ES2286417T3 - Utillaje para la fabricacion de puntas de boligrafos. - Google Patents

Abstract

Utillaje (10) monolítico que sirve para la fabricación por retirada de virutas de puntas de bolígrafos, denominadas puntas brutas, en su zona de asiento (3) y en su cono (5a), que presenta un elemento de zona de asiento (12) para la fabricación de la zona de asiento (3), caracterizado porque presenta también un elemento de cono (13) para la fabricación del cono (5a) y porque estos elementos (12, 13) están formados sobre una pieza base (10a).

Description

Utillaje para la fabricación de puntas de bolígrafos.

La invención se refiere a un utillaje para la fabricación de puntas de bolígrafos, denominadas puntas brutas, en su zona de asiento y preferiblemente en su zona de cono. Además, la invención se refiere a la fabricación de tales utillajes y su montaje en husillos de precisión de rotación rápida.

Según el estado de la técnica, el mecanizado de estas zonas se realizaba sucesivamente mediante autómatas usuales con discos de cambio de velocidad en diferentes etapas sucesivas de trabajo, lo que tenía como consecuencia que tanto la excentricidad como la formación de rebabas no estaban lo suficientemente controladas. Posteriormente, se desarrollaron utillajes en diversas piezas que se podían mantener para ser montadas y fijadas individualmente en un dispositivo común de sujeción. Esto resolvía ciertamente el problema de la eliminación de las rebabas pero la concentricidad con una variación de más menos un micrómetro así como las dimensiones deseadas de las puntas de escritura sólo se podrían conseguir con gran dificultad, debido al hecho de que no se disponía de husillos de alta precisión de rotación rápida cuyo eje de rotación, de parada a velocidad máxima de rotación, hubiese presentado una desviación que no hubiese sobrepasado 0,5 micrómetro.

Se describe un utillaje conocido en el documento DE 1 402 888 A.

La invención tiene como objetivo crear una punta bruta de una precisión jamás conseguida hasta hoy.

La invención se describe más precisamente a continuación sobre la base del dibujo. La figura 1 muestra a este respecto una punta de bolígrafo tal como, puede por ejemplo ser fabricada con la ayuda del utillaje de la invención, la figura 2 muestra un utillaje según la invención, las figuras 3 y 4 una variante particularmente privilegiada de un utillaje según la invención.

La figura 1 muestra una punta de bolígrafo después del fin del mecanizado por retirada de virutas (punta bruta) con una bola insertada solamente confines explicativos. Tales puntas de bolígrafos están constituidas habitualmente por latón o alpaca fácil de mecanizar por retirada de virutas y con virutas cortas.

Como se puede observar en la figura 1, una punta de bolígrafo 1 tiene una estructura muy compleja. En lo esencial, presenta un canal central de encauzamiento 2 para la tinta del bolígrafo, denominada a continuación para simplificar, la tinta, que desemboca mediante un escariado 2a en una zona de asiento 3 para la bola 4. Esta zona de asiento 3 consiste esencialmente en un escariado piloto 3a en la prolongación del escariado 2a, en una superficie de fondo 3b de forma anular y en un escariado cilíndrico 3c que desemboca en una superficie frontal 3d.

El contorno exterior situado en la prolongación de la superficie frontal 3 d consiste en un cono 5ª, que forma con la zona de asiento 3 lo que se denomina el labio (el reborde) 9. Al como 5a se conecta, en el ejemplo de realización representado, mediante un saliente 5c, otro cono 5b, cuya configuración y la función se explican más adelante. A continuación se conectan un saliente 6 y una varilla 7.

En esta descripción no se abordan las diferentes transiciones, achaflanados, talones intermedios y similares porque no tiene mayor importancia para la comprensión de la invención y porque el experto en la técnica en el sector de la fabricación de puntas de bolígrafos los conoce bien.

Hay que resaltar también, para una mejor comprensión de los problemas durante la fabricación de tal punta de bolígrafo que, para puntas de bolígrafos, como las del ejemplo de realización representado, el diámetro máximo en la zona del saliente 6 no sobrepasa apenas más que 2 mm y que la zona de asiento 3 de la bola 4 se debe fabricar con una precisión de un micrómetro o más. Se debe conseguir esta precisión a velocidades máximas de impulso (240 piezas/minuto), lo que deja propiamente dicho un tiempo de 0,125 segundos para el mecanizado por retirada de virutas) y de la manera más fiable posible. El coste de tal punta de bolígrafo de bolígrafo fabricada la mayoría de las veces en latón es del orden de menos de un céntimo de dólar.

Es extremadamente importante para la calidad del bolígrafo acabado que el escariado piloto 3a se sitúe precisamente de manera concéntrica respecto del saliente 3b y del escariado cilíndrico 3c. Además, la superficie frontal 3d se debe configurar de manera precisamente cilíndrica en rotación respecto del eje 3e de la zona de asiento 3. El cono 5a se debe disponer igualmente de manera concéntrica respecto del eje 3e. En esta descripción, se entiende por "precisamente" desviaciones de dimensión de forma y de posición en una horquilla de 0,001 vez el diámetro nominal del escariado 3c.

La longitud del escariado piloto 3a es entonces también importante además de la concentricidad entre el escariado piloto y el saliente por las siguientes razones:

Después del mecanizado por retirada de virutas de la punta de bolígrafo, se crean los canales de tinta en la zona de transición del escariado piloto 3a hacia el saliente 3v con la ayuda de una herramienta de estampado y la bola se comprime en su asiento en sentido axial. Hay que asegurarse entonces, en caso de aparición de "banderillas", que pueden producirse durante este mecanizado como consecuencia de la descarga de la materia respecto del eje, de que el aflujo de tinta se pueda llevar a cabo perfectamente en la punta acabada del bolígrafo, lo cual está garantizado por una profundidad suficiente del escariado piloto.

La figura 1 presente del lado izquierdo la forma de la pieza en bruto prensada en frío 8 a partir de la cual se mecanizan a continuación por retirada de virutas los escariados 2 y 2a, la zona de asiento 3 y el cono 5a.

La figura 1 muestra igualmente una bola insertada ficticiamente 4 para ilustrar la prominencia de la bola sobre la superficie frontal 3d.

A continuación, se estampan los canales de tinta en la superficie frontal de forma anular 3b, se inserta la bola, se la comprime en la superficie de asiento y se embrida la zona del reborde alrededor de la bola. Con el embridado, por ejemplo, mediante una cabeza rotativa, se constituye alrededor de la bola 4 y hacia el asiento una ranura curvada estrecha de forma anular de una precisión microscópica. La precisión geométrica de esta ranura es la condición previa de una punta de bolígrafo de calidad.

Es necesario en el estado de la técnica, utilizar para crear la zona de asiento 3 y el cono 5, un utillaje de varias piezas cuyas piezas están dispuestas en un husillo de precisión de rotación rápida (18.000 a 60.000 vueltas/minuto) a la vez que se pueden ajustar y fijar individualmente en una cabeza de utillaje.

Los cojinetes del husillo de precisión consisten en cojinetes de bolas muy pretensados con un ángulo de contacto de 15º a 30º, preferiblemente cojinetes híbridos de la clase de precisión máxima (ABEC 9) en una caja de husillo cuya precisión es de IT 01 a IT 1 en masa, cilindricidad, concentricidad, paralelismo. Las superficies destinadas a recibir los cojinetes utilizados no deben tener una rugosidad Ra superior a 0,1. gracias a esta precisión, la pretensión de los cojinetes se puede realizar más allá de los límites usuales sin provocar un calentamiento no admisible del husillo. Una niebla de aceite es apropiada, por ejemplo, como sistema de engrase de los cojinetes. Además, es necesario una junta sin contacto, por ejemplo una junta laberíntica, para limitar el calor debido a la fricción. La concentricidad también puede ser controlada con tales husillos.

Sigue habiendo el problema del ajuste con la precisión necesaria de los utillajes de varias piezas durante el desmontaje para trabajos de retoque y del remontaje, así como durante el aflojamiento, del ajuste y de otros cambios de posición de las diferentes piezas del utillaje. Esto requiere el mantenimiento perfecto limpio de las superficies de sujeción del utillaje y del dispositivo de sujeción, ya que incluso las modificaciones más pequeñas de la situación de sujeción, bien sea partículas ínfimas o modificaciones debidas a la sujeción del utillaje o similares, hacen que la correlación antes y después de la corrección sea incierta.

Gracias a los utillajes en varias piezas conocidos que se pueden ajustar y fijar individualmente, las dimensiones deseadas (con una variación más menos de aproximadamente 1 micrómetro) y la geometría deseada (igualmente con una variación más menos de aproximadamente 1 micrómetro) de la punta bruta solamente se pueden obtener con gran dificultad.

Tentativas de creación de un utillaje en una sola pieza (monolítico) que permiten la fabricación de la zona de asiento 3 y preferiblemente también el cono 5a, eventualmente con el saliente 5c, han fracasado porque tal utillaje compuesto habitualmente por carburo de tungsteno de granos finos, que contienen por ejemplo el 4% de Co, es muy difícil de rectificar, especialmente con un radio de arista de 0,02 mm. Debido al desgaste del perfil de la muela, es necesario levantarla con frecuencia con todos los problemas que esto conlleva. El recurrir a la erosión por chisporroteo es por tanto ventajoso. En caso de utilización de un material más moderno, por ejemplo un diamante policristalino de granos finos (DPC), el único mecanizado posible es por erosión por chisporroteo (EDM, elecro discharge machining), preferiblemente por erosión por hilo (wire-EDM) con un diámetro de hilo de 15 a 50 \mum, para poder fabricar los pequeños radios de transición requeridos.

La figura 2 muestra un utillaje conforme a la invención 10 que consigue este objetivo. Este utillaje se fabrica a partir de un bastoncillo cilíndrico de un diámetro de 4 mm por ejemplo, con una redondez y una cilindricidad cuya desviación es inferior a 0,5 \mum. Esta precisión se puede conseguir por rectificación in punta (centerless grinding).

Este utillaje monolítico 10, que gira durante el mecanizado de una punta de bolígrafo en el sentido de la flecha D, presenta una zona base 10a que tiene la redondez y la cilindricidad evocadas anteriormente y sirven de referencia. La zona base 10a esta a este respecto preferiblemente constituida a una distancia axial del elemento de zona de asiento (preferiblemente a 1,5 mm de distancia de la arista 10b) a lo largo de su circunferencia completa. En la zona "superior", el elemento base está desfasado en escalón paralelamente al eje 16, en sentido axial hasta la zona base completa, a lo largo de la arista 10b, que se encuentra a una distancia apropiada (al menos el 51% del diámetro del escariado 3c, figura 1). Este escalón deja sitio para una pieza no representada del utillaje que forma la zona del cono 5ª. El elemento de zona de asiento 12 que forma el escariado piloto 3a, la superficie de fondo de forma anular 3b, el escariado cilíndrico 3c y la superficie frontal 3b sobrepasa la base.

En el ejemplo de realización representado, el elemento de zona de asiento 12 presenta un contorno de corte 14 varias veces replegado que se compone de las siguientes secciones: la sección superior de extremo crea la transición del escariado 2a hacia el escariado piloto 3a, las secciones que siguen al escariado piloto 3a, la superficie de fondo de forma anular 3b, el escariado cilíndrico 3c y finalmente la superficie frontal 3d. El contorno de corte 14 se encuentra en una zona de fachada 12a que se sitúa preferiblemente entre 0,05 y 0,1 mm por encima del centro de la base 10a (indicado por el punto de perforación del eje 16 en la superficie 12c). Lo cual permite constituir las superficies libres 12b en perpendicular respecto de la zona de fachada 12a, lo cual permite obtener una geometría de corte mecánicamente estable y resistente al
desgaste.

Se puede efectuar una corrección a nivel del diámetro de la zona de asiento a partir del dispositivo de sujeción por desfase transversal respecto del eje 16 sin retirar la parte de utillaje en una pieza 10 que comprende el elemento de zona de asiento 12, no pudiendo cambiar las diferentes distancias entre las secciones de la zona de asiento 3a, 3b, 3c y 3d las unas respecto de las otra sobre el utillaje debido a su configuración en una sola pieza. Únicamente se modifican simultáneamente los diámetros de respectivamente igual valor debido al desfase. Cuando los diámetros alcanzan el valor deseado, se obtiene la prominencia exacta de la bola por encima de la superficie frontal 3d sin hacer nada más.

Este utillaje en una pieza 10 para la zona de asiento se complementa con, como se ha mencionado anteriormente, una pieza no representada para la zona de cono 5a y preferiblemente el saliente 5c. Los problemas anteriormente mencionados de los utillajes en varias piezas no desempeñan, en su caso, sin embargo más que una función insignificante ya que no tiene que retirar el utillaje en una pieza 10 y solamente el espesor de pared del reborde 9 (figura 1) puede variar debido a eventuales desviaciones durante la reposición del elemento de cono en una horquilla de algunos micrómetros, pero su concentricidad no se ve afectada. Gracias a esta pieza de cono independiente, es posible influir, por su desfase respecto de las partes en una pieza 10 a lo largo del plano que se extiende en paralelo al eje 16 y que está delimitado por la arista 10b, sobre el espesor del reborde 9 independientemente de los diámetros de la zona de asiento 3.

Las figuras 3 y 4 muestran un utillaje según la invención en el cual tanto el elemento de zona de asiento 12 como un elemento de cono 13 están configurados en una pieza sobre una pieza base común 10a. En el ejemplo de realización representado, el elemento de cono 13 forma el cono 5a y el saliente 5c (figura 1).

El elemento de cono 13 presenta una superficie de fachada 13a que atraviesa preferiblemente el centro de la base 10a (por el eje 16) y forma respecto de la superficie de facha 12a un ángulo superior a 90º, preferiblemente de aproximadamente 120º. Se obtiene de este modo, bastante espacio para la evacuación de las virutas de los dos contornos de corte 14, 15 y una resistencia mecánica suficiente de los dos elementos 12, 13.

En síntesis de las figuras 3 y 4, se observa en el sentido axial, la incisión profunda delante de la superficie de fachada 13a y la ranura entre el elemento de zona de asiento 12 y el elemento de cono 13. Estos espacios libres se pueden crear siguiendo el procedimiento descrito más adelante. Se desprende también de la figura 3, la configuración compleja de las minúsculas superficies del elemento de zona de asiento 12, cuya fabricación precisa se hace también posible siguiendo el procedimiento descrito más adelante.

Para las dos realizaciones del utillaje en una pieza, el posicionamiento del utillaje 10 se realiza en diversas etapas: en primer lugar, su eje 16 se hace coincidir con el eje de rotación del husillo de precisión por desfase del utillaje o de su dispositivo de sujeción en la dirección X y/o Y (que forman con la dirección Z un sistema ortogonal de coordenadas, coincidiéndola dirección Z con el eje 16). Esto se hace gracias a la rotación del husillo en cuatro posiciones ortogonales predefinidas (que están en relación con el plano de la fachada 12a) y marcadas de manera adecuada, según la definición de la distancia de la superficie cilíndrica precisa de la base 10a en estas posiciones respecto de un indicador de aguja (Mikrokator) preciso dispuesto de manera fija durante la operación de posicionado. La desviación así constatada en la dirección X o Y se corrige por desfase del utillaje hasta que la desviación sea inferior a 0,5 \mum.

A continuación se fabrican algunas muestras y se miden. Las desviaciones entonces constadas de las puntas brutas obtenidas respecto de las dimensiones deseadas, se pueden rectificar como sigue:

Para ensanchar los diámetros de la zona de asiento 3, basta con desfasar el utillaje 10 en paralelo al plano de la fachada, por lo tanto en la dirección del eje X. En esta dirección, se ha posicionado precisamente el plano de fachada 12a durante la colocación del utillaje 10. Como el ángulo entre los planos de fachada 12a y 13a es superior a 90º, se obtiene entonces una reducción del diámetro del cono 5a y del saliente 5c. Esto se puede compensar por un desfase correspondiente hacia el eje Y, Se puede fácilmente definir de manera numérica o gráfica, conociendo el ángulo entre los planos de fachada 12a y 13a, tanto la dirección X como la dirección Y, la amplitud del desfase que garantiza el diámetro deseado de la zona de asiento 3 y el espesor deseado del reborde 9. Por lo tanto siempre hay que velar porque el eje 16 del utillaje 10 permanezca exactamente en paralelo al eje del husillo de precisión.

La fabricación de un utillaje según la invención se lleva a cabo por erosión por hilo y es posible utilizando los bastoncillos cilíndricos de alta precisión anteriormente mencionados con la superficie de camisa en la pieza base 10a. El hilo se acerca en primer lugar a la superficie cilíndrica de camisa del bastoncillo aplicando una ligera tensión (por ejemplo 10 V) hasta que haya contacto, obteniéndose entonces, después de la configuración precisa del bastoncillo, una posición exactamente reproducible y exactamente definida del hilo, hablando con propiedad de su superficie de camisa, respecto del eje del bastoncillo 16. Por lo tanto, es posible fabricar las diferentes aristas, superficies y ranuras del utillaje 10 con la precisión requerida a pesar de los diferentes cambios de posición o de las diferentes operaciones de sujeción del utillaje 10 o del hilo.

Hay que prever de preferencia, para la fabricación de saliente o similares que no han de orientarse ni en paralelo, ni en perpendicular respecto del eje 16, otras referencias, ya sea de las superficies, o de las aristas.

Por lo tanto es necesario determinar y tener en cuenta experimentalmente la distancia de la superficie de camisa del hilo respecto de la superficie que hay que mecanizar (ranura de chisporroteo) en las condiciones de mecanizado (tensión sustancialmente más elevada que en la operación de medición anteriormente mencionada, frecuencia utilizada, capacidad, dimensión de la superficie, etc.). Finalmente se tienen en cuenta como materiales para el hilo de alta precisión, preferiblemente el tungsteno, el molibdeno o hilo de acero revestido de latón.

Nuevamente hay que insistir sobre el hecho de que el diámetro del utillaje 10 en su parte cilíndrica prevista para la definición de la posición es solamente de 4 mm y que la posición de los contornos de corte 14, 15 se debe establecer con una precisión inferior a un micrómetro. Las superficies 12a, 12b, 12c del contorno de corte 14 y las superficies análogas del contorno de corte 15 deben responder a la geometría predefinida con una variación más menos de aproximadamente 1 micrómetro.

En esta descripción no se entrará en detalle tales como la presentación por ejemplo de la arista o de la varilla 17 que se utiliza como referencia visualmente reconocible para el montaje del utillaje 10 a nivel de la alineación precisa respecto del eje X tanto durante su fabricación como su utilización. Solamente se indicará que no absolutamente indispensable, durante la fabricación y también durante el montaje del utillaje 10, como lo muestran las figuras 2 y 4, prever una zona que comprende una camisa exterior cilíndrica totalmente continua, basta que subsistan zonas de la camisa cilíndrica exterior de alta precisión allí donde es indispensable para el ajuste o el calibrado de la máquina de erosionar por chisporroteo y para la colocación y el ajuste en el dispositivo de sujeción del husillo de precisión.

La invención no se limita al ejemplo de realización representado, sino que se puede modificar de diversas maneras. De este modo es posible en primer lugar, adaptar la forma y la posición de los contornos de corte a la forma requerida de la zona de asiento 3 (superficie de fondo cónico 3b, etc.) o del cono 5a en la punta del bolígrafo. No es necesario que otro cono 5b se conecte al cono 5a. La longitud axial de la pieza base 10a representa clásicamente el doble del diámetro, sin limitarse al mismo.

Claims (11)

1. Utillaje (10) monolítico que sirve para la fabricación por retirada de virutas de puntas de bolígrafos, denominadas puntas brutas, en su zona de asiento (3) y en su cono (5a), que presenta un elemento de zona de asiento (12) para la fabricación de la zona de asiento (3), caracterizado porque presenta también un elemento de cono (13) para la fabricación del cono (5a) y porque estos elementos (12, 13) están formados sobre una pieza base (10a).

2. Utillaje según la reivindicación 1, caracterizado porque la pieza base (10a) presenta una superficie de camisa de forma cilíndrica al menos en zonas parciales alrededor del eje (16) del utillaje.

3. Utillaje según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque presenta dos contornos de corte, porque en el contorno de la zona de asiento (14) y en el contorno del cono (15) están asociados respectivamente una superficie de fachada (12a) y una superficie de fachada (13a) al menos sustancialmente paralelas al eje (16) y porque las dos superficies de fachada forman un ángulo que es superior a 90º, preferiblemente aproximadamente 120º.

4. Utillaje según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque entre el elemento de zona de asiento (12) y el elemento de cono (13), se prevé un canal para el paso de las virutas.

5. Utillaje según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de cono es una pieza independiente que no forma una sola pieza con el utillaje.

6. Utillaje según la reivindicación 5, caracterizado porque presenta, a lo largo de una arista rectilínea (10b), un escalón y porque la pieza de utillaje de cono se instala a lo largo de la arista (10b) para poder desplazarse en el escalón.

7. Procedimiento para la fabricación de un utillaje según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 por erosión por hilo, caracterizado porque, para fabricar una superficie correspondiente, el hilo se acerca en primer lugar aplicando una tensión baja, por ejemplo 10 V, a la referencia asociada a esta superficie, hasta que se produce un contacto, lo cual permite la obtención de una posición exactamente reproducible y definida precisamente del hilo y porque a continuación se fabrica la superficie correspondiente.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque se prevén otras referencias, bien sean superficies, o aristas para la fabricación de salientes o similares que no deben orientarse ni en paralelo ni en perpendicular respecto del eje (16).

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el movimiento de ajuste del hilo después de la puesta en contacto de la referencia y la operación de corte se realizan en función de la calidad de superficie y de la geometría de superficie deseadas con una tensión, una frecuencia y una capacidad eléctrica y una tensión mecánica del hilo adaptadas.

10. Procedimiento para el ajuste del eje (16) de un utillaje (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 respecto del eje de rotación de un husillo de precisión, caracterizado porque el utillaje (10) se lleva por rotación del husillo, después de su inserción y su fijación en un soporte móvil respecto del eje de rotación en la dirección X e Y del husillo de precisión, en al menos tres, preferiblemente cuatro posiciones ortogonales, porque en cada una de estas posiciones la desviación respecto de la coaxialidad los dos ejes se define por medición de las zonas cilíndricas parciales de la base (10a), tras lo cual se efectúa la corrección necesaria por un desfase correspondiente en la dirección X y/o Y.

11. Procedimiento según la reivindicación 10 para la obtención de las dimensiones deseadas de una punta de bolígrafo, caracterizado porque se fabrica y se mide una punta de muestra y porque el eje (16) se desfasa a continuación en función de la desviación.