ES2202129T3 - Proceso de torneado duro. - Google Patents

Abstract

Proceso de torneado en el que una herramienta de corte ataca la superficie de un componente giratorio, con el fin de cortar una espira de metal (hélice) del mismo, como resultado de la sincronización del movimiento axial relativo de la herramienta y el componente y la rotación de este último, caracterizado porque por lo menos la profundidad del corte realizado por la herramienta y el engrane en el componente son controlados por un ordenador programado para incrementar la profundidad de corte, a ciertos intervalos, durante el proceso de torneado, con el objeto de crear en la superficie torneada una pluralidad de depresiones, que tienen un radio de curvatura en los márgenes, más pequeño que el de la superficie torneada circundante.

Description

Proceso de torneado duro.

La presente invención se refiere a la formación de acabados de superficie en componentes mecanizados y se aplica tanto a superficies internas como externas.

Antecedentes de la invención

Las superficies de componentes metálicos, cuyo acabado se realizaba hasta ahora mediante un proceso de rectificado, se especificaban por medio de medidas que se pueden realizar sobre los componentes que se están fabricando.

Por lo general, estas medidas implican una tolerancia dimensional en una posición particular a lo largo de la longitud del componente, una variación aceptable en la altura entre los picos y las depresiones en la superficie, si se mide a lo largo de una sola línea del componente, conocida como medida Ra, y la relación de orientación de los picos y de las depresiones, a una o más profundidades de los picos. Esta ultima medida puede tener que oscilar entre un porcentaje máximo y uno mínimo de la longitud de la línea.

La planeidad total se ha sólido medir en términos de porcentaje del área de superficie que se entintara con una galga standard de azulado.

Manteniendo todo lo demás igual, y suponiendo que las medidas de los componentes de producción entran dentro de lo especificado y son consideradas aceptables por el proyectista, se esperara que los componentes funcionen correctamente para los fines previstos. Por consiguiente, se pueden establecer, por ejemplo, especificaciones de acabado de superficie para los diámetros interiores en inyectores de combustible para motores diesel y para los conos en el engrane sincrónico de engranajes en unidades de transmisión.

Por lo general el acabado de superficie de estos componentes se ha logrado mediante procesos de rectificado que, si bien dejan un acabado superficial muy liso, de hecho dejan una superficie picada (a nivel microscópico) ya que la salida del metal se logra arrancando el polvo de la superficie de las muelas abrasivas, una pequeña porción de metal, al girar la muela y el componente. El contacto del polvo de la muela con el metal es relativamente aleatorio y arbitrario ya que las partículas de la muela no tienen un tamaño ni una distribución uniformes y el resultado es una superficie que tiene un gran numero de pequeñas bolsas distribuidas de forma relativamente aleatoria sobre toda la superficie.

Se ha propuesto sustituir la etapa de acabado por rectificado para dichos componentes por un torneado de precisión, que recibe a veces el nombre de torneado duro. Uno de los objetos de la presente invención es ofrecer un proceso y un aparato para lograr un acabado de superficie que, en una primera aproximación, cumpla las especificaciones fijadas para el componente cuyo acabado se realiza por medio de rectificado. De este modo, se pueden comparar, por ejemplo, los componentes torneados con los componentes producidos mediante técnicas convencionales.

Además, si, como puede ocurrir, la vida y/o la funcionalidad de ciertos componentes depende del tipo de superficie producido por el rectificado, el método de la invención garantizara que la vida y/o la funcionalidad de estos componentes mecanizados, por ejemplo por torneado duro, es similar a la de los componentes rectificados.

Por Ekstedt Terry: "Challenge of Hard Tunning" (El reto del torneado duro) Carbide and Tool Journal, US, Bridgeville, PA, Vol. 19, n° 5, septiembre de 1987 (09-1987), paginas 21-24-24, ISSN: 0192-8333, se conoce un proceso de torneado en el que una herramienta de corte ataca la superficie de un componente giratorio para sacar una hélice de metal del mismo, como resultado de la sincronización del movimiento axial relativo de la herramienta y del componente y la rotación de este último.

Se puede encontrar una descripción general similar en Hasan Rizwan: "Why are you still grinding?" (¿Por que sigue Vd. rectificando?) Manufacturing
Engineering, US, Deadborn, MI, vol. 120, n° 2.1 de febrero de 1998 (01-02-1998), paginas 76, 78-80.

Resumen de la invención

Según un aspecto de la presente invención, se trata de un proceso de torneado en el que una herramienta de corte ataca la superficie de un componente giratorio, con el fin de cortar una hélice de metal del mismo, como resultado de la sincronización del movimiento axial relativo de la herramienta y el componente y la rotación de este ultimo, caracterizado porque por lo menos la profundidad del corte realizado por la herramienta y el engrane en el componente son controlados por un ordenador programado para incrementar la profundidad de corte, a ciertos intervalos, durante el proceso de torneado, con el objeto de crear en la superficie torneada una pluralidad de depresiones, que tienen un radio de curvatura en los márgenes, más pequeño que el de la superficie torneada circundante.

El ordenador puede estar también programado para controlar la velocidad de rotación del componente.

El ordenador puede estar también programado para controlar el movimiento axial relativo entre la herramienta y el componente.

Por lo general, la herramienta se mueve axialmente respecto del componente con el fin de hacer progresar el punto de ataque entre la herramienta y la superficie del componente a lo largo de este último a medida que va girando.

Preferiblemente, el ordenador esta programado para sincronizar la rotación del componente y el movimiento axial de la herramienta, de tal forma que el lugar geométrico del punto de ataque de la herramienta y el componente es una hélice.

Preferentemente, el movimiento axial de la herramienta esta sincronizado con la rotación del componente de forma que el ángulo de la hélice es de tal índole que solo se avanza la herramienta un valor igual al grosor de su plaquita de corte durante cada revolución, de forma que no solamente se pela una hélice continua de metal de la superficie del componente mientras va realizándose el mecanizado, sino que se deja detrás una superficie lisa.

Si se requiere un cono en el componente, la profundidad de corte puede aumentarse progresivamente al avanzar axialmente la herramienta respecto del componente; no obstante, normalmente se controlara el aumento de profundidad del corte con el fin de producir una superficie lisa aunque con un diámetro que se va reduciendo progresivamente.

La programación del ordenador es de tal índole que aumenta la profundidad de corte a intervalos regulares.

La frecuencia de los intervalos es tal que produce al menos una depresión durante al menos en parte de cada revolución del componente.

La frecuencia de los intervalos es de tal Índole que produce una pluralidad de depresiones en torno a cada revolución del componente.

La frecuencia de los intervalos se ajusta de una revolución a la siguiente, de forma que las depresiones no estén alineadas paralelamente al eje del componente.

La frecuencia de los intervalos se puede seleccionar con el fin de producir un modelo regular o aleatorio o pseudo aleatorio de depresiones en la superficie del componente.

Cada intervalo puede ser de la misma duración, de forma que cada depresión tenga la misma extensión, o se puede introducir una variación en la duración de cada uno de los intervalos, de modo que las depresiones tengan tamaños diferentes, en consonancia.

En un método preferido, se dispone cada intervalo para que cubra una pluralidad de revoluciones consecutivas del componente, de forma que cada depresión resultante comprenda una región anular de diámetro reducido.

La transición entre la superficie torneada del componente y cada una de estas depresiones anulares puede ser gradual y se genera durante más de una revolución del componente, programando el ordenador para aumentar la profundidad de corte gradualmente sobre esta única o más revoluciones durante las cuales se va a producir la transición. En el otro extremo de una de estas depresiones, el programa informático puede ajustarse para reducir la profundidad de corte de forma gradual similar sobre un número correspondiente de revoluciones del componente, hasta la requerida para producir la superficie torneada del componente más allá de la depresión.

En el caso de que se tenga que modificar gradualmente el diámetro total del componente, las instrucciones de profundidad de corte generadas por el programa durante las transiciones y durante la generación de cada región anular de diámetro reducida deberán tener en cuenta este hecho, de forma que se vaya reduciendo progresivamente el diámetro del componente durante todo el proceso de torneado.

Como las depresiones están únicamente para romper lo que, de otro modo seria una superficie lisa producida por el proceso de torneado, la profundidad de cada depresión respecto de la superficie torneada circundante solo tendrá que ser muy pequeña. Las diferencias de radio, entre la base de cada depresión y la superficie torneada circundante puede ser del orden de 1 micra o menos. Si se desean obtener fragmentaciones superficiales más importantes, es conveniente que las diferencias en cuanto al radio sean del orden de 2 ó 3 micras más.

Según las propiedades requeridas para la superficie final, la programación del ordenador puede ser de tal índole que produzca unas depresiones relativamente pequeñas aunque profundas por unidad de superficie del componente o relativamente grandes pero poco profundas en la misma superficie.

Asimismo, se puede ajustar el numero de depresiones por unidad de área de la superficie del componente para producir las características deseadas en la superficie final.

Si la especificación de la superficie final incluye un requisito de vector de relación de orientación, se consigue ajustando la velocidad de cambio del radio (diámetro) en uno o en ambos extremos de cada depresión, de forma que el porcentaje requerido de material del componente se de en las profundidades especificadas respecto del diámetro máximo de la superficie torneada.

Si se tiene que lograr un porcentaje de galga de azulado, el ordenador puede programarse para ajustar la extensión de las depresiones respecto del área restante de la superficie torneada del componente, con el fin de ofrecer un área total suficiente de superficie torneada, que será entintada por la galga durante una prueba de azulado, respecto de la superficie total de las depresiones que normalmente no se entintara durante la prueba.

Si la superficie final tiene que poder comprobarse en cualquier punto a lo largo de su longitud axial, el programa hará que las depresiones se distribuyan de modo uniforme sobre toda la superficie del componente para garantizar que las medidas realizadas sobre el componente tiendan a ser iguales, independientemente del lugar en que se hagan.

Si se tiene que calibrar el componente, como parte del control del proceso de torneado, es deseable que se conozcan las posiciones precisas de las depresiones y las transiciones entre depresión y superficie principal torneada y para ello, el programa hace ventajosamente lo necesario para que el ordenador almacene coordenadas de las depresiones y transiciones o un algoritmo de su generación, de forma que se pueda realizar una corrección adecuada al resultado de un valor de diámetro calibrado, o se pueda determinar la posición en la que se tiene que aplicar la galga antes de la etapa de medición y posicionar adecuadamente la galga o el componente antes de que se realice la medida.

Según otro aspecto de la invención, se dispone de un ordenador programado, adaptado para controlar la operación del proceso de maquinado de metal, que supone quitar metal de una pieza giratoria, atacándola con la plaquita de una herramienta de corte de metal, cuya posición, por lo menos, es controlada por el citado ordenador, y que, como resultado del movimiento relativo sincronizado entre la herramienta y la pieza que se va a trabajar, produce una superficie maquinada lisa sobre la misma, caracterizado porque el programa sirve para modificar la posición instantánea de la herramienta con el fin de introducir en la superficie que, de otro modo es lisa, durante el proceso de maquinado, varias depresiones separadas, con el objeto de simular una superficie como la que se obtendría, si se hubiera acabado rectificando.

Según otro aspecto más de la invención, se dispone de un programa de ordenador adaptado para controlar el desarrollo de un proceso de maquinado de metal, que supone quitar metal de una pieza giratoria atacándola con la plaquita de una herramienta de corte de metal, cuya posición, por lo menos, es controlada por el citado ordenador, y que, como resultado del movimiento relativo sincronizado entre la herramienta y la pieza que se va a trabajar, produce una superficie maquinada lisa sobre la misma, caracterizado porque el programa sirve para modificar la posición instantánea de la herramienta con el fin de introducir en la superficie que, de otro modo es lisa, durante el proceso de maquinado, varias depresiones separadas con el objeto de simular una superficie como la que se obtendría, si se hubiera acabado rectificando.

La invención también ofrece un programa informático para un ordenador adaptado para controlar el desarrollo de un proceso de maquinado de metal, que supone quitar metal de una pieza giratoria atacándola con la plaquita de una herramienta de corte de metal, cuya posición, por lo menos, es controlada por el citado ordenador, y que, como resultado del movimiento relativo sincronizado entre la herramienta y la pieza que se va a trabajar, produce una superficie maquinada lisa sobre la misma, caracterizado porque el programa sirve para modificar la posición instantánea de la herramienta con el fin de introducir en la superficie que, de otro modo es lisa, durante el proceso de maquinado, varias depresiones separadas con el objeto de simular una superficie como la que se obtendría, si se hubiera acabado rectificando. El programa puede estar en un soporte de datos.

Según otro aspecto más de la invención, se dispone de una maquina herramienta en combinación con un ordenador basado en un sistema de control informático, programado para realizar un proceso de torneado duro sobre una pieza giratoria, que supone quitar metal de la superficie de una pieza giratoria atacándola con la plaquita de una herramienta de corte de metal, cuya posición, por lo menos, es controlada por el citado sistema de control informático por ordenador, y que, como resultado del movimiento relativo sincronizado entre la herramienta y la pieza que se va a trabajar, produce una superficie lisa sobre la misma, caracterizado porque el programa sirve para modificar la posición instantánea de la herramienta durante el proceso de maquinado, con el fin de introducir en la superficie que, de otro modo es lisa, varias depresiones separadas con el objeto de simular una superficie como la que se obtendría, si se hubiera acabado rectificando. La maquina puede comprender además el calibrado y/o medición de la pieza maquinada durante el proceso de mecanizado, para generar señales indicativas de una o más dimensiones de la pieza maquinada, y el envío de las señales al ordenador como señales, para ayudar a controlar dicho proceso de maquinado.

Ejemplos de componentes que se pueden realizar de acuerdo con la invención

Los conos sincronizados para cajas de cambio se han obtenido hasta ahora rectificando según especificaciones particulares de superficie y diámetro reductor. En un método según la invención, realizando un torneado duro de un componente de este tipo para obtener una superficie que satisfaga las especificaciones antes citadas del componente y utilizando un proceso de torneado de metal controlado por el ordenador según se ha indicado anteriormente, se programo el ordenador para introducir en la superficie torneada una pluralidad de depresiones anulares que tenían una profundidad respecto de la superficie torneada de una micra, separadas 1mm entre si, a lo largo de la longitud axial del componente. Cada depresión se extendía sobre una distancia axial total de 0,2mm con una transición que suponía un cambio gradual en el radio que se extendía sobre 0,02mm a cada lado de la depresión (dentro de la anchura de 0,2mm), de forma que la base de la depresión, que esta a 1 micra por debajo de la superficie torneada en cada extremo, se extendía sobre menos de la anchura de 0,2mm de la depresión.

A efectos comparativos, otros ejemplos de un componente similar presentaban la formación de depresiones similares con la misma extensión axial global y transiciones similares aunque con profundidades de 2 micras y 3 micras respectivamente.

Los diámetros interiores de inyectores de combustible para motores diesel deben presentar un acabado interno de gran precisión y hasta la fecha se han rectificado para lograr el acabado y el diámetro deseados. La invención ofrece un proceso de fabricación alternativo para dichos inyectores, en el que los diámetros interiores se tornean duro bajo control de ordenador según la invención y tienen depresiones formadas en sus superficies internas para producir una superficie con características adecuadas para cumplir la especificación original del producto rectificado internamente.

La invención se describirá ahora, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a las figuras adjuntas, donde:

la figura 1 es una vista en perspectiva de un cambio sincronizado para una caja de cambio manual de automóvil, que tiene un cono externo formado en un proceso de torneado según la presente invención;

la figura 2 es una vista en planta ampliada de depresiones formadas en la superficie del cono mostrado en la figura 1, y

la figura 3 es un esquema en sección (no a escala) que muestra las depresiones de la figura 2.

El cambio sincronizado mostrado en la figura 1 tiene una pieza externa cónica corta (10) formada sobre un torno de precisión que funciona según el proceso de la invención. El torno puede ser un torno duro de tipo DT40, fabricado por Landis Lund (una división de Unova UK Limited) de Cranfield, Inglaterra. Para más detalles sobre una maquina herramienta o torno de precisión de este tipo, se remite a la memoria de patente PCT WO97/30381 publicada.

El programa informático que controla el torno para formar el cono (10) esta dispuesto para introducir depresiones anulares minúsculas en la superficie de la pieza cónica (10) que, de otro modo, seria relativamente lisa. En la vista en planta ampliada de la figura 2 (ampliación 35x) se muestran, señaladas como (12), (14) y (16), tres depresiones de este tipo en la superficie de la pieza cónica.

Para ver más claramente las depresiones, remitimos a la sección mostrada en la figura 3, en la que cada depresión suele tener una profundidad de 1 micra, una anchura de base de 0,16mm y una anchura global de 0,2mm que desciende hacia la base a cada lado, sobre una anchura de 20 micras. La distancia entre las depresiones es de aproximadamente 1,0mm.

Aunque esta invención se ha descrito principalmente con referencia al torneado duro, se puede aplicar en general a cualquier proceso de mecanizado en el que la superficie se genera por corte de metal. Por consiguiente se puede aplicar también al taladrado, por ejemplo taladrado con plantilla e incluso al fresado de CNC utilizando una herramienta de cortar de punta redonda.

Claims (20)

1. Proceso de torneado en el que una herramienta de corte ataca la superficie de un componente giratorio, con el fin de cortar una espira de metal (hélice) del mismo, como resultado de la sincronización del movimiento axial relativo de la herramienta y el componente y la rotación de este ultimo, caracterizado porque por lo menos la profundidad del corte realizado por la herramienta y el engrane en el componente son controlados por un ordenador programado para incrementar la profundidad de corte, a ciertos intervalos, durante el proceso de torneado, con el objeto de crear en la superficie torneada una pluralidad de depresiones, que tienen un radio de curvatura en los márgenes, más pequeño que el de la superficie torneada circundante.

2. Proceso según la reivindicación 1, en el que el ordenador esta también programado para controlar la velocidad de rotación del componente.

3. Proceso según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el ordenador esta también programado para controlar el movimiento axial relativo entre la herramienta y el componente.

4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el ordenador esta programado para sincronizar la rotación del componente y el movimiento axial de la herramienta de tal forma que el lugar geométrico del punto de ataque de la herramienta y el componente es una hélice.

5. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la programación es de tal índole que aumenta la profundidad de corte a intervalos regulares.

6. Proceso según la reivindicación 5, en el que la frecuencia de los intervalos es de tal índole que produce una pluralidad de depresiones en torno a cada revolución del componente.

7. Proceso según las reivindicaciones 5 ó 6, en el que la frecuencia de los intervalos se ajusta de una revolución a la siguiente, de forma que la depresión no este alineada paralelamente al eje del componente.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la transición entre la superficie torneada del componente y cada una de estas depresiones es gradual y se genera durante más de una revolución del componente, programando el ordenador para aumentar la profundidad de corte gradualmente sobre esta única o más revoluciones durante las cuales se va a producir la transición.

9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, en un extremo de una de estas depresiones, el programa informativo esta ajustado para reducir la profundidad de corte de forma gradual similar sobre un numero correspondiente de revoluciones del componente, hasta la requerida para producir la superficie torneada del componente más allá de la depresión.

10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se tiene que modificar gradualmente el diámetro total del componente y las instrucciones de profundidad de corte generadas por el programa durante las transiciones y durante la generación de cada región de diámetro reducida tienen en cuenta este hecho, de forma que se va reduciendo progresivamente el diámetro del componente durante todo el proceso de torneado.

11. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la especificación de la superficie final incluye un requisito de vector de relación de orientación, que se consigue ajustando la velocidad de cambio del radio en uno de los extremos o en ambos extremos de cada depresión, de forma que el porcentaje requerido de material del componente se de en las profundidades especificadas respecto del diámetro máximo de la superficie torneada.

12. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se tiene que lograr un porcentaje de galga de azulado, y el ordenador esta programado para ajustar la extensión de las depresiones respecto del área restante de la superficie torneada del componente, con el fin de ofrecer un área total suficiente de superficie torneada, que será entintada por la galga durante una prueba de azulado, respecto de la superficie total de la depresiones que normalmente no se entintara durante la prueba.

13. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie final tiene que poder comprobarse en cualquier punto a lo largo de su longitud axial, en el que el programa hará que las depresiones se distribuyan de modo uniforme sobre toda la superficie del componente para garantizar que las medidas realizadas sobre el componente tiendan a ser iguales, independientemente del lugar en que se hagan.

14. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se tiene que calibrar el componente, como parte del control del proceso de torneado, en el que el programa organiza que el ordenador almacene coordenadas de las depresiones y transiciones o un algoritmo de su generación, de forma que se pueda realizar una corrección adecuada al resultado de un valor de diámetro calibrado, o se pueda determinar la posición en la que se tiene que aplicar la galga antes de la etapa de medición y posicionar adecuadamente la galga o el componente antes de que se realice la medida.

15. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que comprende además el calibrado y/o la medición de la pieza maquinada durante el proceso de maquinado, para generar señales que indiquen una o más dimensiones de la pieza maquinada y el envío de las señales al ordenador para ayudar a controlar el proceso de mecanizado.

16. Ordenador programado, adaptado para controlar la operación del proceso de maquinado de metal, que supone quitar metal de una pieza giratoria, atacándola con la plaquita de una herramienta de corte de metal, cuya posición, por lo menos, es controlada por el citado ordenador, y que, como resultado del movimiento relativo sincronizado entre la herramienta y la pieza que se va a trabajar, produce una superficie maquinada lisa sobre la misma, caracterizado porque el programa sirve para modificar la posición instantánea de la herramienta con el fin de introducir en la superficie, que, de otro modo es lisa, durante el proceso de maquinado, varias depresiones separadas, con el objeto de simular una superficie como la que se obtendría, si se hubiera acabado rectificando.

17. Programa de ordenador adaptado para controlar el desarrollo de un proceso de maquinado de metal, que supone quitar metal de una pieza giratoria atacándola con la plaquita de una herramienta de corte de metal, cuya posición, por lo menos, es controlada por el citado ordenador, y que, como resultado del movimiento relativo sincronizado entre la herramienta y la pieza que se va a trabajar, produce una superficie maquinada lisa sobre la misma, caracterizado porque el programa sirve para modificar la posición instantánea de la herramienta con el fin de introducir en la superficie que, de otro modo es lisa, durante el proceso de maquinado, varias depresiones separadas con el objeto de simular una superficie como la que se obtendría, si se hubiera acabado rectificando.

18. Soporte de datos que lleva el programa informático de la reivindicación 17.

19. Maquina herramienta en combinación con un sistema de control informático, programado para realizar un proceso de torneado duro sobre una pieza giratoria, que supone quitar metal de la superficie de una pieza giratoria, atacándola con la plaquita de una herramienta de corte de metal, cuya posición, por lo menos, es controlada por el citado ordenador, y que, como resultado del movimiento relativo sincronizado entre la herramienta y la pieza que se va a trabajar, produce una superficie maquinada lisa sobre la misma, caracterizado porque el programa sirve para modificar la posición instantánea de la herramienta durante el proceso de maquinado con el fin de introducir en la superficie, que de otro modo es lisa, varias depresiones separadas con el objeto de simular una superficie como la que se obtendría en la pieza trabajada, si se hubiera acabado rectificando.

20. Maquina herramienta según la reivindicación 19, que comprende además por lo menos un dispositivo de calibrado o de medida adaptado para realizar medidas sobre la pieza que se va a trabajar durante el proceso de maquinado, para generar señales indicativas de una o más dimensiones de la pieza que se va a trabajar, y unos medios para transportar las señales hasta el ordenador como señales de realimentación que indican como se esta desarrollando el proceso, para ayudar a controlar dicho proceso.