MXPA04006746A - Procedimientos para la extrusion en frio de elementos metalicos con orificios ciegos o pasantes y planta para realizarlos. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a procedimientos de extrusion en frio para obtener elementos de metal tal como por ejemplo bujes, manguitos, tuercas, u otros elementos con orificios ciegos o pasantes, tornillos, productos extruidos o prensados de forma comun o especial, etc. sobre un centro de maquinado que comprende una serie de prensas hidraulicas conectadas entre si con un sistema de movimiento automatico. El taladro o cortado final de los elementos se realiza ventajosamente con una unidad especial de taladro o corte, que trabaja a alta velocidad y que puede consistir de una prensa mecanica vertical. El uso de la planta comprende varias prensas hidraulicas juntas con la unidad de perforacion o corte rapido hace posible lograr un alto nivel de productividad.

Description

PROCEDIMIENTOS PARA LA EXTRUSIÓN EN FRÍO DE ELEMENTOS METÁLICOS CON ORIFICIOS CIEGOS O PASANTES Y PLANTA PARA REALIZARLOS CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a procedimientos para la extrusión en frió de elementos metálicos sobre prensas hidráulicas. Más específicamente, la presente invención se refiere a procedimientos de extrusión -en frío para la producción de elementos metálicos tales como por ejemplo bujes, tuercas u otros elementos con orificios ciegos o pasantes, tornillos, productos extruidos o prensados de forma común y especial, etc. Estos procedimientos de extrusión en frío se pueden realizar por medio de una planta que comprende una serie de prensas hidráulicas conectadas entre sí con un sistema de movimiento automático y los productos resultantes generalmente consisten de bujes, tuercas u otros elementos con orificios ciegos o pasantes, tornillos, productos extruidos o prensados de forma común y especial, etc., producidos de acero, sin importar el tipo y clase de resistencia del acero, o a partir de otros materiales de metal (aluminio, cobre, bronce) con un diámetro externo específicamente mayor de 30 mm. La presente invención se puede aplicar en el sector de la industria mecánica para la producción de lotes de media a gran cantidad. . . Se conoce que la producción de elementos tubulares metálicos tales como, por ejemplo, bujes sustancialmente tiene lugar de acuerdo a cuatro posibles procedimientos: presión en frío utilizando prensas mecánicas horizontales; presión en frío o en caliente utilizando prensas mecánicas verticales y posteriormente maquinado en torno; voltear un tubo previamente laminado; retirar los cortes iniciales de un material sin procesar o primordio. El prensado en frío utiliza prensas horizontales de múltiples estaciones que prevén la absorción de una energía de prensado considerable para lograr una presión de aproximadamente 1200 toneladas, necesaria para llevar a cabo el maquinado. Estas prensas horizontales involucran un costo de inversión muy alto para lograr un gran nivel de productividad que puede alcanzar 40 piezas por minuto. La gran velocidad del proceso de maquinado, que consiste sustancialmente de una operación de extrusión, provoca un incremento en la temperatura de la pieza, que puede exceder 700 grados. Esta temperatura excede la temperatura de templado de todos los tipos de acero utilizados para construir herramientas y punzones de extrusión con evidentes problemas respecto a la corta vida de estos instrumentos. La experiencia muestra que este problema es muy evidente sobre todo en el prensado de piezas con un diámetro mayor de 30 mm. Otra desventaja se representa por el hecho de que las tolerancias relativas a 'las dimensiones longitudinales de las piezas son extremadamente altas, al menos respecto a las partes que requieren una cierta precisión, tales como por ejemplo los bujes utilizados para conectar varillas que requieren tolerancias de aproximadamente 0.3 mm. En lo que respecta a las prensas verticales de estación simple, el procedimiento de producción para elementos tubulares prevé el prensado en fases subsecuentes pero no secuenciales , para lograr las diversas etapas de deformación de la pieza. Entre una etapa y la siguiente, debido al considerable trabajo de endurecer las fibras del material sin terminar, es necesario llevar a cabo varios ciclos de tratamiento térmico que consisten sustancialmente de templado-. Una desventaja se representa por el hecho de que esta secuencia de tratamientos tiene un efecto considerable sobre las piezas ya que también se requiere, para cada etapa, lubricar las piezas (recubrimiento con fosfato) que prolonga el tiempo total necesario para obtener la pieza terminada. Otro inconveniente se representa por el hecho de que, en este caso también, es extremadamente difícil mantener las tolerancias y la vida de las herramientas, que es totalmente insatisfactorio nuevamente por la gran velocidad de maquinado. Este procesamiento por medio de prensas verticales de estación simple también requiere el volteado final con un incremento adicional en los costos. En lo que respecta al prensado en caliente, mantener las tolerancias requeridas y el desgaste de las herramientas representa aún más serios problemas que aquellos enfrentados en los procesos de maquinación previos que hacen a este procedimiento no competitivo, debido también a una etapa final sobre las herramientas de maquinado. Respecto a voltear el tubo laminado, éste es el procedimiento más comúnmente utilizado para los bujes con un diámetro externo menor o igual a 50 mm. El tubo, laminado por el acero se trabaja en barras de 3-5 metros, se corta a tamaño y se transporta a un centro de maquinado el cual, por eliminación de los cortes, forma los radios externos y las dos entradas. Un inconveniente se representa por el hecho de que la materia prima que forma el tubo cuesta 60-70% más que el acero "genuino" que puede ser utilizado en los otros procesos descritos anteriormente. Respecto a voltear comenzando de un primordio, este proceso se utiliza para bujes con un diámetro externo mayor de 50 mm, tubos laminados de estas dimensiones no están disponibles en el mercado. Este procedimiento requiere el uso de tornos automáticos que producen piezas con una buena frecuencia (aproximadamente 1 cada 30 segundos). Una desventaja se representa por el hecho de que existe una proporción muy alta de desperdicio de material: aproximadamente 50-55% del primordio original. Otro procedimiento para obtener elementos tubulares consiste de revenido, iniciando de una pieza plana que luego se deforma y finalmente se termina en las herramientas de maquinado. En este caso también, las fibras del material sufren endurecimiento considerable por el trabajo, alterando y degradando las características mecánicas del producto- terminado. También existe una proporción muy grande de rechazos de producción, que incrementa considerablemente los costos del producto terminado. La patente US-A-6098436 (Girardello) describe un método para el maquinado de metales, para obtener tubos de diferentes dimensiones y para usos diferentes, producidos a partir de acero con un contenido de carbono de entre 0.10% y 0.50%, con tolerancias restringidas. Este método prevé el uso, como un material inicial, de una barra redonda de acero laminado en caliente que luego se corta con el fin de obtener al menos un bloque, que se perfora y se somete a tratamiento químico. El bloque posteriormente se prensa y, si es necesario, se somete a volteado final y a un tratamiento térmico con el fin de obtener un producto terminado tal como un cilindro hidráulico u oleoneumático o un recipiente para filtros de alta presión o un tubo para alta presión, o un cojinete, utilizando una cantidad limitada de acero.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención propone suministrar un primer procedimiento para obtener elementos metálicos tales como por ejemplo bujes, tuercas u otros productos con orificios ciegos o pasantes, etc. , que puede eliminar o reducir significativamente los inconvenientes descritos anteriormente. Esta invención también propone proporcionar un segundo procedimiento para obtener elementos metálicos tales como por ejemplo tornillos, productos extruidos o prensados de forma común o especial, etc., con un diámetro mayor de 30 mm, que pueden ser fácilmente producidos con el fin de ser económicamente ventajosos. De acuerdo a un primer aspecto, el procedimiento para obtener elementos tubulares metálicos tales como por ejemplo bujes, tuercas u otros productos con orificios ciegos o pasantes, etc., de acuerdo a la invención, proporciona: ajuste y preparación de un primordio en rollos o barras de material completamente de metal; enderezamiento en el caso de rollos y corte del material metálico en piezas de una longitud determinada; prensar en secuencia lograda al pasar estas piezas secuencialmente a través de un conjunto de prensas hidráulicas con el fin de obtener un primordio que presente uno o dos orificios ciegos longitudinalmente opuestos entre si, separados por una sección transversal central; en algunos casos, para productos con orificios pasantes, la perforación de la sección transversal central se puede lograr por la acción de una prensa mecánica. De acuerdo a un segundo aspecto, el procedimiento para obtener elementos metálicos tales como por ejemplo tornillos, productos extruidos o prensados de forma común o especial, etc., con un diámetro específicamente mayor de 30 mm, de acuerdo a esta invención, comprende: ajuste y preparación de un primordio en rollos o barras de material completamente de metal; enderezamiento en el caso de rollos y corte del material metálico en piezas de una longitud determinada; prensar en secuencia, lograda- al pasar estas piezas secuencialmente a través de un conjunto de prensas hidráulicas con el fin de obtener una serie de primordios; si es necesario, el corte que, para los tornillos de cabeza hexagonal por ejemplo, se puede lograr a través de la acción de una prensa mecánica. De acuerdo a la invención, ambos procedimientos consisten de prensar en frío secuencialmente sobre diversas prensas hidráulicas, secciones de acero u otro material para obtener piezas de diversas formas y tamaños con diámetros específicamente mayores de 30 mm. Venta osamente, el ajuste y la preparación del primordio difieren de acuerdo al material utilizado. La planta utilizada consiste ventajosamente de diversas prensas hidráulicas conectadas por medio de una unidad de transferencia, diseñada para mover las piezas que se maquinan. La unidad de transferencia comprende una serie de robots de sujeción manipuladores, energizados por una fuente hidráulica, mecánica o neumática de energía, como sea necesario. La perforación o corte se llevan a cabo ventajosamente por la intervención de una unidad especial para perforación o corte, que trabaja a gran velocidad, que puede consistir de una prensa mecánica vertical. El uso de la planta que consiste de varias prensas hidráulicas junto con la unidad rápida de perforación o de corte, permite un gran nivel de productividad.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otras características y ventajas de la invención se volverán evidentes después de la lectura de la siguiente descripción de una modalidad de la invención, dada como un ejemplo no limitante, con la ayuda de los dibujos anexos, en los cuales: la figura 1 muestra una vista lateral elevada de una unidad de enderezamiento para ser aplicada si se utilizan rollos, y un ejemplo de una unidad de corte para efectuar parte del procedimiento de acuerdo a la invención; la figura 2 muestra una vista frontal elevada, parcialmente en sección transversal de una prensa hidráulica la cual junto con otras prensas hidráulicas y/o mecánicas idénticas o similares forman un centro de trabajo para realizar los procedimientos de acuerdo a la invención; la figura 3 representa una vista frontal elevada de la configuración progresiva de un buje durante la etapa de prensado; la figura 4 representa una vista lateral esquemática, parcialmente en sección transversal de una planta que comprende una pluralidad de prensas de acuerdo a la invención; la figura 5 representa una vista esquemática en planta, de una planta que comprende una pluralidad de prensas de acuerdo a la invención.

DESCRIPCIÓN DE UNA MODALIDAD DE LA INVENCIÓN Los procedimientos para la obtención de elementos metálicos de acuerdo a esta invención comprenden tanto el ajuste como la preparación de un primordio en rollos o barras de material completamente de metal, de diversas formas tales como por ejemplo la forma redonda, cuadrada, rectangular, etc., el enderezamiento del caso de rollos y el corte del material metálico en piezas de una longitud determinada. El procedimiento para la obtención de elementos perforados tales como por ejemplo bujes, tuercas y otros elementos con orificios ciegos o pasantes, etc. entonces prevé el prensado en secuencia, logrado al hacer pasar estas piezas secuencialmente a través de un conjunto de prensas hidráulicas, con el fin de obtener una serie de -primordios, cada uno de los cuales -puede presentar uno o dos orificios ciegos, longitudinalmente opuestos entre si, separados por una sección transversal central; en algunos casos, para productos con orificios pasantes, la perforación de la sección transversal central se puede lograr mediante la acción de una prensa mecánica. De acuerdo a la invención, el material inicialmente en rollos o en barras se prepara de diferentes maneras, dependiendo de la composición química inicial del material. En particular, los ciclos de preparación pueden diferir de acuerdo a si el material es acero inoxidable (o acero en cualquier caso que contiene grandes porcentajes de cromo y de níquel) o un acero de baja aleación, típicamente endurecido por fuera o endurecido totalmente y templado o sometido a otros ciclos específicos, dependiendo de la materia prima específicamente solicitada por el cliente. En el primer caso, el material se trata ventajosamente por. templado en solución y se somete a baño químico en una solución balanceada de ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico, permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno. Posteriormente el material se lava repetidamente por medio de inmersión en un tanque de salmuera con el fin de facilitar el prensado. Si se utiliza un acero de baja aleación, el material se somete a baño químico en ácido sulfúrico por 10 a 15 minutos y luego se lava por inmersión en un tanque de fosfatación en el cual, por reacción química, se crea una capa de fosfato de zinc sobre la superficie de la pieza. Después de la terminación de esta etapa, el material se lava nuevamente por inmersión en un tanque de estearato de sodio en donde, .nuevamente por reacción química, se forma una capa delgada de estearato de zinc en la parte superior de la capa previa de fosfato de zinc . Se pueden llevar a cabo otros ciclos específicos, de acuerdo a la materia prima solicitada específicamente por el cliente, y adaptada al nuevo proceso como para esta invención. Si se utiliza un rollo, el material metálico previamente lavado, se endereza cargándolo en una unidad de enderezamiento de alambre diseñada para desenrollar la maraña. El extremo libre del rollo se jala a través de un primer conjunto de rodillos y luego a través de un sistema de rodillos opuestos, diseñados para enderezar el alambre y transferirlo a una unidad de corte. El material posteriormente se corta en piezas de una longitud predeterminada por un conjunto de procedimientos posibles tales como por ejemplo procesos mecánicos o hidráulicos por medio de una o más cuchillas móviles o de la manera tradicional por una sierra circular que actúa en sincronización con las unidades de enderezamiento de alambre anteriormente descritas en el caso de rollos. Con referencia a las figuras 4 y 5, las piezas del material a ser maquinadas constituyen los primordios para ser- transferidos a una unidad de prensa que consiste de un centro de maquinado 30 que comprende, por ejemplo, una serie de prensas hidráulicas 31, 32, 33, 34, 35. Cada prensa individual puede estar equipada con la energía para garantizar que la presión necesaria para la extrusión en frío de los primordios y el sistema para el movimiento de acercamiento y hacia arriba del punzón tendrá una velocidad extremadamente alta con el fin de incrementar la productividad del centro de maquinado. Con el fin de mover estas piezas de una prensa a otra, el procedimiento proporciona el uso de una unidad de transferencia que puede consistir de una serie de robots manipuladores 41, 42, 43, 44, 45 que comprenden sujetadores de acero 50 conectados entre sí y energizados por un dispositivo hidráulico, mecánico o de aire comprimido, como se requiera. Los sujetadores individuales 50 pueden transferir cada primordio de una prensa a otra y, si se requiere por el ciclo de prensado, girar el primordio en varios ángulos durante la transferencia. Las estaciones individuales de la planta consisten de una pluralidad de prensas 30 que pueden estar equipadas con unidades de extracción, en su parte inferior cerca de la cara del lecho y cerca del cilindro de prensado. Estas unidades de extracción pueden consistir de accionadores lineales hidráulicos pequeños u otro sistema mecánico o neumático, como se requiera. El funcionamiento y la sincronización de las prensas individuales y de la unidad de transferencia se controlan ventajosamente por una PLC o un microprocesador como sea necesario. También es posible equipar la planta con una unidad mecánica 60 de perforación o de corte que consiste, por ejemplo, de una prensa mecánica vertical, que trabaja de abajo hacia arriba o viceversa, como se requiera. En el caso de productos perforados, el punzón de esta prensa está diseñado para expulsar la sección transversal o tapón del primordio, que se dejó por la etapa de prensado y extrusión previas llevadas a cabo en el centro de maquinado por las diversas prensas hidráulicas . En el caso de productos cortados, el troquel de corte de esta prensa está diseñado para expulsar el material en exceso del primordio que se dejó por las etapas de prensado y extrusión llevadas a cabo en el centro de maquinado. Ventajosamente, la unidad 60 de perforación o de corte puede estar equipada con ruedas, de modo que pueda ser movida y aplicada indiferentemente a cada estación, de prensa a partir de la cual el cilindro de extracción hidráulico puede ser fácilmente retirado. Con referencia a la figura 1, que se refiere al material inicial en forma de rollo, se puede notar que el primordio 10 consiste de una barra completa, una vez desenrollada de una maraña (no mostrada en los dibujos), se jala a través de trenes de rodillos opuestos 11 diseñados para enderezar el material. La barra en este ejemplo de una varilla completa 10 es entonces jalada hacia una unidad de corte, por ejemplo que consiste de una sierra 'Circular 12, que produce secciones que pueden ser procesadas posteriormente por un centro de maquinado, que consiste de un conjunto de prensas hidráulicas. Como se puede observar en la figura 2, una estación 31 del centro de maquinado consiste de un bloque 14 que aloja un pistón hidráulico 15 que efectúa la operación de prensado. Dentro del pistón hidráulico 15 está un pistón de extracción 16 de frente a un lecho del troquel 17. La parte inferior del lecho de troquel 17 está equipada con una unidad de extracción 18 diseñada para mover los primordios. Con referencia a la figura 3, el primordio a ser maquinado 10, se deforma gradualmente (representado en la figura de izquierda a derecha) con el fin de formar dos orificios ciegos 19 longitudinalmente opuestos, separados por una sección transversal o tapón 20 que puede ser posteriormente eliminado por medio de una unidad de perforación (no mostrada en los dibujos) . La invención se describe anteriormente con referencia a una forma particular de modalidad, que consiste del prensado de los elementos metálicos tubulares, tales como bujes, tuercas u otros elementos con orificios ciegos o pasantes o similares. Sin embargo es claro para el experto en la técnica que la planta como se describe anteriormente puede ser adaptada fácilmente para obtener piezas completas tales como tornillos, o productos extruidos o prensados de forma especial, y para obtener cualesquiera productos extruidos o prensados de forma común, ya sean perforados o cortados, de acuerdo a los requerimientos de maquinado, siguiendo las especificaciones de construcción dictadas por los estándares internacionales diversos para sistemas de sujeción o fijación tales como por ejemplo los estándares DIN, ISO, ASTM, ANSI/ASME , JIS y SAE, etc., y en general para cualquier elemento mecánico que pueda ser prensado o extruido en frío con base en un diseño proporcionado por el cliente y con un diámetro específicamente mayor de 30 mm.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el procesamiento en frío de elementos metálicos tubulares u otros elementos con orificios ciegos o pasantes, tuercas o similares, que comprende las siguientes etapas de maquinado: ajuste y preparación de un primordio en rollos o barras de material completamente de metal; enderezamiento en el caso de rollos y corte del material metálico en piezas de una longitud determinada; prensar en secuencia, lograda al hacer pasar estas piezas secuencialmente a través de una pluralidad de estaciones de trabajo de un centro de trabajo ¦ que consiste de varias prensas con el fin de obtener un elemento de primordio que presenta üno o dos orificios ciegos longitudinalmente opuestos, separados por una sección transversal central; la perforación de lado a lado del primordio por la eliminación de esta sección transversal central.

2. Procedimiento para él procesamiento en frío de elementos metálicos tales como tornillos extruidos o prensados de forma común y de forma especial, etc., que comprende las siguientes etapas de maquinado: ajuste y preparación de un primordio en rollos o barras de material completamente de metal; enderezamiento, en el caso de rollos y corte de este material metálico en piezas de una longitud determinada; prensar en secuencia, lograda al hacer pasar estas piezas secuencialmente a través de una pluralidad de estaciones de trabajo de una planta de múltiples prensas con el fin de obtener un elemento terminado con o sin virutas o desecho.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde el ajuste y la preparación del primordio completo difiere de acuerdo al material metálico utilizado.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, llevado a cabo sobre el material que consiste de acero inoxidable, caracterizado porque el acero inoxidable se trata inicialmente por templado en solución y baño químico en una solución balanceada de ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico, permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno, y posteriormente lavado repetidamente por medio de inmersión en un tanque de salmuera con el fin de facilitar el prensado.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, llevado a cabo sobre el material que consiste de acero de baja aleación, caracterizado porque este material se somete a baño químico en ácido sulfúrico y posteriormente se lava en un tanque de fosfatación en el cual, por reacción química, se crea una capa de fosfato de zinc sobre la superficie de la pieza, luego se sumerge en un tanque de estearato de sodio en donde, nuevamente por reacción química, se forma una capa delgada de estearato de zinc en la parte superior de la capa previa de fosfato de zinc.

6. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque los productos se someten a corte, por ejemplo para tornillos de cabeza hexagonal, que se puede llevar a cabo por medio de una prensa mecánica.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, llevado a cabo sobre el material inicial en la forma de rollos, en los cuales el material metálico previamente lavado se endereza al cargarlo en una unidad de enderezamiento de alambre diseñada para desenrollar la maraña.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, llevado a cabo sobre el material inicial en la forma de barras, en el cual estas barras se cargan en manojos en una planta de seccionamiento de barras y en el cual las barras se presentan en la estación de corte de una manera sincronizada de acuerdo a las necesidades del centro de maquinado que consiste de las prensas.

9. Procedimiento según la reivindicación 7, en el cual el extremo libre del rollo se jala a través de un primer conjunto de rodillos y luego a través de un sistema de rodillos opuestos diseñados para enderezar el alambre y transferirlo a una unidad de corte.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, en el cual el material se corta en piezas de una longitud predeterminada, venta osamente por varios procedimientos posibles tales como por ejemplo procesos mecánicos o hidráulicos por medio de una o más cuchillas móviles o por una sierra circular.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la planta o centro de maquinado consiste de una serie de prensas hidráulicas de varios tamaños y niveles de energía, conectadas por una unidad de trans erencia diseñada para mover las piezas que van a ser maquinadas.

. 12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la unidad de transferencia consiste de una serie de unidades de sujeción energizadas por una fuente de. energía apropiada.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la perforación o el corte se llevan a cabo por una unidad especial que consiste de una prensa vertical.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque esta prensa vertical consiste de una prensa mecánica.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el funcionamiento y la sincronización de las prensas individuales y de la unidad de transferencia se controlan por una PLC o un microprocesador.

16. Planta para la implementación de un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende una serie de prensas hidráulicas adyacentes entre sí, diseñadas para llevar a cabo una serie sucesiva de operaciones de prensado sobre piezas que van a ser maquinadas, las cuales se transfieren de una prensa a otra por medio de manipuladores automatizados apropiados.

17. Planta según la reivindicación 16, caracterizada porque también comprende una estación de perforación o de corte.

18. Planta según la reivindicación 17, caracterizada porque esta estación de perforación o corte consiste de una prensa mecánica vertical.-.