ES2281053T3 - Matriz de forjado con medios de posicionamiento. - Google Patents

Abstract

Matriz de forjado que incluye en una cara una huella de pieza a forjar tal como un semiálabe de turbomáquina con un medio de control de alineación, caracterizada porque incluye en dicha cara un medio que forma referencia según dos direcciones con respecto a las cuales se define la posición de dicha huella, estando constituido dicho medio por dos pastillas que sobresalen con respecto a dicha cara y que incluyen cada una dos entallas que definen dichas dos direcciones, y que permiten dicho control de alineación.

Description

Matriz de forjado con medios de posicionamiento.

La presente invención se refiere al campo del forjado de piezas metálicas y en particular de piezas de forma compleja y rebuscada tales como los álabes de turbomáquinas de gran tamaño. Para la fabricación de piezas metálicas, se aplica preferentemente técnicas de forjado cuando deben absorber esfuerzos importantes en servicio. Es el caso de los álabes de compresor o de soplantes de turborreactor para los cuales los esfuerzos internos son engendrados especialmente por las vibraciones y las fuerzas centrífugas a las cuales están sometidos.

El forjado consiste en deformar plásticamente una barra de metal bajo el efecto de choques o por aplicación de una presión. Se procede generalmente por etapas, formando unos esbozos sucesivos que se aproximan progresivamente a la pieza acabada. Dado el caso, se acaba el forjado de la pieza por una fase de calibrado que conduce a formas más precisas.

Más precisamente, se forja la pieza obligando a un esbozo a llenar por choque o por presión, una huella grabada en una matriz que corresponde a la forma de la pieza a obtener. En el caso del titanio, al depender su tensión de fluencia fuertemente de la temperatura, el forjado se efectúa en caliente hasta un cierto límite impuesto por la evolución estructural del material que altera las propiedades mecánicas del mismo.

Las operaciones de matrizado se efectúan generalmente en prensas mecánicas cuyas matrices son precalentadas. En estas condiciones, el tiempo de forjado es relativamente corto para evitar un enfriamiento demasiado rápido de la pieza y un calentamiento demasiado elevado de la matriz por conducción térmica entre la pieza y ella misma en la medida en que la temperatura del utillaje es diferente de la de la pieza. Por otra parte, en razón del nivel elevado de las tensiones que experimenta por el contacto con la pieza, se deposita un lubricante sobre el grabado de la matriz para facilitar la fluencia del material y para reducir los esfuerzos de forjado.

La presente invención se refiere en primer lugar a la puesta a punto de los utillajes tales como las matrices presentadas anteriormente.

El tiempo de realización del utillaje, según el método habitual, es bastante largo porque se debe proceder por retoques sucesivos.

En efecto, la huella de la matriz no tiene rigurosamente la forma y las dimensiones de la pieza bruta de forja a obtener. Se aparta de ella por unos "términos correctivos" que compensan las deformaciones elastoplásticas de los utillajes durante el forjado. No se puede prever exactamente estos términos correctivos, y es por tanto necesario retocar la matriz a continuación de las mediciones efectuadas en las piezas de ensayo obtenidas. En forjado llamado "de precisión", los sobrespesores son pequeños, por ejemplo de 0,8 mm, a fin de que la pieza acabada se pueda obtener por un pulido con cinta abrasiva de la pieza bruta o, dado el caso especialmente cuando es de titanio, por combinación de un mecanizado químico y de un pulido por banda abrasiva. Es el caso, por ejemplo, de la pala de los álabes.

La puesta a punto de una matriz de forja de precisión es por consiguiente larga y costosa, porque necesita numerosos retoques separados por ensayos de forjado de piezas.

Cuando se ha puesto a punto la matriz, es decir, cuando las piezas de ensayo brutas de forja obtenidas tienen la forma y las dimensiones buscadas, esta matriz puede ser puesta en explotación para fabricar piezas de serie. La matriz se degrada progresivamente en explotación, y se hace necesario, por ejemplo al cabo de 1000 a 5000 piezas según el caso, restaurar la matriz o utilizar otra.

La restauración de una matriz degradada consiste, según un primer método, en recargar las zonas en las cuales ha sido arrancado el material o en mecanizar y pulir una nueva huella, es decir, relavar por electroerosión la matriz. Según un segundo método, se reconstituye enteramente por mecanizado la huella después de haber eliminado la capa nitrurada (endurecida por tratamientos térmicos o termomecánicos superficiales) y eliminado un espesor de algunos mm de material. Esta técnica se designa por el término de relavado. La restauración de una matriz o la fabricación de una nueva matriz necesitan las mismas puestas a punto que la matriz inicial. Son igualmente largas y costosas.

La invención tiene como objetivo un medio que permita el control de la alineación de las matrices a fin de optimizar el tiempo de puesta a punto para forjado de grandes series de piezas.

Conforme a la invención, la matriz de forjado que incluye en una cara una huella de pieza a forjar tal como un semiálabe de turbomáquina con un medio de control de alineación, se caracteriza por el hecho de que incluye en dicha cara un medio que forma una referencia según dos direcciones con respecto a las cuales se define la posición de dicha huella, estando constituido dicho medio que forma referencia por dos pastillas que sobresalen con respecto a dicha cara y que incluyen cada una dos entallas que definen dichas dos direcciones, y que permiten dicho control de alineación.

Preferentemente, las dos entallas se disponen en forma de cruz.

Según otra característica, las entallas están dispuestas de manera que sean paralelas dos a dos. En particular, las dos entallas están alineadas.

La invención contempla igualmente un procedimiento de control, posterior al mecanizado de las huellas, de la alineación de dos matrices la una con respecto a la otra. Según este procedimiento, se determina la posición de las dos caras laterales de una de las matrices con respecto a dicho medio que forma referencia y dado el caso se rectifica la una o la otra de las caras laterales de dicha matriz. En particular, se determina dichas posiciones por palpado en una máquina de medir tridimensional (MMT).

La invención se refiere también a la utilización de dichos medios que forman referencia en las matrices para controlar la alineación de los bloques matrices (durante la operación de forjado con la finalidad de registrar los movimientos relativos de una matriz con respecto a la otra). Según una utilización preferida, se dispone un botón de material maleable en cada una de las pastillas, se aplasta los botones entre las pastillas de las dos matrices y se verifica las marcas hechas por las entallas en los botones.

Se conoce el documento GB 1130963 que trata de una prensa de forjado con control de la alineación entre las dos matrices de la prensa. Este control se efectúa por medios neumáticos que proporcionan una presión que es función del desplazamiento horizontal de una matriz con respecto a la otra. Este medio no tiene nada conocido con el de la invención.

A continuación se describe la invención con más detalle haciendo referencia a los dibujos anexos, en los cuales,

la figura 1 representa un bloque matriz visto desde arriba con estos medios que forman referencias,

la figura 2 muestra el detalle de una pastilla que forma referencia,

la figura 3 muestra el montaje de un bloque matriz en el plato de una prensa,

las figuras 4A y 4B muestran los botones de control entre las pastillas después del aplastamiento.

Se ha representado en la figura un bloque matriz 10 de forjado de un álabe de compresor o de soplante de un turborreactor. La matriz tiene forma de bloque de sección rectangular cuya cara principal 11 comprende aquí la huella E de un semiálabe. Esta cara principal 11 está bordeada por cuatro caras laterales 12, 13, 14, 15. La forma de la huella se define por medios de cálculo apropiados y se realiza por mecanizado o electroerosión o cualquier otro medio conocido por el experto en la técnica. Se realiza, por ejemplo, bien en un centro de mecanizado de control numérico, o bien en una máquina de electroerosión (EDM). En el contorno de la huella se dispone generalmente una zona periférica Ep para la formación de un cordón de rebaba como se conoce en el campo. El modo de realización de la huella no forma parte de la invención. El gravado comprende un eje principal XX y al menos un punto de referencia P que constituye el origen de mecanizado de la huella. La geometría de la huella es definida así con respecto a estas dos referencias longitudinal y transversal. Las caras laterales longitudinales 13 y 14 son paralelas al eje XX. Las caras transversales 13 y 15 le son perpendiculares.

La matriz completa de forjado de la pieza comprende un segundo bloque con la huella de un semiálabe de forma complementaria a la precedente. Para el forjado de la pieza, se coloca y se fija los dos bloques en los platos de una prensa. Un plato inferior y un plato superior. Se dispone el esbozo de la pieza a forjar en el bloque matriz inferior y se acciona la prensa. Aproximándose, los dos bloques deforman el esbozo hasta obtener la pieza con la forma definida por las huellas, con una rebaba completa sobre su
contorno.

La calidad del forjado depende en parte de la buena colocación de las dos huellas la una con respecto a la otra en el momento del forjado. Ésta depende a la vez de la buena colocación de las huellas en su bloque matriz respectivo y de la buena colocación de los dos bloques entre sí.

El dispositivo de la invención permite de manera simple y eficaz llegar a este resultado.

Según la invención, se realiza por grabado, con la huella E, dos pastillas 21 y 23. Estas dos pastillas sobresalen con respecto a la cara superior 11 del bloque. Las dos pastillas tienen aquí forma de disco, pero pueden tener otra forma. Se ha representado en la figura 3 una vista ampliada de la pastilla 21, en perspectiva. Cada pastilla comprende dos entallas en ángulo recto 21L, 21T, y 23L, 23T respectivamente.

Las dos entallas longitudinales 21L y 23L, se han realizado paralelamente al eje XX de la huella, a una distancia predeterminada. Aquí, las dos entallas están a una misma distancia del eje XX. Por tanto están alineadas. Las entallas transversales 21T y 23T son perpendiculares a las precedentes y cada una a una distancia predeterminada del punto P de referencia. Las posiciones de la huella y de las entallas están así perfectamente definidas en el espacio las unas con respecto a las otras.

Estos medios 21 y 23 permiten efectuar,

por una parte la verificación de la posición de la huella en el bloque matriz y

por otra parte la verificación visual de la buena alineación de los bloques matrices durante las operaciones de forjado.

Para la primera verificación, una vez mecanizada la matriz, se mide por palpado, por ejemplo en una máquina de medir tridimensional MMT, la posición de las pastillas 21 y 23 con respecto a las caras laterales 12, 14, y 13, 15. Así se verifica, para cada uno de los dos bloques matrices,

por una parte, que las caras 12 y 14 son perfectamente paralelas a la dirección de las entallas 21L y 23 L, y están a buena distancia de éstas,

por otra parte, que las caras 13 y 15 son perfectamente paralelas a la dirección de las entallas 21T y 23 T, y están a buena distancia de éstas.

Si se constata una separación con respecto a la cota teórica en una de las dos matrices, se procede a una rectificación en una o unas caras laterales de una de las matrices de manera que se hagan idénticas las distancias en los dos bloques matrices.

Si se constata una separación con respecto a la cota teórica en cada matriz, se procede a una rectificación en la matriz cuyo defecto es menor.

De esta manera, se obtiene unas matrices cuyas huellas están alineadas sin defecto. El empleo de tales pastillas permite un control rápido con una gran precisión de medición.

Una vez realizados, los bloques se montan en los platos de la prensa. El montaje se hace por apriete de los flancos laterales de los bloques contra unas superficies de tope B1 y B2. Se ha representado esquemáticamente una vista desde arriba de un plato 100 de prensa. Por ejemplo, la colocación de los flancos laterales 12 y 14 está regulada por medio de cuñas llamadas "con pendiente" 31 y 32. Estas cuñas tienen forma de diedros y están dispuestas de manera que tengan dos caras paralelas y dos caras inclinadas con respecto a éstas últimas, en contacto la una contra la otra. Desplazando una cuña con respecto a la otra paralelamente a sus caras paralelas, se aparta o aproxima a éstas últimas. Las dos cuñas se apoyan la una contra la cara lateral 14 del bloque, la otra contra un tope 110 solidario del plato. La otra cara lateral 12 del bloque se apoya contra un tope 120 solidario del plato. Este sistema de cuñas "con pendiente" permite por tanto desplazar el bloque perpendicularmente a las caras 12 y 14; así es posible una regulación en posición sobre el plato en una dirección transversal. Se dispone, dado el caso, unos flejes entre la cuña 120 y la cara lateral 12.

Para la regulación de la posición en el sentido longitudinal, se dispone de un tornillo que se apoya en la cara 13 y que rechaza el bloque contra un tope 130 solidario del plato. Así se puede regular también la posición del bloque matriz en la dirección longitudinal. Si es necesario, se puede colocar un fleje entre la cara lateral 15 y el tope 150.

Para controlar la posición respectiva de las dos matrices, se procede de la manera siguiente:

Se deposita un botón PB de "plomo" u otro material maleable en cada una de las dos pastillas de la matriz inferior y se hace bajar la matriz superior hasta el aplastamiento de los dos botones.

En las figuras 4A y 4B se ha representado los dos botones después del aplastamiento, en posición entre las pastillas.

El operario puede fácilmente verificar que las entallas 21T (o 23T) de las dos pastillas superior e inferior no están alineadas en el ejemplo representado. Examinando el botón deformado en un aparato de medida, se puede determinar con precisión la rectificación a aportar en la posición longitudinal.

Análogamente, verifica observando las entallas 23L (o 21L) que los dos bloques no están correctamente colocados transversalmente.

Así se dispone de medios de referencia precisos y simples de aplicar a partir de los cuales se puede aportar, dado el caso, las correcciones necesarias para una buena colocación de las huellas la una con respecto a la otra.

Estos medios permiten verificar también los efectos de rotación de las matrices bajo la tensión de forjado durante la primera utilización de las matrices, procediendo al control con los botones a la vez que se procede al prensado de una pieza.

Se procede a este control después de cada mecanizado de grabado, y para cada inicio de campaña de forjado.

Los botones permiten finalmente controlar la separación entre las matrices inferior y superior después del prensado con respecto al espesor del cordón de
rebaba que se desea.

Claims (7)

1. Matriz de forjado que incluye en una cara una huella de pieza a forjar tal como un semiálabe de turbomáquina con un medio de control de alineación, caracterizada porque incluye en dicha cara un medio que forma referencia según dos direcciones con respecto a las cuales se define la posición de dicha huella, estando constituido dicho medio por dos pastillas que sobresalen con respecto a dicha cara y que incluyen cada una dos entallas que definen dichas dos direcciones, y que permiten dicho control de alineación.

2. Matriz según la reivindicación 1, caracterizada porque las entallas se disponen de manera que sean paralelas dos a dos.

3. Matriz según la reivindicación 2, caracterizada porque las dos entallas están alineadas.

4. Procedimiento de control, después del mecanizado de las huellas, de la alineación, la una con respecto a la otra, de dos matrices según una de las reivindicaciones precedentes, según el cual, se determina la posición de las dos caras laterales de una de las matrices con respecto al medio que forma referencia y dado el caso se rectifica la una o la otra de las caras laterales de dicha matriz.

5. Procedimiento según la reivindicación precedente, según el cual se determina dichas posiciones por palpado en una máquina de medir tridimensional (MMT).

6. Utilización de los medios que forman referencia en las matrices según una de las reivindicaciones 1 a 3, para controlar la alineación de los bloques matrices en el montaje en la prensa de forjado.

7. Utilización según la reivindicación precedente de una matriz según una de las reivindicaciones 1 a 3, según la cual se dispone un botón de material maleable en cada una de las pastillas, se aplasta los botones entre las pastillas de las dos matrices y se verifica las marcas hechas por las entallas en los botones.