ES2962875T3 - Accionamiento por impacto para una herramienta de movimiento lineal y procedimiento para cortar un componente de chapa - Google Patents

Abstract

Accionamiento de choque 1 para una herramienta que se debe mover linealmente con las siguientes características: En una carcasa de estator 2 está dispuesto un rotor 4 que se puede mover linealmente, que presenta un extremo interior 5 dispuesto en la carcasa de estator 2 y que presenta un extremo libre 6 para una herramienta. En la carcasa del estator 2 está dispuesta una cámara de presión 13 llena de gas, en la cámara de presión 13 prevalece o puede generarse una sobrepresión p con respecto al entorno, que está dimensionada de tal manera que el rotor 4 se acelera a una velocidad de al menos 6 m/s en la distancia recorrida. En la carcasa del estator 2 está dispuesto un primer cojinete lineal 11, en el que está guiado linealmente el extremo interior 5 del rotor 4. A la carcasa del estator 2 está unida una carcasa guía 3, en la que está dispuesto un segundo cojinete lineal 12 a una distancia axial del primer cojinete lineal 11. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Accionamiento por impacto para una herramienta de movimiento lineal y procedimiento para cortar un componente de chapa

La invención se refiere a un accionamiento por impacto para una herramienta de movimiento lineal y a un procedimiento para cortar un componente de chapa.

El estampado, punzonado, perforación, corte o unión de objetos a partir de un sólido, de manera no térmica, se puede llevar a cabo impulsando con una gran velocidad un cuerpo móvil, en calidad de masa, contra un objeto estacionario con respecto a la masa o aproximadamente en reposo, de modo que durante el proceso de impacto casi inelástico la energía cinética de la masa en movimiento se transfiere prácticamente por completo al objeto golpeado. Los accionamientos utilizados para herramientas de impacto, conformado, corte, montaje o unión aceleran habitualmente una masa, por ejemplo un cuerpo de golpeo denominado martillo, perno percutor o pistón clavador, dotado de una superficie de percusión dura, que transmite el impulso cinético, a través del golpe, al cuerpo de la herramienta o del objeto a clavar, que asimismo presenta una superficie dura.

Para acelerar las masas que han de moverse se conocen por el estado de la técnica accionamientos hidráulicos, neumáticos, electromagnéticos, pirotécnicos o que aprovechan el efecto de una combustión interna. En el documento DE 102008 0009 09 A1 se describe un aparato de montaje que, para clavar elementos de fijación en una pieza de trabajo, utiliza la presión del gas que se expande en una cámara de combustión, que actúa sobre un pistón de clavadura, y que devuelve el pistón de clavadura a su posición inicial mediante la diferencia de presión entre las cámaras separadas del pistón de clavadura. El retorno de los fluidos descomprimidos o de los productos de reacción o gases de escape, por ejemplo por medio de una bomba, es costoso y requiere un pistón de doble efecto que separe dos cámaras cerradas.

El documento DE 102016 125510 B3 da a conocer un procedimiento para practicar una abertura en un componente metálico de chapa termoconformado y endurecido por presión, en el cual se practica una abertura con línea de corte cerrada o abierta mediante punzonado de alta velocidad con una velocidad de troquel superior a 6 m/s, sin un contrasoporte adaptado al contorno del troquel. La velocidad del troquel se puede lograr, por ejemplo, mediante un impulso magnético, con medios pirotécnicos o mediante tecnología de impulsos electromagnéticos.

El documento DE 10 2007 054 533 B3 da a conocer una punzonadora CNC en la cual la unidad de accionamiento está formada por un accionamiento directo lineal eléctrico, y donde está conectada adicionalmente una etapa de amplificación hidromecánica entre el cursor del accionamiento directo lineal eléctrico y la herramienta superior. Se combinan mutuamente dos mecanismos de accionamiento, actuando el cursor del accionamiento directo lineal eléctrico directamente sobre una corredera de control, que presenta aristas de control que cooperan para conformar una regulación secuencial hidráulica, con segundas aristas de control correspondientes conformadas en un orificio de guiado para el accionamiento del pistón.

El documento US 2013/0118766 A1 da a conocer una herramienta martilladora de accionamiento neumático, en la cual un cuerpo de martilleo está alojado en una carcasa y, bajo la influencia de aire comprimido, golpea repetidamente una herramienta alojada en la carcasa. Para amortiguar las vibraciones, están dispuestos en la carcasa elementos elásticos.

El documento US 2009/0326425 A1 da a conocer un dispositivo médico para tratar el cuerpo humano o animal empleando ondas de presión o de choque. Un cuerpo de martilleo se desplaza neumáticamente hacia adelante y hacia atrás dentro de una carcasa. El cuerpo de martilleo golpea una herramienta. Este proceso se repite a muy alta velocidad para que se creen las ondas de presión o de choque deseadas.

El documento US 5119667 A da a conocer un accionamiento por impacto según el preámbulo de la reivindicación 1, para una herramienta de movimiento lineal. En una carcasa de estátor está dispuesto un cursor linealmente móvil, que tiene un extremo interno que está dispuesto en la carcasa de estátor y que tiene un extremo libre para al acoplamiento a una herramienta. En la carcasa de estátor está dispuesta una cámara de presión llena de gas, donde en la cámara de presión reina o puede generarse una sobrepresión con respecto al entorno. En la carcasa de estátor está dispuesto un primer cojinete lineal, en el que está guiado linealmente el extremo interno del cursor. Está aneja a la carcasa de estátor una carcasa de guía, en la cual está dispuesto un segundo cojinete lineal, axialmente a distancia del primer cojinete lineal, y en la cual está guiado linealmente el extremo libre del cursor.

La invención se basa en la misión de exponer un accionamiento por impacto para una herramienta de movimiento lineal, que sea adecuado, con la construcción más compacta posible, para el uso en una máquina herramienta y que presente una elevada capacidad de rendimiento y densidad de potencia para un funcionamiento con reversión que se repite periódicamente.

Esta misión se logra con un accionamiento por impacto con las características de la reivindicación 1.

Las reivindicaciones dependientes se refieren a perfeccionamientos ventajosos de la invención.

Además, se expondrá un procedimiento mejorado para cortar un componente de chapa.

El accionamiento por impacto de acuerdo con la invención se basa en que en una carcasa de estátor está dispuesto un cursor linealmente móvil para el accionamiento por impacto.

El cursor tiene un extremo interno que está dispuesto en la carcasa de estátor, y un extremo libre para una herramienta. Este extremo sobresale del accionamiento por impacto, o respectivamente de la carcasa de estátor. En la carcasa de estátor está dispuesta una cámara de presión llena de gas. En la cámara de presión reina una sobrepresión con respecto al entorno. Al menos se puede generar la sobrepresión con respecto al entorno. La presión en la cámara de presión está dimensionada de manera que, debido a la presión acumulada, el cursor alcanza una velocidad de al menos 6 m/s durante su recorrido limitado. El cursor se mueve con reversión, hacia delante y hacia atrás, exclusivamente dentro del accionamiento por impacto. Para ello está dispuesto en la carcasa de estátor un primer cojinete lineal para guiar linealmente el extremo interno del cursor.

A la carcasa de estátor está aneja una carcasa de guía, en la que está dispuesto un segundo cojinete lineal, a distancia del primer cojinete lineal. También se puede denominar pistón al primer extremo, o extremo interno, del cursor móvil, que se encuentra junto a la cámara de presión. El segundo extremo libre es, por así decirlo, el vástago del pistón, o el émbolo, y forma el punto de acoplamiento con una herramienta adecuada.

La invención prevé que el primer cojinete lineal esté dispuesto en la carcasa de estátor. Un segundo cojinete lineal se encuentra a distancia del primer cojinete lineal, en concreto en una carcasa de guía que es aneja a la carcasa de estátor. Así, durante el movimiento de carrera del accionamiento por impacto ambos extremos del cursor linealmente móvil están guiados.

El accionamiento por impacto posee un acumulador de energía neumático prácticamente integrado. La energía de este acumulador de energía es transferida al cursor cuando el cursor queda libre. De este modo el cursor, que anteriormente se ha movido contra la cámara de presión y está retenido en la posición sometida a presión, acelera desde una posición final de reposo, o respectivamente primera posición final, hacia una segunda posición final. y mientras tanto toma energía cinética de la cámara de presión. La fuerza de impulso del accionamiento por impacto puede regularse neumáticamente. El accionamiento neumático, o acumulador de energía neumático, tiene una gran capacidad de rendimiento en relación con el espacio de instalación, y también es muy adecuado para el funcionamiento con reversión que se repite periódicamente. Un requisito previo para la reversión es que las masas movidas por el cursor sean puestas en estado de espera mediante la intervención de energía externa. La aceleración de la masa del cursor se produce de forma neumática durante el impacto.

Debido al acumulador de energía integrado, es necesario que el cursor pueda quedar bloqueado, por un dispositivo de retención, en una posición retraída y sometida a la presión. La posición retraída corresponde a la posición de espera. En esta posición de espera, la expansión de la cámara de presión se encuentra disminuida por el cursor móvil. Si se suelta el dispositivo de retención, el cursor linealmente móvil, impulsado por la presión del gas, sale rápidamente en dirección a la carcasa de guía. Cuando el cursor ha alcanzado su posición final y ya no puede moverse en dirección a la carcasa de guía, hay que hacer retornar el cursor para el siguiente uso. Para ello, el cursor está acoplado a un dispositivo de recuperación, para llevar el cursor desde una posición extendida a la posición de partida.

El accionamiento por impacto presupone una carcasa rígida al pandeo, resistente a la cizalladura y a la tracción, que delimita preferentemente una cavidad cilíndrica para la cámara de presión. En la cavidad puede estar insertado un cuerpo de obturación que permite llenar la cavidad con un gas o una mezcla gaseosa, e impide que el gas o la mezcla gaseosa se escapen de la cavidad. Para poder transmitir fuerza, el cursor también es rígido al pandeo.

El cursor, acelerado por la presión del gas hasta una velocidad de al menos 6 m/s, es frenado por el contacto con la pieza de trabajo, convirtiéndose en calor la energía cinética. Además, la carcasa de guía presenta un amortiguador de tope, al cual toca el cursor en su posición final. Cuando se suelta el dispositivo de retención, el cursor es acelerado en dirección a la carcasa de guía y es frenado por el contacto con la pieza de trabajo y por el amortiguador de tope. Preferiblemente, el segundo cojinete lineal está dispuesto coaxialmente vecino al cursor, cerca del amortiguador de tope. Para minimizar la pérdida de energía debida a la fricción, el cursor del accionamiento por impacto debe estar montado de forma que se pueda mover manera especialmente suave. Los dos cojinetes lineales procuran un apoyo del cursor con fricción particularmente baja. Los cojinetes lineales pueden estar conformados como copas de cojinete o como anillos de cojinete, hechos de un material permanentemente magnético, a base de un polímero parcialmente cristalino (p. ej. polioximetileno (POM), poliamida (PA) o sulfuro de polifenileno (PPS, por sus siglas en inglés)). Los componentes mencionados también pueden consistir en un metal revestido con un lubricante en seco, y/o en carbón. Para su protección contra el sobrecalentamiento debido al calor causado por la fricción, el cojinete lineal puede enfriarse mediante transmisión de calor a los componentes circundantes de la carcasa. También se puede ceder el calor al cursor o a un fluido caloportador mediante convección térmica. En particular, el primer y/o el segundo cojinetes lineales están refrigerados por líquido o por gas. Ya se consigue un cierto enfriamiento mediante el uso de un medio fluido de transferencia térmica, que puede ser un agente deslizante o lubricante. Sirven como medios de transferencia térmica un líquido con tensión superficial y viscosidad suficientemente bajas o un gas que se expande desde un almacenamiento de gas y barre el cojinete.

Dado que el cursor se acelera enormemente en una carrera corta y luego se desacelera desde la velocidad alcanzada hasta detenerse, es necesario prever en el cursor un resalte radial que interactúe con el amortiguador de tope. Este saliente provoca la expulsión del aire circundante. Para que no se produzca una presión dinámica perjudicial en la carcasa de guía, la carcasa de guía presenta al menos una abertura de salida de aire. La abertura de salida de aire se extiende preferiblemente a lo largo de la carrera del cursor, de modo que no se produce ningún aumento de presión, que ocasione un frenado, a lo largo de todo el trayecto de aceleración. Además, el cursor está montado con holgura suficiente en los cojinetes lineales.

La energía termodinámica necesaria para la percusión a una velocidad de 6 metros por segundo, como mínimo, está almacenada preferiblemente en la diferencia entre las presiones de fluido que actúan sobre las secciones transversales del cursor desde el interior de la carcasa de estátor y desde el exterior de la carcasa de estátor.

El dispositivo de retención para mantener el cursor en una posición de espera puede comprender un cuerpo de bloqueo móvil que puede hacerse encajar con un saliente de bloqueo del émbolo. El dispositivo de retención puede incluir también un acoplamiento que puede originar un ajuste por fuerza magnética, neumática, hidráulica o mecánica entre el cursor y la carcasa. La liberación del cursor desde la posición de espera se produce mediante la activación o relajamiento del dispositivo de retención.

En la cámara de presión está dispuesto preferiblemente un cuerpo de obturación que circunda el volumen de gas. Puede tratarse de un fuelle de obturación hecho de un elastómero. Si no se inserta ningún fuelle de obturación en la cámara de presión, se necesitan al menos agentes de obturación para hacer estanca la cámara de presión en el espacio entre el cursor y la carcasa de estátor. Se pueden utilizar anillos de obturación o también membranas de obturación. Son adecuados para ello elastómeros o materiales metálicos.

La cámara de presión o el acumulador de energía neumático pueden estar configurados de manera rellenable. A través de un conducto para gas a presión, y eventualmente a través de una válvula antirretorno, se puede alimentar la cámara de presión con un gas o con una mezcla gaseosa a través de un acumulador de energía dispuesto externamente al accionamiento por impacto. Complementariamente, la cámara de presión o el acumulador neumático de energía integrado pueden tener control de temperatura. La presión y la viscosidad del gas aumentan si se calienta. El control de temperatura se realiza preferiblemente de forma eléctrica. Para ello un par de electrodos de, como mínimo, un acumulador de energía eléctrica dispuesto externamente al accionamiento por impacto puede suministrar electricidad para regular el control de temperatura.

El cursor, o la masa que ha de ser movida por el cursor, son llevados al estado de espera, mediante la intervención de energía externa, con preferencia por medio de un accionamiento con control eléctrico y/o neumático, preferiblemente gracias a un accionamiento lineal servoneumático (aparato neumático de pistón-cilindro con sensor de posición).

El cursor es retenido y liberado con preferencia mediante un acoplamiento axial, conmutable de manera eléctrica y/o neumática, por ejemplo mediante un acoplamiento electromagnético (imán adherente) o un acoplamiento activado por presión de fluido (tensor de centrado).

La ventaja del accionamiento por impacto de acuerdo con la invención reside en las masas pequeñas en relación con la energía del impacto, que desarrollan un elevado impulso dinámico o, respectivamente, una gran aceleración de impacto. Las masas en movimiento pequeñas originan fuerzas de reacción reducidas en los componentes adyacentes y en los cojinetes involucrados. El accionamiento por impacto de acuerdo con la invención tiene una elevada densidad de potencia junto con una construcción muy compacta, principalmente a base de objetos cilíndricos, y una exigencia de espacio muy pequeña. Es posible acomodar una herramienta, por ejemplo un troquel perforador, en un extremo libre del cursor. El cursor es, preferiblemente, un cuerpo con un área de sección transversal de cilindro circular en toda su longitud axial. La longitud axial del cursor mide al menos el doble que el diámetro externo del cursor.

La alta densidad de energía en el acumulador de energía neumático integrado conduce a una gráfica característica de fuerza-desplazamiento trapezoidal. No es necesario aportar energía durante el accionamiento por impacto, pero eventualmente puede incrementar el proceso de aceleración. El contenido de energía puede modificarse sin escalones a través de la situación del cursor en la cavidad llena de gas (recorrido de compresión o de posicionamiento) y/o la presión del gas.

Una elevada densidad de energía en el acumulador de energía neumático integrado evita pérdidas en conducciones o de transmisión que surgirían al suministrar o incrementar la densidad de energía desde un acumulador de energía externo.

Por lo tanto, en el accionamiento por impacto se producen solamente pérdidas dinámicas muy pequeñas y al mismo tiempo un alto grado de eficiencia mecánica.

Otras ventajas del acumulador de energía neumático son la buena posibilidad de control y supervisión del accionamiento por impacto de acuerdo con la invención y sus bajas emisiones acústicas y térmicas, o sus bajas inmisiones frente a su entorno. Además, se reducen las cargas térmicas y químicas. En comparación con un resorte o un cuerpo elástico hecho de un material sólido, no se produce ningún cambio en la gráfica característica de fuerzadesplazamiento a causa de procesos de relajación (cedencia del material), o por un ablandamiento o una deformación plástica (fluencia).

Los requisitos de funcionamiento o de mantenimiento son escasos. Esto significa que la vida útil de un accionamiento por impacto de este tipo es larga. No se utiliza pirotecnia ni tampoco energía de combustión. No se originan gases de escape que deban ser disipados. Por lo tanto, el accionamiento por impacto no supone ningún riesgo de incendio ni por humos.

Además, el accionamiento por impacto de acuerdo con la invención no requiere una tensión eléctrica o intensidad de corriente elevadas. Por lo tanto, el accionamiento por impacto no conlleva tampoco ningún riesgo debido a la electricidad. El riesgo de que el cursor y el rodamiento se atasquen o se suelden es bajo, ya que ambos componentes pueden ser insertados con holgura suficiente. La presión del gas se mantiene preferiblemente gracias a un cuerpo obturador correspondiente o incluso mediante un fuelle, de modo que el cursor se puede montar dentro de la carcasa con una gran tolerancia de holgura.

La construcción del accionamiento por impacto de acuerdo con la invención es posible con componentes probados y componentes normales. El accionamiento por impacto de acuerdo con la invención es adecuado en particular en la técnica industrial y de automatización como accionamiento para prensas, martillos, y para accionar herramientas de conformado, herramientas de corte, herramientas de ajuste y herramientas de unión.

Además, el accionamiento por impacto de acuerdo con la invención presenta ventajas frente a formas constructivas con resortes de compresión helicoidales. En primer lugar hay que mencionar el área rectangular de energía bajo la gráfica característica de fuerza-desplazamiento. El tramo de tensión es casi directamente proporcional a la energía potencial. La fuerza de tensión que debe superar el sistema de recuperación es casi constante, correspondiendo la fuerza de tensión a la fuerza de sujeción que debe generar el dispositivo de recuperación. La fuerza de tensión depende de la presión. Por ejemplo, a un intervalo de presión de 15 bar a 150 bar le puede corresponder una fuerza F de 0,3 kN a 3 kN.

Otra ventaja es el escaso envejecimiento del accionamiento por impacto. Con una estanqueidad a los gases adecuada, la cámara de presión puede almacenar el gas presurizado durante unos dos años, hasta que se rellene una cantidad mínima de gas. Los cojinetes deslizantes y las obturaciones están diseñados para más de 1,0 millones de ciclos de impacto a v <= 1,5 m/s. Con un dimensionamiento adecuado, se puede esperar que los cojinetes deslizantes y las obturaciones puedan resistir al menos 100.000 ciclos de impacto a una velocidad v <= 15 m/s.

Se ha demostrado mediante pruebas que el denominado proceso de corte adiabático, basado en el efecto adiabático, depende no solo de la energía cinética aplicada o de la profundidad de penetración en la pieza de trabajo de la herramienta de movimiento lineal, sino que está impulsado esencialmente por el rendimiento térmico con el cual la pieza de trabajo convierte una energía cinética en calor de fusión específico del material. En el caso ideal, la profundidad a la cual penetra la herramienta en la pieza de trabajo no está limitada por un tope terminal, sino que debería estar limitada preferiblemente por el frenado natural que se produce para una determinada energía cinética y, si se supera la elasticidad del sujeto del impacto, para una velocidad suficientemente elevada de la herramienta que penetra en la pieza de trabajo. Por lo tanto, para efectuar la tajadura adiabática, el troquel de corte puede ser impulsado por una fuerza que sea aproximadamente constante a lo largo del trayecto de aceleración. Así pues, para efectuar el proceso de tajadura adiabática no es necesario acelerar un punzón de corte con ningún impulso hidráulico, neumático o magnético, añadido a dicha fuerza aproximadamente constante.

Es digna de atención en este contexto la gráfica característica de resorte del acumulador de energía neumático que acciona el cursor, que no incluye el punto de origen del diagrama fuerza-desplazamiento. La energía transferida desde el accionamiento por impacto a la herramienta corresponde aproximadamente al área trapezoidal o rectangular bajo la gráfica característica y, por lo tanto, es mayor en el caso de una fuerza de posicionamiento (máxima) determinada y un recorrido (máximo) determinado, que en el caso de un resorte helicoidal, de disco o de lámina. Además, la masa a mover y la fricción interna del accionamiento por impacto pueden ser menores que en el caso de un resorte de acero, lo que permite liberar la energía con mayor rendimiento. La masa móvil más pequeña del accionamiento por impacto de acuerdo con la invención protege a los componentes que, a diferencia de un resorte sólido, no están sujetos a ablandamiento ni a deformación plástica (recalcado) o relajación del cuerpo de resorte.

Para conseguir una rápida igualación de la presión, la cámara de presión del accionamiento por impacto de acuerdo con la invención debe llenarse con un gas que tenga la menor viscosidad posible en las condiciones ambientales. Para ello es adecuado el nitrógeno. El vapor de agua, el hidrógeno y el dióxido de carbono tienen una viscosidad menor que el nitrógeno, pero los requisitos necesarios para conservar estos gases en el mismo estado durante un período de tiempo prolongado son superiores. En el intervalo de presión habitual de 5 MPa a 15 MPa (50 bar a 150 bar), la viscosidad mínima del nitrógeno se da a una temperatura T < 250 K (-23 °C). A una temperatura de 300 K (+27 °C), la viscosidad mínima se da a una presión de aproximadamente 20 MPa (200 bar).

El accionamiento por impacto de acuerdo con la invención es adecuado para el movimiento lineal de una herramienta con el fin de efectuar una tajadura adiabática, en particular para el denominado punzonado adiabático. Mientras que el corte por cizalladura a alta velocidad produce una superficie de cizalladura lisa con enlaces estructurales abiertos, que presentan una elevada energía superficial, el punzonado adiabático produce un borde de corte sin grietas, dotado de una estructura metálica modificada como resultado del proceso de fusión y solidificación, que es insensible a la formación de grietas inducida por tensión y al crecimiento de grietas desde un entorno de material endurecido. El entorno de material endurecido en la estructura, como resultado de tensiones mecánicas o resistencias al deslizamiento, se hace menos tendente a fijar sustancias de oxidación y menos receptivo a sustancias de difusión, debido a los enlaces estructurales cerrados en la capa de solidificación, que tienen una energía superficial menor que una superficie de fractura o de cizalladura. Esto reduce la susceptibilidad a la corrosión y a la fragilidad inducida por hidrógeno.

Para que el accionamiento por impacto consiga la mayor aceleración posible del cursor, el cursor preferiblemente cilíndrico llena casi por completo los orificios, o respectivamente la cavidad, de la carcasa de estátor y encierra el colchón de gas presurizado. Debido a la menor densidad másica, el colchón de gas se mueve menos lentamente que un líquido viscoso o que un sólido elástico del mismo volumen, pero requiere un recipiente suficientemente estanco. Para reducir la resistencia al paso, la zona del cursor que entra en el orificio de la carcasa de estátor está diseñada preferiblemente con un material liso y un diámetro constante. El cojinete lineal insertado en la carcasa de estátor sirve como distanciador de baja fricción entre la carcasa de estátor resistente a la presión y la superficie envolvente del cursor. Preferiblemente, la estanqueidad de la cámara de presión frente al entorno se consigue mediante un cuerpo de obturación, asimismo de muy poca fricción, que preferiblemente está montado de manera flotante entre las piezas de la carcasa, es decir, entre la carcasa de estátor y la carcasa de guía. El cuerpo de obturación resbala sobre la envolvente del cursor. El segundo cojinete lineal sirve para posicionar el extremo libre del cursor y, por lo tanto, preferiblemente tiene menos holgura con el cursor que el primer cojinete lineal.

Para reducir las masas móviles y aumentar la superficie de colisión, se diseña un hombro en el cursor. Este hombro se mueve a lo largo de las aberturas de salida de aire. A través de estas aberturas también se puede empujar desde fuera el cursor, para mover el cursor a la posición de espera, es decir, para tensar o cargar el acumulador de energía. La invención se refiere también a un procedimiento según la reivindicación 12 para cortar un componente de chapa. La forma trapezoidal del registro fuerza-desplazamiento del accionamiento por resorte de gas garantiza que, durante la penetración y el corte, la velocidad y la generación de calor sean mayores que en el corte adiabático "convencional". El procedimiento es especialmente adecuado para materiales de acero endurecibles para conformado en caliente, con el siguiente análisis químico (todos los datos en % en peso), siendo el resto Fe e impurezas debidas a la fusión, y con Rm > 1300 MPa:

carbono (C) de 0,19 a 0,25

silicio (Si) de 0,15 a 0,30

manganeso (Mn) de 1,10 a 1,40

fósforo (P) de 0 a 0,025

azufre (S) de 0 a 0,015

cromo (Cr) de 0 a 0,35

molibdeno (Mo) de 0 a 0,35

titanio (Ti) de 0,020 a 0,050

boro (B) de 0,002 a 0,005

aluminio (Al) de 0,02 a 0,06.

El siguiente material de acero para conformado en caliente alcanza Rm > 1800 MPa y es igualmente adecuado para el procedimiento de acuerdo con la invención, estando aquí también todos los datos en % en peso (resto: Fe e impurezas debidas a la fusión).

Para el conformado en frío es adecuado fleje de acero comercialmente disponible, fabricado de acero de resistencia ultraelevada, también denominado UHSS, por sus siglas en inglés. Incluye los siguientes grupos de aleaciones: acero de plasticidad inducida por maclado austenítico con alto contenido de manganeso (TWIP), acero de fase dual (por ejemplo, DP1000), acero de fase compleja (por ejemplo, CP980 o CP1180) y acero martensítico. Los componentes de chapa recortada conformados en frío tienen una resistencia a la tracción de al menos 800 MPa, preferiblemente al menos 980 MPa, en particular al menos 1180 MPa.

A continuación se explica con mayor detalle la invención por medio de los ejemplos de realización representados en los dibujos. En ellos:

la figura 1 muestra, en corte longitudinal, un accionamiento por impacto de acuerdo con la invención en una primera forma de realización;

la figura 2 muestra una vista del accionamiento por impacto de acuerdo con la invención de la figura 1 , visto por su parte superior;

la figura 3 muestra otro corte longitudinal a través de otra forma de realización de un accionamiento por impacto;

la figura 4 muestra una micrografía a través de un componente de chapa endurecido, con la composición química antes mencionada, en la zona del borde de una abertura después de la tajadura adiabática;

la figura 5 muestra una zona de esquina superior de la micrografía de la figura 4 y

la figura 6 muestra una zona de esquina inferior de la micrografía de la figura 4.

La figura 1 muestra un accionamiento 1 por impacto, con una carcasa 2 de estátor que se encuentra arriba en el plano de la imagen. La carcasa 2 de estátor está unida a una carcasa 3 de guía, que forma la mitad inferior de la carcasa. La carcasa 2 de estátor está diseñada con paredes gruesas debido a la presión interna y para dotarla de rigidez al pandeo. Presenta una sección transversal cilíndrica, que se extiende longitudinalmente, con un orificio central en el que se encuentra un cursor 4 linealmente móvil. El cursor 4 tiene un extremo interno 5 que se encuentra en la carcasa superior 2 de estátor. Su extremo inferior libre 6 sobresale, hacia abajo, de la carcasa 3 de guía. Está configurado para un acoplamiento (no mostrado) con una herramienta, en particular con una herramienta perforadora.

Tanto la carcasa 2 de estátor como la carcasa 3 de guía están diseñadas con bridas circundantes 7, 8 en sus extremos opuestos. Las bridas enfrentadas 7, 8 están aseguradas una con otra mediante pernos roscados 9. La figura 2 muestra que sobre la circunferencia de las bridas 7, 8, de manera simétrica con respecto al plano de la sección longitudinal, están dispuestos cuatro pernos roscados 9. Además, la figura 2 muestra la sección transversal cilíndrica de la carcasa 2 de estátor.

El diámetro externo de las dos carcasas, es decir, de la carcasa 2 de estátor y de la carcasa 3 de guía, es idéntico. Entre las dos bridas 7 y 8 se encuentra un cuerpo 10 de obturación. El cuerpo 10 de obturación rodea externamente el cursor 4. Así, el cursor 4 atraviesa el cuerpo 10 de obturación. El cuerpo 10 de obturación está configurado con forma anular. Posee varias cámaras anulares que están separadas por labios de obturación que apuntan hacia el cursor 4.

Junto al cuerpo 10 de obturación está dispuesto en la carcasa 2 de estátor un primer cojinete lineal 11 , que circunda el cursor 4 por su periferia.

En el extremo inferior de la carcasa 3 de guía se encuentra un segundo cojinete lineal 12 que circunda el extremo inferior 6 más delgado, en forma de émbolo, del cursor 4. El diámetro del segundo cojinete lineal 12 es menor que el diámetro del primer cojinete lineal 11.

Dentro de la carcasa 2 de estátor se encuentra una cámara cilíndrica 13 de presión. Por un lado, la cámara 13 de presión limita con una base 14 en el extremo superior de la carcasa 2 de estátor. Por otro lado, la cámara 13 de presión está limitada por el extremo interno 5 del cursor 4. En la cámara 13 de presión se halla un volumen de gas que está bajo una sobrepresión p con respecto a la atmósfera circundante. En particular, el gas es nitrógeno o contiene nitrógeno. En la cámara 13 de presión está dispuesto un cuerpo 15 de obturación en forma de fuelle, hecho de un material elastómero. Al moverse el cursor 4 hacia abajo, el cuerpo 15 de obturación en forma de fuelle se expande debido a la sobrepresión p. El cuerpo 15 de obturación en forma de fuelle puede ser cargado con presión a través de un canal 16 en la base 14. Para ello, junto a la base 14 se encuentra una válvula 17 que impide un escape involuntario del gas comprimido. Por medio de la válvula 17 se puede ajustar la presión dentro de la cámara 13 de presión. El cursor 4 se mantiene en una posición retraída. Cuando el cursor 4 se extiende, el cursor 4 se mueve hacia abajo en el plano de la imagen, en concreto bajo la influencia de la presión del gas de la cámara 13 de presión. El cursor 4 se puede mover hasta un amortiguador 18 de tope, que está dispuesto en el extremo inferior de la carcasa 3 de guía, en el interior de la carcasa de guía. El amortiguador 18 de tope rodea en forma de anillo la zona delgada, en forma de vástago, del cursor 4. También es posible un tope adicional o único dentro de la carcasa de estátor. Las bridas 7, 8 y la unión roscada 9 no son estrictamente necesarias.

El amortiguador 18 de tope, hecho de un material elastomérico, es al mismo tiempo un tope final. Desde esta posición, el cursor 4 debe ser devuelto para la siguiente operación. Esto se realiza mediante un dispositivo 19 de recuperación representado esquemáticamente, que en este caso está acoplado al extremo inferior 6 del cursor 4. El dispositivo 19 de recuperación mueve el cursor 4 en dirección a la cámara 13 de presión, de modo que el cursor 4 queda pretensado. En su posición final superior, como se representa en la figura 1, activa un dispositivo 20 de retención, que bloquea el cursor 4 en esta posición retraída. Al soltar el dispositivo de retención se libera el cursor 4, para que el accionamiento 1 por impacto ejerza una fuerza de impacto sobre la pieza de trabajo.

Durante el movimiento descendente, se expulsa aire desde el interior de la carcasa 3 de guía. Para que no se genere sobrepresión en la misma, la carcasa 3 de guía presenta varias aberturas 21 de salida de aire dispuestas perimetralmente. En este ejemplo de realización, en total cuatro de estas aberturas se extienden en forma de ranura en la dirección longitudinal de la carcasa 3 de guía. Están dispuestas de manera regular sobre el perímetro de la carcasa 3 de guía, simétricamente con respecto al plano del corte longitudinal.

El ejemplo de realización de la figura 3 se diferencia del de la figura 1 únicamente en que en la cámara 13 de presión no existe ningún cuerpo 15 de obturación en forma de fuelle. En este ejemplo de realización se utiliza únicamente el cuerpo 10 de obturación dispuesto en la zona central. Al ser, por lo demás, las características idénticas al ejemplo de realización de la figura 1 , se remite a la descripción de su funcionalidad que allí se ha hecho.

La figura 4 muestra una micrografía a través de una pieza 22 de chapa conformada en caliente, con una resistencia a la tracción Rm > 1300 MPa y con una abertura practicada mediante una herramienta 23 en forma de troquel de corte, movida linealmente por un accionamiento por impacto. La apertura se ha practicado mediante punzonado a alta velocidad en la dirección P1 de impacto, con una velocidad de colisión de al menos 6 m/s. Las figuras que siguen muestran una zona 24 de esquina superior de dicha abertura y una zona 25 de esquina inferior, en cada caso ampliadas 10 veces.

Las dos micrografías muestran, de acuerdo con las zonas de borde más claras, que el componente 22 de chapa tiene un revestimiento (AlSi) por ambas caras. Por lo demás, la estructura del componente 22 de chapa es predominantemente martensítica según la micrografía de la figura 5. La superficie 26 de corte a la derecha en el plano de la imagen es lisa. Se puede reconocer una franja 27 de fluencia de martensita. Dentro de la franja 27 de fluencia de martensita se puede apreciar la estructura de martensita formada. Las agujas de martensita están curvadas en forma de arco según la dirección de corte del troquel de corte. La franja 27 de fluencia de martensita está cubierta por una capa lisa 28. El grosor de esta capa lisa 28 aumenta hacia la zona 25 de esquina inferior. Esta capa lisa tiene una estructura austenítica y/o ferrítica. La capa lisa 28 tiene un grosor inferior al de la franja 27 de fluencia de martensita. El grosor de la capa lisa 28 se sitúa en un intervalo de 0,1 a 5 pm y el de la franja 27 de fluencia de martensita se sitúa en un intervalo de 10 a 100 pm.

Se obtiene también una micrografía similar con superficie de corte configurada análogamente en, por ejemplo, piezas de chapa conformadas en frío fabricadas de una aleación de acero martensítico con una resistencia a la tracción de al menos 1000 MPa.

Símbolos de referencia:

1 - accionamiento por impacto

2 - carcasa de estátor

3 - carcasa de guía

4 - cursor

5 - extremo interno de 4

6 - extremo libre de 4

7 - brida de 2

8 - brida de 3

9 - perno roscado

10 - cuerpo de obturación

11 - primer cojinete lineal

12 - segundo cojinete lineal

13 - cámara de presión

14 - base

15 - cuerpo de obturación

16 - canal en 14

17 - válvula

18 - amortiguador de tope

19 - dispositivo de recuperación

20 - dispositivo de retención

21 - abertura de salida de aire en 3

22 - componente de chapa

23 - herramienta

24 - zona de esquina superior

25 - zona de esquina inferior

26 - superficie de corte

27 - franja de fluencia de martensita

28 - capa lisa

p - sobrepresión en 13

P 1 - dirección de impacto

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Accionamiento (1) por impacto para una herramienta (23) de movimiento lineal, con las siguientes características:

a) en una carcasa (2) de estátor está dispuesto un cursor (4) linealmente móvil que tiene un extremo interno (5) que está dispuesto en la carcasa (2) de estátor, y que tiene un extremo libre (6) para el acoplamiento a una herramienta (23);

b) en la carcasa (2) de estátor está dispuesta una cámara (13) de presión llena de gas, donde en la cámara (13) de presión reina o se puede generar una sobrepresión (p) con respecto al entorno.

c) en la carcasa (2) de estátor está dispuesto un primer cojinete lineal (11 ), en el que está guiado linealmente el extremo interno (5) del cursor (4);

d) está aneja a la carcasa (2) de estátor una carcasa (3) de guía, en la que está dispuesto un segundo cojinete lineal (12 ), axialmente a distancia del primer cojinete lineal (11 ), en el que está guiado linealmente el extremo libre (6),

d') donde el cursor (4) está acoplado a un dispositivo (19) de recuperación para llevar el cursor (4) desde una posición extendida a una posición de partida,

caracterizado por que

e) la sobrepresión (p) reinante o que se puede generar en la cámara (13) de presión está dimensionada de manera que el cursor (4) acelera a lo largo de un recorrido hasta una velocidad de colisión de al menos 6 m/s, f) donde el cursor (4) se puede bloquear en una posición retraída mediante un dispositivo (20) de retención.

2. Accionamiento (1) por impacto según la reivindicación 1, caracterizado por que el cursor (4) toca en su posición final un amortiguador (18) de tope que está dispuesto en la carcasa (3) de guía.

3. Accionamiento (1) por impacto según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el segundo cojinete lineal (11) está dispuesto coaxialmente vecino al cursor, cerca del amortiguador (18) de tope.

4. Accionamiento (1) por impacto según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el primer y/o el segundo cojinetes lineales (11 , 12 ) están refrigerados por líquido o por gas, donde el líquido o el gas utilizados para la refrigeración barren el cojinete lineal (11 , 12 ).

5. Accionamiento (1) por impacto según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la carcasa (3) de guía presenta al menos una abertura (21 ) de salida de aire.

6. Accionamiento (1) por impacto según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el dispositivo (20) de retención comprende al menos un cuerpo de bloqueo montado de manera móvil.

7. Accionamiento (1) por impacto según la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo (20) de retención para sujetar el cursor (4) tiene un acoplamiento que puede ser activado mediante una fuerza magnética, neumática, hidráulica o mecánica.

8. Accionamiento (1) por impacto según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que en la cámara (13) de presión está dispuesto un cuerpo (15) de obturación que circunda el volumen de gas.

9. Accionamiento (1) por impacto según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la cámara (13) de presión puede tener control de temperatura, con el fin de influir en el estado térmico del gas.

10. Accionamiento (1) por impacto según la reivindicación 9, caracterizado por que el control de temperatura de la cámara (4) de presión se puede regular eléctricamente.

11. Accionamiento (1) por impacto según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que un extremo libre (6) de un cursor (4) linealmente móvil está acoplado a una herramienta para practicar una abertura en un componente metálico de chapa con una resistencia a la tracción Rm > 800 MPa.

12. Procedimiento para cortar un componente (22) de chapa con una resistencia a la tracción Rm > 800 MPa de acero al boro-manganeso endurecible, con las características objetivas de la reivindicación 1 y con un troquel de corte, donde el troquel de corte incide sobre el componente (22) de chapa con una velocidad de colisión de al menos 6 m/s, donde el troquel de corte resulta completamente frenado por el propio componente de chapa y la energía de colisión se convierte totalmente en calor, de manera que una superficie (26) de corte presenta una capa lisa (28) de austenita y/o ferrita con un grosor de 0,1 - 5 gm y opcionalmente una capa (27) de martensita con un grosor de 10 - 100 gm.