ES2969983T3

ES2969983T3 - Componentes de herramientas pm de forma optimizada mediante tecnología de conexión

Info

Publication number: ES2969983T3
Application number: ES16702399T
Authority: ES
Inventors: Rainer Schmitt; Hasim Tekines; Christian Siegert
Original assignee: GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
Current assignee: GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: CN107428105B; WO2016124498A1; CN107428105A; DE102015201784A1; US11007744B2; EP3253566A1; US20180015680A1; EP3253566B1

Abstract

La presente invención se refiere a una unidad de punzonado de una prensa de polvo, en la que la unidad de punzonado está ensamblada a partir de al menos dos piezas, comprendiendo en este caso una pieza de cabeza como primera parte y una zona de ensanchamiento contigua a la pieza de cabeza como segunda parte, en la que la región ensanchada se ensancha hasta un diámetro de un portapunzones que se puede unir directamente a un extremo, ubicado lejos del cabezal, de la región ensanchada. Además, se proponen unidades de punzonado de una prensa de polvo que se deslizan una dentro de otra, una prensa de polvo propiamente dicha y un método para operar una prensa de polvo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Componentes de herramientas pm de forma optimizada mediante tecnología de conexión

La presente invención se refiere a una unidad de punzonado de una prensa de polvo y a unidades de punzonado deslizantes de una prensa de polvo. También se propone una prensa de polvo, así como un procedimiento para operar la prensa de polvo, en particular cuando se utilizan polvos metálicos que todavía necesitan ser sinterizados o calentados de otra manera, por ejemplo.

Del documento ES 102014003726 el solicitante describe la construcción de elementos de molde de una prensa de polvo utilizando, por ejemplo, el procedimiento aditivo de sinterización por láser. Los punzones que salen de ahí se ensanchan desde un primer extremo, la pieza de cabeza, hasta el segundo extremo, la zona del pie, de tal forma que el segundo extremo corresponde al diámetro del soporte de punzón y puede alojar otros punzones o combinaciones de pieza de cabeza de punzón y extensión de forma optimizada dentro del segundo extremo.

Dichas unidades de punzonado, tal como se describen en el documento ES 102014003726 se fabrican en una sola pieza. Sin embargo, los procedimientos de fabricación aditiva utilizados aquí son relativamente pobres en términos de tolerancia. Esto significa que las elevadas exigencias de precisión de las piezas de extremo no pueden satisfacerse sin un tratamiento posterior. Esto también se aplica a las piezas base, que requieren principalmente una pequeña planitud y perpendicularidad en la superficie de contacto, así como un estrecho paralelismo en las zonas de sujeción. Aquí también es necesario el mecanizado.

El diseño de una sola pieza de la unidad de punzonado puede tener la desventaja de que el mecanizado duro necesario de la pieza de cabeza es difícil porque, por ejemplo, el procedimiento de corte de alambre se ve impedido por la estructura de la zona de forma optimizada situada debajo. El tratamiento también es más difícil en la zona de los pies.

El documento DE 32 41 383 A1 desvela un dispositivo para la conformación plástica de materiales, por ejemplo, mediante forja por caída o moldeo por extrusión.

El documento EP 1764 173 A2 desvela un aparato de acuerdo con el término general de la reivindicación 1 para producir una pieza moldeada a partir de un polvo. El dispositivo consta de sistemas de pistón-cilindro.

El documento JP 2004-291046 A desvela un procedimiento y un aparato para fabricar componentes a partir de polvo. Se propone un relieve controlado de los punzones para evitar la formación de grietas en el componente fabricado.

Del documento WO 01/12367 A2 se conoce una prensa de polvo con la que se pueden fabricar ruedas dentadas, por ejemplo con dientes inclinados.

La invención se basa, por tanto, en la tarea de eliminar las desventajas mencionadas.

Esta tarea se resuelve con unidades de punzonado entrelazadas de una prensa de polvo con las características de la reivindicación 1, una prensa de polvo con las características de la reivindicación 13, un procedimiento con las características de la reivindicación 14 y una configuración de la prensa de polvo con las características de la reivindicación 16. En las subcláusulas se muestran otras realizaciones y desarrollos ventajosos. Las reivindicaciones independientes son un primer esbozo para describir el objeto de la invención. Por lo tanto, una o más de las características de las reivindicaciones independientes pueden ser sustituidas o complementadas por una o más características de la divulgación, o pueden ser suprimidas.

Se propone una unidad de punzonado de una prensa de polvo, en la que la unidad de punzonado se compone de al menos dos partes, que comprenden una pieza de cabeza como primera parte y una región de ensanchamiento conectada a la pieza de cabeza como segunda parte, en la que la región de ensanchamiento se ensancha hasta un diámetro de un soporte de punzón que puede conectarse directamente a un extremo de la región de ensanchamiento opuesto a la pieza de cabeza.

Otro desarrollo proporciona que la pieza de cabeza y la región de ensanchamiento estén fabricadas con materiales diferentes con tolerancias diferentes. Otro avance es que la pieza de la cabeza y la región de ensanchamiento están fabricadas del mismo material con diferentes tolerancias.

Es preferente una unidad de punzonado en la que la pieza de cabeza y la región de ensanchamiento se producen mediante procedimientos diferentes. También es preferente que al menos la región de ensanchamiento se fabrique mediante un procedimiento aditivo, mientras que la pieza de cabeza es preferentemente torneada. En particular, la pieza de cabeza puede fabricarse mediante procedimientos de mecanizado, mediante un procedimiento de fundición y/o mediante mecanizado en duro. El posible mecanizado duro puede ser el prensado o el laminado superficial.

El uso de diferentes piezas también permite una elección más libre de los materiales. Esto significa que la pieza de la cabeza y/o la pieza del pie pueden estar hechas de un material que no puede mecanizarse mediante procedimientos de fabricación aditiva, al menos no en la actualidad. Preferentemente, la pieza de la cabeza y/o la pieza del pie están fabricadas de acero. El acero puede ser el mismo o diferente. Uno de los problemas que sigue planteando el uso de carbono en un acero para herramientas en el procedimiento aditivo puede ser la elevada tensión que se produce durante la sinterización por láser. Así, por ejemplo, se proporciona que la pieza de cabeza se fabrique convencionalmente con un acero de alta protección contra el desgaste y gran tenacidad. Por ejemplo, la pieza de cabeza se coloca en la región de ensanchamiento mediante una técnica de conexión. Para ello pueden utilizarse procedimientos de unión como el encolado o la unión de materiales, la soldadura por sinterización, la soldadura, el moldeado y/o la sinterización. La conexión también puede producirse mediante ajuste por forma o ajuste por forma/fuerza, por ejemplo mediante un ajuste a presión. Una conexión desmontable está diseñada principalmente para no ser destructiva. Dicha solución puede incluir, por ejemplo, una conexión de forma/fuerza, como un cierre en bayoneta o similar.

Además, es ventajoso si la unidad de punzonado se construye de tal manera que la pieza de cabeza sea más corta que el área de ensanchamiento. En otra realización, la región de ensanchamiento está hecha de un material que tiene un módulo de elasticidad diferente, o módulo de elasticidad para abreviar, que el material de la pieza de cabeza. Preferentemente, el módulo de elasticidad del material de la pieza de cabeza es mayor que el módulo de elasticidad del material de la zona de ensanchamiento. Con respecto a la pieza del pie, por ejemplo, se puede prever que el módulo de elasticidad del material de la pieza del pie sea el mismo o aproximadamente el mismo que el módulo de elasticidad de la pieza de la cabeza. Otra realización proporciona que el módulo de elasticidad del material de la pieza del pie también puede ser mayor que el de la pieza de la cabeza. Preferentemente, el módulo de elasticidad del material de la región de ensanchamiento es inferior al módulo de elasticidad del material de la pieza de base y también al módulo de elasticidad del material de la pieza de cabeza.

En otra realización, la unidad de punzonado comprende una pieza base conectada a la porción de ensanchamiento. Es particularmente preferente si la pieza de la cabeza y/o la pieza del pie están conectadas de forma desmontable o no desmontable a la sección de ensanchamiento.

De acuerdo con otra idea de la invención, que puede ser independiente o conjunta con la idea anterior, se proponen unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de una prensa de polvo, que comprenden una pluralidad de unidades de punzonado, preferentemente como se ha descrito anteriormente y también con más detalle a continuación. Al menos dos de las unidades de punzonado, preferentemente todas las unidades de punzonado, tienen una región de ensanchamiento que se ensancha de forma cónica, en particular cónica o acampanada. En una realización, los punzones de enclavamiento están preferentemente provistos de una relación diferente entre la longitud de la pieza de cabeza y la longitud de la sección de ensanchamiento.

En un desarrollo adicional de las unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra entrelazadas, los pies de las respectivas Unidades de punzonado terminan preferentemente a diferentes alturas en una posición de extremo común. Otra realización proporciona que, en una posición de extremo común, las Unidades de punzonado multiparte terminen al menos aproximadamente, preferentemente exactamente, a una altura común y, por tanto, niveladas. También según la invención, se proporciona que las unidades de punzonado tengan aproximadamente la misma elasticidad entre sí. La región de ensanchamiento entre la pieza de la cabeza y la del pie es esencial para compensar la elasticidad. Debido a su diseño y teniendo en cuenta el módulo de elasticidad del material y el sensor de elasticidad resultante, es posible influir en la rigidez y, por tanto, en el comportamiento de la elasticidad, especialmente cuando se relaja desde un estado comprimido.

Otra realización proporciona, por ejemplo, para las unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra que los pies de las unidades de punzonado terminen en una posición de extremo común a la misma altura a lo largo de un plano.

Además, es preferente que una unidad de punzonado exterior se desvíe menos que una unidad de punzonado interior cuando las unidades de punzonado se deslizan una dentro de la otra. Especialmente en el caso de la relajación tras el prensado de un material en polvo, esto permite igualar la relajación, por ejemplo, mediante el movimiento controlado o regulado de las respectivas unidades de punzonado.

De acuerdo con otra idea de la invención, que puede ser independiente así como cooperar con las ideas anteriores y siguientes, se propone una prensa de polvo que tiene unidades de punzón entrelazadas. Sin embargo, de acuerdo con una realización, estas no sólo pueden ser al menos de dos partes, como se ha descrito anteriormente y también a continuación. Más bien, de acuerdo con otra realización, puede proporcionarse una mezcla de unidades de punzonado de una y dos piezas. Las unidades de punzonado de dos partes son preferentemente como las descritas anteriormente y a continuación. Las unidades de punzonado de una pieza están diseñadas, por ejemplo, como se muestra en el documento ES 102014003726 mencionado al que se hace referencia a este respecto en el contexto de la divulgación de la invención. Otra realización proporciona que la prensa de polvo también utilice únicamente unidades de punzonado de una sola pieza que consisten en una pieza de cabeza y una sección de ensanchamiento, al menos dos de estas unidades de punzonado que tienen una sección de ensanchamiento como se ha descrito anteriormente y también a continuación.

Nuevamente, otra idea, que puede ser independiente así como cooperar con las ideas anteriores y siguientes, es un procedimiento para operar una prensa de polvo en la que se utilizan unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra entrelazadas que se mueven como se ha descrito anteriormente o a continuación, en el que se utiliza una supervisión en forma de control o regulación, que realiza una compensación entre un resorte diferente de las unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra entrelazadas cuando se descarga una pieza de trabajo prensada.

El procedimiento implica preferentemente la compensación electrónica de la ecualización. Para ello, pueden utilizarse uno o varios sensores de tensión y/o de desplazamiento conectados a una unidad de control. Por ejemplo, especificando las diferencias de longitud de recorrido entre las unidades de punzonado individuales debido a la geometría del componente prensado, el relieve puede igualarse en todas las unidades de punzonado cuando éstas se retraen. Esto puede evitar que el compacto verde prensado se rompa.

También de acuerdo con la invención, se propone configurar una prensa de polvo con un conjunto de unidades de punzonado entrelazadas como las descritas anteriormente o a continuación, por lo que estas se insertan primero juntas y luego se configuran juntas. Esto supone una ventaja con respecto al procedimiento de configuración anterior, en el que cada sello tenía que insertarse individualmente y configurarse por separado. La configuración conjunta, posible gracias al diseño de las unidades de punzonado propuestas, reduce considerablemente el tiempo de inactividad de la prensa de polvo.

En las siguientes figuras se muestran otras realizaciones ventajosas y otros desarrollos. Una o más características de una o más figuras pueden combinarse para producir otras realizaciones, también en conjunción con las características de la invención descritas anteriormente. En particular, las figuras sólo pretenden ilustrar mejor la invención y no limitarla. Se observa:

Fig. 1: Dibujo de montaje en media sección de un conjunto de herramientas formado por tres unidades de punzonado inferiores con zonas de forma optimizada, aquí sólo en la zona de punzonado inferior; en la zona de punzonado superior, por ejemplo, se puede utilizar un punzón superior que no tenga una región de ensanchamiento como la sugerida.

Fig. 2: Un resumen de las tres unidades de nivel inferior de la estructura del molde, cada una con una configuración diferente,

Fig. 3 y Fig. 4: Una pieza de cabeza con una conexión de ajuste de forma y una pieza de pie con una conexión atornillada,

Fig. 5: Una pieza de cabeza con conexión de ajuste de forma y área de forma optimizada, conectada mediante sinterizado directo por láser a una pieza base de fabricación convencional,

Fig. 6: Un área de forma optimizada, conectada a la pieza de cabeza fabricada convencionalmente mediante sinterizado directo por láser,

Fig. 7: Un área de forma optimizada, conectada a la pieza de cabeza fabricada convencionalmente mediante soldadura, por ejemplo,

Fig. 8 y Fig. 9: Un área de forma optimizada, conectada a las piezas de cabeza fabricadas convencionalmente, en este caso tres elementos, mediante una pieza de sujeción,

Fig. 10 y Fig. 11:

este caso tres elementos, mediante una pieza de sujeción,

Fig. 12 y Fig. 13: Una base con una conexión roscada,

Fig. 14: Una vista de las unidades de punzonado entrelazadas, y

Fig. 15: Vista del estado de la técnica conocido en relación con una prensa de polvo.

La Fig. 1 muestra un plano de montaje en media sección de un conjunto de herramientas formado por tres unidades de punzonado inferiores UE1, UE2, UE2 con áreas de forma optimizada, aquí sólo en el área de punzonado inferior. Se utiliza una tecnología de conexión, en este caso en forma de conexión enchufable o de abrazadera, para conectar una zona de forma optimizada, casi cónica, con componentes de herramientas estándar para formar una unidad de vástago inferior. Además, los punzones inferiores tienen diferentes niveles de altura en la conexión con el soporte de punzón. El objetivo principal de una estructura escalonada de este tipo es facilitar la realización de los recorridos gracias a la gradación de alturas. Esto permite prescindir de una zona vertical en la unidad de punzonado que de otro modo sería necesaria. El resultado es también un mejor flujo de fuerza en la unidad de punzonado correspondiente.

La Fig. 2 muestra un resumen de las tres unidades de submodelo del conjunto de herramientas. Todas las elasticidades de las unidades de subtemperatura UE1, UE2 y UE3 son preferentemente idénticas, pero en particular al menos aproximadamente iguales. Las diferencias que de otro modo resultarían de las distintas longitudes de herramienta se compensan con la zona de forma optimizada. Las elasticidades, en este caso de las unidades de nivel inferior, E1, E2, E3 están armonizadas, es decir, son iguales o casi iguales, en función de las necesidades técnicas. Lo mismo ocurre con las unidades de nivel superior.

La Fig. 3 y Fig. 4 muestran una pieza de cabeza 1 con una conexión positiva 2 y una pieza de pie 3 con una conexión atornillada 6. La unidad de punzonado mostrada consta, por tanto, de la pieza de cabeza de punzón, la extensión de herramienta de forma optimizada y la pieza de pie de punzón atornillada. La pieza de cabeza del sello es independiente en cuanto a la elección del material y puede fabricarse mediante un procedimiento aditivo, por ejemplo. Es preferente un procedimiento de mecanizado y/o mecanizado en duro. La zona de extensión de forma optimizada, que preferentemente se produce mediante un procedimiento aditivo, se conecta a la pieza de cabeza del punzón para formar una unidad de punzonado mediante una conexión de encaje de forma. El área de extensión de la herramienta de forma optimizada se proporciona preferentemente con una compensación de elasticidad calculada a las otras unidades de punzonado, por lo que, por ejemplo, las unidades de punzonado se sitúan en diferentes niveles de herramienta.

La Fig. 5 muestra una pieza de cabeza 1 con conexión de ajuste de forma 2 y área de forma optimizada, conectada mediante sinterizado directo por láser a una pieza de base 3 fabricada convencionalmente. También en este caso, una pieza de cabeza de sello puede fabricarse mediante un procedimiento aditivo, un mecanizado, un moldeo primario, en particular una fundición y/o un procedimiento de mecanizado duro como el prensado o el laminado, por ejemplo. También se puede elegir el material de forma independiente. Aquí se crea una conexión entre la zona de extensión de forma optimizada y la base mediante sinterización directa por láser en la base. La propia base del sello también puede estar hecha de una gran variedad de materiales, por ejemplo, también fabricados mediante un procedimiento aditivo.

La Fig. 6 muestra un área de forma optimizada que se conecta a una pieza de cabeza 1 fabricada convencionalmente mediante sinterizado directo por láser. En esta realización, la zona de forma optimizada se fabrica en una sola pieza con la pieza base 3 mediante un procedimiento de fabricación aditiva. En cambio, la pieza de cabeza del sello se fabricaba por separado como pieza individual. Aquí se crea una conexión entre la pieza de cabeza y la zona de forma optimizada mediante sinterización directa por láser en la pieza de cabeza.

La Fig. 7 muestra una zona de forma optimizada que se conecta a la pieza de cabeza 1 de fabricación convencional mediante soldadura, por ejemplo. También en este caso, la zona de forma optimizada con la pieza de pie 3 se proporciona como una unidad de fabricación aditiva.

Las Figs. 8 y 9 muestran una zona de forma optimizada que está unida mediante una pieza de sujeción 4 a las piezas de cabeza 1 fabricadas convencionalmente, aquí en forma de tres elementos. La unidad de punzonado se compone de una o varias piezas de cabeza de punzón, un elemento de conexión en forma de pieza base 3 y la extensión de la herramienta de forma optimizada. La zona de extensión de la herramienta de forma optimizada garantiza la compensación de elasticidad entre las unidades de punzonado. El soporte de punzón 5 también está fijado a la parte inferior de la extensión de la herramienta de forma optimizada. Puede atornillarse o conectarse mediante un cierre en bayoneta.

La Fig. 10 y Fig. 11 muestran una zona de forma optimizada que se atornilla mediante una pieza de sujeción a las piezas de cabeza fabricadas convencionalmente, en este caso tres elementos.

La Fig. 12 y Fig. 13 muestran una pieza de pie 3 con una conexión atornillada 6. Sirve para atornillar la base del émbolo.

La Fig. 14 muestra una vista de las unidades de punzonado entrelazadas. En la vista mostrada, las unidades de punzonado inferiores están apoyadas. Ésta es sólo una configuración posible. El apoyo también puede prestarse de otras formas.

La Fig. 15 muestra una vista esquemática de una prensa de polvo conocida del arte previo. Como puede verse en comparación con la Fig. 14, pero también con la Fig. 1, esta solución conocida tiene una construcción más alta y no permite este procedimiento de acercamiento durante el montaje, como es posible con la solución ahora propuesta.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Unidades de punzonado de una prensa de polvo que se deslizan una dentro de otra, que tienen una pluralidad de unidades de punzonado, en las que al menos dos de las unidades de punzonado están ensambladas en al menos dos partes, comprendiendo en cada caso una pieza de cabeza (1) como la primera parte y una región de ensanchamiento, conectada a la pieza de cabeza (1), como la segunda parte, en las que la región de ensanchamiento se ensancha hasta un diámetro de un soporte de punzón (5) que puede estar conectado a la pieza de cabeza (1) en un extremo opuesto (1), de la región de ensanchamiento, en las que la región de ensanchamiento se ensancha de forma cónica, en particular de cono o campana;caracterizadas por queal menos las dos unidades de punzón tienen aproximadamente la misma elasticidad entre sí, y por que por medio de la forma estructural y en consideración del módulo de elasticidad del material de la región de ensanchamiento puede influir en la rigidez y, por tanto, en el comportamiento elástico, en particular durante la relajación a partir de un estado comprimido.

2. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizadas porquela pieza de cabeza (1) y la región de ensanchamiento están fabricadas con materiales diferentes con una tolerancia diferente.

3. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizadas por quela pieza de cabeza (1) y la región de ensanchamiento están fabricadas con el mismo material con una tolerancia diferente.

4. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra según las reivindicaciones 1, 2 o 3,caracterizadas por quela pieza de cabeza (1) y la región de ensanchamiento se fabrican mediante procedimientos diferentes.

5. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con la reivindicación 4,caracterizadas por quela región de ensanchamiento se produce mediante un procedimiento aditivo, mientras que la pieza de cabeza (1) se produce mediante un procedimiento de corte, fundición y/o mecanizado en duro, preferentemente mediante torneado y/o prensado.

6. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizadas porquela pieza de cabeza (1) es más corta que la sección de ensanchamiento.

7. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizadas por quela unidad de punzonado comprende una pieza de pie (3) que está conectada a la región de ensanchamiento, preferentemente mediante un cierre en bayoneta.

8. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizadas por quela pieza de cabeza (1) y/o la pieza de pie (3) están unidas de forma desmontable o no desmontable a la región de ensanchamiento.

9. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizadas por quelas unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra están proporcionadas cada una con una relación diferente entre la longitud de la pieza de cabeza (1) y la longitud de la región de ensanchamiento.

10. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores 1 a 8,caracterizadas por queen una posición de extremo común los pies de las respectivas unidades de punzonado terminan a alturas diferentes entre sí.

11. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizadas por quelos pies de las unidades de punzonado terminan en una posición de extremo común a la misma altura a lo largo de un plano.

12. Unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizadas por queuna unidad de punzonado más exterior se desvía menos que una unidad de punzonado interior.

13. Prensa de polvo con unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra reivindicadas en una de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Procedimiento para operar una prensa de polvo, en el que se mueven unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra reivindicadas en una de las reivindicaciones anteriores 1 a 12, en el que se utiliza un sistema de supervisión en forma de control o regulación, que realiza una ecualización entre diferentes compresiones de las unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra cuando se descarga una pieza prensada.

15. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 14,caracterizado por quese realiza la compensación electrónica de la ecualización.

16. Configuración de una prensa de polvo con un conjunto de unidades de punzonado que se deslizan una dentro de la otra de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores,caracterizada porquedichas unidades se insertan primero juntas y luego se configuran juntas.