ES2371692T3

ES2371692T3 - Diseño de un dispositivo adaptativo para componentes de cubierta/cilíndricos de pared delgada.

Info

Publication number: ES2371692T3
Application number: ES08718606T
Authority: ES
Inventors: Zunmin Geng
Original assignee: University of Sheffield
Current assignee: University of Sheffield
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2012-01-09
Anticipated expiration: 2028-03-05
Also published as: WO2008107672A1; CN101663129B; US20140283368A1; GB2447278B; EP2131998A1; ATE520498T1; CN101663129A; DK2131998T3; JP5539736B2; GB0704298D0; JP2010520074A; AU2008223652A1; GB2447278A; US20100164187A1; EP2131998B1; AU2008223652B2; KR20090125812A

Abstract

Dispositivo de aplicación para aplicar una sustancia fluida o poco viscosa, comprendiendo - un casquillo exterior (12) que presenta una pared periférica exterior (14) y un fondo exterior (16), . un casquillo interior (18) que presenta una pared periférica interior (20) y un fondo interior (22), y que va conducido de forma estanca en el casquillo exterior (12) y que se puede desplazar entre una posición cerrada y una posición de liberación, presentando el fondo interior (22) del casquillo interior (18) por lo menos un orificio (32) que en la posición de cierre del casquillo interior (18) está cerrado por un dispositivo de cierre (34) y que en la posición de liberación del casquillo interior (18) deja paso al menos parcialmente para la sustancia fluida o de poca viscosidad, donde al desplazar el casquillo interior (18) de la posición cerrada a la posición de liberación se llena un espacio interior del casquillo interior (18) por desplazamiento con la sustancia fluida o de poca viscosidad alojada en la posición cerrada en un espacio de alojamiento (38) situado entre el casquillo exterior (12) y el casquillo interior (18), caracterizado porque en el fondo (16) del casquillo exterior (12) está formada una espiga (34) que con relación al casquillo exterior (12) tiene una orientación axial y que en la posición cerrada del casquillo interior (18) sella el orificio (32) situado en el fondo (22) del casquillo interior (18).

Description

Diseno de un dispositivo adaptativo para componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada

Este invento se refiere a un diseno adaptativo de un dispositivo para componentes de cubierta/cilfndricos, con el objeto de permitirles que sean mecanizados con suficiente rigidez de soporte y estabilidad dinamica, para mantener la precisi6n de la mecanizaci6n y el acabado superficial dentro de un estandar de ingenierfa aceptable. El invento es particularmente aplicable a componentes de pared delgada en los que resulta diffcil de conseguir la seguridad del dispositivo y evitar la vibraci6n durante la mecanizaci6n.

Antecedentes�

De acuerdo con la teorfa de la Mecanica de Estructuras, bien conocida para personas expertas en la tecnica, se definen los componentes de cubierta/cilfndricos como un grupo de objetos huecos con aberturas, conformados con continuidad y curvatura. Una estructura en forma de cuenco caracteriza a un componente de cubierta, que tenga una abertura unica, mayor, mientras que una estructura tubular hueca que tenga una abertura pasante caracteriza a un componente cilfndrico. Ambos tienen una pared que tiene un espesor de pared, y cada uno tiene una dimensi6n del perfil, que puede ser su radio, si su diametro es mayor que su altura, o de lo contrario su altura. De acuerdo con la relaci6n de dimensi6n del perfil al espesor de pared, los componentes de cubierta/cilfndricos se clasifican como:

a) De pared muy gruesa: sometidos a esfuerzos tridimensionales, como estructuras s6lidas;

b) De pared gruesa: sometidos a alargamientos, flexiones y esfuerzos de cizalla de orden superior;

c) De pared moderadamente gruesa: sometidos a alargamientos, flexiones y esfuerzos de cizalla de primer orden;

d) De pared delgada: sometidos a alargamientos y flexiones, pero a esfuerzos de cizalla despreciables;

e) De pared muy delgada: dominados por efectos de alargamiento, tambien llamados membranas.

Basandose en esta clasificaci6n, los componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada a los que se refiere particularmente el invento presente se definen como, y se limitan a, estructuras huecas con una abertura mayor, o abertura pasante, que tienen:

a) un espesor de pared acabada W de 2 mm o mayor;

b) una relaci6n R/W de la dimensi6n de perfil de cubierta/cilfndrico al espesor de pared mayor o igual a 20 (en la que R es el radio o la altura del componente, cualquiera que sea la dimensi6n del perfil, el radio o la altura); y

c) una relaci6n R1/R de radio de abertura mayor a la dimensi6n del perfil, mayor o igual a 0,5, o un radio de la abertura mayor R1 mayor o igual a 200 mm;

en los que hay una congesti6n obvia de modos de vibraci6n menos amortiguados en el margen de frecuencias de 0 a 1000 Hz; y hay un esfuerzo cortante mfnimo en la pared.

El componente de cubierta/cilfndrico de pared delgada puede tener aberturas menores y una superficie interna/externa irregular sin que cambie su caracter. Dicho componente es diffcil de sostener cuando esta siendo mecanizado. A la pared delgada le falta suficiente rigidez estatica y estabilidad dinamica para resistir la fuerza de corte generada por el tratamiento de mecanizaci6n. Debido a la falta de efectos de cizalla, la pared delgada se hace inestable dinamicamente y susceptible a vibraci6n, causando problemas de precisi6n al mecanizar, principalmente debido a la insuficiente rigidez de soporte, y a problemas de acabado superficial, esencialmente debidos a la vibraci6n autoexcitada inestable entre la herramienta de corte y la pieza de trabajo (denominada de aquf en adelante "chatter", vibraci6n, para mayor sencillez).

Un dispositivo estatico bien disenado no ayuda en esta situaci6n debido principalmente a que, por una parte, un dispositivo estatico que se ajuste con precisi6n a la mayor parte de la superficie de cubierta/cilfndrica es caro y a veces imposible de realizar, y, por otra parte, incluso si un dispositivo estatico esta muy bien disenado y ajusta con precisi6n la posici6n de reposo de un componente de pared delgada, cuando es excitado por la fuerza de corte, la pared delgada, flexible, mantenida principalmente mediante efectos de alargamiento y de flexi6n, se dobla alrededor de la posici6n de reposo y rebota contra el soporte en reposo, deteriorando la estabilidad dinamica del componente. El diseno de un dispositivo dinamico que ajuste, soporte y amortigOe adaptativamente los componentes de pared delgada es obviamente un objetivo deseable.

En cualquier industria no es deseable producir residuos. Consecuentemente, siempre resulta deseable minimizar la masa de los componentes, con tal de que, por supuesto, otros factores no incidan en contra. Por ejemplo, no resulta conveniente reducir la masa del componente si el componente falla a consecuencia de esto antes de lo deseable,

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particularmente si la masa del componente no es por otra parte perjudicial para la operaci6n del componente. Sin embargo, en algunas industrias, la masa del componente es de por sf un factor sustancial y en ninguna otra resulta tan importante como en las industrias aerospacial y de defensa.

Las cubiertas de los cohetes y de los motores de reacci6n son componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada tfpicos. La mayorfa de ellos estan hechos de material diffcil de mecanizar, tal como una aleaci6n resistente al calor, y siempre existe un requisito muy estricto de reducir al mfnimo la masa innecesaria del componente. Resulta inevitable el trabajo de mecanizaci6n para proporcionar todas las interfaces precisas para la conexi6n, asf como retirar toda la masa innecesaria procedente de una parte de forja o de fundici6n para obtener un componente acabado. Sostener dicho componente durante un tratamiento de mecanizaci6n relativamente exigente resulta problematico, ya que la pared delgada es flexible y dinamicamente inestable. La soluci6n empleada actualmente por la mayorfa de ingenieros consiste en tratar los componentes individualmente, estudiando las caracterfsticas de vibraci6n de dichos componentes y predecir las zonas con problemas, y a continuaci6n determinar los tratamientos de mecanizaci6n apropiados para minimizar los efectos del chatter.

Sin embargo, el invento presente pretende particularmente (aunque no, desde luego, exclusivamente) proporcionar un dispositivo adaptativo para sostener dicho un componente durante las operaciones de mecanizaci6n requeridas, y uno que se ajuste adaptativamente a la mayor parte de la superficie del componente, que soporte adaptativamente al componente para conseguir una mayor rigidez, y que amortigOe adaptativamente la pared delgada para conseguir una mayor estabilidad. Aquf, "adaptativo" significa la capacidad de autoadaptaci6n tanto en el sentido geometrico como en el dinamico.

El documento US-A-6015154 describe un soporte con la forma de un manguito metalico que tiene ranuras y que hace que un manguito de polfmero cerrado por sus extremos rodee a un arbol para definir una camara hidrostatica entre el manguito de polfmero y el arbol por lo que al presurizar la camara los manguitos se extienden, el manguito metalico aprisiona y sostiene internamente un manguito de revestimiento de cilindro de motor fundido para permitir su mecanizaci6n. El diametro del manguito metalico puede extenderse unos 8 mm. Aunque dice que amortiguar vibraciones es un objetivo, no hay explicaci6n de c6mo se consigue mas alla del soporte en sf mismo.

El documento US-A-4811962 describe una disposici6n similar, pero sin el manguito metalico. El manguito de polfmero en este caso comprende una cubierta de Teflon® que, aunque tiene alguna flexibilidad para permitir una expansi6n para aprisionar internamente un manguito cilfndrico, su capacidad para extender su diametro es s6lo de unos pocos milfmetros y en cilindros de forma sencilla.

El documento US-A-4253694 describe un dispositivo para coger internamente productos redondos que comprende una parte cilfndrica y anillos de elast6mero en hendiduras de la parte, la base de dichas hendiduras puede ser presurizada con fluido para extender los anillos de elast6mero para que aprisionen internamente el objeto. El documento US-B-6547228 es similar, describe mangueras neumaticas para aprisionar un bloque de sujeci6n de vacfo.

El documento GB-A-1445216 describe un dispositivo de mordaza para un objeto cilfndrico de pared delgada a ser enderezado, que comprende una disposici6n similar a la descrita en el documento US-A-4253694.

Sin embargo, incluso con componentes de pared gruesa, resulta ventajoso para ellos un dispositivo que proporcione amortiguaci6n adaptativa para conseguir una mejora del rendimiento del mecanizado. De nuevo, en este contexto, "adaptativo" significa a la vez capaz de ajustar componentes de tamanos diferentes y estar preparado para adaptarse a las caracterfsticas de vibraci6n dinamica asociadas a operaciones de mecanizado particulares.

Sumario�breve�de�la�descripcion

Un dispositivo para fijar componentes con cubierta o cilfndricos de pared delgada de acuerdo con el preambulo de la reivindicaci6n 1 adjunta.

De acuerdo con el invento presente, se proporciona un dispositivo de acuerdo con la reivindicaci6n 1 adjunta.

De preferencia, el dispositivo comprende ademas una tapa con pared gruesa o muy gruesa para ser fijada a la columna y que tiene segundos medios de situaci6n para situar el otro extremo del componente.

Al tener una pared gruesa, la columna, la base y la tapa proporcionan estructuras que tienen en consideraci6n al menos el alargamiento, la flexi6n y los efectos cortantes transversales de orden superior, a la vez que una escasez obvia de modos de vibraci6n del orden de los 1000 Hz.

De preferencia, dicho revestimiento tiene un espesor total entre 10 mm y 20 mm, por lo quelos movimientos de una herramienta de penetraci6n a traves de componentes de cubierta/cilfndricos durante una operaci6n de mecanizaci6n no penetran el elemento de presi6n. De preferencia, el revestimiento es un material de polfmero/elast6mero de multicapa, las capas estan adheridas o unidas entre sf de otra forma. De esta manera, el revestimiento sirve tambien para extender una presi6n de soporte uniforme, principalmente por medio de los efectos de cizalla entre capas, y por la amortiguaci6n dinamica, principalmente por medio del material de polfmero o de elast6mero, normal a la superficie

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del componente a ser mecanizada. Se pueden emplear mejoras regionales alrededor de aberturas menores del componente insertando una lamina de nylon ondulado dentro de la capa interior del revestimiento, contra la pared delgada a ser mecanizada.

De preferencia, dicho elemento de presi6n es inflado neumaticamente, dentro de un margen estable y seguro de hasta 5 veces su diametro desinflado y a una presi6n de inflado de hasta 4,0 Bar. Convenientemente, puede comprender una camara interior de rueda de vehfculo modificada, que sea capaz de expandirse al tamano requerido y ajustarse muy bien al recinto definido dentro del componente de cubierta/cilfndrico, arbol de soporte o cilindro, base de montaje y tapa. Una valvula para inflar la camara puede sobresalir a traves de una abertura dispuesta con este objeto en el arbol interno o en el cilindro de soporte externo. Se pueden emplear dos o mas camaras una encima de otra, para componentes de cubierta/cilfndricos largos.

En una disposici6n, la columna esta dentro del componente, el elemento de presi6n rodea la columna, el revestimiento rodea el elemento de presi6n, y el componente, cuando el dispositivo esta siendo usado, rodea el revestimiento, el elemento de presi6n y la columna. En esta disposici6n, el componente es impulsado radialmente hacia fuera por el elemento de presi6n y pueden ser efectuadas las operaciones de mecanizaci6n en su superficie externa.

Sin embargo, en otra realizaci6n, la columna es hueca y esta fuera del componente, el elemento de presi6n esta dentro de la columna rodeando el revestimiento que a su vez rodea al componente, cuando el dispositivo esta siendo usado. En esta disposici6n, el componente es impulsado radialmente hacia dentro por el elemento de presi6n y las operaciones de mecanizaci6n pueden ser realizadas en su superficie interna.

El diseno del dispositivo adaptativo satisface la demanda de la ingenierfa de fabricaci6n avanzada de una combinaci6n de dispositivo agil y flexible adaptable a productos diferentes con funciones estructurales similares pero con detalles de forma y tamano diferentes. Un elemento importante del invento presente es el elemento de presi6n, particularmente cuando tiene la forma de una camara neumatica expansible, que se puede inflar dentro de un margen de trabajo estable y seguro hasta 5 veces su diametro desinflada y a una presi6n de inflado de hasta 4 Bar. Con esta ayuda, el dispositivo no es solamente adaptativo para ajustarse a la forma detallada del componente, sino que tambien es adaptativo para ajustarse dentro de un margen considerable de tamanos de componentes hasta alrededor de unas 4 veces un diametro nominal del componente. Otra ventaja especial del elemento neumatico es que, al disponer una cavidad de amortiguaci6n neumatica en el dispositivo, se absorbe energfa del chatter del mecanizado impidiendo el crecimiento exponencial usual de la vibraci6n en cuanto esta se inicia.

Dicho cilindro de soporte interno o externo desempena un papel clave manteniendo la suficiente rigidez de soporte y estabilidad dinamica para el componente de pared delgada. Dichos componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada se equilibran principalmente mediante esfuerzos de alargamiento y flexi6n y por la falta de efectos de cizalla para mantener una rigidez global. Por tanto, con este soporte rfgido, el elemento neumatico aplica una presi6n normal uniforme a traves del revestimiento de multicapa de la pared delgada y, se ajusta adaptativamente a la superficie de pared delgada, con efectos de amortiguaci6n dinamica obvios.

Dicha amortiguaci6n adaptativa incluye a la vez la amortiguaci6n dinamica aplicada por el material de polfmero o de elast6mero de dicho revestimiento de la pared delgada, y la energfa absorbida por la cavidad de amortiguaci6n del elemento neumatico (Coeficiente de Perdida Total: Cd ; 0,1, vease lo expuesto a continuaci6n y las Figuras 7 y 8), que esta en contacto adaptativo con el revestimiento de elast6mero y los componentes de pared delgada flexible.

Mas que un dispositivo individual, este invento presenta un diseno orientado hacia un dispositivo adaptativo para componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada, con el objeto de permitir que sean mecanizados con una rigidez de soporte y estabilidad dinamica suficientes, para mantener la precisi6n de mecanizaci6n y el acabado superficial dentro de un estandar de ingenierfa aceptable.

El dispositivo esta particularmente adaptado a estructuras de pared delgada, y unos ejemplos tfpicos de estas son las cubiertas de motor de reacci6n para aviones y los conos de morro de los cohetes. Verdaderamente, el invento proporciona ademas una combinaci6n de un dispositivo segun se ha definido anteriormente y un componente de cubierta/cilfndrico asegurado en el dispositivo. De preferencia, dicho componente es una cubierta de motor de reacci6n de avi6n o un cono de morro de cohete.

Descripcion�breve�de�los�dibu�os

A continuaci6n se describen con mas detalle realizaciones del invento a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos y Figuras que se acompanan, en los que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo interno de acuerdo con el invento presente.

La Figura 2 es una vista en secci6n de un componente cilfndrico de pared delgada mantenido en un dispositivo externo de acuerdo con el invento presente.

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La Figura 3 es una vista en secci6n de un componente de cubierta de pared delgada con un dispositivo interno de acuerdo con el invento presente.

La Figura 4 es una vista en secci6n de otro componente de cubierta de pared delgada dentro del dispositivo externo de la Figura 2.

La Figura 5 es un grafico de un conjunto de Funci6n de Respuesta de Frecuencia (FRF) de un componente cilfndrico de pared delgada, medida con excitaci6n de vibraci6n, sin aplicar ningun dispositivo.

La Figura 6 es un grafico de un conjunto de Funci6n de Respuesta de Frecuencia (FRF) de una columna interna de pared gruesa de acuerdo con el invento presente, medida con excitaci6n de vibraci6n.

La Figura 7 es un grafico de un conjunto de Funci6n de Respuesta de Frecuencia (FRF) de un componente cilfndrico de pared delgada, medida con excitaci6n de vibraci6n, cuando esta soportado por un dispositivo adaptativo de acuerdo con el invento presente.

La Figura 8 es un grafico de los resultados de ensayos de carga estatica de un componente cilfndrico de pared delgada soportado en un dispositivo adaptativo de acuerdo con el invento presente, con diferentes presiones de inflado del elemento de presi6n de 0,0, 1,0 y 2,0 Bar.

Descripcion�detallada

En la Figura 1, un dispositivo adaptativo interno 100, para la mecanizaci6n externa de un componente cilfndrico de pared delgada 10, comprende una base de montaje 1 con la forma de una placa de pared gruesa que tiene orificios de montaje 2 para ser conectada a la bancada (no mostrada) de un centro de mecanizaci6n (no mostrado). Los pasadores de posicionamiento 3 y las mordazas 4 situan y aprisionan el componente 10 a la base 1.

Un arbol o columna rfgido de pared gruesa 5 esta fijado en el centro de la base 1 mediante tornillos (no mostrados). El arbol 5 acaba en una pestana para conectarse a una tapa de pared gruesa 12. Dos camaras interiores de rueda para vehfculo modificadas 8, que tienen un radio interno R que se corresponde con el radio del arbol 5, estan aplicadas al arbol. Al estar hechas de un material de elast6mero flexible, elastico, las camaras 8 pueden ser infladas para ajustarse al recinto definido dentro del componente cilfndrico 10, arbol de soporte 5, base de montaje 1 y tapa

12. Cada camara 8 tiene su propia valvula de entrada de aire 9 en su superficie interior, y esta esta aplicada a traves de una abertura respectiva dispuesta con este objeto en el arbol 5. Cada valvula de entrada 9 es extensible hacia arriba a traves del arbol, que es hueco.

Un revestimiento desechable de multicapa 6 comprende de 3 a 5 laminas de material de polfmero o de elast6mero adheridas entre sf y envueltas alrededor de las camaras 8, con un espesor total ; 10 mm, por lo que los movimientos de la herramienta de penetraci6n a traves del componente cilfndrico 10 durante una operaci6n de mecanizaci6n no penetran el elemento de presi6n 8. Al mismo tiempo, el revestimiento distribuye una presi6n de soporte uniforme, principalmente por medio de los efectos de cizalla entre las capas, y proporciona una amortiguaci6n dinamica, principalmente por medio del material de polfmero o de elast6mero, normal a la superficie del componente a ser mecanizado. Se emplean mejoras regionales alrededor de aberturas menores (no mostradas) mediante la inserci6n de una lamina de nylon ondulada dentro de la capa exterior del revestimiento, contra la pared delgada a ser mecanizada.

La tapa 12 es una placa circular de espesor grueso provista de un escal6n en cuna (no mostrado) alrededor de su circunferencia para aprisionar el extremo superior del componente cilfndrico. La tapa 12 tiene dispuestos tambien agujeros 11 mediante los que puede ser aplicada al extremo superior del arbol interno 5 por medio de tornillos (no mostrados).

En la Figura 2 se muestra un dispositivo adaptativo externo 100' para mecanizaci6n interna del mismo componente cilfndrico de pared delgada 10' que comprende una base de montaje 1' similar a la de la Figura 1. Un cilindro rfgido de pared gruesa 5' esta fijado centralmente a la base 1' mediante tornillos (no mostrados) y acaba tambien con una pestana para conectar una tapa 12'. Dos camaras interiores de rueda para vehfculo modificadas 8' tienen un radio externo R' (que se corresponde con el radio interno del cilindro 5') y estan infladas para ajustarse al recinto definido dentro del componente cilfndrico 10', cilindro de soporte 5', base de montaje 1' y tapa 12'. Cada camara 8' tiene su propia valvula de entrada de aire 9' en su superficie exterior, y esta esta aplicada a traves de una abertura 26' respectiva dispuesta en el cilindro 5' con este objeto.

Un revestimiento desechable de multicapa 6' envuelve internamente tambien las camaras 8', contra la superficie exterior del componente 10'. Se emplean mejoras regionales alrededor de las aberturas menores insertando una lamina de nylon ondulada 7' dentro de la capa interior del revestimiento 6', contra la pared gruesa a ser mecanizada.

La tapa circular 12' esta fijada al extremo superior del cilindro externo 5', con un escal6n en cuna 38' alrededor de su circunferencia para mantener el extremo superior del componente 10' y formar un recinto definido dentro del componente cilfndrico 10', cilindro de soporte 5', base de montaje 1' y tapa 12', para las camaras neumaticas inflables 8'.

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En la Figura 3 se muestra un dispositivo adaptativo interno 100'' para la mecanizaci6n externa de un componente de cubierta de pared delgada 10'' con una abertura mayor 10a dentro de un recinto 15''. El dispositivo 100'' comprende una base de montaje 1'' con la forma de una placa de pared gruesa que tiene orificios de montaje 2'' para la bancada, pasadores de posicionamiento 3'' y agujeros con rosca 4'' para situar y aprisionar el componente de cubierta 10''. En este caso especffico, no se necesita tapa para proporcionar un soporte adicional al componente 10''. Un arbol rfgido de pared gruesa 5'' esta fijado centralmente a la base 1'' mediante tornillos (no mostrados) y hay dos valvulas de entrada de aire 9'' en la superficie interior de las camaras neumaticas 8'' aplicadas a traves de dos aberturas 26'' respectivas dispuestas con este objeto en el arbol 5''. Cada valvula de entada 9'' es extensible hacia abajo a traves del arbol de pared hueca 5'' para extenderse a traves de una abertura 42'' de la placa 1''.

Un revestimiento desechable de multicapa 6'' envuelve tambien las camaras 8'' externamente, contra la superficie interna del componente de cubierta 10'' a ser mecanizado exteriormente. Se emplean mejoras regionales alrededor de las aberturas menores insertando una lamina de nylon ondulada 7'' dentro de la capa interior del revestimiento 6'', contra la pared delgada a ser mecanizada.

En la Figura 4 se muestra un dispositivo adaptativo externo 100''' para la mecanizaci6n interna del mismo componente de cubierta de pared delgada 10''' que comprende una base de montaje 1''' con la forma de una placa de pared gruesa que tiene orificios de montaje 2''' para la bancada (no mostrada). Un cilindro rfgido de pared gruesa 5''' esta fijado centralmente a la base 1''' mediante tornillos (no mostrados). El cilindro 5''' termina en una pestana para ser conectado a una tapa 12''' mediante tornillos 11'''. Dos camaras interiores de ruedas para vehfculo modificadas 8''' tienen un radio exterior que se corresponde con el radio interior del cilindro 5''' y estan infladas para ajustarse al recinto definido dentro del componente de cubierta 10''', cilindro de soporte 5''', base de montaje 1''' y tapa 12'''. Cada camara 8''' tiene su propia valvula de entrada de aire 9''' en su superficie exterior, y esta aplicada a traves de una abertura respectiva dispuesta en el cilindro 5'''con este objeto.

Un revestimiento desechable de multicapa 6''' envuelve internamente tambien las camaras 8''', contra la superficie externa del componente de cubierta 10''' para un mecanizado interior. Se emplean mejoras regionales alrededor de las aberturas menores insertando una lamina de nylon ondulada 7''' dentro de la capa interior del revestimiento 6''', contra la pared delgada a ser mecanizada.

El componente 10 de los dibujos, (y de aquf en adelante el uso de un numero incluye su estructura equivalente 10', 10'', 10''') puede comprender una cubierta de cohete o de un motor de reacci6n. La mayorfa de las partes bastas de cubiertas de cohete o de motor de reacci6n de pared delgada son de fundici6n o de forja, monolfticas, de material diffcil de mecanizar, tal como una aleaci6n resistente al calor. Siempre hay un requisito muy estricto para reducir a un mfnimo la masa innecesaria del componente. Resulta inevitable el trabajo de mecanizaci6n para proporcionar todas las interfaces precisas para la conexi6n, asf como para retirar toda la masa innecesaria procedente de la parte de forja o de fundici6n para obtener un componente acabado. Puede mecanizarse la parte basta 10 aplicando un dispositivo adaptativo del tipo ilustrado en las Figuras 1 a la 4.

El arbol de soporte interno o el cilindro de soporte externo 5 desempena un papel clave manteniendo la rigidez de soporte y estabilidad dinamica suficientes para la pared delgada. Los componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada 10 estan principalmente equilibrados por los esfuerzos de alargamiento y flexi6n y la falta de efectos de cizalla para mantener una rigidez global. Por tanto, el arbol o el cilindro 5 esta hecho con una pared gruesa segun se ha definido anteriormente. Con este soporte rfgido, el elemento neumatico 8 aplica una presi6n normal uniforme a traves del revestimiento de multicapa 6 de la pared delgada y ajusta adaptativamente la superficie de pared delgada con efectos de amortiguaci6n dinamica.

Dicha amortiguaci6n adaptativa incluye a la vez la amortiguaci6n dinamica aplicada por el material de polfmero o de elast6mero de dicho revestimiento 6 de la pared delgada, y la energfa absorbida por la cavidad de amortiguaci6n del elemento neumatico 8. Se explora a continuaci6n la validaci6n de este efecto de amortiguaci6n adaptativo haciendo referencia a las Figuras 5 a la 8.

La Figura 5 muestra un conjunto de Funci6n de Respuesta de Frecuencia (FRF) del componente cilfndrico de pared delgada 10 mostrado en la Figura 1, medida con excitaci6n de vibraci6n y sin que tenga aplicado ningun dispositivo. En la expresi6n logarftmica de la curva superior, se observa una congesti6n obvia de modos de vibraci6n 13, identificados en la curva como un grupo de picos congestionados, alrededor de los 1000 Hz de frecuencia. En la expresi6n lineal de la curva inferior, se observan amplitudes de vibraci6n menos amortiguadas irregulares y reverberantes 14 (Hmax1 = 2,43 g/N, en este caso) dentro del mismo margen de frecuencias. Estas son caracterfsticas dinamicas tfpicas de componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada, segun han sido definidos.

La Figura 6 muestra un conjunto de Funci6n de Respuesta de Frecuencia (FRF) del arbol de pared gruesa 5 mostrado en la Figura 1, medida con excitaci6n de vibraci6n. En la expresi6n logarftmica de la curva superior, existe una escasez obvia de modos de vibraci6n 15, identificados como picos distribuidos con escasez numerable en la curva, alrededor de los 1000 Hz de frecuencia. En la expresi6n lineal de la curva inferior, se observan amplitudes de vibraci6n regulares y pequenas 16 (Hmax2 = 0,12 g/N, que representan una elevada rigidez en este caso) alrededor

del mismo margen de frecuencias. Estas son caracterfsticas tfpicas dinamicas de componentes de pared gruesa, segun han sido definidos.

La Figura 7 muestra un conjunto de Funci6n de Respuesta de Frecuencia (FRF) del mismo componente cilfndrico de pared delgada 10 mostrado en la Figura 1, medida con excitaci6n de vibraci6n, pero en el que esta aplicado el dispositivo adaptativo 100 del invento presente, con presi6n de inflado de 2,0 Bar. En la expresi6n logarftmica de la curva superior, se observa una escasez irregular pero obvia de modos de vibraci6n 17, identificados como picos de la curva distribuidos con escasez numerable, alrededor de los 1000 Hz de frecuencia. En la expresi6n lineal de la curva inferior, se observan amplitudes de vibraci6n irregulares pero fuertemente amortiguadas 18 (Hmax3 = 0,91 g/N, en este caso) alrededor del mismo margen de frecuencias.

La Relaci6n Vibraci6n-Amplitud entre el componente de pared delgada 10 con el dispositivo mostradoen la Figura 7, y sin el dispositivo mostrado en la Figura 5 es identificada como: RH = Hmax3 / Hmax1 = 2,67. Como criterio de validaci6n, la Relaci6n Vibraci6n-Amplitud debe ser del orden de RH ; 2,5, para todos los componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada con el dispositivo aplicado, segun han sido definidos.

La Figura 8 muestra un conjunto de resultados de ensayos de carga estatica respectivamente del mismo componente cilfndrico de pared delgada 10 con un dispositivo adaptativo aplicado, como se muestra en la Figura 1. Estos resultados estan referidos a camaras neumaticas 8 infladas con presiones de 0,0, 1,0, y 2,0 Bar. Aplicando un punto de carga circular F arriba y abajo en la superficie externa alrededor de la secci6n media del componente cilfndrico 10 (dentro de su lfmite de flexi6n) y midiendo la deflexi6n estatica X en el mismo punto, se identifica un conjunto de rigidez de soporte media a la pared delgada, como,

F

19: K1=l = 155,36 kN / mm, X

F

20: K2=l = 360,38 kN / mm, X

y

F

21: K3=l = 523,20 kN / mm, X

correspondientes a las presiones de inflado 0,0 1,0 y 2,0 Bar respectivas. Un aumento de la relaci6n de Soporte-K3 Rigidez desde una etapa de transici6n K4=--=2,32 hasta una etapa estable (identificada con el bucle K1 K3 histeretico 22, como se expone a continuaci6n) K4=--= 3,43, demuestra la efectividad del dispositivo adaptativo K1

para soportar el componente de pared delgada 10. Como un criterio de validaci6n, la Relaci6n de Soporte-Rigidez debe ser del orden de Kd ; 3,0, para todos los componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada con el dispositivo aplicado, segun se ha definido.

Tambien, de la Figura 8, con la presi6n de inflado aumentada de 0,0, 1,0 hasta 2,0 Bar, se identifica gradualmente un bucle histeretico de forma elfptica 22. Dividiendo la superficie Ad del recinto elfptico identificado 22 por la energfa potencial maxima Ud calculada a partir de 21: K3, el efecto de amortiguaci6n adaptativo del dispositivo

Ad se identifica como el Coeficiente de Perdida: 22: Cd=---=0,18. El Coeficiente de Perdida Cdes una medida

2n U4 general para efectos de amortiguaci6n complicados de estructuras o materiales de ingenierfa, estadfstica, para estructura metalica de pared delgada general, Cd : 0,001, y para estructura metalica de pared delgada con capa amortiguadora de polfmero o elast6mero adherida, 0,01 : Cd : 0,1. Como un criterio de validaci6n de la efectividad del dispositivo adaptativo relacionado con este invento, el Coeficiente de Perdida debe ser del orden de Cd ; 0,1, para todos los componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada con el dispositivo aplicado, segun se ha definido.

Mas que un dispositivo individual, este invento presenta un diseno de dispositivo adaptativo destinado a componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada, con el objeto de permitir que sean mecanizados con rigidez

E08718606 14-11-2011

de soporte y estabilidad dinamica suficientes, para mantener la precisi6n de mecanizaci6n y el acabado superficial dentro de un estandar de ingenierfa aceptable.

Se concluye a continuaci6n con un procedimiento de diseno y validaci6n del dispositivo adaptativo para diferentes componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada 10 de diferentes tamanos, segun se ha definido en el invento:

(1): Confirmaci6n de los componentes de pared delgada 10 y de pared gruesa 5.

a)Mediante dimensiones geometricas: Segun han sido definidos. b)Mediante caracterfsticas dinamicas: Segun han sido definidos, veanse las Figuras 5 y 6.

(2): Validaci6n de estabilidad dinamica y amortiguaci6n adaptativa de componentes de pared delgada 10, con dispositivo adaptativo aplicado.

a)Mediante caracterfsticas dinamicas: Veanse las Figuras 5 y 7. Se regula la presi6n de inflado de los elementos neumaticos 8 dentro de un margen de trabajo seguro de 4,0 Bar, se realiza a continuaci6n un ensayo conjunto FRF con excitaci6n de vibraci6n como se muestra en las Figuras 5 y 7. Como un criterio de validaci6n de la estabilidad dinamica y de los efectos de amortiguaci6n adaptativa, la Relaci6n Vibraci6n-Amplitud debe ser del orden de RH ; 2,5 y debe observarse una escasez obvia de modos de vibraci6n 17 alrededor de los 1000 Hz de frecuencia, para todos los componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada con el dispositivo aplicado, Segun han sido definidos.

b)Mediante ensayos de carga estaticos: Vease la Figura 8. Tambien como un criterio de validaci6n de los efectos de amortiguaci6n adaptativos, debe observarse un bucle histeretico de forma elfptica 22 en el ensayo de carga estatica mostrado en la Figura 8, y el Coeficiente de Perdida identificada debe ser del orden de Cd ; 0,1, para todos los componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada con el dispositivo aplicado, Segun han sido definidos.

(3) Validaci6n de la rigidez del soporte adaptativo: Vease la Figura 8. Se regula la presi6n de inflado de los elementos neumaticos 8 dentro de un margen de trabajo seguro de 4,0 Bar, se realiza a continuaci6n un ensayo de carga estatica como se muestra en la Figura 8. Como un criterio de validaci6n de la rigidez del soporte adaptativo, la Relaci6n de Soporte-Rigidez debe ser del orden de Kd ; 3,0, para todos los componentes de cubierta/cilfndricos de pared delgada con el dispositivo aplicado, Segun han sido definidos.

Aunque descrito anteriormente con relaci6n a componentes de pared delgada, el dispositivo del invento presente no esta limitado a ellos, sino que puede ser aplicado ventajosamente a componentes de pared gruesa. El dispositivo no es solamente adaptativo a los tamanos del componente que puede acomodar, sino que tambien su caracterfstica de amortiguaci6n de vibraci6n es adaptativa merced a la presi6n neumatica.

A lo largo de la descripci6n y reivindicaciones de esta memoria, las palabras "comprende" y "contiene" y variaciones de estas palabras, por ejemplo, "comprendiendo" y "comprende", significan "incluir pero no estando limitado a ", y no se pretende excluir (y no se excluyen) otras mitades, aditivos, componentes, fntegros o pasos.

A lo largo de la descripci6n y de las reivindicaciones de esta especificaci6n, el singular incluye al plural a menos que en el contexto se especifique otra cosa. En particular, cuando se usa el artfculo indefinido, debe entenderse que la memoria contempla la pluralidad asf como la singularidad, a menos que en el contexto se especifique otra cosa.

Debe entenderse que las cualidades, enteros, caracterfsticas, compuestos, mitades qufmicas o grupos descritos junto con un aspecto particular, realizaci6n o ejemplo del invento son aplicables a cualquier otro aspecto, realizaci6n

o ejemplo como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Todas las caracterfsticas descritas en esta memoria (incluyendo cualquier reivindicaci6n, expresi6n y dibujos que la acompanan), y/o todos los pasos de cualquier metodo o procedimiento asf descrito, pueden ser combinados con cualquier combinaci6n, segun se define en las reivindicaciones adjuntas.

Cada caracterfstica descrita en esta memoria (incluyendo cualquier reivindicaci6n, expresi6n dibujos y resultados de ensayos que la acompanan), puede ser sustituida por caracterfsticas alternativas con el mismo, equivalente o similar prop6sito, como se define en las reivindicaciones que se adjuntan. Asf, a menos que se especifique expresamente otra cosa, cada caracterfstica descrita es un ejemplo solamente de una serie generica de caracterfsticas equivalentes o similares segun se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Un dispositivo (100) para fijar componentes de cubierta o cilfndricos de pared delgada (10) que tiene una pared delgada para ser mecanizada, el dispositivo comprende: una base gruesa o muy gruesa (1), una columna gruesa o muy gruesa (5) fijada a la base (1) y un elemento de presi6n (8) dispuesto en la base (1) entre la columna (5) y, cuando esta en uso, el componente (10) y un revestimiento desechable (6, 7) adaptado a ajustarse entre el elemento de presi6n (8) y el componente (10); que se caracteriza porque el dispositivo (100) es adaptativo, y porque el elemento de presi6n (8) es una camara sin fin que es inflable neumaticamente y capaz de ser inflada hasta cinco veces su diametro en vacfo, y que la base (1) tiene unos primeros medios de situaci6n (3, 4) para situar y aprisionar un extremo del componente a la base (1).
2.

Un dispositivo como se reivindica en la reivindicaci6n 1, en el que el dispositivo comprende ademas una tapa de pared gruesa o muy gruesa (12) para ser fijada a la columna y que tiene unos segundos medios de situaci6n para situar el otro extremo del componente (10); y/o en el que dichos medios de situaci6n comprenden pasadores de posicionamiento (3) y mordazas (4) para el componente de pared delgada.
3.

Un dispositivo como se reivindica en la reivindicaci6n 1 6 2, en el que dicho revestimiento (6) tiene un espesor total entre 10 mm y 20 mm, por lo que los movimientos de la herramienta de penetraci6n a traves de los componentes de cubierta/cilfndricos durante una operaci6n de mecanizaci6n no penetran el elemento de presi6n; y/o en el que el revestimiento (6) es un material de polfmero/elast6mero de multicapa, estando las capas adheridas o unidas entre sf de otra manera; y/o al que se le proporcionan mejoras regionales (7) al revestimiento en zonas en las que se van a situar aberturas menores del componente, comprendiendo dichas mejoras laminas de nylon onduladas insertadas dentro de una capa exterior del revestimiento (6), contra la pared delgada a ser mecanizada; y/o en el que dicho revestimiento desechable

(6) comprende una lamina rectangular de nylon ondulada de una forma tubular y aplicada dentro del componente por fuera del elemento de presi6n.
4.

Un dispositivo como se reivindica en la reivindicaci6n 3, en el que hay entre 4 y 7 laminas de material de dicho revestimiento (7).
5.

Un dispositivo como se reivindica en la reivindicaci6n 1, en el que dicho elemento de presi6n (8) es inflado neumaticamente a una presi6n de inflado de hasta 4 Bar.
6.

Un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicaci6n precedente para montar en dicho componente, cuyo componente comprende uno de una cubierta de cohete (10'',10''') o de un motor de reacci6n de avi6n (10, 10').
7.

Un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicaci6n precedente, en el que dicha columna de soporte (5'', 5''') es hueca.
8.

Un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicaci6n precedente, en el que dicho elemento de presi6n comprende una camara interior de rueda de vehfculo, en la que preferentemente una valvula de inflado (9'', 9''') de la camara sobresale a traves de una abertura dispuesta con este objeto en la columna.
9.

Un dispositivo como se reivindica en la reivindicaci6n 8, en el que dos o mas de dichas camaras son empleadas una encima de otra.
10.

Un metodo para validar un dispositivo como se reivindica en cualquier reivindicaci6n precedente, en el que: la presi6n de inflado del elemento de presi6n es regulada dentro de un margen de hasta 4 Bar; se realiza un ensayo de conjunto de FRF con excitaci6n de vibraci6n; y la Relaci6n Vibraci6n-Amplitud ser del orden de RH ≥ 2,5, con una escasez obvia observada de modos de vibraci6n alrededor de los 1000 Hz de frecuencia.
11.

Un metodo como se reivindica en la reivindicaci6n 10, en el que dicho procedimiento de validaci6n comprende ademas un ensayo de carga estatico en el que se observa un bucle histeretico de forma elfptica y el Coeficiente de Perdida identificado es del orden de Cd ≥ 0,1.
12.

Un metodo como se reivindica en la reivindicaci6n 10 6 la 11, en el que dicho procedimiento de validaci6n comprende ademas un ensayo de carga estatico en el que la Relaci6n Soporte-Rigidez es del orden de Kd ≥ 3,0.
13.

Una combinaci6n de un dispositivo como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, y un componente de cubierta o cilfndrico de pared delgada asegurado al dispositivo.
14.

Una combinaci6n como se reivindica en la reivindicaci6n 13, en la que el componente es una cubierta de motor de reacci6n de avi6n o un cono de morro de cohete.