MX2008002016A - Metodo y aparato para la tecnica de microforjado en frio para cualquier superficie libremente formada en tercera dimension. - Google Patents

Metodo y aparato para la tecnica de microforjado en frio para cualquier superficie libremente formada en tercera dimension.

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Abstract

El aparato Electromecánico para detonar, y el método de detonación para trabajar, atenuar y endurecer mediante el frío la superficie de las herramientas, partes de maquinaria y otras partes al martillar una cabeza de impacto a la superficie de dichas partes al montarlas en una herramienta de maquinaria o un robot. La cabeza de impacto (1a) se asegura a un soporte (1b), el cual tiene una parte ferromagnética (1c). Un campo magnético (B1) mantiene el soporte para el impacto de la cabeza en una posición definida de descanso. En el soporte para el impacto de la cabeza (1b) existe por lo menos una bobina (4), la cual se localiza en el primer campo magnético mencionado (B1) o en un campo magnético diferente (B2) y a través del cual corre una corriente alterna o una corriente pulsada (12) con o sin un componente de una corriente directa variable. Como resultado, la cabeza, de impacto (1a) esta hecha para oscilar con una frecuencia de impacto definida, una amplitud de impacto y un cruce de cero. La combinación de este aparato con un sistema analítico CAM-como unidad de control de un sistema totalmente con control automático-hace posible que cualquier superficie o pieza de trabajo de tres dimensiones sea torneada permitiendo la geometría y los datos técnicos relacionados con el material así como tolerancias de posición y dimensión locales.

Description

* MÉTODO Y APARATO PARA LA TÉCNICA DE MICROFORJADO EN FRÍO PARA I CUALQUIER SUPERFICIE LIBREMENTE FORMADA EN 3-D 5 La invención se relaciona con un aparato Electromecánico para detonar y con un método de detonación para atenuar y endurecer mediante el frío la superficie de las herramientas, partes d<$ . maquinaria y otras partes al martillar la superficie de dicha^ j partes para montarlas en la maquinaria de una herramienta o en uri 10 robot.
I Un aparato de este tipo se muestra en la solicitud de patente ' establecida no. DE 197 32 790.7-14. En dicho aparato, una | superficie deslizable se mueve de manera axial con una amplitud I 15 constante por medio de la rotación de un disco, el cual se : encuentra incorporado con ondulaciones en la dirección circunferencial, en un segundo disco el cual no rota y que se , encuentra incorporado con ondulaciones en la dirección opuesta, i Existe una cabeza con forma de esfera la cual se impacta en la ¡ 20 superficie de la pieza de trabajo que se localiza en el extrefno j: de la pieza de trabajo de la superficie deslizable. , L En la práctica, este aparato tiene desventajas substanciales. Los movimientos de impacto se producen de una manera que se engancha 1 mecánicamente. Como resultado, el aparato está sujeto a la eno me abrasión del disco leva o del disco con ondulación. La cabezá golpea la superficie de la pieza de trabajo con una amplitud constante, irrespectiva de la posición, forma y rigidez y dureza de la superficie. Esto limita el uso de dicho aparato para sólo algunos casos.
La solicitud de patente establecida no. DE 102 43 415 Al describa un aparato similar en el cual la cabeza se mueve al convertir eí ultrasonido en un movimiento mecánico. Sin embargo, esta solicitud de patente establecida no da a conocer la manera en la cual el ultrasonido se convierte en movimiento de la cabeza d$ impacto, y no se refiere con alguna palabra en particular a la amplitud del impacto.
En contraste, el problema que trata la presente invención es el atenuar y endurecer las superficies de las herramientas, piezas de trabajo y piezas de maquinaria, con el mínimo de desgaste, abrasión y producción de energía, al variablemente adaptar la frecuencia de impacto y la amplitud de impacto, y al variablemente adaptar la posición cero o el cruce cero de lá frecuencia de impacto a la forma local, al grosor de la pared y a la dureza de las partes.
Este problema se resuelve de acuerdo con la invención con la características especificadas en la reivindicación 1.
Las reivindicaciones secundarias son desarrollos posteriores ventajosos de la ¡invención.
Debido a la suspensión magnética de la cabeza de impacto con un¿ posición de descanso variable hasta ahora definida, combinada coh el control y regulación eléctrica y electrónica de la frecuencia1 de impacto y la amplitud dependiendo del material relacionado y de los parámetros geométricos, la frecuencia de impacto óptima al igual que la amplitud, así como la posición de descanso de 1^ cabeza de impacto se determina y establece para cada posición er) una superficie de la pieza de trabajo, de acuerdo con ? . invención, de modo que el mejor resultado se logre dentro de un corto periodo de tiempo con el mínimo de producción de energía. ! En la representación más simple, u aparato de acuerdo a lá invención tiene una cabeza de impacto que normalmente tiene fortna' esférica y que consiste de un material muy duro. La cabeza ? impacto se encuentra colocada de manera reemplazable en un1 soporte. Incluso puede ser reemplazada por una cabeza diferente,; por ejemplo, una cabeza con forma de punzón, para poder producir! superficies texturizadas . ' magnético o en una segunda rama, por ejemplo un flujo externo, cj> el mismo campo magnético, la bobina mencionada ha sido agregad^ al soporte para la cabeza de impacto y posicionada de maner coaxial en relación a ello, la cabeza de impacto esta hecha par^ oscilar de manera axial con un una frecuencia definida al igual que una amplitud de manera tal que la posición media o el cruc^ cero de las oscilaciones de impacto se pueden regular como desee. Por estos medios, la frecuencia de impacto, la amplitud d impacto y la posición media o el cruce cero de las oscilaciones de impacto pueden adaptarse a las relaciones geométricas y a la^ propiedades mecánicas de la pieza de trabajo.
En otras configuraciones ventajosas de la invención, el anilló con magneto permanente se reemplaza con una pluralidad d^ magnetos permanentes cilindricos más pequeños colocados de maner paralela el uno con el otro en un cilindro alrededor de la part<á magnética del soporte de la cabeza de impacto. De modo análogo,! los pequeños magnetos permanentes pueden ser reemplazados cadá uno por bobinas o carretes a través de los cuales la corriente directa corre. Esta constelación de los magnetos permanentes o dé las bobinas resulta en dos diferentes flujos magnéticos, llamados; flujo interno y flujo externo. El flujo magnético interno aseguraj que el soporte para la cabeza de impacto adopte una posición' definida. En este caso, los rollos de la bobina que estimula pueden localizarse en el flujo magnético interno, en el flujo magnético externo o en ambos flujos magnéticos. En el ultimo o caso, los rollos de las dos bobinas están enrollados en posiciones opuestas ya que los flujos magnéticos están orientados en direcciones contrarias.
Un aparato diseñado de dicha manera puede trabajar, martillar, atenuar y endurecer en frió las superficies de las herramientas de diferentes maneras parcialmente. Por medio de programad controlados y ajustes electrónicos de la distancia entre la mitaj de la oscilación de impacto y la superficie de la pieza de trabajo, la eficiencia del aparato se optimiza y por lo tanto la pérdida de poder se minimiza. Por ejemplo, las orillas s$ trabajan con una frecuencia más alta y una amplitud más pequeña para asi poder preservar la forma y diseño de la parte y entonces no contraer las aberturas abiertas.
Uno de los usos con mucha ventaja del aparato de acuerdo a la invención involucra la combinación de este aparato electromecánico con un sistema CAM analítico especialmente desarrollado para, proporcionar un nuevo método.
Los sistemas CAM comercialmente disponibles siempre trabajan la superficie de una pieza de trabajo al guiar la herramienta de manera paralela hacia la superficie deseada de la pieza dé trabajo, utilizando un llamado "Método offset". El método d acuerdo con la invención, en contraste, trabaja con un sistema^ CAM analítico. Después del análisis de la superficie en 3Ej) deseada utilizando los datos geométricos, el radio más pequeño de curvatura de la superficie se determina y especifica como e]j radio más grande redondo de la herramienta. Después dé seleccionar el radio de la herramienta, el sistema CAM de la invención calcula el camino recorrido por el centro del cortador: torneado esférico y de la herramienta de golpeo, permitiendo qué una bola del mismo radio ruede sobre toda la superficie deseada,! determinando la posición geométrica del centro de la bola así como la nueva superficie en 3-D para guiar al centro de lS herramienta. Las curvaturas de la nueva superficie 3-D son ahora calculadas y analizadas, después de lo cual los caminos de guíaj óptimos del centro de la herramienta están determinados de talj manera que el hacer ranuras durante el torneado y los salientes durante el golpeo: se minimizan.
El sistema analítico CAM de acuerdo con la invención sabe por lq tanto en cualquier momento la posición momentánea en la cual la herramienta hace, contacto con la superficie de la pieza de! trabajo y por lo tanto puede responder de acuerdo a ello. Las| trayectorias planas se trabajan con una estrategia diferente que! con aquellas trayectorias que tienen muchas curvas, o que la$ esquinas de perforaciones, cavidades, surcos, ranuras u orillas de la pieza de trabajo.
La combinación y la unión electrónica del aparato de la invención con el sistema CAM analítico descrito anteriormente, con o sirt inclusión de un proceso de medición de la superficie mecánica 0 sin contacto, como lo es una medida de láser de las superficies de la pieza de trabajo durante el labrado, resulta en un método de torneado y golpeado inteligente y autónomo como se requiere en el control de ingeniería. Las formas de la superficie en 3-D deseadas, las tolerancias dimensionales de posición, así como las asperezas de la superficie parcial y las fortalezas del materia], han sido tomadas del programa de dibujo y ejecutadas de manera; automática por éste inteligente sistema.
Este inteligente sistema reconoce todos los bordes y otros puntos críticos, como lo son paredes más delgadas de la pieza de trabajo, y las trata con el cuidado apropiado.
Ya que se conoce el punto actual momentáneo de contacto entre la herramienta que golpea y la pieza de trabajo, el eje longitudinal] del aparato siempre está orientado y guiado de manera normal; hacia el plano tangente de la superficie en el punto de contacto con la pieza de trabajo. Esto da como resultado un golpeo optimcj) y se obtienen los mejores resultados que se puedan lograr.
Las figuras muestran: Fig. 1 la sección transversal a través del aparato de I invención, con una bobina adjunta al almacenaje como lo puede se un imán de soporte y una bobina de estimulación de colocación d^ j1 manera axial de la cabeza de impacto, Fig 2 la sección transversal a través del aparato de la invención, con un anillo de imán permanente adjunta ai almacenaje, o una pluralidad de imanes permanentes más pequeños <j> bobinas colocados de forma anular como un imán de soport^ alrededor del soporte para la cabeza de impacto y una o do : bobinas de estimulación que se coloquen de manera axial de I cabeza de impacto. , |¡ l n! II , Las partes idénticas están marcadas con los mismos números o con j¡ . las mismas letras. Los diferentes Índices denotan diferente^ ¡í i; regiones o diferentes modalidades o múltiples configuraciones ¡j la misma parte.
De acuerdo con la Fig. 1, una cabeza de impacto (la) e¿ i reemplazable pero esta fija a una luz en soporte no magnético (Ib) . el soporte (Ib) se encuentra montado de manera radial en e1¡. almacenaje de manera que pueda desempeñar solo movimiento^ axiales en la dirección de su eje longitudinal (a) . El almacenaj j (2) esta fijado por medio de un recibidor correspondiente a un^ I j herramienta de la maquina, como lo es una maquina de MILLING o f ¡ j un robot o a un hexápodo. El soporte para la cabeza de impact<¡) (Ib) puede estar hueco de manera que cables, pruebas de medicióñ o rayos láser puedan guiarse a través de su centro hueco. Urji collar ferromagnético (le), el cual en un campo magnético (Bl¡j adopta una posición particular como es la posición de descanso/ se encuentra fijo de manera coaxial al soporte (Ib) í Un embobinado posicionado al centro (3a) fijado a la cubierta {2Í i y a través del cual el flujo de la corriente directa (lia) e^ dispuesta coaxialmente alrededor del collar (le) a manera dé producir un campo magnético (Bla) . El embobinado puede consistir de únicamente un alambre o una pluralidad de pequeños alambre los cuales, dependiendo de los requerimientos, pueda se± controlado electrónicamente ya sea en paralelo o en serie o un combinación de ambos, a manera de cambiar la fuerza de soporte ? la posición de descanso de la cabeza de impacto. El embobinadj) (3a) puede ser también diseñado para ser movido mecánicamente eñ la dirección axial, con el propósito de cambiar la posición d descanso de la cabeza de impacto ya sea manualmente, eléctrica o electromagnéticamente .
En el soporte de la cabeza de impacto (Ib), hay un segundo embobinado (4a) de tal tipo que las vueltas del alambre corren perpendicularmente hacia las lineas de campo del campo magnético (Bla) . Una corriente alterna (12a) y/o una corriente de pulso (12a) con o sin un componente de corriente directa, con una frecuencia y amplitud controladas, fluyen a través del ¡ Í embobinado (4a) . Esto causa que la cabeza de impacto se mueva de ' arriba abajo con una frecuencia y amplitud definidas. La . frecuencia de impacto se determina por la frecuencia de pulso y la fuerza de impacto por la amplitud y ancho del pulso.
En la figura 2, La estructura mecánica del aparato es básicamente | similar a la de la figura 1, pero con la diferencia de que el ' campo magnético (Bla) es generado ya sea por un anillo de magneto } permanente axialmente magnetizado (3) o por una pluralidad de ' magnetos cilindricos permanentes más pequeños los cuales están dispuestos coaxialmente alrededor del collar (le) y los cuale^ í i igualmente pueden ser reemplazados por magnetos individuales (3b,; J 3c,...) . La organización del anillo de magneto permanente, los ! magnetos permanentes o los embobinados, resuelve en dos flujos '¡ tubulares anulares magnéticos, llamados flujo magnético interno I (Blb) y flujo magnético externo (B2) . En combinación con el collar (le), el flujo magnético interno (Blb) asegura que 1S cabeza de impacto regrese a su posición de descanso, mientras qu^ |; el embobinado (4b) que porta la corriente alterna o la corriente !' de pulso (12b) se encuentra el flujo magnético externo (B2) y causa el movimiento de arriba debajo de la cabeza de impacto.
En este arreglo de los campos magnéticos (Blb, B2), Un embobinado, de excitación adicional (4c), localizado en el soporte, (Ib) de la cabeza de impacto, puede ser colocado dentro del campo ¡ magnético interno (Blb) . Sin embargo, su dirección de flujo dé ¡ corriente (12c) corre al contrario de a la dirección de flujo dé i corriente (12b) de la primera bobina de excitación (4b), debido a los campos magnéticos que llevan direcciones diferentes. j Las características mencionadas en la descripción precedente, en ¡ los dibujos y en las siguientes reivindicaciones, pueden ser : material, ya sea por separado o en cualquier combinación a partir de ahí, para llevar a cabo la invención. Todas las características mencionadas son relevantes para la invención. ¡

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. El aparato electromecánico y el método para el trabajo, suavizado, y endurecimiento en frió de las superficie de la? herramientas, partes de maquinas y otras partes por medio dé golpear con un martillo la cabeza de impacto sobre la superficie de las mencionadas partes con el propósito de montarlas en una herramienta mecánica o un robot, se caracteriza en que: La cabeza de impacto sin una corriente de excitación (12) s mantiene en una posición de descanso por un flujo magnético (Bl) y la frecuencia de impacto y amplitud de impacto son producidas de una manera variable por el flujo de una corriente de excitación alternada o pulsada (12), Con o sin un componente de corriente variable directa, a través de el enrollado de al menos un alambre (4) colocado dentro del mismo flujo magnético (Bl) o un flujo magnético diferente (B2), que la distancia de cruce de, cero de la frecuencia de impacto a la superficie de la pieza de trabajo puede ser cambiada por la corriente de excitación (12).
2. El aparato y método de reivindicación 1, se caracteriza en que los campos magnéticos (Bl, B2 ) son producidos por un anillo, axial magnetizado (3) o por una pluralidad de magnetos permanentes cilindricos colocados en un cilindro hueco.
3. El aparato y método re reivindicación 1 se caracteriza eh que el campo magnético (Bla) es producido por una bobina (3a) y los campos magnéticos (Blb, B2) son producidos por una pluralidad de bobinas (3b, 3c,...) colocados coaxialmente al eje A, en dond£ cada bobina puede consistir en si en una pluralidad de bobina$ que pueden ser electrónicamente controlados en paralelo y/o e serie. ,
4. El aparato y método de cualquiera de las reivindicacione$ anteriores, se caracterizan en que el aparato de golpeo e$ manejado en un aparato o robot por un sistema CAM analítico.
5. El aparato y método de la reivindicación 4 se caracterizó en que el aparato de golpeo y/o la fuerza de soporte magnéticó de la cabeza de impacto y/o la corriente de excitación y frecuencia de excitación de las oscilaciones de impacto, s$ acoplan a un sistema CAM analítico y se controla y regula por el ultimo en base a los datos geométricos.
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