ES2311252T3 - Procedimiento y aparato para conformar en por lo menos dos etapas metal en laminas sin matriz con control numerico. - Google Patents
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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.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de conformación de un metal en láminas.
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.
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.
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.
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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