ES2311252T3 - Procedimiento y aparato para conformar en por lo menos dos etapas metal en laminas sin matriz con control numerico. - Google Patents

Procedimiento y aparato para conformar en por lo menos dos etapas metal en laminas sin matriz con control numerico. Download PDF

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ES2311252T3 ES06011632T ES06011632T ES2311252T3 ES 2311252 T3 ES2311252 T3 ES 2311252T3 ES 06011632 T ES06011632 T ES 06011632T ES 06011632 T ES06011632 T ES 06011632T ES 2311252 T3 ES2311252 T3 ES 2311252T3
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Abstract

Procedimiento de conformación de un metal en láminas empujando un punzón conformador (2) que presenta un perfil deseado a conformar en una dirección del espesor de la lámina de la pieza bruta (W) estando los bordes de la pieza bruta fijados y realizando la conformación utilizando una herramienta conformadora (4d) dispuesta en el lado de la pieza bruta (W) opuesto al punzón conformador (2) siendo empujado dicho punzón conformador, comprendiendo el procedimiento la utilización de una pluralidad de dispositivos de fijación (1) dispuestos con un intervalo predeterminado sobre un lecho (5) para poder fijar los bordes de una pieza bruta (W) en una dirección de espesor de la lámina, y capaz de desplazarse en direcciones hacia delante y atrás y detenerse con una presión de fijación variable, estando el punzón conformador (2) dispuesto en una parte interior de los dispositivos de fijación (1) y presentando una forma deseada, un elevador de punzón conformador bajo control numérico informatizado (CNC) (3) para empujar el punzón conformador hacia la pieza bruta (W) fijada por los dispositivos de fijación (1) y deteniendo de forma secuencial libre en una posición establecida para la conformación por estirado, un dispositivo de conformación incremental CNC (4) provisto de un bastidor estructural (4a) para desplazarse en direcciones de tres ejes y adecuado para la conformación en combinación con el punzón conformador (2) para la pieza bruta (W) para la cual se ha realizado la conformación por estirado de una manera escalonada empujando secuencialmente el punzón conformador y un dispositivo de control (6) y comprendiendo, además, las etapas siguientes (a) realizar una conformación por estirado a una altura predeterminada empujando el punzón conformador (2) que presenta un perfil deseado en la dirección del espesor de la lámina con la impulsión de dicho elevador de punzón conformador CNC (3) siendo fijados los bordes de la pieza bruta (W) por la pluralidad de dispositivos de fijación (1) y a continuación, (b) realizar la conformación con la herramienta conformadora de dicho dispositivo de conformación incremental CNC (4) en el lado opuesto al punzón conformador (2) aumentando la presión de fijación para bloquear el movimiento del material siendo el punzón conformador (2) empujado; (c) realizar de nuevo una conformación por estirado disminuyendo la presión de fijación generada por los dispositivos de fijación (1) y elevando el punzón conformador (2) de nuevo a una altura deseada con el uso del elevador del punzón conformador CNC (3); y a continuación (d) realizar de nuevo la conformación con la herramienta conformadora del dispositivo de conformación incremental CNC (4) aumentando la presión de fijación por los dispositivos de fijación (1) para bloquear el movimiento de un material y repitiendo las etapas (a) a (d) al menos una vez.

Description

Procedimiento y aparato para conformar en por lo menos dos etapas metal en láminas sin matriz con control numérico.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento de conformación de un metal en láminas.
Antecedentes de la técnica anterior
Como un procedimiento o medio para procesar un metal en láminas en una forma tridimensional, se conoce a partir de la técnica anterior un procedimiento de conformación en el que un metal en láminas se fija en una mesa X-Y y se presiona por una herramienta dispuesta en una posición superior y móvil en una dirección según el eje Z. En este caso, la herramienta se desplaza para generar secuencialmente una deformación plástica en el metal en láminas. En una aplicación de este procedimiento, se puede adoptar un modelo de conformación. La Figura 1 ilustra una descripción esquemática de este procedimiento de conformación.
Si embargo, la técnica anterior adolece de los siguientes inconvenientes debido a que la forma completa que se va a conformar se obtiene secuencialmente dibujando una línea de contorno como una herramienta del tipo de barra.
1) La conformación exige mucho tiempo hasta la finalización del trabajo. En consecuencia, resulta difícil obtener una cantidad suficiente de productos comercializados, tal como 500 unidades al mes.
2) Se reduce significativamente el espesor de la lámina.
Suponiendo que el espesor de una lámina virgen es t0, el espesor de la lámina después de la conformación es t, el ángulo de conformación es \theta y la relación de reducción del espesor es \delta, se puede obtener un espesor de lámina, después de la conformación, mediante la relación t=t0\cdotsin.\theta. Convencionalmente, si el ángulo de conformación es 20º y el espesor de la lámina es 0,8 mm, la relación de reducción del espesor se hace del 34,2%, de modo que una parte que presenta el espesor reducido puede ser susceptible de rotura. Por ejemplo, si el metal en láminas se utiliza en un componente de automóvil, la relación de reducción del espesor debe estar dentro del 30%. Sin embargo, este requisito no se puede cumplir utilizando la técnica de conformación convencional.
3) Resulta difícil o imposible formar una pared vertical.
Si se produce un cambio brusco de ángulo en el producto conformado, resulta difícil realizar la conformación para modelarlo. El ángulo de conformación \theta está limitado a 15º en el aluminio, 20º en SPC y 25º en SUS. Por lo tanto, además de lo descrito en el apartado 2) existe una limitación para la forma que se puede conformar.
4) El acabado superficial no es admisible.
Puesto que la conformación se realiza desplazando la herramienta del tipo de barra a lo largo de una línea de contorno, se genera inevitablemente un trazado de herramienta de forma de moaré. Si se dedican unos minutos a reducir este trazado de la herramienta, el proceso de conformación tarda demasiado tiempo.
5) La exactitud es insuficiente.
La técnica convencional es un procedimiento para utilizar solamente la "extensión" de un material. Por lo tanto, el producto acabado puede ser deficiente en reducción del espesor de la lámina o exactitud numérica si se compara con un producto estampado.
Para poder resolver dichos problemas, los inventores han propuesto, en la solicitud de patente japonesa no examinada, publicación nº 2003 - 53436, un procedimiento en el que se da a conocer una conformación de calidad deficiente empujando un punzón conformador, que presenta una forma deseada, en la dirección de espesor de una pieza en bruto estando su borde fijado y a continuación, se realiza la conformación con una herramienta de tipo barra, desde la dirección opuesta, mientras que la pieza bruta se sujeta entre el punzón conformador y la herramienta de tipo barra, con el punzón conformador siendo empujado.
Según este procedimiento, fue considerablemente atenuado el problema citado anteriormente. Sin embargo, incluso en este procedimiento, según se representa en la Figura 2, la pieza a conformar completa es aproximadamente conformada, de una sola vez, empujando el punzón conformador que es adecuado para conformarse en la dirección de espesor de la lámina con la carrera completa y a continuación, se realiza una conformación detallada en este estado. En consecuencia, si existe un rebaje A en la forma que se va a conformar, según se representa en la Figura 2, se generan inevitablemente arrugas en el cuerpo -BS- debido a un material redundante según se ilustra en la Figura 3. Como resultado, puede degradarse la precisión del producto.
\newpage
El documento US 2004/148997 A1 da a conocer un procedimiento para conformar un material en láminas empujando un punzón conformador que presenta una forma deseada para conformar en una dirección de espesor de la lámina de la pieza bruta, estando fijados los bordes de dicha pieza bruta y realizando una conformación con el empleo de una herramienta modeladora dispuesta en el lado opuesto de la pieza bruta al punzón conformador estando este último empujado, en el que el proceso se realiza presentando, en el orden siguiente, las etapas de realizar una conformación por estirado a una altura predeterminada empujando el punzón conformador, que presenta una forma deseada en la dirección de espesor de la lámina, estando los bordes de la pieza bruta fijados y con la realización de una conformación con la herramienta modeladora en el lado opuesto al punzón conformador aumentando así la presión de fijación para bloquear el movimiento del material siendo el punzón conformador objeto de un empuje.
El documento DE 197 20 666 A1 da a conocer un procedimiento para realizar una conformación incremental para un material en placas utilizando una matriz y diferentes tipos de herramientas del tipo de barras, en el que se repiten las etapas de conformación para generar zonas conformadas adicionales.
El documento JP 2005 028422A da a conocer un procedimiento de conformación incremental para un material en placas en el que este material se coloca en una matriz de posición fija, que presenta una parte de cabeza superior plana. El material en placas, que se pone en contacto con la periferia de la parte de cabeza, se conforma por raspado con el uso de una herramienta del tipo de barra y se traza una trayectoria de línea de contorno en dicha herramienta en forma de barra, mientras se hace descender un dado, fijo en la periferia del material de placa.
Descripción de la invención
La presente invención tiene por objetivo resolver los problemas citados anteriormente y para ello da a conocer un procedimiento de conformación capaz de conformar un producto tridimensional, tal como un prototipo para estampación comercializado en un corto periodo de tiempo y con alta precisión, sin limitaciones en cuanto a la forma o generación de arrugas en el cuerpo causadas por un material redundante.
Además, otro objetivo de la invención es dar a conocer un dispositivo adecuado para materializar el procedimiento de conformación citado anteriormente.
Para alcanzar los objetivos citados anteriormente, se da a conocer el procedimiento según la reivindicación 1.
Según el procedimiento de conformación de un metal en láminas según la presente invención, la conformación por estirado mediante el punzón conformador y la conformación incremental mediante la herramienta conformadora están combinadas. En consecuencia, es posible reducir al mínimo el espesor de la lámina y formar una pared vertical que presente un ángulo de conformación de 15º a 25º. Además, es posible proporcionar dureza suficiente incluso para un trazado de herramienta y reducir el tiempo para la conformación.
Asimismo, la conformación por estirado y la conformación incremental se combinan para realizar secuencialmente la conformación de una manera escalonada, de modo que el punzón conformador se mantenga en una posición para un movimiento de bloqueo de un material después de que se realice la conformación por estirado elevando el punzón conformador a una altura predeterminada, realizándose la conformación incremental en este estado, reduciéndose la presión de la abrazadera de fijación, volviéndose a realizar la conformación por estirado a una altura deseada elevando el punzón conformador y realizándose la conformación incremental mediante un movimiento de enclavamiento de un material en este estado. En consecuencia, es posible impedir que se formen arrugas en el cuerpo por un material redundante. De este modo, es posible realizar la conformación con alta precisión incluso en cualquier forma complicada.
Según la presente invención, se da a conocer un procedimiento para conformar un metal en láminas, que comprende: la utilización de una pluralidad de dispositivos de fijación, dispuestos en un intervalo predeterminado sobre un lecho, con el fin de fijar los bordes de una pieza bruta en una dirección de espesor de la lámina y capaz de desplazarse en direcciones adelante y atrás y deteniéndose con una presión de fijación variable; el punzón conformador dispuesto en una parte interior desde los accesorios de fijación y que presenta una forma deseada; un elevador de punzón conformador bajo control numérico informatizado (CNC) para empujar el punzón conformador al interior de la pieza bruta fijada por los dispositivos de fijación y deteniéndose libremente en una posición establecida para la conformación por estirado; un dispositivo de conformación incremental bajo control CNC provisto de un bastidor estructural, de modo que se desplace en direcciones de tres ejes y que realice la conformación en combinación con el punzón conformador para la pieza bruta para la que se ha realizado la conformación por estirado de una manera escalonada empujando secuencialmente el punzón conformador y un dispositivo de control.
El procedimiento para conformar un metal en láminas según la presente invención puede comprender un proceso de desbastado o un proceso de perforación realizado para un producto conformado o una pieza bruta en la parte media del proceso de conformación.
Según la presente invención, la conformación se realiza en un lugar hasta que se obtenga un producto final o un producto que presente una forma cercana a la definitiva. Por lo tanto, es posible mejorar la eficacia.
De este modo, es posible fabricar un producto que presente una parte superior recesiva con alta precisión.
Otras características o ventajas de la presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción detallada haciendo referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista en sección transversal lateral que ilustra un procedimiento de conformación de metal en láminas de la técnica anterior;
la Figura 2 es una vista en sección transversal lateral que ilustra un procedimiento de conformación de un metal en láminas según la técnica anterior;
la Figura 3 es una vista en perspectiva que ilustra un producto conformado que presenta un error generado por el uso del procedimiento ilustrado en la Figura 2;
la Figura 4 es una vista lateral esquemática que ilustra un procedimiento de conformación según la presente invención antes y después de la conformación de cada mitad;
la Figura 5 es una vista lateral que ilustra un dispositivo de fijación y una condición de fijación según la presente invención;
las Figuras 6-A a 6-F son unos diagramas para describir un procedimiento de conformación según la presente invención de forma secuencial;
la Figura 7 es un gráfico que representa una relación entre una carrera de conformación y una presión de fijación según la presente invención;
la Figura 8 es un diagrama para describir un sistema de control según la presente invención;
las Figuras 9-A a 9-C son unos diagramas para describir un ejemplo de corte por láser;
la Figura 10 es una vista en perspectiva que ilustra un ejemplo de un aparato de conformación de metal en láminas según la presente invención;
la Figura 11 es una vista en perspectiva que ilustra otro ejemplo de un aparato conformador de metal en láminas, utilizado en un procedimiento de conformación, según la presente invención; y
la Figura 12 es una vista en sección transversal esquemática que ilustra un estado de conformación según la presente invención.
Descripción detallada de la invención
A continuación, se describirán formas de realización de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. Las Figuras 4 a 7 representan un ejemplo de un procedimiento para conformar un metal en láminas según la presente invención.
En la Figura 4, la referencia numérica 1 designa una pluralidad de dispositivos de fijación dispuestos en un intervalo requerido en un lecho 5 para fijar los bordes de una pieza bruta (un tipo de lámina) W en una dirección de espesor de la lámina. El dispositivo de fijación 1 presenta una presión de fijación variable y es capaz de desplazarse en una dirección hacia delante/atrás o detenerse en una posición deseada. La referencia numérica 2 designa un punzón conformador que presenta una forma deseada y que está dispuesto en una dirección hacia la parte interior desde el dispositivo de fijación. La referencia numérica 3 designa un elevador de punzón conformador bajo control numérico informatizado (CNC) que, de una forma escalonada, eleva el punzón conformador 2 para ser empujado penetrando en la pieza bruta W y deteniéndose secuencialmente en posiciones establecidas para la conformación por estirado.
La referencia numérica 4 designa un aparato de conformación incremental bajo control CNC, que realiza la conformación en combinación con el punzón conformador para la pieza bruta, que ha sido estirada elevando secuencialmente o deteniendo el punzón conformador de una manera escalonada y es capaz de un movimiento libre en direcciones de tres ejes.
Según se representa en la Figura 5, el dispositivo de fijación 1 comprende un dado 10 para montar el borde del metal en láminas W, un soporte de prensa 11 situado frente al dado 10, un cuerpo en forma de bloque 1a que presenta un accionador a presión 2 para aplicar presión al dado 10 o al soporte de prensa 11 y un accionador de desplazamiento 1b fijado sobre un lecho dispuesto detrás del cuerpo 1a y que presenta una parte de salida unida al cuerpo 1a.
El accionador a presión 12 y el accionador de desplazamiento 1b pueden ser de tipo arbitrario, tal como un tipo mecánico, que presenta un perno y un conjunto de una tuerca y un servomotor para trasladar el perno, de tipo hidráulico o similar. En la presente forma de realización, se adopta un tipo hidráulico y el accionador a presión 12 está adaptado para ajustar la presión de fijación F a un valor predeterminado utilizando un elemento de control 53 tal como una válvula proporcional electrónica.
Además, se puede accionar cada dispositivo de fijación 1 de forma independiente. Más concretamente, un número predeterminado de accionadores a presión 12 se pueden hacer funcionar, de forma selectiva, dependiendo del espesor, material, propiedades mecánicas, el perfil que se va a conformar del metal en láminas y factores similares. De no ser así, la totalidad, o un número deseado de accionadores a presión 12 y el accionador de desplazamiento 1b se pueden combinar para funcionar.
El punzón conformador 2 incluye los de tipo de pistola o de tipo maestro. En condiciones normales, el punzón conformador 2 se realiza en metal tal como una aleación de zinc, una aleación de punto de fusión bajo o una aleación de zinc recubierta de resina. Ocasionalmente, el punzón conformador 2 se puede realizar de un plástico duro, FRP (Plástico reforzado con fibra de vidrio) o producto similar. La forma del punzón conformador 2 comprende no solamente un plano de inclinación lineal o curvado, sino también partes de forma irregular tal como una parte escalonada, un plano cóncavo, un plano convexo o similar. Además, las partes de forma irregular incluyen un saliente, una orejeta, un rebaje, una ranura o elemento similar.
El elevador de punzón conformador, bajo control CNC 3, está controlado digitalmente utilizando un ordenador como medio de control y es capaz de permitir que el punzón conformador se detenga en una posición arbitraria, mantenerse en esa posición o ser controlado a una velocidad predeterminada.
El elevador de punzón conformador CNC 3 está dispuesto en la parte inferior del espacio recesivo formado en una dirección hacia el interior desde el borde de un lecho o bastidor (en lo sucesivo, denominado lecho). Un cilindro hidráulico no es adecuado debido a la dificultad en el control de su posición. Un accionador mecánico de un servosistema, por ejemplo, una combinación de un servomotor 3a, un freno 3b y un perno 3c puede ser una forma de realización preferida. Una pluralidad de frenos 3b y los pernos 3c pueden unirse mediante un eje síncrono 3d.
En un extremo de ataque del perno 3c como una parte de salida, está unido un estante de unión de forma 3e, en el que está unido, de forma amovible, el punzón conformador 2 que presenta una forma tridimensional correspondiente al producto que se va a conformar.
A continuación, se describirá un proceso de conformación. Cuando se inicia la conformación, el punzón conformador 2, que presenta un perfil a conformar, está fijado en el estante de unión de forma 3e con pernos y tuercas. A continuación, la pieza bruta W1, que se va a conformar, se transporta sobre el lecho 5 mediante un dispositivo transportador, tal como un plato de fijación magnético o una máquina de aspiración. En este caso, el cuerpo 1a se desplaza hacia atrás haciendo funcionar el accionador de desplazamiento 1b para el dispositivo de fijación 1, el soporte de prensa 11 se desplaza a una dirección de apertura utilizando cada accionador a presión 12 para el dispositivo de fijación 1, se inserta un metal en láminas W, se hace avanzar el cuerpo 1a para insertar los bordes del metal en láminas W entre el soporte de prensa 11 y el dado 10 y se hace funcionar el accionador a presión 12 para fijar los bordes de la pieza bruta W. Como resultado, según se representa en la Figura 6-A, la pieza bruta W se enclava mediante el dispositivo de fijación 1 a través de su circunferencia completa. La pieza bruta W puede seleccionarse de entre una lámina de acero, una lámina de aluminio, una placa de acero inoxidable, una placa de metal compuesto y elementos similares.
Según se ha descrito anteriormente, aunque la circunferencia de la pieza bruta W está fijada por el dispositivo de fijación 1, la presión de fijación F se ajusta para que sea pequeña cuando se inicie la conformación. En este estado, el elevador de punzón conformador CNC 3 se impulsa de modo que el punzón conformador 2 se eleve en una altura deseada S1 sobre la base de un programa de conformación. Este estado se representa en la Figura 6-B. La pieza bruta W es objeto de deformación plástica en una dirección de espesor de lámina cuando el punzón conformador 2 se empuja hacia arriba desde una posición más baja. Debido a que es pequeña la presión de fijación F, la pieza bruta W se puede desplazar con movimiento libre. De este modo, la conformación por estirado se puede realizar solamente para una carrera de desplazamiento. En este caso, la fuerza para el accionador a presión 12 es atenuada para favorecer un flujo de material e impedir una merma de material. En este ejemplo, la conformación por estirado se realiza para una parte superior o una parte de techo.
El punzón conformador 2 continúa para detenerse a una altura deseada por el control CNC para el elevador de punzón conformador CNC 3. En esta etapa, el accionador a presión 12 del dispositivo de fijación 1 es accionado para generar una presión de fijación grande Fmx. Como resultado, la pieza bruta de conformación por estirado W1, en la etapa inicial, es bloqueada de modo que no se pueda mover libremente un material.
En esta etapa, el dispositivo de conformación incremental CNC 4 es accionado para realizar la conformación utilizando la herramienta conformadora 4d. Esta operación se ilustra en la Figura 6-C. La parte conformada, en la primera etapa, es objeto de un acabado preciso dibujando una línea de contorno para seguir sus formas en combinación con el punzón conformador 2. Cuando existe una parte escalonada 21 en el perfil que se va a conformar, una pared vertical 22 se forma a mitad de camino para la parte escalonada. Además, la herramienta representativa entre las herramientas conformadoras 4d es una herramienta de tipo de barra que presenta una superficie curvada en su extremo de ataque. Esta herramienta puede presentar una forma de "rotulador" en la que se puede desplazar libremente una bola dura.
Posteriormente, el accionador a presión 12 del dispositivo de fijación 1 es accionado de nuevo para reducir la presión de fijación F para permitir el libre movimiento de un material. En esta etapa, el elevador de punzón conformador CNC 3 se impulsa para elevar el punzón conformador 2 a una altura predeterminada S2. En esta posición de carrera, el movimiento del punzón conformador 2 se detiene y mantiene en este estado y se reanuda la conformación por estirado. Esta situación se ilustra en la Figura 6-D. En consecuencia, se obtiene una pieza bruta W2 de conformación por estirado en una segunda etapa.
Posteriormente, en la etapa en la que el punzón conformador 2 se mantiene en su posición, el accionador a presión 12 del dispositivo de fijación 1 se impulsa para generar una presión de fijación grande Fmx. En consecuencia, la pieza bruta W2 es bloqueada de modo que un material no pueda desplazarse en un movimiento libre. A continuación, el dispositivo conformador incremental CNC 4 se impulsa para realizar una conformación utilizando la herramienta conformadora 4d. Esta operación se representa en las Figuras 6-E y 6-F. La herramienta conformadora 4d es impulsada para trazar una línea de contorno para seguir estas formas en combinación con el punzón conformador 2 o para desplazarse en una trayectoria tridimensional. En consecuencia, la conformación de la parte en la segunda etapa es objeto de un acabado preciso para obtener un producto conformado W3 en este ejemplo.
Según se representa en la Figura 6-B, aún cuando el perfil que se va a conformar presente una pared vertical 22 con una gran inclinación y una parte escalonada 21 extendida, es posible reducir un fenómeno de redundancia de material mediante la conformación por estirado en la primera y segunda etapas, la conformación incremental en cada etapa y el control de la presión de fijación en esa posición. De este modo, es posible impedir la formación de arrugas en el cuerpo. La Figura 7 representa una relación entre la carrera de conformación y la presión de fijación en la primera y segunda etapas I y II.
Aunque la conformación sucesiva se realiza en la primera y segunda etapas, en la presente forma de realización, la presente invención da a conocer un caso en que el producto se obtiene en tres o más etapas. Además, la Figura 4 representa un ejemplo de conformación de 5 etapas, en el que la mitad izquierda ilustra un estado antes de la configuración y la mitad derecha ilustra las etapas de conformación secuenciales.
La Figura 8 ilustra un ejemplo de un sistema de control según el procedimiento de conformación de la presente invención. La referencia numérica 6 designa un dispositivo de control. El dispositivo de control 6 es accionado de modo que los datos de IGES (Especificación por Intercambio Inicial de Gráficos) son transmitidos desde un ordenador 6a que almacena los datos de planos tridimensionales del producto a una CAM de fabricación 6b y los datos se transmiten de nuevo desde la CAM de fabricación 6b al controlador CNC 6c constituido por un ordenador. El controlador CNC 6c calcula el número de etapas (de conformación por estirado + conformación incremental) dependiendo del material de la pieza bruta, del espesor de la lámina y del perfil que se va a conformar, las posiciones (magnitud de elevación, S, S1, ..., Sn) y las velocidades V, V1, ..., Vn en cada etapa, las presiones de fijación F y Fmx y las condiciones de impulsión (tal como posiciones, velocidades de desplazamiento y trazados) de cada eje X, Y y Z para la conformación incremental en cada etapa.
Sobre la base de estos resultados de cálculo, las señales digitales incluyendo las posiciones predeterminadas, velocidades y las presiones de fijación son transmitidas desde el controlador CNC 6c al dispositivo de fijación 1 y el servomotor del elevador del punzón conformador CNC 3 para realizar la primera etapa de la conformación por estirado. Esta condición de conformación se realimenta al controlador CNC 6c y se compara con un valor preestablecido y a continuación, se emite una instrucción de corrección cuando se presenta alguna diferencia. Además, la instrucción de mantenimiento de la posición se envía al elevador del punzón conformador CNC 3, de modo que el punzón conformador 2 se mantenga en la posición de la primera etapa.
Cuando la conformación por estirado de la primera etapa está terminada, una señal de incremento de la presión de fijación, que indica un nivel predeterminado para bloquear el movimiento del material, se transmite al dispositivo de fijación 1 basándose en esa señal. Además, las señales de posiciones y velocidades son enviadas desde el controlador de CNC 6c a los servomotores de cada eje X, Y y Z del dispositivo conformador incremental CNC 4, de modo que se realice la conformación incremental por la herramienta conformadora 4d. De forma similar, durante esta conformación, la condición conformadora se realimenta también al controlador CNC 6c y se compara con el valor preestablecido. A continuación, se emite la instrucción de corrección cuando se presenta alguna diferencia. A la terminación del proceso de conformación, se envía una señal de terminación al controlador CNC 6c. Como resultado, la conformación incremental por estirado se realiza por lo menos en dos etapas para obtener el producto. La herramienta conformadora 4d puede utilizarse, de forma común o diferenciada, en cada etapa.
Según la presente invención, el tiempo para la conformación se reduce en comparación con el procedimiento que utiliza solamente la conformación incremental. Además, la reducción del espesor de la lámina se impide utilizando la conformación por estirado y la conformación incremental. De este modo, es posible satisfacer la relación de reducción del espesor de la lámina en un 30%. Además, el trazado de la herramienta se disminuye utilizando simultáneamente la conformación por estirado, de modo que es posible realizar la conformación de la pared vertical que presenta un ángulo de conformación grande.
Además, la conformación no se realiza de modo que la pieza de trabajo completa sea conformada de forma aproximada por una conformación por estirado de una sola vez y a continuación, se realiza localmente una conformación incremental utilizando una herramienta. En cambio, se realizan la conformación por estirado y la conformación incremental en dos o más etapas para completar la forma de una manera sucesiva. En este caso, la presión de fijación está controlada. De este modo, se impide la presencia del material redundante, de modo que se puedan evitar las arrugas en el cuerpo o las arrugas por torsión. De este modo, es posible realizar la conformación incluso para formas complicadas con una gran precisión.
Además, según se ilustra en la Figura 9, se puede realizar adicionalmente un proceso de eliminación, tal como desbastado o perforación, para el producto conformado obtenido después de las etapas o una pieza no acabada utilizando una herramienta que se puede desplazar en la dirección de los ejes X, Y y Z, por ejemplo, un dispositivo de corte por láser CNC de 6 ejes 7. La Figura 9-A ilustra la etapa en la que se realiza la estampación, en cuyo caso la cabeza irradiante de láser 7a se desplaza a lo largo de una línea de contorno o en una forma tridimensional. La Figura 9-B ilustra la etapa en que se está realizando el corte y la Figura 9-C ilustra la etapa en que se realiza la perforación.
Este proceso de eliminación se puede realizar después de que se haya terminado la conformación por estirado en la primera o segunda etapa y la conformación incremental o bien, durante el periodo después de que se termine la conformación por estirado en la primera o segunda etapa y antes de que se inicie la conformación incremental. En uno u otro caso, la información de corte tal como condiciones de velocidad o trazados de movimientos y un nivel de salida se calcula por el controlador CNC 6c y se transmite a los servomotores del dispositivo de corte de láser CNC 7 para la correspondiente operación, según se ilustra en la Figura 8.
Cuando se añade este proceso, este proceso y los posteriores procesos se realizan en el mismo lugar hasta que se obtenga la forma del producto final. Dicho de otro modo, no existe necesidad de transportar la pieza de conformación de plástico a otras zonas para un proceso separado. De este modo, es posible mejorar la eficacia.
La Figura 10 ilustra un primer ejemplo de un aparato para conformar un metal en láminas para realizar el procedimiento de conformar un metal en láminas según la presente invención.
La referencia numérica 8 designa un bastidor trapezoidal. Un lecho 5 se dispone de forma fija en el centro del bastidor trapezoidal 8. Una pluralidad de dispositivos de fijación 1 están dispuestos con un intervalo predeterminado. Un espacio recesivo está previsto en una dirección hacia la parte interior desde los dispositivos de fijación 1, en la que está previsto el elevador de punzón conformador CNC 3.
En un lado de la dirección longitudinal del lecho 5, está dispuesto un dispositivo conformador incremental CNC 4 de modo que tenga libre movimiento. En el otro lado, está dispuesto un dispositivo conformador de la parte superior CNC 9 de impulsión por la parte superior. Además, en un lado de la dirección lateral del lecho 5, está dispuesto un dispositivo de corte por láser CNC 7. Además, en este ejemplo del dispositivo conformador incremental CNC 4, una herramienta portapiezas 4f, capaz de una elevación en libre movimiento, está instalada en su interior.
El dispositivo conformador incremental CNC 4, citado anteriormente, presenta un servomotor de corriente alterna o un motor lineal como una fuente impulsora. Además, el dispositivo conformador incremental CNC 4 presenta un bastidor estructural 4a que se puede desplazar a lo largo de un bastidor trapezoidal 8 y un cuerpo de eje principal 4b montado y que presenta un portaherramientas 4c para unir, de forma amovible, la herramienta conformadora 4d.
El bastidor estructural 4a presenta un conjunto de carriles del eje X 40 dispuestos de forma longitudinal y en paralelo en una parte superior y un carril del eje Y 41 (una mesa móvil) montado entre los carriles del eje X 40. El carril del eje Y 41 está provisto de una herramienta impulsora (no representada en el dibujo) que comprende un servomotor y un freno para desplazar el carril del eje Y 41 a lo largo de un conjunto de los carriles del eje X 40.
El cuerpo del eje principal 4d está montado sobre el carril del eje Y 41 y está provisto de una herramienta impulsora (no representada en el dibujo) que presenta un servomotor y un freno para desplazarse a lo largo del carril del eje Y 41. El cuerpo del eje principal 4b presenta un portaherramientas 4c que se puede extender hacia abajo y una herramienta impulsora 43 (incluyendo un servomotor y un freno) para desplazar el portaherramientas 4c o una cremallera que presenta el portaherramientas 4c a lo largo de la dirección del eje Z en su parte superior. Cada uno de los servomotores está conectado eléctricamente al controlador CNC 6c provisto en el centro del bastidor trapezoidal 8, de modo que el control de la posición del portaherramientas 4c y de la herramienta conformadora 4d se pueda realizar en la forma deseada basándose en las señales de control procedentes del controlador de CNC 6c.
La herramienta conformadora 4d presenta una unión al portaherramientas 4c y una parte prensadora para modelar el metal en láminas W en detalle o terminar la forma completa en combinación con el punzón conformador 2. La herramienta conformadora 4d se puede girar con respecto al portaherramientas 4c.
El dispositivo conformador de la parte superior CNC 9 presenta un bastidor estructural 9a provisto de un servomotor de corriente alterna o un motor lineal como una fuente impulsora, de modo que se desplaza a lo largo del bastidor trapezoidal 8 y un cuerpo de eje principal 9b montado. El cuerpo del eje principal 9b presenta un portaherramientas 9c para unir, de forma amovible, la herramienta conformadora a compresión 9d.
El bastidor estructural 9a presenta un carril de eje Y 91 (una mesa móvil) provisto en su parte superior. El cuerpo del eje principal 9b está montado en el carril del eje Y 91 y está provisto de una herramienta impulsora (no representada en el dibujo) que presenta un servomotor y un freno para desplazarse a lo largo del carril del eje Y 91. El cuerpo del eje principal 9b presenta un cilindro hidráulico, un tornillo de soporte o una fuente impulsora, tal como un servomotor, para desplazar el portaherramientas 9c a lo largo de una dirección de eje Z. Esta fuente impulsora, la fuente impulsora para movimientos del bastidor estructural y la fuente impulsora para movimientos del cuerpo del eje principal están eléctricamente conectadas al controlador CNC 6c. Las posiciones, velocidades y fuerzas del portaherramientas 9c y la herramienta conformadora por compresión 9d se pueden ajustar, en la forma deseada, basándose en las señales de control procedentes del controlador CNC 6c.
Según se ilustra en la Figura 12, la herramienta conformadora por compresión 9d debe comprimir localmente el metal en láminas W en combinación con una parte recesiva 20 del punzón conformador 2 y está realizada en un material elástico (un material con resiliencia) tal como un caucho de uretano. Cuando se utiliza simultáneamente este procedimiento de conformación, la parte superior de la pieza bruta que no entra en contacto, ni ligeramente, con una parte 20 del punzón conformador, se presiona por la herramienta 9d hacia la parte del punzón conformador 20. En consecuencia, la parte superior de la pieza bruta es objeto de deformación plástica según la parte 20 del punzón conformador.
El dispositivo de corte láser CNC 7 presenta un robot de seis ejes 7b impulsado por un servomotor y que presenta una cabeza de irradiación láser 7a en su extremo de ataque y un oscilador láser 7c para suministrar una luz láser a la cabeza de irradiación láser 7a. Las unidades motrices del servomotor y del oscilador están eléctricamente conectadas al controlador CNC 6c y la posición y velocidad de la cabeza de irradiación láser 7a y la intensidad del haz láser se pueden ajustar en la forma deseada basándose en la señal de control procedente del controlador CNC 6c. Como se representa en la Figura 12, el dispositivo de corte láser CNC 7 se desplaza y realiza un proceso de eliminación, mientras que el haz láser es irradiado en una posición deseada.
La Figura 12 ilustra, de forma esquemática, una etapa en que se está realizando la conformación incremental, la conformación compresiva local y el corte por láser.
La Figura 11 ilustra un procedimiento para conformar un metal en láminas según la segunda forma de realización de la presente invención.
En esta forma de realización, el dispositivo conformador incremental CNC 4 y el dispositivo de corte por láser CNC 7 se combinan entre sí para realizar la conformación incremental y el corte por láser sustituyendo la herramienta. De este modo, es posible dar a conocer un aparato compacto.
Dicho de otro modo, el aparato de conformación incremental CNC 4 comprende un servomotor de corriente alterna o un motor lineal como una fuente impulsora y el bastidor estructural 4a móvil a lo largo del bastidor trapezoidal 8. Sin embargo, el carril del eje Y 41, en su parte superior, está provisto de un brazo de robot con un cuerpo de eje principal 4b. Además, la herramienta y el accesorio de irradiación láser están unidos, de forma amovible, al portaherramientas 4c del extremo de ataque del brazo.
Puesto que otras partes son similares a las representadas en la Figura 10, las referencias numéricas similares designan elementos similares y se omiten sus descripciones.
La presente invención se aplica adecuadamente a un prototipo que presente una forma tridimensional de grandes dimensiones. Por ejemplo, los paneles exteriores de automóviles, tales como un panel exterior del capó o un guardabarros se pueden fabricar de forma sencilla y precisa.

Claims (4)

1. Procedimiento de conformación de un metal en láminas empujando un punzón conformador (2) que presenta un perfil deseado a conformar en una dirección del espesor de la lámina de la pieza bruta (W) estando los bordes de la pieza bruta fijados y realizando la conformación utilizando una herramienta conformadora (4d) dispuesta en el lado de la pieza bruta (W) opuesto al punzón conformador (2) siendo empujado dicho punzón conformador, comprendiendo el procedimiento la utilización de una pluralidad de dispositivos de fijación (1) dispuestos con un intervalo predeterminado sobre un lecho (5) para poder fijar los bordes de una pieza bruta (W) en una dirección de espesor de la lámina, y capaz de desplazarse en direcciones hacia delante y atrás y detenerse con una presión de fijación variable, estando el punzón conformador (2) dispuesto en una parte interior de los dispositivos de fijación (1) y presentando una forma deseada, un elevador de punzón conformador bajo control numérico informatizado (CNC) (3) para empujar el punzón conformador hacia la pieza bruta (W) fijada por los dispositivos de fijación (1) y deteniendo de forma secuencial libre en una posición establecida para la conformación por estirado, un dispositivo de conformación incremental CNC (4) provisto de un bastidor estructural (4a) para desplazarse en direcciones de tres ejes y adecuado para la conformación en combinación con el punzón conformador (2) para la pieza bruta (W) para la cual se ha realizado la conformación por estirado de una manera escalonada empujando secuencialmente el punzón conformador y un dispositivo de control (6) y comprendiendo, además, las etapas siguientes
(a) realizar una conformación por estirado a una altura predeterminada empujando el punzón conformador (2) que presenta un perfil deseado en la dirección del espesor de la lámina con la impulsión de dicho elevador de punzón conformador CNC (3) siendo fijados los bordes de la pieza bruta (W) por la pluralidad de dispositivos de fijación (1) y a continuación,
(b) realizar la conformación con la herramienta conformadora de dicho dispositivo de conformación incremental CNC (4) en el lado opuesto al punzón conformador (2) aumentando la presión de fijación para bloquear el movimiento del material siendo el punzón conformador (2) empujado;
(c) realizar de nuevo una conformación por estirado disminuyendo la presión de fijación generada por los dispositivos de fijación (1) y elevando el punzón conformador (2) de nuevo a una altura deseada con el uso del elevador del punzón conformador CNC (3); y a continuación
(d) realizar de nuevo la conformación con la herramienta conformadora del dispositivo de conformación incremental CNC (4) aumentando la presión de fijación por los dispositivos de fijación (1) para bloquear el movimiento de un material y repitiendo las etapas (a) a (d) al menos una vez.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de control (6) presenta un ordenador (6a) que almacena los datos de planos tridimensionales del producto que se va a fabricar, con fabricación asistida por ordenador (CAM) (6b), un controlador CNC (6c) provisto de un ordenador que calcula el número de etapas de conformación por estirado y de conformación incremental dependiendo del material de la pieza bruta, del espesor de la lámina y de la forma que se va a conformar, de las posiciones (S, S1, ..., Sn) y de las velocidades (V, V1, ..., Vn) en cada etapa, de las presiones de fijación (F y Fmx) y de las condiciones de impulsión tales como posiciones, velocidades de movimientos y trazados de cada uno de los ejes X, Y y Z para la conformación incremental en cada etapa, señales digitales incluyendo posiciones predeterminadas, velocidades y las presiones de fijación basadas en los resultados de los cálculos se transmiten desde el controlador CNC (6c) al dispositivo de fijación (1) y al servomotor del elevador del punzón conformador CNC (3) para realizar la primera etapa de la conformación por estirado, siendo esta condición de conformación realimentada al controlador CNC (6c) y comparada con un valor establecido y a continuación, se emite una instrucción de corrección cuando se presenta alguna diferencia, y la instrucción de mantenimiento de la posición se envía al elevador del punzón conformador CNC (3) de modo que el punzón conformador (2) se mantenga en la posición de la primera etapa y cuando se termine la conformación por estirado de la primera etapa, una señal de incremento de la presión de fijación, que indica un nivel predeterminado para el bloqueo del movimiento del material, se transmite al dispositivo de fijación (1) basado en dicha señal, siendo enviadas las señales de posiciones y velocidades desde el controlador CNC (6c) a los servomotores de cada eje X, Y y Z del dispositivo de conformación incremental CNC (4), de modo que se realice la conformación incremental por la herramienta conformadora (4d) y, durante la conformación, se realimenta también la condición de conformación al controlador CNC (6c) y se compara con el valor establecido y a continuación, se emite la instrucción de corrección cuando se presenta alguna diferencia, y a la terminación de la conformación, se envía una señal de terminación al controlador CNC (6c).
3. Procedimiento para conformar un metal en láminas según la reivindicación 1, en el que una herramienta conformadora de tipo barra y una herramienta conformadora a compresión se utilizan, de forma selectiva, como herramienta conformadora.
4. Procedimiento de conformación de un metal en láminas según la reivindicación 1, en el que se realiza un proceso de desbastado o un proceso de perforación para un producto conformado o una pieza bruta medio de la conformación.
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