ES2355292T3 - Tobera y procedimiento para la mecanización de un espacio inferior de una pieza de trabajo. - Google Patents

Abstract

Tobera para la mecanización de un espacio interior (1,2) que hay que mecanizar especialmente mecánicamente de una pieza a mecanizar mediante un medio fluido que sale a alta presion desde como mínimo un canal de tobera (4), en donde el canal de tobera (4) se deriva de un taladro de aportación (5) construido centrado en el sentido de un agujero ciego, caracterizada porque el canal de tobera (4) se extiende en la dirección de la corriente partiendo de la zona de extremo en el lado del fondo del taladro de aportación (5) central bajo un ángulo <= 90º respecto del taladro de aportación (5), en donde el fondo del taladro de aportación esta provisto con una elevación (6) situada centrada y con ello estrecha la zona de transición hacia el canal de tobera (4).

Description

El presente invento se refiere a una tobera correspondiente con el preámbulo de la reivindicación 1 así como a un procedimiento para la mecanización de un espacio interior de una pieza a mecanizar.

La exigencia hacia una miniaturización, aumento de la densidad de potencia y ahorro en el peso cambia el diseño constructivo de muchas piezas a mecanizar especialmente de partes de maquinas, así como los métodos 5 para su fabricación.

Así, por ejemplo, los taladros y canales de corriente en componentes de serie para sistemas de inyección de motores son cada vez menores y los materiales empleados cada vez más duros debido a las altas exigencias.

En una fabricación de este tipo con arranque se producen en cualquier caso rebabas en los cortes de los taladros y en escalones que para las herramientas desbarbadoras mecánicas no son accesibles. Rebabas, 10 pequeñas partículas y restos de suciedad permanecen en la pieza a mecanizar y no pueden ser retirados, o no suficientemente, por los métodos habituales Al mismo tiempo aumentan las exigencias en limpieza y en una definida calidad de la superficie para poder garantizar la fiabilidad del componente en servicio durante todo el ciclo de la vida del producto.

Por el estado de la técnica se conocen procedimientos para limpiar y desbarbar en los cuales, con ayuda 15 de toberas que se encuentran en el exterior de la pieza a mecanizar, se generan chorros de liquido que se proyectan en el interior de taladros y aberturas. El medio fluido que sale a alta presión de los canales de toberas, preferentemente agua o emulsiones, debido a la alta energía cinética del medio, debe soltar suciedad y rebabas de la superficie interior de taladros y aberturas.

En otro procedimiento se utilizan partículas abrasivas, como por ejemplo corundo, en unión con el medio, 20 consiguiéndose una alta velocidad efectiva del chorro de líquido que sale por medio de una reducción de la alta presión previamente producida.

En la pieza a mecanizar estas pequeñas partículas son desviadas mediante deflectores de manera que inciden en la zona a tratar de la superficie y allí actúan.

Los procedimientos conocidos presentan todos graves desventajas, que provocan que no se cumplan 25 adecuadamente en todo su volumen las exigencias planteadas de calidad de la mecanización

Además, la efectividad de la tobera que se utiliza, exterior a la pieza a mecanizar, es no satisfactoria porque se produce una mala transformación de la energía debido a la gran separación entre la tobera y la superficie que va a ser mecanizada y por otro lado se produce una distorsión en los chorros de alta presión por causa del fluido que sale. 30

Además efectos de amortiguación por colchones de agua perjudican el proceso de fabricación así como el hecho de que zonas críticas no pueden ser alcanzadas directamente. Así, por ejemplo, en taladros grandes solo se pueden eliminar con seguridad rebabas oscilantes y centelleantes. La eliminación de rebabas radicales es en la práctica casi imposible debido a la mala transformación de la energía.

La mencionada utilización de partícula abrasivas activas lleva a un desgaste de las piezas reflectoras que 35 se utilizan cuyo manejo es relativamente complicado y se opone a una fabricación racional.

Además, por las partículas abrasivas se llega frecuentemente a ensuciamientos y atascos de manera que los costes de funcionamiento son en total altos.

Las conocidas posibilidades de mecanización de un espacio interior de una pieza a mecanizar no cumplen con las exigencias para una fabricación en serie. 40

Por el documento DE 968 508 C se conoce una maquina de chorro de arena con un cabezal de chorro de arena con la que se deben limpiar las paredes interiores de recipientes mediante una mezcla de arena – aire. Por ello el cabezal de chorro de arena presenta una admisión central para la mezcla de arena – aire que por su extremo pasa a tener dos derivaciones de las cuales una, por lo que respecta a la dirección de la corriente de la mezcla arena – aire discurre en un ángulo agudo mientras que la otra esta dispuesta en ángulo obtuso. 45

El invento tiene por tanto como base la misión de desarrollar más una tobera y un procedimiento del tipo acorde con el género de manera que sea posible una mecanización acorde con las exigencias mejorando al mismo tiempo la vida de la tobera.

Esta misión será resuelta por una tobera de las características de la reivindicación 1 así como por un procedimiento con las características de la reivindicación 9. 50

En combinación con la nueva tobera es posible mediante el nuevo procedimiento llevar la energía cinética de manera óptima a la zona donde su acción cambia la superficie de la manera deseada.

Esto puede ser un determinado picado, como por ejemplo para preparación de un recubrimiento, una eliminación de suciedad o capa fuertemente agarrada o la eliminación de una rebaba radical firmemente unida y rodeando con un contorno de desbarbado. Puesto que esto, como se ha mencionado, no es posible hasta ahora de una manera lógica, el invento tiene una gran importancia en el proceso de fabricación de componentes de inyección para la industria del automóvil. 5

De acuerdo con el invento la nueva tobera presenta como mínimo un canal de tobera, pero preferiblemente como mínimo dos canales de tobera, opuestos uno respecto al otro, que se extienden desde el extremo del lado suelo del taladro de admisión bajo un ángulo <= 90º respecto del taladro de aportación en dirección de la corriente. Para ello el fondo del taladro de aportación esta diseñado convexo, con lo que la zona de transición hacia el canal de tobera se estrecha. 10

Por el estrechamiento de la sección transversal el medio es agitado de tal manera que se evita una cavitación en el interior del canal de tobera y un desgaste por erosión en la salida del canal de tobera. Con ello se consigue que el chorro de líquido que sale se mantenga estable en su forma y dirección. Como sorprendentemente se ha demostrado la duración de una tobera de este tipo ha aumentado de manera significativa, de manera que frente al estado de la técnica representa un progreso apreciable. 15

La configuración existente del suelo del fondo del taladro de aportación puede ser diseñada diferentemente. La elevación esta construida centrada.

Otras configuraciones ventajosas del invento están expuestas en las reivindicaciones secundarias.

A continuación se describen ejemplos constructivos del invento sobre la base de los dibujos adjuntos.

Se muestra: 20

Figuras 1 y 2 cada una de ellas una tobera acorde con el invento en diferentes casos de mecanización, en una vista lateral seccionada,

Figura 3 diferentes ejemplos constructivos de la tobera, igualmente en vistas parciales seccionadas,

Figura 4 una tobera en otra posición funcional, en una vista lateral seccionada,

Figuras 5 y 6 una tobera montada, precisamente en una sección longitudinal. 25

En las figuras esta representada una tobera provista en general con el símbolo de identificación 3, con la que se puede mecanizar un espacio interior 1,2 de una pieza a mecanizar.

La tobera 3 mostrada en los ejemplos constructivos presenta dos canales de tobera 3 situados uno enfrente del otro, de los cuales, a través del taladro de aportación 5 sale guiado un medio fluido que está a alta presión.

Los canales de tobera 4 se extienden bajo un ángulo <= 90º respecto del taladro de aportación 5 en la 30 dirección 14 de la corriente desde la zona final en el lado del fondo del taladro de aportación 5 diseñado como un fondo de saco,

El fondo del taladro de aportación 5 presenta una elevación que en el ejemplo mostrado en las figuras 5 y 6 esta provista con el símbolo de referencia 6. Esta elevación 6, que en el ejemplo constructivo mostrado en la figura 3 esta diseñada esférica 20, con forma de campana 21, con forma de cono 22, con forma de tronco de cono 23 y 35 con forma de cilindro 24, estrecha la zona de transición hacia los canales de tobera 4.

En la figura 1 el espacio interior 1 desemboca en el espacio interior 2, en donde la fabricación en la zona de las aristas 10,11 comunes provoca una rebaba radical, la cual será eliminada por el chorro de líquido que sale de los canales de tobera 4.

Entonces, una bomba no representada pone al medio líquido, habitualmente agua o una emulsión, baja una 40 presión de 400 a 4000 bar, preferiblemente de 1500 a 2500 bar. En los canales de tobera 4 se produce una expansión de la presión transformando la energía potencial en energía cinética. El chorro de líquido entra a alta velocidad sobre las aristas 10,11 o la rebaba radical allí presente y la arranca hasta que se crea la nueva forma de arista deseada.

Mediante el guiado de la corriente en ángulo agudo en unión con el estrechamiento en la zona de transición 45 hacia los canales de tobera se consigue que las zonas de desgaste 19 dentro de los canales de tobera y en la salida de canal no se deformen o se deformen muy despacio. El ángulo α1 y α2, bajo el que discurren los canales de tobera 4 esta provisto en las figuras 1 y 2 con los símbolos de identificación 7 y 8.

En la figura 2 esta mostrada la utilización de la tobera para la mecanización de superficies del espacio interior 2. 50

La disposición o extensión de los canales de toberas 4 se corresponde con los mostrados en la figura 1.

Mediante los ángulos de canal 7,8 agudos se obtiene, además de la reducción del desgaste en las zonas 19, una favorable corriente 13 de retorno del fluido saliente.

Entonces no se forma colchón alguno entre el chorro de liquido y la superficie 12 que se está mecanizando del espacio interior 1 de manera que los residuos se lavan con seguridad. 5

La forma y posición exacta de las variantes constructivas de las elevaciones 6 y 20 a 24 son dependientes de los parámetros presión del medio, caudal volumétrico, diámetro del taladro 5 de aportación y número y diámetro de los canales de aportación 4.

En la figura 4 esta representada la transición del espacio interior 1 de sección transversal mas pequeña al espacio interior 2 de mayor sección transversal. Se obtienen resultados óptimos referidos a la calidad y tiempo de 10 mecanizado en la mecanización de las aristas 11 para eliminar una rebaba radical si el chorro de líquido abandona los canales de tobera 4 con un ángulo α que se corresponde con la mitad de un ángulo (símbolo de identificación 18). Si la arista 11 cambia a lo largo de la longitud entonces el ángulo α optimo debería corresponder al valor medio aritmético entre el ángulo de arista beta máximo y mínimo.

En las figuras 5 y 6 se puede reconocer que la tobera 3 esta diseñada como tobera de lanza, que sobre su 15 lado opuesto a los canales de tobera 4 presenta un collarín 25 que en una abertura de apoyo 17 introduce un soporte 15 de tobera.

Por su cara inferior el collarín 25 esta apoyado sobre una junta 16 que esta situada en el fondo de la abertura de apoyo 17.

Si se genera una presión hidráulica, ésta actúa sobre el collarín 25 y la junta 16. Con ello se genera 20 automáticamente una presión de sellado que se corresponde con la relación entre las superficies del collarin 25 respecto de la superficie anular de la junta 16 multiplicada por la presión aplicada.

Con ello la tobera 3 no será apretada solamente con una fuerza exterior de apriete, lo que podría ser desfavorable para la alineación de la tobera 3 y con ello para la exactitud del proceso.

Puesto que la tobera 3 puede moverse axialmente en contra de la dirección de corriente 14, en estado de 25 sin presión existe para la tobera 3 una protección de colisión en el caso de que al introducirse la tobera chocara contra un obstáculo o quedara posicionada erróneamente.

Como aclara la figura 6, la tobera 3 puede ser accionada mediante un accionamiento giratorio con un movimiento de rotación y con velocidades en el rango de 50 a 3000 rpm, preferiblemente 200 a 1500 rpm, dependiendo de la posición de la aplicación y del material a mecanizar. Mediante un robot la tobera 3 puede ejecutar 30 un movimiento oscilante alrededor del eje longitudinal y/o un movimiento de carrera oscilante.

En el caso de que los espacios interiores 1 ,2 se crucen y las aristas 10,11 se corten, para desbarbar la tobera 3 es introducida en el espacio interior 1 mas pequeño, cuyo diámetro esta en el rango de 1 a 30 mm, preferiblemente de 2 a 10 mm.

Lista de símbolos de referencia 35

1 espacio interior

2 espacio interior

3 tobera

4 canal de tobera

5 taladro de aportación 40

6 elevación

7 ángulo de canal

8 ángulo de canal

9 zona de transición

10 arista 45

11 arista

12 espacio interior

13 corriente de retorno

14 soporte de tobera

15 junta

16 abertura de apoyo 5

17 ángulo

18 zona de desgaste

19 elevación esférica

20 elevación en forma de campana

21 elevación en forma de cono 10

22 elevación en forma de tronco de cono

23 elevación en forma de cilindro

24 collarín

Claims (16)

1. REIVINDICACIONES

   1. Tobera para la mecanización de un espacio interior (1,2) que hay que mecanizar especialmente mecánicamente de una pieza a mecanizar mediante un medio fluido que sale a alta presion desde como mínimo un canal de tobera (4), en donde el canal de tobera (4) se deriva de un taladro de aportación (5) construido centrado en el sentido de un agujero ciego, caracterizada porque el canal de tobera (4) se extiende en la dirección de la corriente partiendo de la zona de 5 extremo en el lado del fondo del taladro de aportación (5) central bajo un ángulo <= 90º respecto del taladro de aportación (5), en donde el fondo del taladro de aportación esta provisto con una elevación (6) situada centrada y con ello estrecha la zona de transición hacia el canal de tobera (4).

2. 2. Tobera según la reivindicación 1, caracterizada porque la elevación (6) es 10 esférica (20), en forma de campana (21), en forma de cono (22), en forma de tronco de cono (23) o en forma de cilindro (24).

3. 3. Tobera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque están previstos dos canales de tobera (4) situados uno enfrente del otro.

4. 4. Tobera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la 15 tobera esta construida como una tobera de lanza, que se apoya en un soporte de tobera (15).

5. 5. Tobera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la tobera por su extremo opuesto al canal de tobera (4) presenta un collarin (25) que se introduce en una abertura de apoyo (17) del soporte de tobera (15).

6. 6. Tobera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque 20 entre el collarín (25) y el fondo de la abertura de apoyo (17) hay colocada una junta (16).

7. 7. Tobera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la tobera (3) esta apoyada en el soporte de tobera (15) pudiendo moverse axialmente.

8. 8. Tobera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la tobera (3) junto con el soporte de tobera (15) puede girar, puede oscilar alrededor de su eje 25 longitudinal y/o puede moverse en dirección axial oscilando.

9. 9. Procedimiento para la mecanización de un espacio interior especialmente mecanizable mecánicamente de una pieza a mecanizar mediante una tobera de las características de la reivindicación 1, caracterizado porque la tobera (3) es guiada en el interior del espacio interior (1,2) que hay que mecanizar y el lugar que hay que mecanizar es atacado directamente con el 30 medio fluido que sale.

10. 10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizada porque la rebaba formada en la arista (10,11) entre dos espacios interiores (1,2) es atacada directamente con el medio fluido que sale del canal de tobera (4).

11. 11. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque la superficie 35 del espacio interior (1,2) es atacada directamente con el medio fluido que sale del canal de tobera (4).

12. 12. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque durante el ataque a la rebaba formada en la arista (10,11) el medio fluido ataca sobre la rebaba con un ángulo que en sección radial corresponde con el semiangulo formado por las aristas (10,11). 40

13. 13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque en el caso de un ángulo de las aristas (10,11) modificado espacialmente, la dirección del medio fluido corresponde con el valor medio del ángulo máximo y mínimo en sección radial del semiangulo de las aristas (10,11).

14. 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque en 45 posición de funcionamiento la tobera (3) es presionada automáticamente por la presión hidráulica sobre una junta (16) en un soporte de tobera (15).

15. 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque la presión del medio fluido suministrado es de 400 hasta 4000 bar, preferiblemente de 1500 hasta 2500 bar. 50

16. 16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque la tobera (3) gira con una velocidad de giro de 50 a 3000 rpm, preferiblemente de 200 a 1500 rpm.