometrías definidas en toda la sección transversal.

Por el documento DE-OS 1 815 380 se conoce un dispositivo de entallar y partir para dividir sin rebabas las chapas por medio de rodillos de entallar que actúan por ambas caras de la chapa a lo largo de una línea de separación, presentando los rodillos de entallar a ambos lados de las chapas gruesas y blandas un ángulo de hendidura simétrico mientras que en el caso de materiales más delgados y más duros el ángulo de hendidura es asimétrico. El ángulo de hendidura total es además siempre menor que 90º y los rodillos de entallar presentan una separación tal que se produce un endurecimiento en frío del borde que permanece. A continuación de los rodillos de entallar hay rodillos de presión sobre la hendidura que producen una desviación de la chapa y con ello ocasionan la ruptura por la línea de entallado.

Por el documento US 4,011,109 A se conoce un procedimiento para la fabricación de alambres de acero que se emplean por ejemplo en anillos/neumáticos hechos de bandas. La fabricación se efectúa en varias fases de proceso en las cuales se origina, entre otras, una transformación de la austenita en martensita mediante un tratamiento térmico del acero. Debido a esa transformación en martensita el acero pierde su ductilidad. Para la división de las bandas en alambres son necesarios rodillos divisores como medios auxiliares para separar las zonas de banda endurecidas.

La presente invención tiene pues como principal tarea superar las desventajas de la división con la técnica de corte con rodillos según el actual estado de la técnica, sin por ello ocasionar costes elevados o una menor productividad. En detalle, se trata de resolver las siguientes tareas parciales:

-

Preparación de una posición definida de la zona de ruptura,

-

Evitar la formación de rebabas,

-

Reducir la formación de abrasiones y levantamiento de laminillas,

-

Reducción drástica de la parte de rotura,

-

Evitar los puntos mecánicamente débiles del producto separado condicionados por la parte de rotura y la posición externa de la rebaba.

Esta tarea queda resuelta de acuerdo con la invención mediante un producto semiacabado de acuerdo con la reivindicación 1.

Las ranuras en particular se conforman sin arranque de viruta. En cuanto al producto semiacabado se trata preferentemente de material en forma de banda. Pero la invención se puede utilizar igualmente por ejemplo para alambres o alambres de perfiles especiales. En el caso de bandas recubiertas, por ejemplo con superficies estañadas, plateadas o niqueladas se consigue a la vez la ventaja de que el recubrimiento de los flancos de la ranura se conserve considerablemente.

Otras formas de ejecución especiales de la invención son objeto de las reivindicaciones 5 a 19.

Sobre la base del modo de funcionamiento de las cizallas circulares la invención separa espacialmente el cizallado y la ruptura.

Se propone que al producto semiacabado que va a ser dividido y está hecho de materiales de base cúprica con deformación plástica y sin arranque de virutas, dotarle con ranuras en forma de cuña situadas en la perpendicular a la posterior línea de separación y al mismo tiempo en un eje perpendicular a la superficie del producto semiacabado, preferentemente por ambas caras y de forma simétrica, de tal manera que entre las puntas de las dos ranuras que se sitúan una frente a la otra con la mayor exactitud posible, quede un tabique muy delgado del material que se va a dividir.

Se colocan herramientas de simetría rotativa en una disposición típica de maquinaria como las que ya son conocidas para las cizallas circulares convencionales. Para las ranuras longitudinales en forma de cuña se emplean como herramienta por ejemplo discos de laminación con los correspondientes perfiles. Una geometría típica del perfil de cuña presenta ángulos de cuña de 10 - 80º. El desplazamiento axial y vertical de las puntas de las cuñas de los discos ha de mantenerse al mínimo, con lo cual se han de aplicar/utilizar las normas de tolerancia más estrictas realizables para las herramientas convencionales del corte de
precisión.

El espesor del tabique que permanece en el producto semiacabado en forma de banda acorde con la invención tiene una medida de 0,5 mm, con preferencia del 5% al 40% del espesor del material que va a ser dividido. El flujo de material ocasionado por el desplazamiento del material de las ranuras en longitud y anchura del producto semiacabado puede conducir a cambios en el contorno de la sección trasversal del producto semiacabado que se trata de dividir, con lo cual en algunos casos es conveniente prever la aplicación posterior intercalada de una operación de conformación en frío de las superficies dañadas en cuanto a la exactitud de su forma.

Esta operación de conformación en frío se puede emplear adecuadamente para conseguir en al menos un paso de conformación una ejecución de los cantos aproximadamente en ángulo recto en el sitio de la pareja de ranuras.

Además, en los casos de las bandas más delgadas con D \leq 0,2 mm y láminas en las que debido a la cuestión de las tolerancia es difícilmente posible o no es segura una entalladura definida, esta operación de conformación en frío permite partir de una banda prefabricada cuyas ranuras se laminan de forma aproximada en varios pasos pero cuyo sitio de rotura controlada se conserva (reivindicación 20).

El así preparado producto semiacabado se separa mediante el desvío de las zonas contiguas de producto semiacabado delimitadas por las ranuras con poco esfuerzo y con cualquier velocidad en otro paso posterior.

Es además objeto de la invención la utilización del producto semiacabado acorde con la invención de acuerdo con las reivindicaciones 15 a 18.

Los trozos separados del producto semiacabado, después de la ejecución del proceso de acuerdo con la invención, tienen unos cantos externos de configuración definida. La superficie de rotura está siempre situada completamente encajada en la superficie de la separación, sin alcanzar hasta la superficie exterior original del material. La dilatación de la superficie de rotura es acorde con el espesor del tabique formado por las dos respectivas ranuras situadas una frente a la otra. En este caso resulta mucho menor que en el caso de corte convencional con cuchillas rodantes. Con las ranuras adecuadamente orientadas y alineadas una frente a la otra no se origina ninguna rebaba al quebrar el tabique.

Frente al estado de la técnica expuesto en las figuras 1 y 2, la invención se explica con ayuda del ejemplo de ejecución expuesto en las figuras 3 a 5. Se muestran:

Figura1 la división longitudinal de un producto semiacabado con forma de banda según el estado de la técnica,

Figura 2 la formación de rebaba según el estado de la técnica,

Figura 3 en forma esquemática, un producto semiacabado con ranuras longitudinales de acuerdo con la invención,

Figura 4 en forma esquemática, la fabricación del producto semiacabado acorde con la invención y la separación de él de un tramo de producto semiacabado,

Figura 5 en forma esquemática, un tramo de producto semiacabado conformado en forma de tubo ranurado antes de ser soldado para formar el tubo con costura longitudinal,

Figura 6 en forma detallada, la fabricación del producto semiacabado acorde con la invención en relación con un ejemplo numérico, y

Figura 7 en forma esquemática, la influencia de la laminación por etapas en la configuración de una pareja de ranuras conservando el sitio de rotura.

El producto 1 semiacabado con forma de banda de espesor D según las figuras 3 y 4 presenta dos pares de ranuras 1, 3 longitudinales con forma de cuña. Las ranuras 2 y 3 tienen puntas 2a y 3a, y flancos 2b y 3b, entre los cuales se forma el ángulo \alpha de la cuña. Entre las puntas 2a y 3a - con preferencia dispuestas con poca separación - se extiende un delgado tabique 4 de espesor d.

Las ranuras 2, 3 se troquelan de acuerdo con la figura 4 por medio de los discos 5 entalladores superior e inferior (aquí solamente se ha representado un disco superior). El material situado entre las ranuras 2, 3 fue endurecido por el proceso de troquelado a ambos lados. El tabique 4 es delgado y tiene ciertamente una resistencia específica elevada pero el alargamiento de rotura del material se reduce fuertemente a una zona estrictamente localizada del tabique 4. Con todo ello queda preparada la posibilidad de separación y solamente requiere un pequeño esfuerzo. Mediante la inclinación de las zonas contiguas a las ranuras 2, 3 con la fuerza requerida en la dirección de la flecha indicada en la figura 4 se separa un trozo 6 de producto semiacabado.

Como ya se ha indicado, el trozo 6 de producto semiacabado presenta por ambos lados únicamente una superficie 7 de rotura inapreciable.

Esto aparece también en la figura 5 en la cual se ha conformado un trozo 6 de producto semiacabado formando un tubo ranurado para llegar a ser un tubo con soldadura longitudinal.

Ejemplo numérico

Una banda de espesor D = 0,20 mm de SE-Cu 58 recocido blando fue dividida en tiras 6 (trozos) de B = 6 mm de anchura mediante puntas con forma de cuña de cuchillas circulares alineadas frente a frente y que cada una penetraba 0,080 mm en la banda. La anchura de los discos 5 de las cuchillas circulares firmemente arriostrados axialmente sobre un árbol de trabajo superior y otro inferior era además igual a la anchura B de la tira de banda - con la punta esmerilada de la cuchilla circular en la mitad del espesor B/2 de la cuchilla circular. El ángulo de la cuña del perfil de la ranura mide \alpha = 20º. Después del atirantado de varias cuchillas 5 circulares sobre los dos (ambos) árboles de trabajo éstas fueron ajustadas en el transcurso de la alineación y la concentricidad de las puntas 2a y 3a de las cuchillas. Mediante ese proceso de ajuste se produjo un ligero redondeamiento de las puntas 2a/3a con forma de cuña en un radio de la punta del disco
\leq 5 \mum.

Con el sistema de cuchillas circulares (y en forma de cuña) ajustado de esta manera y con la aplicación de un tirante de freno dispuesto sobre la sección transversal de la tira de banda se produjeron tiras B de banda entalladas simétricamente en longitud. El espesor d del tabique midió d = 30 a 50 \mum, como media por tanto 40 \mum correspondiente a un 20% del espesor D de la banda.

La bobina así tratada se llevó al carrete de desbobinado de una máquina de transformación subsiguiente. En la bobina fueron entonces separados a mano de la bobina uno tras otro los trozos 6 individuales de una anchura de 6 mm en una longitud de aproximadamente 1 m, arrancándose siempre el trozo 6 más externo por medio de la inclinación hacia fuera del plano de la banda mediante un ligero tirón. Las muestras analizadas posteriormente mostraron una zona de rotura que discurría aproximadamente por el centro de un espesor en la sección transversal de aproximadamente
40 \pm 10 \mum. No se pudo confirmar la formación de rebabas ni en el pulido ni mediante palpación de la zona de rotura. Las secciones transversales de los tramos 6 individuales separados no mostraron en el marco de la tolerancia requerida ninguna deformación plástica permanente inadmisible de la sección transversal de la banda por las fuerzas utilizadas para el proceso de división. Los tramos 6 individuales separados de esta manera fueron enhebrados en la máquina de transformación subsiguiente y juntamente con un pequeño tensionado fueron replegados uniformemente de forma acelerada para su posterior elaboración sobre rodillos de guiado que ocasionaban el necesario desvío en sentidos contrarios entre sí de los tramos 6 individuales para el sucesivo desgarramiento.

Finalmente en la figura 7 se muestra - partiendo de un producto 1 semiacabado en forma de banda con ranuras 2, 3 en forma de cuña y un tabique 4 residual según la figura 7a (compárese con la figura 3) - la influencia de por ejemplo tres etapas de laminación sobre la configuración de la pareja de ranuras 2, 3.

Ya después de la primera etapa de laminado (figura 7b) se alcanza en el sitio de las ranuras 2, 3 un guiado de los cantos aproximadamente en ángulo recto.

Después de otras dos etapas de laminación quedan casi laminadas las ranuras 2,3 originales (figuras 7c/7d), permaneciendo sin embargo un sitio 7 de rotura controlada en el lugar de las ranuras 2, 3.

Claims (18)

1. Producto (1) semiacabado en forma de banda de material dúctil, caracterizado porque,

-

en cuanto al material dúctil se trata de materiales de base cúprica,

-

su espesor mide como máximo 0,5 mm,

-

en las caras opuestas presenta al menos un par de ranuras (2, 3) con forma de cuña en disposición alineada una frente a la otra, y

-

entre las puntas (2a, 3a) de las ranuras (2, 3) con forma de cuña está presente un tabique (4) cuyo espesor d en comparación con el espesor D del producto semiacabado mide de 5% a 40% y es tan pequeño que se puede rasgar con un pequeño esfuerzo mediante la desviación en sentido contrario de las zonas de producto semiacabado delimitadas por la pareja (2, 3) de ranuras sin formación de virutas.

2. Producto semiacabado según la reivindicación 1, caracterizado porque las ranuras (2, 3) están formadas sin arranque de viruta.

3. Producto semiacabado según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el producto semiacabado en forma de banda está recubierto.

4. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tabique (4) está situado en el centro de la expansión definida por la pareja (2, 3) de ranuras del producto semiacabado.

5. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tabique (4) está situado excéntricamente en la extensión definida por la pareja (2, 3) de ranuras del producto semiacabado.

6. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tabique (4) ocupa una posición marginal en la expansión definida por la pareja (2, 3) de ranuras del producto semiacabado.

7. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el espesor del tabique mide d = 0,01 a 0,1 mm.

8. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque solamente existe un desplazamiento pequeño de las puntas (2a, 3a) de las ranuras (2, 3).

9. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el ángulo de la cuña mide \alpha = 0º a 120º.

10. Producto semiacabado según la reivindicación 9, caracterizado porque el ángulo de la cuña mide \alpha = 10º a 80º.

11. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los flancos (2b, 3b) de las ranuras (2, 3) no son superficies planas.

12. Producto semiacabado según la reivindicación 11, caracterizado porque los flancos (2b, 3b) presentan secciones transversales en forma de arco, onduladas, escalonadas o combinadas entre las anteriores.

13. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque en cuanto a los materiales dúctiles se trata de combinaciones de materiales con materiales de base cúprica.

14. Producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque después de al menos una deformación en frío presenta en el lugar de las ranuras (2, 3) un guiado de cantos aproximadamente en ángulo recto.

15. Utilización del producto semiacabado según una o varias de las reivindicaciones 1 a 14 para la fabricación de tramos (6) de producto semiacabado separados con superficies (7) de rotura definidas, correspondiendo la dilatación de las superficies (7) de rotura aproximadamente con el espesor d del tabique (4).

16. Utilización según la reivindicación 15 para la fabricación de tramos (6) de producto semiacabado en forma de banda con las dimensiones: espesor D = 10 a 300 \mum, anchura B = 0,5 a 25 mm.

17. Utilización según la reivindicación 15 o 16 para la fabricación de cable de cinta flexible para la transmisión de señales eléctricas o para la transmisión de energía eléctrica.

18. Utilización según la reivindicación 15 o 16 para la fabricación de componentes electromecánicos, como conectores de enchufe, relés, resortes de contacto o similares.