ES2318932B1 - Maquina para el conformado de chapa y procedimiento de conformado. - Google Patents
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Abstract
Máquina para el conformado de chapa y
procedimiento de conformado.
La máquina comprende medios de sujeción (2) que
sujetan una chapa (1), sustancialmente en su perímetro, una primera
herramienta (3) dispuesta en un primer lado de la chapa (1), dotada
de al menos tres grados de libertad, correspondientes a
desplazamientos según los ejes X, Y, Z y una segunda herramienta
(3'') dispuesta en un lado opuesto al primer lado de la chapa,
dotada de al menos dos grados de libertad, correspondientes a
desplazamientos según los ejes X e Y. Entre la segunda herramienta
(3'') y los medios de sujeción (2) existe un movimiento relativo,
según el eje Z.
Description
Máquina para el conformado de chapa y
procedimiento de conformado.
La presente invención es de aplicación para la
fabricación de piezas de acuerdo con un proceso incremental de
tratamiento de chapas o placas metálicas.
Es objeto de la invención una máquina y un
procedimiento para conformado de chapa en la que no se utilizan
matrices y en la que se emplean dos herramientas móviles que
actúan, de forma combinada, a ambos lados de la chapa para su
deformación puntual y progresiva hasta conformar la forma final de
la pieza.
Las piezas producidas por deformación de chapas
metálicas empleadas en sectores industriales tales como automoción,
aeronáutica y otros, se obtienen generalmente mediante procesos de
estampación. La operación de estampación requiere del empleo de una
prensa y de dos troqueles o matrices, superior e inferior, que
reproducen la forma que se quiere obtener de la chapa. Estos
troqueles o matrices son especialmente costosos y solamente se
amortizan cuando se emplean para la fabricación de series de gran
volumen de piezas.
Por otra parte existen determinados sectores
industriales en los que se demanda una fabricación de series muy
cortas de piezas, por ejemplo prototipos, productos con un elevado
grado de personalización o componentes específicos, que no
justifican la inversión en matrices empleadas en un proceso de
estampación convencional.
En este contexto es conocida una tecnología de
conformado incremental de chapa que se basa en la deformación
plástica local de una chapa metálica por la acción de una
herramienta móvil que conforma la chapa contra unos apoyos o
matrices que tienen una geometría más simple que la que requieren
las matrices de estampación, las cuales muestran normalmente la
geometría exacta de la pieza a conformar.
El proceso de conformado incremental es mucho
más lento que la estampación convencional, pero requiere de una
inversión en matrices mucho menor, lo que supone que resulte
rentable para el caso de producción de series cortas.
Este proceso se caracteriza asimismo por su gran
flexibilidad, ya que el hecho de no precisar de matrices con la
geometría exacta de la pieza permite utilizar una misma matriz para
conformar piezas de geometrías diferentes y además resulta más
sencillo realizar cambios de diseño de la pieza una vez que las
matrices han sido fabricadas.
De acuerdo con este método la chapa se encuentra
sujeta por un marco perimetral y la herramienta se puede desplazar
por toda la superficie de la chapa.
Esta tecnología es de aplicación en cualquier
sector y el único requerimiento que se plantea para su empleo
consiste en que el material debe de ser dúctil. Se conocen piezas
de acero inoxidable, aceros de bajo contenido en carbono y diversos
tipos de aluminio que han sido fabricadas con esta tecnología.
Según este métodos se reducen los costes, con
respecto a los procesos de estampación convencionales, al eliminar
una de las matrices, sin embargo el coste asociado al empleo de una
matriz inferior fija sigue resultando elevado, en especial cuando
se trata de obtener una pieza de geometría compleja.
En la patente de invención EP 0 970 764 por
ejemplo se describe un aparato para la conformación de chapas que
comprende un punzón superior con desplazamientos en X, Y, Z y una
matriz inferior que puede desplazarse en la dirección del eje Z
para el conformado de la pieza. Esta misma solución aparece
reflejada en la patente de invención JP 2002102944.
En la patente de invención JP 2003053436 se
contempla que la matriz inferior sea desplazable en dirección
vertical por acción de un cilindro.
En el caso de la patente de invención JP 7 132
329 se mantiene la esencia de la patente EP 0 970 764, pero a
diferencia de ésta la matriz inferior consiste en un punzón. El
movimiento vertical del mecanismo que sujeta la placa, en
combinación con el movimiento del punzón superior contra la placa
en contacto con el punzón inferior fijo, determina el conformado de
la pieza. Este mismo sistema se emplea en la patente de invención
2003080320.
Por otra parte en la patente de invención JP
2000153313 se observa un dispositivo dotado de una herramienta
incremental provista de un movimiento giratorio que se aplica a
presión sobre el contorno de la pieza a obtener, la cual se
encuentra apoyada por su cara inferior sobre una herramienta fija
situada en disposición opuesta a la herramienta incremental.
En la patente de invención JP 9 085 355 se
describe asimismo un aparato que está dotado de un punzón superior
que desplaza en dirección vertical y un punzón inferior dotado de
movimiento en dirección de los ejes X, Y y Z.
En la patente de invención WO 92/07672 la chapa
a conformar dispone de un movimiento relativo, en X e Y, respecto a
una herramienta superior y a una matriz inferior. La herramienta
superior y la matriz inferior están dotadas de un desplazamiento
vertical según el eje Z.
La invención que se describe a continuación es
de aplicación para el conformado de chapas o placas metálicas
mediante la acción progresiva o incremental producida por dos
herramientas situadas a ambos lados de la chapa, que van
conformando el material mientras se mueven de forma coordinada
sobre la chapa siguiendo unas trayectorias concretas para obtener
la geometría final de la pieza, mediante deformaciones de la chapa,
punzonados o ranurados e incluso recorte de los bordes exteriores de
la chapa.
La máquina de la invención comprende:
- -
- medios de sujeción que sujetan una chapa, sustancialmente en su perímetro,
- -
- una primera herramienta dispuesta en un primer lado de la chapa,
- -
- una segunda herramienta dispuesta en un lado opuesto al primer lado de la chapa,
De acuerdo con el objeto de la invención, la
primera herramienta está dotada de al menos tres grados de
libertad, correspondientes a desplazamientos según los ejes X, Y, Z,
y la segunda herramienta está dotada de al menos dos grados de
libertad, correspondientes a desplazamientos según los ejes X e Y,
existiendo un desplazamiento relativo según el eje Z entre la
segunda herramienta y los medios de sujeción.
Se contempla de forma preferente que la segunda
herramienta esté dotada también de un movimiento de desplazamiento
según el eje Z. En este caso, los medios de sujeción de la chapa
permanecen fijos.
De esta forma, la primera herramienta y la
segunda herramienta definen una trayectoria combinada a ambos lados
y en contacto con la chapa, ocasionando la deformación puntual de
la chapa en cada sector de acuerdo con el diseño pretendido para
conformar la pieza final.
La primera y/o la segunda herramienta puede
comprender alguno de los siguientes elementos: un punzón, una
broca, una fresa, un cabezal de soldadura o un cabezal láser, para
realizar todo tipo de operaciones sobre la chapa, como
deformaciones, ranuras, agujeros, cortes, recorte final del borde
exterior de la pieza, calentamientos sobre la chapa, soldaduras,
hasta conseguir la forma final deseada para la pieza.
Cuando se utilizan punzones, el tamaño de los
mismos varía en función de la aplicación que se desee proporcionar
al mismo y preferiblemente incorporará una punta esférica.
Se contempla también la posibilidad de que la
primera y/o la segunda herramienta giren respecto a su propio eje y
que la velocidad de giro de la primera y de la segunda herramienta
sean iguales o diferentes.
Dependiendo de la particular geometría de cada
pieza es posible conformar la chapa en una única etapa o bien puede
precisar de varias etapas. El empleo de varias etapas viene derivado
de la necesidad de aumentar el límite plástico de forma que se
obtengan unos ángulos y geometrías que en una etapa no es posible
conseguir.
La máquina puede incorporar un dispositivo de
lubricación que aplica lubricante sobre la chapa, bien directamente
o a través de la primera o segunda herramienta, por ejemplo
mediante un conducto interno que desemboca en una esfera cuyo
movimiento giratorio distribuye el lubricante sobre la chapa.
De acuerdo con la invención, la máquina
comprende unos medios de sujeción que sujetan la chapa por su
periferia, conformando un marco dotado de una amplia abertura, que
define la zona de trabajo en la cual se mueven las herramientas
durante el conformado de la pieza. La máquina puede comprender unos
actuadores piezoeléctricos que sujetan la chapa por varios puntos y
unos sensores que detectan las tensiones de la chapa y transmiten
la información a un controlador que actúa sobre los actuadores
piezoeléctricos para variar la fuerza de sujeción de la chapa
dejando fluir más o menos material hacia el sector que se está
conformando.
El controlador será capaz de ejecutar un
programa derivado de un CAD/CAM en 3D que contendrá la información
de las posiciones y velocidades de los distintos ejes de cada una
de las herramientas y actuará por tanto dirigiendo la trayectoria y
velocidad de la primera y segunda herramienta. El controlador,
puede actuar también sobre la fuerza que deben ejercer los
actuadores piezoeléctricos que sujetan la chapa.
El proceso de conformado de acuerdo con la
presente invención puede transcurrir por tanto de acuerdo con las
siguientes fases:
- -
- amarre de la chapa, en su periferia, por medios de sujeción, dejando libre la zona de trabajo de la chapa,
- -
- posicionado de una primera herramienta en un primer lado de la chapa, en correspondencia a la zona de trabajo,
- -
- posicionado de una segunda herramienta en un lado opuesto al primer lado de la chapa, en correspondencia a la zona de trabajo,
- -
- definición de la trayectoria de la primera y segunda herramienta mediante un programa CAD/CAM,
- -
- desplazamiento de la primera herramienta, según los ejes X, Y, Z a un lado de la chapa y de la segunda herramienta según los ejes X e Y, al otro lado de la chapa, de acuerdo con las trayectorias definidas por el programa CAD/CAM y desplazamiento relativo entre la segunda herramienta y los medios de sujeción, según el eje Z, para producir una deformación puntual e incremental de la chapa.
El procedimiento de conformado comprende
preferentemente el desplazamiento de la segunda herramienta, según
el eje Z, permaneciendo fijos los medios de sujeción.
El procedimiento de conformado comprende
adicionalmente la detección continua de las tensiones en la chapa y
la actuación sobre los medios de sujeción para variar la fuerza de
sujeción de los mismos, en función de las tensiones detectadas. De
esta forma, la chapa puede fluir, en mayor o menor medida según las
tensiones detectadas, en las zonas de deformación.
\vskip1.000000\baselineskip
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de
los elementos básicos que incorpora una máquina de conformado de
chapa en la que las herramientas consisten en respectivos punzones
montados en cabezales situados a ambos lados de la chapa.
Figura 2.- Muestra una vista esquemática en la
que se observan los movimientos de las herramientas representadas
en la figura anterior.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación con referencia a las figuras se
describe un modo de realización preferente de la máquina de
conformado de chapa que constituye el objeto de esta invención.
En las figuras representadas se observan los
elementos básicos que intervienen en la operación de conformado de
una pieza a partir de una chapa (1) de acuerdo con la invención. En
la figura 1, se incluye una representación esquemática de la
máquina de la invención que comprende:
- -
- unos medios de sujeción (2) que sujetan la chapa a través de su perímetro, constituyendo un marco perimetral (5) que determina un amplio espacio central correspondiente a la zona de trabajo sobre la chapa (1),
- -
- una primera herramienta (3), situada a un lado de la chapa (1),
- -
- una segunda herramienta (3'), situada en un lado opuesto al primer lado de la chapa (1).
La primera herramienta (3) está dotada de al
menos tres grados de libertad según los ejes X, Y, Z y la segunda
herramienta (3') está dotada de al menos dos grados de libertad
correspondientes a desplazamientos según los ejes X e Y, existiendo
un desplazamiento relativo según el eje Z entre la segunda
herramienta (3') y los medios de sujeción (2).
En una realización preferente la segunda
herramienta está dotada de un movimiento según el eje Z, mientras
permanecen fijos los medios de sujeción (2), tal y como se ha
representado en la figura 2.
Los medios de sujeción (2) de la chapa (1)
pueden comprender unos actuadores piezoeléctricos (6) que
establecen el amarre de la chapa (1) al marco perimetral (5) con
una fuerza de sujeción variable, de forma que en función de la
tensión generada en la chapa, por la deformación que se está
ocasionando, pueden liberar el amarre de la chapa permitiendo que
fluya hacia la zona de deformación.
\newpage
La máquina de conformado de chapa incorpora un
controlador (7), representado en la figura 1, que controla la
trayectoria y velocidad de la primera herramienta (3) y de la
segunda herramienta (3') y la fuerza de sujeción de la chapa (1)
ejercida por los actuadores piezoeléctricos (6) para regular el
flujo de material en la zona de la chapa (1) que se está
deformando.
La primera herramienta (3) y/o la segunda
herramienta (3'), pueden comprender unos punzones (3, 3'),
opcionalmente giratorios, montados sobre correspondientes cabezales
(4, 4') que inciden sobre ambos lados de la chapa (1) ocasionando
deformaciones puntuales seguidas de desplazamientos incrementales
hasta conformar toda la pieza.
Opcionalmente se contempla la posibilidad de que
la primera herramienta (3) y/o la segunda herramienta (3') estén
dotadas adicionalmente de movimientos giratorios \theta, \phi en
torno al eje X y/o al eje Y respectivamente.
También se ha previsto que la primera
herramienta (3) y/o la segunda herramienta (3') puedan comprender
una broca, una fresa, un cabezal láser o un cabezal de
soldadura.
Claims (14)
1. Máquina para el conformado de chapa que
comprende:
- -
- medios de sujeción (2) que sujetan una chapa (1), sustancialmente en su perímetro,
- -
- una primera herramienta (3) dispuesta en un primer lado de la chapa (1),
- -
- una segunda herramienta (3') dispuesta en un lado opuesto al primer lado de la chapa,
caracterizada porque la
primera herramienta (3) está dotada de al menos tres grados de
libertad, correspondientes a desplazamientos según los ejes X, Y,
Z, y la segunda herramienta (3') está dotada de al menos dos grados
de libertad, correspondientes a desplazamientos según los ejes X e
Y, existiendo un desplazamiento relativo según el eje Z entre la
segunda herramienta (3') y los medios de sujeción
(2).
2. Máquina para el conformado de chapa según
reivindicación 1 caracterizada porque la segunda herramienta
(3') está dotada de un desplazamiento según el eje Z, permaneciendo
fijos los medios de sujeción (2).
3. Máquina para el conformado de chapa según
reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque al menos una de
las herramientas (3, 3') es giratoria.
4. Máquina para el conformado de chapa según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque al menos una de las herramientas (3, 3') está dotada
adicionalmente de un movimiento giratorio \theta en torno al eje
X.
5. Máquina para el conformado de chapa según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada
porque al menos una de las herramientas (3, 3') está dotada
adicionalmente de un movimiento giratorio \phi en torno al eje
Y.
6. Máquina para el conformado de chapa según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque
incorpora un controlador (7) que controla la trayectoria, velocidad
y movimiento de la primera herramienta (3) y de la segunda
herramienta (3'), así como la fuerza de sujeción de los medios de
sujeción (2) de la chapa (1).
7. Máquina para el conformado de chapa según
reivindicaciones 1-6 caracterizada porque al
menos una de las herramientas (3, 3') comprende un punzón.
8. Máquina para el conformado de chapa según
reivindicaciones 1-6, caracterizada porque
al menos una de las herramientas (3, 3') comprende una broca.
9. Máquina para el conformado de chapa según
reivindicaciones 1-6 caracterizada porque al
menos una de las herramientas (3, 3') comprende una fresa.
10. Máquina para el conformado de chapa según
reivindicaciones 1-6 caracterizada porque al
menos una de las herramientas (3, 3') comprende un cabezal de
soldadura.
11. Máquina para el conformado de chapa según
reivindicaciones 1-6 caracterizada porque al
menos una de las herramientas (3, 3') comprenden un cabezal
láser.
12. Procedimiento de conformado de chapa que
comprende las fases de:
- -
- amarre de la chapa (1), en su periferia, por medios de sujeción (2), dejando libre una zona de trabajo sobre la chapa (1),
- -
- posicionado de una primera herramienta (3) en un primer lado de la chapa (1), en correspondencia a la citada zona de trabajo sobre la chapa (1),
- -
- posicionado de una segunda herramienta (3') en un lado opuesto al primer lado de la chapa (1), en correspondencia a la citada zona de trabajo sobre la chapa (1),
- -
- definición de la trayectoria de la primera y segunda herramienta (3, 3') mediante un programa CAD/CAM,
- -
- desplazamiento de la primera herramienta (3), según los ejes X, Y, Z a un lado de la chapa (1) y de la segunda herramienta (3') según los ejes X e Y, al otro lado de la chapa (1), de acuerdo con las trayectorias definidas por el programa CAD/CAM y desplazamiento relativo entre la segunda herramienta (3') y los medios de sujeción (2), según el eje Z, para producir una deformación puntual e incremental de la chapa (1).
13. Procedimiento de conformado de chapa según
reivindicación 12 caracterizado porque comprende el
desplazamiento de la segunda herramienta (3'), según el eje Z,
permaneciendo fijos los medios de sujeción (2).
14. Procedimiento de conformado de chapa según
reivindicación 12 caracterizado porque comprende la
detección continua de las tensiones ocasionadas en la chapa (1) por
el desplazamiento de la primera y segunda herramientas (3, 3') y la
actuación sobre los medios de sujeción (2) para variar la fuerza de
sujeción de los mismos, en función de las tensiones detectadas.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20080103 |
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090501 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2318932B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20211117 |