ES2296455B1 - Dispositivo de superacabado y procedimiento correspondiente. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de superacabado y procedimiento correspondiente. Dispositivo de superacabado superficial de una pieza a mecanizar, en especial una pieza cilíndrica, que comprende un cuerpo (4), una cinta (3) abrasiva destinada a establecer contacto contra la pieza a mecanizar y elementos que forman mandíbulas (8, 9, 10) desplazados con respecto al cuerpo, comprendiendo cada una de las mandíbulas como mínimo un patín (14, 18, 20) de aplicación apropiado para ejercer un esfuerzo de presión radial sobre la cinta (3) de manera que mantiene dicha cinta en contacto con la pieza a mecanizar. El dispositivo comprende como mínimo tres mandíbulas (8, 9, 10), sobre cada una de las cuales está montado de manera fija el patín (14, 18, 20), presentando dicho patín además una dureza Shore D mínima de 80.
Description
Dispositivo de superacabado y procedimiento
correspondiente.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de superacabado superficial de una pieza a mecanizar y
de un procedimiento asociado.
La presente invención se refiere más
particularmente a un dispositivo de superacabado superficial de una
pieza a mecanizar, en especial de una pieza cilíndrica, que
comprende una cinta abrasiva destinada a establecer contacto contra
la pieza a mecanizar, comprendiendo unas garras como mínimo un patín
de aplicación apropiado para mantener la cinta abrasiva contra la
mencionada pieza.
En la actualidad se pretende, en especial en la
industria del automóvil, obtener piezas que presenten una elevada
calidad superficial eliminando al máximo, mediante dispositivos de
superacabado, los defectos de forma resultantes de las operaciones
de mecanización realizadas para la obtención de dichas piezas. En
efecto, a título indicativo, las camisas de los cilindros de un
motor térmico de combustión interna para vehículo automóvil después
de haber sido sometidas a una operación de superacabado permiten
reducir aproximadamente un cuarto el consumo del motor térmico así
como el rechazo de partículas de residuos de la combustión en la
atmósfera.
Por otra parte, los constructores de automóvil
se ven obligados a mejorar el estado superficial de los cigüeñales
de los motores térmicos para poder utilizar motores potentes sin
generar eventuales fenómenos de vibración de los cojinetes que
soportan el cigüeñal.
Se conoce por la solicitud de Patente
US-A-2001/0041523, un dispositivo de
superacabado que comprende un cuerpo, una cinta abrasiva, tres
elementos que forman garras montadas de manera móvil con respecto al
cuerpo. Cada una de las mandíbulas comprende como mínimo un patín
de material sintético rígido del tipo "Courbahne", conformado
de manera que realice un esfuerzo de presión sobre la cinta con la
finalidad de mantenerla aplicada contra la superficie a mecanizar.
El patín, de forma general cilíndrica y que se extiende
sensiblemente a lo largo de la pieza a mecanizar, establece
contacto lineal con la cinta. Si bien este dispositivo es
relativamente eficaz, este dispositivo de superacabado comprende un
patín realizado en material sintético del tipo "Courbahne" que
no permite conseguir piezas que presentan el estado superficial
requerido especialmente liso, en especial para cigüeñales
destinados a su utilización con motores de alta potencia.
Se conoce igualmente, por la Patente U.S.A. 4
682 444, un dispositivo de superacabado que comprende un cuerpo,
una cinta abrasiva destinada a su aplicación contra una pieza a
mecanizar, dos mandíbulas superior e inferior móviles radialmente
con respecto al cuerpo. Cada una de las mandíbulas comprende cuatro
patines, realizados en un material clásicamente utilizado para
estas aplicaciones, por ejemplo, un material de piedra. Los patines
están montados en este caso con respecto a las mandíbulas con una
cierta capacidad de basculación. En otras palabras, los patines
están montados flotantes con respecto a las mandíbulas. Este
dispositivo presenta igualmente el inconveniente de no permitir la
obtención de piezas que presenten una calidad superficial muy
elevada.
La presente invención tiene por lo tanto por
objetivo solucionar estos inconvenientes.
La presente invención tiene igualmente por
objetivo prever un dispositivo de superacabado que permite el
diamantado de los patines directamente sobre dicho dispositivo antes
de realizar la operación de superacabado.
A estos efectos, el dispositivo de superacabado
superficial de la pieza a mecanizar, especialmente una pieza
cilíndrica, comprende un cuerpo, una cinta abrasiva destinada a
establecer contacto contra la pieza a mecanizar y elementos que
forman mandíbulas desplazables con respecto al cuerpo, comprendiendo
cada una de las mandíbulas como mínimo un patín de aplicación
apropiado para ejercer un esfuerzo de presión radial sobre la cinta
de manera que mantiene dicha cinta en contacto con la pieza a
mecanizar. El dispositivo comprende como mínimo tres mandíbulas,
sobre cada una de las cuales está montada de manera fija el patín,
cuyo patín comprende elementos de materia mineral natural y
presenta además una dureza Shore D mínima de 80.
Un dispositivo de este tipo, dotado de patines
de aplicación, que comprende una dureza Shore D mínima de 80,
permite reducir de manera importante los defectos engendrados por
las operaciones de mecanización que preceden la operación de
superacabado. Resulta posible, por ejemplo, disminuir y borrar de
manera especialmente eficaz los defectos de piezas mecanizadas, en
especial, defectos de circularidad. En efecto, un dispositivo que
comprende un patín que presenta una dureza Shore D como mínimo de
80 permite mejorar el acabado de la superficie a mecanizar por la
eliminación de las facetas de pequeñas dimensiones que no pueden ser
eliminadas por intermedio de los patines habituales. Resulta por lo
tanto posible, con un dispositivo de este tipo, mejorar
sensiblemente el estado superficial de las piezas mecanizadas con
respecto a dispositivos de superacabado convencionales.
Con dispositivo de este tipo, es igualmente
posible poder rectificar, directamente sobre dicho dispositivo, el
perfil de los patines de manera que se obtengan patines que
presentan un perfil adaptado al de la pieza a mecanizar. En otros
términos, la utilización de patines que comprenden como mínimo un
elemento rígido que presenta una dureza Shore D mínima de 80, así
como la concepción de un dispositivo que comprende tres mandíbulas
y patines montados de manera fija sobre dichas mandíbulas, permiten
realizar una mecanización de los patines directamente sobre dicho
dispositivo, de manera que la superficie de contacto de los patines
se adapte en su forma con la pieza a mecanizar.
En efecto, resulta posible montar previamente
sobre el dispositivo patines en bruto, por ejemplo, en forma
general rectangular, y montar entre las mandíbulas una pieza patrón
que presenta un diámetro nominal sensiblemente igual al de la pieza
a mecanizar y que comprende una superficie exterior abrasiva, por
ejemplo, dotada de diamantes, que establecen directamente contacto
con los patines con la finalidad de obtener un calibrado de los
patines cuando tienen lugar las rotaciones sucesivas de la pieza
patrón.
Este tipo de calibrado de los patines
directamente sobre el dispositivo de superacabado es realizable
gracias a la utilización de patines, que presentan una dureza
suficientemente elevada, montados de manera fija con respecto a las
mandíbulas, y a la utilización de tres mandíbulas. Un calibrado
previo de este tipo de los patines no es realmente realizable en un
dispositivo que comprende dos mandíbulas dotadas de patines montados
con posibilidad de basculación con respecto a las mandíbulas, ni
para un dispositivo que comprende patines que no presentan
características de dureza suficientemente elevada. En otras
palabras, la combinación de un dispositivo que comprende tres
mandíbulas equipadas de patines fijos con la utilización de patines
que presentan una dureza Shore D mínima de 80 permite suprimir la
operación de diamantado de los patines sobre una máquina
específica, reduciendo de esta manera sensiblemente los costes de
producción al permitir la supresión de la máquina especialmente
dedicada al calibrado de los patines.
Preferentemente, el patín presenta una dureza
Shore D comprendida entre 82 y 90.
El patín puede igualmente comprender un elemento
de material sintético.
En una forma de realización, el patín comprende
una superficie de aplicación cilíndrica, estando la superficie de
aplicación y la cinta en contacto lineal según una dirección
sensiblemente paralela a un eje de la pieza a mecanizar.
El dispositivo presenta la ventaja de comprender
patines de forma general cilíndrica que se extienden sensiblemente
a lo largo de la pieza a mecanizar y que se encuentran en contacto
lineal con la cinta adhesiva. Este dispositivo presenta la ventaja
de poder adaptarse a piezas a mecanizar de diferentes diámetros sin
requerir cambio de mandíbulas o de patines.
En otra forma de realización, la superficie de
aplicación del patín es cóncava, y de acuerdo con la forma de la
pieza a mecanizar. En otras palabras, el patín comprende una parte
central sensiblemente adelgazada con respecto a las partes
laterales. Estos patines permiten obtener una abrasión de la pieza a
mecanizar menos importante en el centro del patín con respecto a
los lados del patín de manera que se obtiene una mecanización en la
zona central del patín menos importante y se realiza de esta manera
una pieza mecanizada que presenta una forma sensiblemente
abombada.
De manera ventajosa, una mandíbula comprende un
patín único monobloque con dicha mandíbula.
De manera preferente, como mínimo una mandíbula
comprende dos patines separados circunferencialmente entre sí.
La presente invención se refiere igualmente a un
procedimiento de superacabado de una superficie de pieza a
mecanizar, en especial de una pieza sensiblemente cilíndrica, en la
que se hace girar la pieza, se desplazan radialmente unas
mandíbulas hacia la pieza de manera de presionar, con intermedio de
patines de aplicación, una cinta abrasiva sobre la pieza a
mecanizar. Se desplazan radialmente como mínimo tres mandíbulas, los
patines, fijados con respecto a las mandíbulas, que comprenden
elementos de material mineral natural y presentan una dureza Shore D
como mínimo de 80.
En una forma de realización del procedimiento,
antes de la mecanización de la pieza, se mecanizan los patines
según un perfil sensiblemente equivalente al de la pieza a
mecanizar, montando una pieza de diamantado que presenta un
diámetro sensiblemente igual a la pieza a mecanizar y que comprende
una superficie exterior abrasiva.
La presente invención y sus ventajas se
comprenderán mejor con el estudio de la descripción detallada de las
formas de realización que se indican simplemente a título
limitativo y que se han mostrado en los dibujos adjuntos, en los
cuales:
- la figura 1 es una vista parcial de un
dispositivo de superacabado según la primera forma de realización de
la invención,
- la figura 2 es una vista en sección según el
eje II-II del dispositivo de superacabado de la
figura 1,
- la figura 3 es una vista parcial de un
dispositivo de superacabado según una segunda forma de realización
de la invención, y
- la figura 4 es una vista en sección según el
eje IV-IV del dispositivo de superacabado de la
figura 3.
Tal como se ha mostrado en la figura 1, el
dispositivo de superacabado, indicado con el numeral (1) en su
conjunto, presiona contra una pieza (2) a mecanizar de forma
cilíndrica del eje (2a), una cinta abrasiva (3). La pieza (2) puede
ser arrastrada en rotación de manera conocida mediante un brazo, no
representado, utilizado de manera clásica en dichos dispositivos.
La cinta abrasiva (3), de material sintético, por ejemplo,
poliéster, comprende una superficie abrasiva (3a) destinada a
encontrarse en contacto con la pieza (2).
El dispositivo de superacabado (1) comprende un
cuerpo (4), en cuyo interior están montados tres elementos de
soporte indicados con los numerales (5) a (7), que comprenden,
respectivamente, una mandíbula (8), (9) y (10).
Los elementos de soporte (5) a (7) están
repartidos circunferencialmente de manera regular alrededor de la
pieza (2), y son móviles radialmente, por ejemplo, mediante
conjuntos de cilindro y pistón (no representados), en dirección de
la pieza (2), según tres direcciones que convergen sensiblemente a
nivel del eje (2a) de dicha pieza (2). Los conjuntos de cilindro y
pistón están adaptados para permitir que las tres mandíbulas (8) a
(10) apliquen una presión sensiblemente igual sobre la cinta
abrasiva (3).
Las mandíbulas indicadas con los numerales (8) a
(10), idénticas entre sí, están montadas, respectivamente, sobre los
elementos de soporte (5) a (7) con intermedio de elementos de
fijación (11) a (13).
La mandíbula (8) comprende un orificio (8a)
escalonado que se extiende radialmente entre una superficie exterior
(8c) y una superficie interior (8b) de dicha mandíbula (8),
estableciendo contacto la superficie exterior (8c) con el cuerpo
(4). Se comprenderá en este caso, por superficie interior, una
superficie orientada según el lado de la pieza (2), y la superficie
exterior, una superficie orientada según el lado del cuerpo (4).
En el interior de la parte de mayor diámetro del
orificio (8a) escalonado está montado el elemento de fijación (11).
El elemento de fijación (11) forma una saliente con respecto a la
superficie exterior (8c) de manera que se puede montar en el
interior de un orificio (5a) radial del elemento de soporte (5),
encontrándose dicho orificio (5a) en el mismo plano radial que el
orificio (8a). El elemento de fijación (11) comprende dos bolas
(11a) móviles y apropiadas para cooperar con un rebaje anular (5b)
del orificio (5a) para asegurar la fijación de la mandíbula (8) con
respecto al elemento de soporte (5) y evitar cualquier
desplazamiento radial de dicha mandíbula (8) con respecto al
elemento de soporte (5).
El elemento de fijación (11) comprende
igualmente un resorte (no representado), que puede ser comprimido
con intermedio de una varilla (no representada) que pasa a través
de la parte del orificio escalonado (8a) de diámetro reducido, de
manera que libera las bolas (11a) con la finalidad de permitir el
desmontaje de la mandíbula (8) del elemento de soporte (5). El
elemento de fijación (11) permite un desmontaje rápido así como un
montaje rápido de la mandíbula (8) sobre el elemento de soporte
(5). Se debe comprender que es igualmente previsible disponer otros
elementos de fijación que permitan asegurar el enlace entre la
mandíbula (8) y el elemento de soporte (5), por ejemplo, tornillos,
o incluso realizar la mandíbula (8) y el elemento de soporte (5) de
forma monobloque.
La mandíbula (8), con dimensiones axiales
sensiblemente iguales a las del elemento de soporte (5) (figura 2),
comprende dos patines (14), (15), colocados en el interior de
alojamientos (16), (17). En otros términos, los patines (14), (15)
están montados de manera fija con respecto a la mandíbula (8).
Los patines (14), (15) son, en este caso,
simétricos entre sí con respecto a un plano radial que pasa por el
centro del orificio escalonado (8a). Los patines (14), (15) están
separados circunferencialmente entre sí.
Una parte de los patines (14), (15) se encuentra
dispuesta radialmente de forma saliente hacia la pieza (2), con
respecto a la superficie interior (8b) de la mandíbula (8). Los
patines (14), (15) presentan en este caso una dimensión axial
sensiblemente igual a la dimensión axial de la mandíbula (8) (figura
2). Los patines (14), (15) comprenden respectivamente una
superficie de contacto (14a), (15a) con la cinta adhesiva (3),
adoptándose sensiblemente en su forma las mencionadas superficies
(14a), (15a) con la superficie exterior (2b) de la pieza (2). Los
patines (14), (15) están adaptados para apoyarse contra la
superficie exterior cilíndrica (2b) de la pieza (2) y presentan,
según una sección recta, un perfil en forma de C abierta en la
dirección de la pieza (2). En otras palabras, los patines (14),
(15) que comprenden una parte central presentan una dimensión radial
reducida con respecto a la dimensión radial de los bordes laterales
de los patines (14), (15) de manera que se obtiene una superficie a
mecanizar ligeramente abombada.
Los patines (14), (15) están realizados en un
material que presenta una dureza Shore D superior a 80. De manera
ventajosa, los patines (14), (15) presentan una dureza Shore D
comprendida entre 82 y 90.
Los patines (14), (15) pueden estar realizados
ventajosamente en un material mineral natural, por ejemplo, un
material de piedra, o también en un material sintético rígido que
comprende elementos de material natural, especialmente cuarzo. De
manera ventajosa, los patines están realizados en un material
sintético, por ejemplo, una resina epoxídica que comprende
partículas de cuarzo natural, tales como una resina sintética del
tipo "Belzona". Se debe comprender que es igualmente posible
utilizar distintos patines (14), (15) que presentan una dureza
Shore D superior a 80, por ejemplo, patines obtenidos por un
procedimiento de depósito electrolítico.
De forma análoga, las mandíbulas (9), (10)
comprenden respectivamente patines (18) y (19), (20) y (21), del
mismo tipo que los patines (14), (15) descritos anteriormente,
dotados respectivamente de superficies de contacto (18a) y (19a),
(20a) y (21a) con la cinta adhesiva (3), y realizadas con un
material idéntico al de los patines (14), (15).
Los patines (14), (15), y (18) a (21),
dispuestos en un mismo plano axial, permiten presionar la cinta
adhesiva (3) contra la superficie exterior (2b) de la pieza (2) de
manera que mecaniza dicha superficie (2b), rodeando la cinta
adhesiva (3) la pieza (2) y pasando, en este caso, entre los patines
(17) y (18).
En la forma de realización mostrada, los patines
(14), (15), y (18) a (21) están dimensionados y montados de manera
que se obtiene un espacio angular regular entre dos patines
sucesivos. Los patines (14), (15), y (18) a (21) se extienden, en
este caso, sensiblemente sobre un sector angular comprendido entre
40 y 50º. Se debe comprender que es igualmente previsible disponer
patines (14), (15), y (18) a (21) que presenten una dimensión
circunferencial reducida, de manera que se obtiene un espacio
angular más importante entre dos patines de mandíbulas diferentes
con respecto al espacio angular que separa dos patines de una misma
mandíbula.
En una variante de realización, es igualmente
previsible disponer mandíbulas (8) a (10) que comprenden, cada una
de ellas, dos patines de forma general cilíndrica que se extienden
sensiblemente a lo largo de la pieza (2) y que comprende un eje
sensiblemente paralelo al eje (2a) de la pieza (2), estando
separados los patines circunferencialmente entre sí y estableciendo
contacto lineal con la cinta adhesiva. Este modo de realización
presenta la ventaja de permitir una adaptabilidad del dispositivo
para un gran número de diámetros de piezas a mecanizar.
El dispositivo de superacabado (1), gracias a
tres mandíbulas dotadas de patines fijos, permite un montaje
isostático de la pieza (2). El dispositivo (1) permite por lo tanto,
con el montaje isostático de la pieza (2) y la utilización de
patines que presentan características de dureza Shore con un valor
mínimo 80, realizar la mecanización y calibrado de los patines en
bruto, por ejemplo, de forma general rectangular (mostrados en
trazos en la figura), cilíndrica presentando un diámetro nominal
sensiblemente igual al de la pieza a mecanizar y comprendiendo una
superficie exterior abrasiva de manera que se obtienen patines
conformados para la superficie cilíndrica (2b) de la pieza (2) a
mecanizar posteriormente.
La forma de realización que se ha mostrado en la
figura 3 difiere de la anterior porque cada una de las mandíbulas
(8), (9), (10) comprende respectivamente un patín único indicado
(22), (23), (24). Los patines (22), (23), (24) son monobloque con
las respectivas mandíbulas (8), (9), (10). Los patines (22), (23),
(24) se extienden, en este caso, sensiblemente a un sector angular
comprendido entre 100 y 110º y presenta una dimensión axial
sensiblemente igual a la de las mandíbulas (8) a (10) (figura
4).
De manera análoga, la forma de realización de
los patines (22), (23), (24) comprende respectivamente una
superficie de contacto (22a), (23a), (24a) con la cinta abrasiva
(3) en concordancia de forma con la superficie cilíndrica exterior
de la pieza (2).
Los patines (22), (23), (24), realizados en un
material que presenta una dureza Shore D superior a 80, pueden
estar realizados ventajosamente en el mismo tipo de material que el
de los patines (14), (15) y (18) a (21) (figura 1) descritos en la
forma de realización anterior.
Cualquiera que sea la forma de realización de la
invención, el dispositivo de superacabado ofrece numerosas
ventajas, entre las cuales se encuentra la obtención de un acabado
superficial de piezas mecanizadas especialmente satisfactorio, pero
igualmente una utilización posible del dispositivo como máquina que
permite el calibrado de los patines evitando de este modo la
utilización de una máquina específica que genera costes
suplementarios de producción y de mantenimiento.
Claims (9)
1. Dispositivo de superacabado de la superficie
de una pieza a mecanizar, en especial una pieza cilíndrica, que
comprende un cuerpo (4), una cinta (3) abrasiva destinada a
establecer contacto contra la pieza a mecanizar y elementos que
forman mandíbulas (8, 9, 10) desplazables radialmente con respecto
al cuerpo, comprendiendo cada mandíbula como mínimo un patín (14,
18, 20) de aplicación apropiada para ejercer un esfuerzo de presión
radial sobre la cinta (3) de manera que mantenga dicha cinta en
contacto con la pieza a mecanizar, caracterizado por el hecho
de que el dispositivo comprende como mínimo tres mandíbulas (8, 9,
10) en cada una de las cuales está montado de manera fija el patín
(14, 18, 20), comprendiendo el patín elementos de material mineral
natural y presentando, además, una dureza Shore D como mínimo de
80.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el patín presenta una
dureza Shore D comprendida entre 82 y 90.
3. Dispositivo, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el patín comprende un elemento de
material sintético.
4. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el patín
comprende una superficie de aplicación cilíndrica, encontrándose la
superficie de aplicación en la cinta en contacto lineal según una
dirección sensiblemente paralela a un eje de la pieza a
mecanizar.
5. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la superficie de
aplicación del patín es cóncava, y se encuentra en concordancia de
forma con la pieza a mecanizar.
6. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como mínimo
una mandíbula comprende un patín monobloque único con dicha
mandíbula.
7. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como mínimo una
mandíbula comprende como mínimo dos patines (14, 15) espaciados
circunferencialmente entre sí.
8. Procedimiento de superacabado de la
superficie de una pieza cilíndrica a mecanizar, en el que se hace
girar la pieza, se desplazan radialmente las mandíbulas hacia la
pieza de manera que producen la presión, con intermedio de patines
de aplicación, de una cinta abrasiva sobre la pieza a mecanizar,
caracterizado porque se desplazan radialmente como mínimo
tres mandíbulas, comprendiendo los patines, fijados con respecto a
las mandíbulas, elementos de material mineral natural y presentando
una dureza Shore mínima de 80.
9. Procedimiento, según la reivindicación 8,
caracterizado porque, antes de la mecanización de la pieza,
se mecanizan los patines según un perfil sensiblemente equivalente
al de la pieza a mecanizar montando una pieza de diamantado que
presenta un diámetro sensiblemente igual a la pieza a mecanizar y
que comprende una superficie exterior abrasiva.
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