ES2832876T3

ES2832876T3 - Mechanically Operated Direct Extrusion Press

Info

Publication number: ES2832876T3
Application number: ES18199519T
Authority: ES
Inventors: Davide Turla; Raffaele Tomelleri; Angelo Alberti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2038-10-10
Also published as: IT201700115300A1; EP3470146B1; US20190111460A1; EP3470146A1

Abstract

Una prensa de extrusión (1) de un tocho de metal, que comprende una matriz (3), un punzón (2) capaz de empujar el tocho a través de la matriz (3) y un recipiente (4) del tocho aguas arriba de la matriz (3), caracterizada por que comprende un tornillo (5) con el que se integra el punzón (2), capaz de acoplarse a una tuerca (6) incluida en la prensa de extrusión (1), al menos un motor eléctrico (7) que acciona el movimiento recíproco del tornillo (5) y la tuerca (6) provocando así la traslación del punzón (2) en la dirección de extrusión.An extrusion press (1) for a metal billet, comprising a die (3), a punch (2) capable of pushing the billet through the die (3) and a billet container (4) upstream of the matrix (3), characterized in that it comprises a screw (5) with which the punch (2) is integrated, capable of being coupled to a nut (6) included in the extrusion press (1), at least one electric motor (7) that actuates the reciprocal movement of the screw (5) and the nut (6) thus causing the translation of the punch (2) in the extrusion direction.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Prensa de extrusión directa operada mecánicamenteMechanically Operated Direct Extrusion Press

La presente invención se refiere a una prensa de extrusión directa operada mecánicamente para materiales metálicos, con un punzón de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 (véase, por ejemplo, el documento US 2012/244239 A1).The present invention relates to a mechanically operated direct extrusion press for metallic materials, with a punch according to the preamble of claim 1 (see, for example, US 2012/244239 A1).

Las prensas de extrusión capaces de producir productos metálicos extruidos comprenden normalmente un punzón capaz de presionar un tocho de metal en una matriz.Extrusion presses capable of producing extruded metal products typically comprise a punch capable of pressing a metal billet into a die.

Dicho punzón está integrado con un cilindro, cuya traslación se produce al presurizar un fluido hidráulico.Said punch is integrated with a cylinder, the translation of which occurs when a hydraulic fluid is pressurized.

El cilindro es un cilindro de efecto simple y consiste en un pistón y un manguito. La introducción de fluido a presión en la parte trasera del manguito provoca el avance del pistón y por tanto del punzón, que presiona el tocho en la matriz. The cylinder is a single-acting cylinder and consists of a piston and a sleeve. The introduction of fluid under pressure in the rear part of the sleeve causes the advance of the piston and therefore of the punch, which presses the billet in the die.

El fluido es presurizado por bombas hidráulicas y una vez introducido en la cámara del manguito, dicha presión se convierte en fuerza.The fluid is pressurized by hydraulic pumps and once it is introduced into the sleeve chamber, this pressure is converted into force.

De forma desfavorable, un sistema hidráulico provoca una serie de problemas debido a la complejidad del sistema, incluyendo los problemas clásicos de todas las máquinas hidráulicas, como el problema de fugas que afectan al fluido hidráulico, la sustitución periódica del mismo, la recuperación y eliminación del mismo, así como la mayor mano de obra de mantenimiento necesaria para mantener la eficacia de un sistema hidráulico complejo en el que el montaje de válvulas, válvulas de solenoide, filtros de fluidos, filtros de aire, tuberías, tableros proporcionales, etc. requiere una mayor experiencia en mantenimiento. Teniendo en cuenta que la presión máxima requerida para generar la fuerza de extrusión normalmente varía de 25 a 30 MPa, el circuito hidráulico es susceptible a tensiones de ciclos continuos inducidos por aumentos y disminuciones cíclicas de la presión hidráulica. Adicionalmente, también existe el problema de la inflamabilidad del fluido, porque la combustión espontánea se dispara si entra en contacto con el metal caliente (que generalmente se encuentra a 500 °C). En un caso de este tipo, ciertos usuarios pueden usar líquido de inflamabilidad retardada.Unfavorably, a hydraulic system causes a series of problems due to the complexity of the system, including the classic problems of all hydraulic machines, such as the problem of leaks affecting the hydraulic fluid, its periodic replacement, recovery and disposal. of the same, as well as the increased maintenance labor required to maintain the efficiency of a complex hydraulic system in which the assembly of valves, solenoid valves, fluid filters, air filters, pipes, proportional panels, etc. requires more experience in maintenance. Considering that the maximum pressure required to generate the extrusion force normally ranges from 25 to 30 MPa, the hydraulic circuit is susceptible to continuous cycling stresses induced by cyclical increases and decreases in hydraulic pressure. Additionally, there is also the problem of the flammability of the fluid, because spontaneous combustion triggers if it comes into contact with hot metal (which is generally at 500 ° C). In such a case, certain users may use retarded flammability liquid.

El documento US-2015/0040635 describe un sistema híbrido que combina un sistema hidráulico como el descrito anteriormente, con un sistema eléctrico con motores eléctricos que operan piñones que acoplan cremalleras que ayudan a la traslación del cilindro pero que no son capaces de generar toda la fuerza necesaria para realizar la deformación plástica del metal, es decir, la extrusión. Puesto que esta solución consiste en un sistema dual o híbrido, es doblemente complejo, y en cualquier caso el problema de la circulación del fluido, el enfriamiento del mismo, el filtrado y reposición periódica del mismo por su deterioro permanece, con todas las operaciones de mantenimiento programadas y correctivas asociadas y costosas. En esta solución, la fuerza principal generada para la extrusión es creada por bombas que presurizan un fluido hidráulico.Document US-2015/0040635 describes a hybrid system that combines a hydraulic system as described above, with an electrical system with electric motors that operate pinions that couple racks that help the translation of the cylinder but are not capable of generating all the power. force necessary to carry out the plastic deformation of the metal, that is, extrusion. Since this solution consists of a dual or hybrid system, it is doubly complex, and in any case the problem of fluid circulation, cooling, filtering and periodic replacement of it due to its deterioration remains, with all the operations of costly and associated corrective and scheduled maintenance. In this solution, the main force generated for extrusion is created by pumps that pressurize a hydraulic fluid.

El documento WO-2016056276 muestra una prensa de extrusión accionada eléctricamente por tambores alrededor de los que se enrollan cables. Un cabezal transversal integrado con el punzón de extrusión se mueve mediante una polea. Los motores eléctricos provocan el enrollado/desenrollado de los cables. El uso de cables y tambores grandes da como resultado un volumen significativo, además del desgaste al que están sometidos dichos componentes. Además, puesto que los cables son susceptibles de torsión y extensión natural (elasticidad del metal) de los mismos, no permiten una precisión de posicionamiento bajo carga que también puede llegar a 50MN de fuerza. Además, cuanto más se mueve el punzón hacia la matriz, menor será la fuerza resultante de este sistema, hasta llegar a cero. Ésta es una limitación difícil de superar. Esta aplicación es aplicable solo a prensas que tienen una fuerza de extrusión limitada debido al aumento de las fuerzas involucradas.Document WO 2016056276 shows an extrusion press electrically driven by drums around which cables are wound. A crosshead integrated with the extrusion punch is driven by a pulley. Electric motors cause the cables to wind / unwind. The use of large cables and drums results in significant bulk, in addition to the wear and tear on those components. Furthermore, since cables are susceptible to twisting and natural extension (metal elasticity), they do not allow a positioning precision under load that can also reach 50MN of force. Furthermore, the more the punch moves towards the die, the lower the resulting force of this system will be, until it reaches zero. This is a difficult limitation to overcome. This application is applicable only to presses that have limited extrusion force due to increased forces involved.

El documento JP-2016043370 incluye también el uso de tambores y cables para empujar el punzón. Dichos cables se fijan en un extremo a un cuerpo con el que está integrado el cilindro que soporta el punzón. Por lo tanto, dichos cables alimentan el punzón hacia la matriz. Como en el documento mencionado anteriormente, la patente japonesa sugiere también el uso de cables como medio de empuje, es decir, elementos sometidos a desgaste, que son engorrosos y con un empuje poco controlable.JP-2016043370 also includes the use of drums and cables to push the punch. Said cables are fixed at one end to a body with which the cylinder that supports the punch is integrated. Therefore, said cables feed the punch towards the die. As in the aforementioned document, the Japanese patent also suggests the use of cables as a means of thrust, that is, elements subject to wear, which are cumbersome and with little controllable thrust.

Vale la pena señalar que la fuerza requerida para la extrusión per se (la fuerza por la que se produce la deformación plástica del tocho, es decir, la extrusión) se genera siempre, incluso en los sistemas híbridos descritos, por la presurización del fluido y nunca por los motores eléctricos conectados directamente al punzón. La parte operada mecánica/eléctricamente está diseñada para cumplir funciones auxiliares únicamente, nunca la principal, es decir, la fuerza de extrusión.It is worth noting that the force required for extrusion per se (the force by which the plastic deformation of the billet occurs, that is, extrusion) is always generated, even in the hybrid systems described, by the pressurization of the fluid and never by electric motors directly connected to the punch. The mechanically / electrically operated part is designed to fulfill auxiliary functions only, never the main one, ie extrusion force.

El objetivo de la presente invención es proporcionar una prensa de extrusión en la que la fuerza de extrusión se genere únicamente por medios mecánicos, sin la interposición de medios hidráulicos presurizados.The aim of the present invention is to provide an extrusion press in which the extrusion force is generated solely by mechanical means, without the interposition of pressurized hydraulic means.

Otro objetivo de la presente invención es asegurar, por dichos medios mecánicos, al menos el mismo empuje que los sistemas conocidos, con menores gastos de mantenimiento y de consumo energético.Another objective of the present invention is to ensure, by said mechanical means, at least the same thrust as the known systems, with lower maintenance costs and energy consumption.

Otro objetivo adicional es que dichos medios mecánicos estén ligeramente o no sometidos a desgaste para limitar las paradas inesperadas de producción y las pérdidas subsiguientes debidas a paradas de producción.Still another objective is that said mechanical means are slightly or not subjected to wear to limit unexpected production stops and subsequent losses due to production stoppages.

De acuerdo con la invención, dichos y otros objetivos se consiguen mediante una prensa de extrusión como se define en la reivindicación 1.According to the invention, said and other objects are achieved by an extrusion press as defined in claim 1.

Ventajosamente, el empuje del punzón es causado por uno o más motores eléctricos directamente conectados mecánicamente al punzón por un sistema de tornillo-tuerca, sin la ayuda de cilindros ni/o pistones hidráulicos que generen por sí mismos la fuerza de extrusión requerida.Advantageously, the thrust of the punch is caused by one or more electric motors directly mechanically connected to the punch by a screw-nut system, without the aid of hydraulic cylinders and / or pistons that generate the required extrusion force by themselves.

El sistema de extrusión de tornillo-tuerca permite reducir los costes de energía.The screw-nut extrusion system reduces energy costs.

Estas y otras características de la presente invención se harán más evidentes gracias a la descripción detallada de un ejemplo de realización práctico del mismo, mostradas a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los que:These and other characteristics of the present invention will become more evident thanks to the detailed description of a practical embodiment thereof, shown by way of non-limiting example in the attached drawings, in which:

la Figura 1 muestra una vista lateral parcialmente en sección transversal de una prensa de extrusión de acuerdo con la presente invención;Figure 1 shows a partially cross-sectional side view of an extrusion press according to the present invention;

la Figura 2 muestra una vista en sección tomada a lo largo de la línea II-II en la Figura 1;Figure 2 shows a sectional view taken along the line II-II in Figure 1;

la Figura 3 muestra un bloque de la vista en sección de la Figura 2;Figure 3 shows a block of the sectional view of Figure 2;

la Figura 4 muestra un cuerpo de la vista en sección de la Figura 2;Figure 4 shows a body of the sectional view of Figure 2;

La Figura 5 muestra un cilindro de la vista en sección de la Figura 2.Figure 5 shows a cylinder from the sectional view of Figure 2.

Una prensa de extrusión 1 capaz de transformar un perfil de tocho de metal mediante deformación plástica (extrusión) comprende un punzón 2 capaz de empujar el tocho a través de una matriz 3.An extrusion press 1 capable of transforming a metal billet profile by plastic deformation (extrusion) comprises a punch 2 capable of pushing the billet through a die 3.

El tocho está soportado y guiado por un recipiente 4 que limita la expansión del mismo durante el empuje a través de la matriz y se coloca entre el punzón y la matriz y guía el tocho hacia la matriz.The billet is supported and guided by a container 4 which limits its expansion during the thrust through the die and is positioned between the punch and the die and guides the billet towards the die.

El punzón 2 está integrado con un tornillo 5 (véase el círculo A en la Figura 1 en el que la rosca del tornillo 5 está representada a escala ampliada).The punch 2 is integrated with a screw 5 (see circle A in Figure 1 in which the thread of the screw 5 is shown on an enlarged scale).

El tornillo 5 se acopla a una tuerca 6 que sustancialmente es un cuerpo de forma anular con una superficie interior roscada.Screw 5 engages a nut 6 which is substantially an annular shaped body with a threaded inner surface.

Dicha tuerca 6 se acciona para girar alrededor de un eje E del tornillo 5 mediante uno o más motores eléctricos conectados mecánicamente a la misma. La Figura 1 representa un motor eléctrico de forma anular 7 individual. Dicho motor eléctrico 7 comprende un rotor 71 integrado con la tuerca 6 y un estator 72 integrado con una base 8 por un bloque 9.Said nut 6 is driven to rotate about an axis E of the screw 5 by one or more electric motors mechanically connected thereto. Figure 1 depicts a single ring-shaped electric motor 7. Said electric motor 7 comprises a rotor 71 integrated with the nut 6 and a stator 72 integrated with a base 8 by a block 9.

La tuerca 6 incluye una superficie exterior cilíndrica 64 capaz de deslizarse sobre una superficie interior cilíndrica 91 de una cavidad cilíndrica 93 del bloque 9.Nut 6 includes a cylindrical outer surface 64 capable of sliding over a cylindrical inner surface 91 of a cylindrical cavity 93 of block 9.

Se proporciona un intersticio 94 entre dicha superficie exterior cilíndrica 64 y dicha superficie interior cilíndrica 91, que es capaz de alojar fluido lubricante para facilitar el deslizamiento del cuerpo 6 en el bloque 9.A gap 94 is provided between said cylindrical outer surface 64 and said cylindrical inner surface 91, which is capable of accommodating lubricating fluid to facilitate sliding of body 6 in block 9.

El cuerpo 6 comprende además una porción anular 65 (Figura 1) que se apoya contra el bloque 9, como una porción del rotor 71, bloqueando así axialmente el cuerpo 6.The body 6 further comprises an annular portion 65 (Figure 1) that bears against the block 9, like a portion of the rotor 71, thus axially locking the body 6.

La prensa de extrusión 1 comprende además una cizalla 10 capaz de separar la porción de extremo no extruida del tocho (referida como desecho) después de la extrusión, como se describe en la solicitud de patente internacional WO2017103828, por ejemplo.Extrusion press 1 further comprises a shear 10 capable of separating the non-extruded end portion of the billet (referred to as waste) after extrusion, as described in international patent application WO2017103828, for example.

Una barra cilíndrica 11 conecta el recipiente 4 del tocho con el bloque 9. Una conexión de este tipo se realiza mediante un tornillo y una tuerca y se opera eléctricamente. La función tornillo-tuerca accionada eléctricamente tiene como objetivo mover el recipiente de tocho 4 a lo largo del eje E.A cylindrical rod 11 connects the billet container 4 with the block 9. Such a connection is made by means of a screw and a nut and is operated electrically. The electrically actuated screw-nut function aims to move the billet container 4 along the E axis.

Además, la prensa de extrusión 1 comprende preferentemente, pero no necesariamente, una unidad de lubricación capaz de insertar fluido lubricante entre el tornillo 5 y la tuerca 6 con el fin de limitar la fricción y, por tanto, el gasto de energía del motor eléctrico 7.Furthermore, the extrusion press 1 preferably, but not necessarily, comprises a lubrication unit capable of inserting lubricating fluid between the screw 5 and the nut 6 in order to limit friction and, therefore, the energy expenditure of the electric motor. 7.

En cuanto a la operación, el motor 7 hace girar la tuerca 6, lo que permite la traslación del tornillo 5 a lo largo del eje E debido al acoplamiento del mismo. Regarding the operation, the motor 7 rotates the nut 6, which allows the translation of the screw 5 along the axis E due to its coupling.

Durante la extrusión, la tuerca 6 gira para provocar el desplazamiento del tomillo 5 y, por lo tanto, del punzón 2, hacia el recipiente 4 en el que se aloja el tocho (a la derecha, al observar la Figura 1).During extrusion, the nut 6 rotates to cause the displacement of the thyme 5 and, therefore, of the punch 2, towards the container 4 in which the billet is housed (on the right, when looking at Figure 1).

Una vez en contacto con el tocho, el punzón 2 empuja el tocho a través de la matriz 3, provocando así la deformación extruida, plástica del mismo, es decir, generando un elemento perfilado.Once in contact with the billet, the punch 2 pushes the billet through the die 3, thus causing the extruded, plastic deformation of the same, that is, generating a profiled element.

Una vez que se ha completado la extrusión, el motor 7 invierte el giro de la tuerca 6, haciendo que el tornillo 5, y por tanto, el punzón 2, se retraigan, volviendo así a una configuración como la que se muestra en la Figura 1.Once the extrusion is complete, the motor 7 reverses the rotation of the nut 6, causing the screw 5, and therefore the punch 2, to retract, thus returning to a configuration like the one shown in Figure 1.

Ventajosamente, el empuje del punzón 2 es provocado por un motor eléctrico que convierte directamente el par de accionamiento del mismo en fuerza axial mediante medios de transmisión de movimiento de tornillo-tuerca sin la ayuda de medios hidráulicos, es decir, la posible presurización de los medios hidráulicos no genera ninguna fuerza que contribuya a la fuerza de extrusión requerida.Advantageously, the thrust of the punch 2 is caused by an electric motor that directly converts the drive torque thereof into axial force by means of transmission of screw-nut movement without the aid of hydraulic means, that is, the possible pressurization of the Hydraulic media does not generate any force that contributes to the required extrusion force.

Preferentemente, hay entre 40 y 60, incluso más preferentemente 50 roscas acopladas en el acoplamiento del tornillo 5 y la tuerca 6.Preferably, there are between 40 and 60, even more preferably 50 threads engaged in the engagement of screw 5 and nut 6.

Preferentemente, la superficie acoplada en dicho acoplamiento es entre 1 m2 y 1,5 m2, incluso más preferentemente aproximadamente 1,38 m2.Preferably, the area engaged in said coupling is between 1 m2 and 1.5 m2, even more preferably about 1.38 m2.

Los tamaños antes mencionados provocan una carga específica que oscila entre 1 y 1,5 kg por milímetro cuadrado, preferentemente de 1,3 kg por milímetro cuadrado.The aforementioned sizes cause a specific load ranging from 1 to 1.5 kg per square millimeter, preferably 1.3 kg per square millimeter.

La velocidad máxima de alimentación del cilindro 5 es preferentemente entre 25 y 35 mm/segundo, preferentemente 30 mm/segundo, con una velocidad de giro preferentemente entre 25 y 35 revoluciones por minuto, preferentemente 27 revoluciones por minuto correspondientes a 0,45 revoluciones por segundo.The maximum feed speed of the cylinder 5 is preferably between 25 and 35 mm / second, preferably 30 mm / second, with a rotational speed preferably between 25 and 35 revolutions per minute, preferably 27 revolutions per minute corresponding to 0.45 revolutions per second.

La velocidad de retorno del cilindro obviamente es mayor (sin carga), preferentemente entre 550 y 650 mm/segundo, preferentemente 600 mm/segundo, con una velocidad de giro preferentemente entre 800 y 1000 revoluciones por minuto, preferentemente 900 revoluciones por minuto correspondientes a 15 revoluciones por segundo.The return speed of the cylinder is obviously higher (without load), preferably between 550 and 650 mm / second, preferably 600 mm / second, with a rotational speed preferably between 800 and 1000 revolutions per minute, preferably 900 revolutions per minute corresponding to 15 revolutions per second.

Como alternativa, en lugar del motor 7, puede haber una corona dentada a la que se acoplan dos o más motores planetarios, cuya finalidad es el giro de dicha corona directamente fijada a la tuerca 6.As an alternative, instead of the motor 7, there may be a ring gear to which two or more planetary motors are coupled, the purpose of which is to rotate said ring gear directly attached to the nut 6.

Ventajosamente, el sistema de extrusión de tornillo-tuerca permite un volumen reducido de la prensa, mayor limpieza, menores costos de mantenimiento y menores costos de energía.Advantageously, the screw-nut extrusion system allows a reduced volume of the press, greater cleaning, lower maintenance costs and lower energy costs.

El empuje generado por este sistema mecánico es suficiente para la extrusión de cualquier material metálico sin la interposición de un fluido comprimido ni de los complejos circuitos hidráulicos requeridos en su interior.The thrust generated by this mechanical system is sufficient for the extrusion of any metallic material without the interposition of a compressed fluid or the complex hydraulic circuits required in its interior.

Como alternativa, puede estar previsto que la tuerca 6 se traslade a lo largo del eje E con el punzón 2 integrado con la misma, y que el tornillo 5 gire, alimentando y empujando por tanto el punzón hacia delante, con el que está integrado. El mismo sistema de empuje de tornillo-tuerca descrito anteriormente es también aplicable con tornillos horizontales (por ejemplo, cuatro en número), a los que se acoplan las respectivas tuercas, que mueven una placa vertical con la que el punzón está integrado, a lo largo del eje E. Esto incluye la posibilidad de que las tuercas giren-se trasladen sobre los tornillos, o como alternativa, que los tornillos giren para alimentar las tuerca integradas con la placa vertical. As an alternative, provision may be made for the nut 6 to translate along the axis E with the punch 2 integrated therewith, and for the screw 5 to rotate, thus feeding and pushing the punch forward, with which it is integrated. The same screw-nut thrust system described above is also applicable with horizontal screws (for example, four in number), to which the respective nuts are attached, which move a vertical plate with which the punch is integrated, along along the E axis. This includes the ability for the nuts to rotate-translate over the bolts, or alternatively, for the bolts to rotate to feed the integrated nuts to the vertical plate.

Claims

1. An extrusion press (1) of a metal billet, comprising a die (3), a punch (2) capable of pushing the billet through the die (3) and a container (4) of the water billet above the matrix (3),

characterized in that it comprises a screw (5) with which the punch (2) is integrated, capable of coupling to a nut (6) included in the extrusion press (1), at least one electric motor (7) that drives the reciprocal movement of the screw (5) and the nut (6) thus causing the translation of the punch (2) in the extrusion direction.

2. An extrusion press (1) according to claim 1, characterized in that the nut (6) is driven to rotate around an axis (E) of the screw (5), corresponding to the translation direction of the screw itself (5), for said at least one electric motor (7).

3. An extrusion press (1) according to claim 1, characterized in that the nut (6) is fixed and the screw (5) is driven to rotate around an axis (E) of the screw (5), corresponding to the translation direction of the screw (5), at least by said at least one electric motor (7).

4. An extrusion press (1) according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality of horizontal screws (5) to which the respective nuts (6) are coupled, thus causing translation in the extrusion direction of a vertical plate with which the punch (2) is integrated.

An extrusion press (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a lubrication unit capable of introducing lubricating fluid between the screw (5) and the nut (6).

An extrusion press (1) according to claim 2, characterized in that said at least one electric motor (7) comprises a rotor (71) integrated with the nut (6), and a stator (72) integrated with a base (8).

7. An extrusion press (1) according to claim 2, characterized in that said at least one electric motor (7) comprises planetary motors capable of coupling to a crown integrated with the nut (6).

An extrusion press (1) according to claim 6 or claim 7, characterized in that it comprises a block (9) that provides a cylindrical inner surface (91) of a cylindrical cavity (93) on which it slides a cylindrical outer surface (64) of the nut (6).

An extrusion press (1) according to claim 8, characterized in that a gap (94) is provided between said cylindrical outer surface (64) and said cylindrical inner surface (91), capable of accommodating lubricating fluid to facilitate the sliding of the nut (6) in the block (9).