ES2318843T3 - Dispositivo y procedimiento para la hidroformacion de elementos metalicos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la hidroformación de elementos metálicos, que comprende: - una célula de hidroformación que presenta una estructura rígida fija (6) que comprende: - una base (7); - un elemento transversal superior (8) que supera la base (7) y se dispone a una cierta distancia de la misma; y - dos soportes (9), que conectan rígidamente el elemento transversal superior (8) con la base (7); y - un módulo de hidroformación, dispuesto en el interior de la célula entre la base (7) y dicho elemento transversal superior (8) de tal modo que las fuerzas verticales que se generan durante el proceso de hidroformación se descargan en dichos soportes (9), que se ven sometidos a esfuerzos de tracción, comprendiendo dicho módulo de hidroformación: - una matriz superior (3) y una matriz inferior (2), que se pueden desplazar verticalmente entre sí entre una situación abierta y una situación cerrada, en la que definen entre las mismas una cavidad de formación para disponer un elemento metálico (1) entre las mismas; - unos medios (11, 11a) para suministrar un líquido a presión en dicha cavidad de formación; y - unos medios para controlar el desplazamiento vertical relativo de las dos matrices (2, 3), comprendiendo dichos medios: - por lo menos un cilindro hidráulico vertical (10) dispuesto entre una de dichas matrices (2, 3) y la estructura fija (6); y - un par de elementos en forma de cuña dispuestos opuestos entre sí, que se pueden desplazar sincrónicamente mediante unos medios de accionamiento (13a) en una dirección horizontal sobre una superficie de soporte horizontal (7) de la estructura fija de la célula de hidroformación y que presenta unas superficies inclinadas (14a) que cooperan con las superficies inclinadas correspondientes de un elemento móvil verticalmente (15) que se conecta funcionalmente con una de dichas matrices (2), estando caracterizado dicho dispositivo porque dicho por lo menos un cilindro hidráulico vertical (10) y dicho elemento móvil verticalmente (15), controlados mediante dichos elementos en forma de cuña (14), que se pueden desplazar horizontalmente, se disponen funcionalmente en serie entre la misma matriz (2) del módulo de hidroformación y la estructura fija de dicha célula de hidroformación, y porque se encuentran presentes unos medios de control (20), prefijados de tal modo que dicho por lo menos un cilindro hidráulico (10) se activa únicamente para controlar el desplazamiento de las dos matrices (2, 3) entre la situación abierta y la situación cerrada, y en cambio se aísla con respecto a su suministro de tal modo que permanece bloqueado en una configuración predeterminada, durante el proceso de hidroformación, mientras que dichos medios de accionamiento (13a) de los elementos en forma de cuña (14) se activan durante el proceso de hidroformación para aplicar a las dos matrices (2, 3) una fuerza suficiente para evitar la apertura de las mismas durante el procedimiento de hidroformación, funcionando dicho cilindro hidráulico (10) únicamente como elemento de transmisión rígido para la aplicación de la fuerza mencionada anteriormente durante el proceso de hidroformación.
Description
Dispositivo y procedimiento para la
hidroformación de elementos metálicos.
La presente invención se refiere a dispositivos
para la hidroformación de elementos metálicos y se refiere en
particular a un dispositivo del tipo que comprende:
- -
- una célula de hidroformación que presenta una estructura rígida fija que comprende:
- -
- una base;
- -
- un elemento transversal superior que supera la base y se dispone a una cierta distancia de la misma; y
- -
- dos soportes, que conectan rígidamente el elemento transversal superior con la base; y
- -
- un módulo de hidroformación dispuesto en el interior de la célula entre dicha base y dicho elemento transversal superior de tal modo que las fuerzas verticales que se generan durante el procedimiento de hidroformación se descargan en dichos soportes, que se ven sometidos a esfuerzos de tracción,
- comprendiendo dicho módulo de hidroformación:
- -
- una matriz superior y una matriz inferior, que se pueden desplazar verticalmente entre sí entre una situación abierta y una situación cerrada, en la que definen entre las mismas una cavidad de formación para disponer un elemento metálico entre las mismas;
- -
- unos medios para suministrar un líquido a presión en dicha cámara de estampado; y
- -
- unos medios para controlar el desplazamiento vertical relativo de las dos matrices, comprendiendo dichos medios:
- -
- por lo menos un cilindro hidráulico vertical dispuesto entre una de dichas matrices y la estructura fija de la célula; y
- -
- un par de elementos en forma de cuña dispuestos enfrentados entre sí, que se pueden desplazar mediante unos medios de accionamiento sincrónicamente entre sí en una superficie de soporte horizontal de la estructura fija de la célula, para provocar el desplazamiento vertical de un elemento controlado que se conecta funcionalmente con una de dichas matrices.
Un dispositivo de hidroformación que presenta
todas las características mencionadas anteriormente se describe y
se ilustra en el documento nº
JP-A-2004276077.
En los dispositivos de hidroformación
tradicionales, la matriz superior y la matriz inferior se presionan
entre sí mediante una prensa. Obviamente, debido a que la presión
del líquido de hidroformación, durante el procedimiento de
hidroformación, es relativamente elevada, la fuerza que se ha de
aplicar mediante la prensa resulta muy elevada en el caso de la
conformación en el caso de paneles grandes de chapas metálicas, tal
como por ejemplo los paneles de chapas metálicas para carrocerías
de automóviles. Por consiguiente, dichos dispositivos
convencionales implican la utilización de prensas muy potentes de
unas dimensiones muy considerables. Dicho inconveniente existe
asimismo en el caso del dispositivo ilustrado en el documento
JP-A-2004276077 en la medida que,
en dicho dispositivo, los elementos en forma de cuña mencionados
anteriormente se utilizan para disponer la matriz superior y la
matriz inferior enfrentadas entre sí, al mismo tiempo que se
disponen dos cilindros hidráulicos verticales que se mantienen
activos para resistir la elevada fuerza vertical que se genera
durante la hidroformación como resultado de la presión del líquido
de hidroformación que se encuentra entre las dos matrices.
El objetivo de la presente invención es superar
los inconvenientes mencionados anteriormente proporcionando un
dispositivo de hidroformación que se pueda utilizar asimismo para
conformar paneles grandes de chapa metálica y, al mismo tiempo,
presente una estructura con unas dimensiones relativamente reducidas
y requiera poca potencia durante el procedimiento de
hidroformación.
Con la intención de alcanzar dichos objetivos,
el tema de la presente invención es un dispositivo de hidroformación
que presente todas las características a las que se ha hecho
referencia al principio y que se caracterice asimismo porque
dicho(s) cilindro(s) hidráulico(s), con el/los
que se proporcionan el dispositivo y el elemento móvil
verticalmente mencionado anteriormente controlado mediante los
elementos en forma de cuña móviles horizontalmente, y se disponen
funcionalmente en serie entre la misma matriz de dicho módulo de
hidroformación y una superficie de soporte horizontal de la
estructura fija de la célula de hidroformación, y porque dicho por
lo menos un cilindro hidráulico (10) se activa únicamente para
controlar el desplazamiento de las dos matrices (2, 3) entre la
situación abierta y la situación cerrada y en cambio se aísla con
respecto a su suministro de tal modo que permanece bloqueado en una
configuración predeterminada durante el procedimiento de
hidroformación, mientras que dichos medios de accionamiento (13a)
de los elementos en forma de cuña (14) se activan durante el
procedimiento de hidroformación para aplicar a las dos matrices (2,
3) una fuerza suficiente para evitar la apertura de las mismas
durante el procedimiento de hidroformación, funcionando dicho
cilindro hidráulico (10) únicamente como elemento de transmisión
rígido para la aplicación de la fuerza mencionada anteriormente
durante el procedimiento de hidroformación.
En el caso de la presente invención, los medios
para accionar los elementos en forma de cuña y el cilindro
hidráulico vertical mencionado anteriormente se controlan mediante
una unidad electrónica de control según una secuencia
predeterminada de tal modo que el cilindro hidráulico se utiliza
simplemente para llevar las dos matrices hasta la situación cerrada
aplicando únicamente una fuerza ligera pero suficiente para mantener
el elemento metálico a conformar sujetado entre las dos matrices
del módulo de hidroformación, mientras que los elementos en forma
de cuña se activan para mantener el módulo de hidroformación en la
situación cerrada durante el procedimiento. Gracias a la
transmisión de las fuerzas mediante los elementos en forma de cuña,
la potencia requerida por los elementos impulsores que controlan los
elementos en forma de cuña es razonablemente reducida.
De hecho, durante el procedimiento de
hidroformación, no se suministra líquido a presión al cilindro
hidráulico sino que se aísla simplemente de tal modo que se
mantenga bloqueado en una configuración predeterminada del mismo.
En dicha situación, el posible pequeño desplazamiento vertical que
experimenta dicho cilindro se recupera automáticamente en cualquier
caso mediante los elementos en forma de cuña gracias a la
disposición en serie de los mismos con respecto al cilindro
hidráulico. De nuevo, los elementos en forma de cuña pueden realizar
dicha función con una presión de funcionamiento relativamente baja
por parte de los accionadores líquidos que controlan los mismos
gracias a la transmisión de fuerzas que tiene lugar en las
superficies inclinadas de los elementos en forma de cuña y las
superficies inclinadas correspondientes del elemento móvil que se
controla mediante los mismos.
El tema de la presente invención es asimismo un
procedimiento para la hidroformación de elementos metálicos
mediante la utilización del dispositivo descrito anteriormente, en
el que dicho por lo menos un cilindro hidráulico vertical y dicho
elemento móvil verticalmente controlado por los elementos en forma
de cuña que son móviles horizontalmente se disponen funcionalmente
en serie entre la misma matriz del módulo de hidroformación y la
estructura fija de la célula de hidroformación, caracterizándose
dicho procedimiento porque dicho por lo menos un cilindro
hidráulico se activa para controlar el desplazamiento relativo de la
matriz superior y la matriz inferior en la situación cerrada y se
bloquea en dicha situación, interrumpiendo la comunicación entre el
cilindro y sus medios de suministro durante la hidroformación,
mientras que los medios para impulsar los elementos en forma de
cuña mencionados anteriormente se activan durante la hidroformación
para mantener los elementos en forma de cuña en una posición que
evite la apertura del módulo de hidroformación durante el
procedimiento de hidroformación.
Tal como ya se ha mencionado anteriormente, la
utilización de los elementos en forma de cuña para mantener el
módulo de hidroformación en la situación cerrada durante el
procedimiento de hidroformación permite actuar asimismo en
elementos metálicos de grandes dimensiones sin que resulte necesaria
la utilización de impulsores de potencia elevada. Además, la
utilización del cilindro hidráulico para el desplazamiento de las
matrices entre la situación abierta y la situación cerrada permite
la ventaja adicional de desplazar las dos matrices entre sí
asimismo en un recorrido amplio en un período de tiempo corto.
Las características y ventajas adicionales de la
presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la
siguiente descripción haciendo referencia a los dibujos adjuntos,
que se proporcionan únicamente a título de ejemplo y en los
que:
- la figura 1 es una vista en sección
transversal esquemática de un dispositivo de hidroformación según la
presente invención; y
- la figura 2 es una vista en perspectiva
esquemática del dispositivo de la figura 1.
En la figura 1, la referencia numérica 1 designa
la totalidad de un panel plano de chapa metálica que se va a
deformar permanentemente para que asuma una conformación determinada
mediante el dispositivo de hidroformación ilustrado. El panel
metálico 1 se dispone entre una matriz inferior 2, que presenta una
superficie superior plana en contacto con el panel 1, y la matriz
superior 3 que presenta una superficie inferior conformada 3a
correspondiente a la forma pretendida para el panel de chapa
metálica 1. Se suministra agua a una presión elevada (por ejemplo,
aproximadamente de 100 bar) a través de un conducto 4 en la cámara
definida entre las dos matrices 2, 3 de tal modo que se presione el
panel de chapa metálica 1 contra la superficie conformada 3a de la
matriz superior 3, provocando que el panel 1 asuma la forma
pretendida. El agua a presión se suministra una vez las matrices
inferior y superior 2, 3 se han presionado firmemente entre sí.
Tal como se ha comentado anteriormente, en los
dispositivos convencionales, las matrices inferior y superior se
presionan entre sí mediante una prensa. Obviamente, debido a que la
presión del agua es relativamente elevada, la fuerza que se ha de
aplicar mediante la prensa resulta muy elevada cuando el panel de
plancha metálica presenta unas dimensiones relativamente amplias,
tal como por ejemplo en el caso de un panel de la estructura de la
carrocería de un automóvil. Por consiguiente, los dispositivos
conocidos implican la utilización de prensas con unas dimensiones
muy considerables y una potencia elevada.
En el caso del dispositivo de la presente
invención, ambas matrices 2, 3 y los medios destinados a
presionarlas entre sí están contenidos en una cavidad 5 de una
célula de hidroformación que presenta una estructura metálica
rígida 6 en forma de caja (figura 2) que presenta una base 7, un
elemento transversal superior 8 superado por la base 7 y dispuesto
a una cierta distancia de la misma, y dos soportes verticales 9, que
unen el elemento transversal 8 rígidamente con la base 7. Por
consiguiente, las fuerzas verticales que se generan durante el
procedimiento de hidroformación se descargan en los soportes 9 de la
estructura 6, que se ven sometidos a esfuerzos de tracción.
Además, en el dispositivo según la presente
invención, las dos matrices 2, 3 se pueden desplazar verticalmente
en una situación abierta y en una situación cerrada mediante un
cilindro hidráulico 10, al que se suministra aceite a presión a
través del conducto 11 de tal modo que presione con su vástago 12 la
matriz inferior 2 contra la matriz superior 3, que se conecta
rígidamente al elemento transversal superior 8. En el ejemplo
ilustrado (véase figura 1), la matriz superior 3 se soporta con el
elemento transversal 8 mediante unas abrazaderas laterales, entre
las que se guía como un cajón para permitir la sustitución de la
matriz superior 3, en función de la pieza con la que resulta
necesario trabajar, y por consiguiente la conformación de la
superficie de estampado 3a que resulta necesario proporcionar.
La presión aplicada por el cilindro hidráulico
10 es la única requerida para desplazar las dos matrices 2, 3 desde
su posición abierta hasta su posición cerrada y para presionarlas
ligeramente entre sí a fin de que sujeten el panel de chapa
metálica 1 entre las mismas. La fuerza necesaria para evitar que las
dos matrices 2, 3 se desplacen desde su posición cerrada durante el
procedimiento de hidroformación, cuando se proporciona agua a alta
presión a través del conducto 4 hacia la cámara de estampado, se
obtiene mediante dos cilindros hidráulicos horizontales 13a, que se
incorporan a la estructura rígida fija 6 de la célula de
hidroformación. Los dos cilindros hidráulicos 13a presentan unos
pistones 13, cuyos vástagos presionan dos elementos en forma de
cuña 14 que se guían sobre una superficie de soporte horizontal de
la base 7. Los dos elementos en forma de cuña 14 se desplazan
sincrónicamente en direcciones mutuamente opuestas, con sus
superficies superiores inclinadas 14a en contacto deslizante con
las superficies inclinadas correspondientes de la placa 15, sobre
la que se monta el cilindro hidráulico 10. Cuando se activan los dos
cilindros hidráulicos 13a, que actúan como medios de accionamiento
de los elementos en forma de cuña 14, los dos elementos en forma de
cuña 14 convierten la fuerza aplicada horizontalmente por los
cilindros hidráulicos 13a en una fuerza vertical que se transmite
hasta la matriz inferior 2 a través de la placa inferior 15 y el
cilindro hidráulico 10. En dicha etapa, se interrumpe la
comunicación de la cámara activa del cilindro 10 con el suministro
correspondiente, con unos medios de válvula (no representados) que
forman parte del circuito de control 11a destinado a controlar el
suministro del cilindro 10 (representado en la figura 2). Por
consiguiente, en dicha situación la posición relativa entre el
cuerpo del cilindro 10 y su vástago 12 no cambia sustancialmente de
tal modo que el cilindro 10 actúa simplemente como elemento de
transmisión dispuesto entre la placa inferior 15, sometida a la
presión de los elementos en forma de cuña 14, y la matriz inferior
2, sometido a la presión generada por la presión del agua en la
cámara de estampado. Gracias al efecto de las superficies inclinadas
de los elementos en forma de cuña 14a y de la placa inferior 15, la
fuerza necesaria para evitar la apertura de las dos matrices 2, 3
durante el procedimiento de hidroformación se puede alcanzar por lo
tanto con los impulsores 13a de una potencia relativamente
reducida. Durante la etapa de hidroformación, cualquier ligero
desplazamiento posible, al que se vea sometido el cilindro 10, se
recupera en cualquier caso automáticamente mediante los dos
elementos en forma de cuña 14. Tal como se ha mencionado
anteriormente, además, el cilindro 10 en dicha situación se
encuentra completamente aislado del entorno, mientras que se activa
únicamente antes y después de la etapa de hidroformación para
cerrar y abrir respectivamente, las dos matrices 2, 3.
En la figura 2, la referencia numérica 4a
designa globalmente el circuito de suministro del conducto 4, que
transporta agua a presión hacia la cámara de hidroformación. Tanto
el circuito 11a para controlar el cilindro 10 como el circuito 11a
que controla el cilindro hidráulico 10 y el impulsor 13a de los dos
elementos en forma de cuña 14 comprenden unas válvulas eléctricas
(no representadas), que se controlan mediante una unidad electrónica
de control 20 (figura 2) según la secuencia pretendida.
Por supuesto, sin perjuicio del principio de la
presente invención, los detalles de construcción y las formas de
realización pueden variar ampliamente con respecto a lo que se ha
descrito e ilustrado únicamente a título de ejemplo, sin apartarse,
por ello, del alcance de la presente invención, tal como se define
en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (4)
1. Dispositivo para la hidroformación de
elementos metálicos, que comprende:
- -
- una célula de hidroformación que presenta una estructura rígida fija (6) que comprende:
- -
- una base (7);
- -
- un elemento transversal superior (8) que supera la base (7) y se dispone a una cierta distancia de la misma; y
- -
- dos soportes (9), que conectan rígidamente el elemento transversal superior (8) con la base (7); y
- -
- un módulo de hidroformación, dispuesto en el interior de la célula entre la base (7) y dicho elemento transversal superior (8) de tal modo que las fuerzas verticales que se generan durante el proceso de hidroformación se descargan en dichos soportes (9), que se ven sometidos a esfuerzos de tracción,
- comprendiendo dicho módulo de hidroformación:
- -
- una matriz superior (3) y una matriz inferior (2), que se pueden desplazar verticalmente entre sí entre una situación abierta y una situación cerrada, en la que definen entre las mismas una cavidad de formación para disponer un elemento metálico (1) entre las mismas;
- -
- unos medios (11, 11a) para suministrar un líquido a presión en dicha cavidad de formación; y
- -
- unos medios para controlar el desplazamiento vertical relativo de las dos matrices (2, 3), comprendiendo dichos medios:
- -
- por lo menos un cilindro hidráulico vertical (10) dispuesto entre una de dichas matrices (2, 3) y la estructura fija (6); y
- -
- un par de elementos en forma de cuña dispuestos opuestos entre sí, que se pueden desplazar sincrónicamente mediante unos medios de accionamiento (13a) en una dirección horizontal sobre una superficie de soporte horizontal (7) de la estructura fija de la célula de hidroformación y que presenta unas superficies inclinadas (14a) que cooperan con las superficies inclinadas correspondientes de un elemento móvil verticalmente (15) que se conecta funcionalmente con una de dichas matrices (2),
estando caracterizado dicho dispositivo
porque dicho por lo menos un cilindro hidráulico vertical (10) y
dicho elemento móvil verticalmente (15), controlados mediante
dichos elementos en forma de cuña (14), que se pueden desplazar
horizontalmente, se disponen funcionalmente en serie entre la misma
matriz (2) del módulo de hidroformación y la estructura fija de
dicha célula de hidroformación, y porque se encuentran presentes
unos medios de control (20), prefijados de tal modo que dicho por
lo menos un cilindro hidráulico (10) se activa únicamente para
controlar el desplazamiento de las dos matrices (2, 3) entre la
situación abierta y la situación cerrada, y en cambio se aísla con
respecto a su suministro de tal modo que permanece bloqueado en una
configuración predeterminada, durante el proceso de hidroformación,
mientras que dichos medios de accionamiento (13a) de los elementos
en forma de cuña (14) se activan durante el proceso de
hidroformación para aplicar a las dos matrices (2, 3) una fuerza
suficiente para evitar la apertura de las mismas durante el
procedimiento de hidroformación, funcionando dicho cilindro
hidráulico (10) únicamente como elemento de transmisión rígido para
la aplicación de la fuerza mencionada anteriormente durante el
proceso de hidroformación.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho por lo menos un cilindro
hidráulico (10) está dispuesto entre una matriz (2) de dichas dos
matrices (2, 3) y dicho elemento móvil verticalmente (15)
mencionado anteriormente y porque dichos elementos en forma de cuña
(14) se disponen entre dicho elemento móvil verticalmente (15) y
una superficie de soporte horizontal de la estructura fija de la
célula de hidroformación.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicha matriz superior (3) está conectada
rígidamente con el elemento transversal superior (8) de la
estructura fija de la célula de hidroformación, y dicha matriz
inferior (2) está conectada funcionalmente con el vástago móvil (12)
de dicho por lo menos un cilindro hidráulico (10).
4. Procedimiento para la hidroformación de
elementos metálicos, en el que se proporciona una célula de
hidroformación que presenta una estructura rígida fija que
comprende:
- -
- una base (7);
- -
- un elemento transversal superior (8) que supera la base (7) y se dispone a una cierta distancia de la misma; y
- -
- dos soportes (9), que conectan rígidamente el elemento transversal superior (8) con la base (7); y
en el que se proporciona un módulo de
hidroformación, dispuesto en el interior de la célula entre la base
(7) y dicho elemento transversal superior (8) de tal modo que las
fuerzas verticales que se generan durante el proceso de
hidroformación se descargan en dichos soportes (9), que se ven de
este modo sometidos a esfuerzos de tracción,
- comprendiendo dicho módulo de hidroformación:
- -
- una matriz superior y una matriz inferior (2, 3), que se pueden desplazar verticalmente entre sí entre una situación abierta y una situación cerrada, en la que definen entre las mismas una cavidad de formación para un elemento metálico (1), dispuesto entre las mismas;
en el que se suministra un líquido a presión en
dicha cámara de estampado; y
en el que existen asimismo unos medios
prefijados para controlar el desplazamiento vertical relativo de las
dos matrices, comprendiendo dichos medios:
- -
- por lo menos un cilindro hidráulico vertical (10) dispuesto entre una de dichas matrices (2, 3) y la estructura fija de la célula (6); y
- -
- un par de elementos en forma de cuña (14) dispuestos opuestos entre sí, que se pueden desplazar sincrónicamente mediante unos medios de accionamiento (13a) en una dirección horizontal sobre una superficie de soporte horizontal de la estructura fija de la célula de hidroformación y que presenta unas superficies inclinadas (14a) que cooperan con las superficies inclinadas correspondientes de un elemento móvil verticalmente (15) que se conecta funcionalmente con una de dichas matrices (2, 3),
estando caracterizado dicho procedimiento
porque dicho por lo menos un cilindro hidráulico (10) y dicho
elemento móvil verticalmente (15), controlados mediante dichos
elementos en forma de cuña (14), se disponen funcionalmente en
serie entre la misma matriz (2) de dichas matrices (2, 3) y una
superficie de soporte (7) de la estructura fija de la célula de
hidroformación, y
porque dicho por lo menos un cilindro hidráulico
(10) se activa únicamente para controlar el desplazamiento de las
dos matrices (2, 3) entre la situación abierta y la situación
cerrada, y en cambio se aísla con respecto a su suministro de tal
modo que permanece bloqueado en una configuración predeterminada,
durante el proceso de hidroformación, mientras que dichos medios
(13a) para el accionamiento de los elementos en forma de cuña (14)
se activan durante el proceso de hidroformación para aplicar a las
dos matrices (2, 3) una fuerza suficiente para evitar la apertura
de las mismas durante el proceso de hidroformación, funcionando
dicho cilindro hidráulico (10) únicamente como elemento de
transmisión rígido para la aplicación de la fuerza mencionada
anteriormente durante el proceso de hidroformación.
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