ES2271114T3 - Metodo y maquina de conformidad para deformar una pieza hueca. - Google Patents

Abstract

Un método para deformar una pieza hueca (3) que tiene por lo menos un extremo abierto, donde la pieza (3) va amarrada en un dispositivo de amarre (2), donde por lo menos una herramienta de conformado (6, 6¿) se pone en contacto con una pared de la pieza (3), donde la pieza y dicha herramienta de conformado se giran alrededor de un eje, la una con relación a la otra y se deforma la pieza (3) por medio de la herramienta de conformado (6, 6¿), caracterizado porque la herramienta (6, 6¿) se puede mover hacia atrás y hacia adelante con respecto al eje (5) durante al menos parte de la operación de deformación, con una frecuencia que es sustancialmente igual a la frecuencia de rotación de la pieza deformada o a un múltiplo de ésta, o de la parte que se haya de deformar de la pieza (3) alrededor del eje antes citado (5).

Description

Método y máquina de conformado para deformar una pieza hueca.

La invención se refiere a un método para deformar una pieza hueca que tenga por lo menos un extremo abierto, para lo cual la pieza se amarra en un dispositivo de amarre, se coloca por lo menos una herramienta de conformado en contacto con una pared de la pieza, se giran la pieza y dicha herramienta de conformado alrededor de un eje relativo el uno respecto al otro y la pieza se deforma por medio de la herramienta de conformado. La invención se refiere además a una máquina de conformado conforme al preámbulo de la reivindicación 9, mediante la cual se puede deformar una pieza hueca que tenga por lo menos un extremo abierto, así como a una unidad de convertidor catalítico para un vehículo.

Un método y una máquina de conformado tales se conocen por ejemplo por la solicitud europea de patente EP0916428. Dicha solicitud de patente describe una máquina de conformado que comprende un cabezal de conformado que incluye una serie de rodillos, mediante los cuales se reduce el diámetro de un extremo de un elemento cilíndrico circular, y además se dobla dicho extremo formando un ángulo.

Con esta finalidad, el cilindro metálico se amarra y se gira el cabezal de conformado alrededor de un eje de giro, después de lo cual se deforma dicho extremo oprimiendo los rodillos en dirección radial (con relación a dicho eje de giro), contra el exterior del cilindro metálico, y se desplazan a lo largo de dicho lado exterior realizando una serie de ciclos, mientras que en cada ciclo se va reduciendo la distancia radial entre los rodillos y el eje de giro, como consecuencia de lo cual se obtiene una reducción del diámetro. Dado que el eje de giro se extiende formando un ángulo con el eje central del cilindro metálico, el extremo del cilindro no solamente se reduce como consecuencia del movimiento en dirección radial de los rodillos, sino que además dicho extremo será posicionado formando un ángulo. Debido al empleo de los ciclos antes citados, la pieza adopta paso a paso la forma del producto final.

La patente EP0916426 describe un método y una máquina de conformado comparables, en las que el eje de giro está desplazado excéntrico con respecto al eje geométrico del cilindro metálico. De esta manera se obtiene un producto en el cual el eje geométrico de la pieza deformada queda igualmente desplazado del eje geométrico de la parte no deformada del cilindro metálico.

El presente método y aparato se puede utilizar, por ejemplo, para la fabricación de carcasas para los convertidores catalíticos que forman parte del sistema de escape de vehículos, tales como automóviles. El diámetro de tales convertidores catalíticos es mayor que el diámetro de los tubos del sistema de escape, del cual forman parte, y están posicionados preferentemente próximos al bloque del motor, con el fin de alcanzar lo más rápidamente posible su temperatura de trabajo una vez que se haya puesto en marcha el motor, y con el fin de mantener esta temperatura lo mejor posible. Una primera consecuencia de esto es que se tiene que reducir el diámetro de las conexiones en ambos lados de la carcasa del convertidor catalítico con el fin de conseguir una conexión correcta con el resto del sistema de escape, mientras que además dichas conexiones a menudo han de tener formas complicadas con el fin de poderlas posicionar de forma óptima con respecto al bloque del motor.

Los métodos y máquinas de conformado conocidos antes citados para la fabricación de piezas que tengan por lo menos un extremo deformado, solamente permiten trabajos circulares, lo cual no es adecuado considerando las formas cada vez más complejas que requieren los proyectistas.

Uno de los objetivos de la presente invención es, cuando menos, el mejorar la libertad de diseño en cuanto a la forma.

Con el fin de lograr este objetivo, el método que se describe en el primer párrafo está caracterizado porque la herramienta se puede mover hacia atrás y hacia adelante con respecto al eje durante por lo menos una parte de la operación de deformado, preferentemente en dirección radial y sustancialmente en forma de traslación, con una frecuencia que es sustancialmente igual a un múltiplo de la frecuencia de la rotación de la pieza deformada o de la pieza a deformar, que realiza la pieza alrededor del eje antes citado. El control de la máquina de conformar objeto de la invención está dispuesto en consecuencia.

Tal como se explicará con mayor detalle en los ejemplos siguientes, de esta manera se tiene la posibilidad de realizar formas mucho más complejas, tales como formas ovaladas, triangulares o poligonales o formas derivadas de éstas. Además se tiene la posibilidad de deformar las piezas de tal manera que el eje geométrico de la parte deformada de la pieza quedará posicionado formando un ángulo o descentrada con respecto a la pieza sin deformar, mientras que al mismo tiempo es posible posicionar un postizo en el extremo abierto de la pieza, antes o durante la operación. Este postizo puede funcionar para facilitar o permitir una operación determinada y/o puede formar parte del producto final.

La pieza se gira preferentemente mientras se efectúa la traslación de la herramienta, durante cuyo movimiento de traslación la herramienta permanece fija en la dirección de rotación. Esto permite efectuar la operación de deformación de manera relativamente sencilla, posiblemente en su totalidad o en parte empleando equipos y herramientas existentes.

La invención se explicará a continuación con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos que se adjuntan, que muestran una serie de realizaciones del método y de la máquina de conformado, según la presente invención.

La figura 1 es una vista en planta superior esquemática de una primera máquina de conformado según la presente invención, que comprende dos herramientas y una mordaza giratoria.

Las figuras 2a-3c muestran en un alzado lateral diversas fases de trabajo del método según la invención, realizados con la máquina de conformado según la figura 1.

La figura 4 es una vista en planta superior parcialmente seccionada de una operación de procesado de un convertidor catalítico.

La figura 5 es una vista en sección transversal de una unidad convertidora catalítica terminada.

La figura 6 es una vista en planta superior esquemática de una segunda máquina de conformado según la presente invención, que comprende tres herramientas y una mordaza rotativa.

Las figuras 7a-7c muestran en un alzado lateral diversas fases de trabajo del método según la invención, realizados con la máquina de conformar según la figura 6.

En la medida en que las piezas sean idénticas en las diversas realizaciones o realicen la misma función, estas piezas aparecen indicadas en todos los casos con los mismos números.

Las figuras 1 y 2 muestran una máquina de conformar 1 que comprende una mordaza 2 para amarrar una pieza, tal como el cilindro metálico 3 ilustrado, ya deformado. La mordaza 2 puede girar alrededor de un eje imaginario 5, por ejemplo, por medio de un motor eléctrico que está dispuesto dentro de la carcasa 4. A cada lado de la pieza 3 está dispuesta una herramienta de conformado, tal como los rodillos de conformado 6, 6' que van montados giratorios en sus respectivos soportes 7, 7', que van dispuestos en un carro superior 8 en una carcasa 9. El carro superior 8 y, por lo tanto, los rodillos de conformado 6 se pueden mover hacia adelante y hacia atrás por medio de una guía, por ejemplo mediante un servomotor hidráulico, en una dirección que se extiende formando un ángulo de por ejemplo 45-90º con respecto al eje 5, cuya dirección se denominará en lo sucesivo la dirección Y. La carcasa 9 va montada sobre un carro inferior 10 (véase la figura 2), que comprende los fuelles 11 y que va montado sobre una guía 12, que a su vez forma parte de la bancada de la máquina 13. El carro inferior 10 se puede desplazar hacia atrás y hacia adelante por encima de dicha guía 12, nuevamente por medio de un servomotor hidráulico, por ejemplo en una dirección que se extiende perpendicularmente a la dirección de movimiento del carro superior 8, cuya dirección se denominará en lo sucesivo la dirección X.

En lugar de utilizar la disposición que se ha ilustrado existe también la posibilidad de situar la carcasa de tal manera que esté en condiciones de efectuar un movimiento de traslación en la dirección X. En este caso las herramientas de conformado pueden permanecer fijas en esta dirección. Para más detalles respecto a un conjunto adecuado de un rodillo de conformado y su correspondiente carro y medio de accionamiento, se hace referencia a la solicitud de patente europea EP 0125720.

Con la operación que está representada en las figuras 2a-2c, se recalca un cilindro metálico hueco 3 que tiene una forma de sección ovalada. Este cilindro ovalado 3 gira a una velocidad adecuada mientras que los rodillos de conformado 6, 6' son comprimidos contra la pared exterior del mismo. Los rodillos de conformado 6, 6' se controlan de tal manera que se trasladan hacia adelante y hacia atrás en la dirección Y con una frecuencia que es el doble de la frecuencia de rotación del cilindro ovalado 3. Las posiciones extremas de este movimiento vienen determinadas por los radios r1 y r2 más corto y más largo, respectivamente, del perímetro exterior del cilindro ovalado 3. La aceleración de los rodillos de conformado 6, 6' se ajusta de tal manera que inicialmente los rodillos de conformado 6, 6' simplemente sigan la pared exterior de la pieza. Después de esto, los rodillos de conformado 6, 6' y el cilindro ovalado 3 se pueden desplazar en dirección X, el uno con respecto a los otros, por ejemplo, de tal manera que los rodillos de conformado 6, 6' estén inicialmente distanciados del extremo de la pieza 3 en una cierta distancia y después se desplacen hacia este extremo. Durante este movimiento, la parte en cuestión de la pieza se puede deformar ajustando el movimiento de traslación reciprocante de los rodillos de conformado 6, 6'.

Por lo que respecta a la forma que aparece representada en la figura 2b, esto significa que las dos posiciones extremas del movimiento de cada uno de los rodillos de conformado 6, 6' se mueve cada vez más hacia el eje 5. Si el cilindro ovalado 3 ha de tener un extremo circular, la amplitud del movimiento de traslación reciprocante se irá disminuyendo poco a poco y eventualmente terminará a una distancia constante respecto al eje antes mencionado 5. Desplazando adicionalmente las dos posiciones extremas del rodillo de conformado 6 del lado derecho (en el dibujo, hacia el eje 5, tal como está representado en la figura 2c), mientras que por otra parte, moviendo las posiciones extremas del rodillo de conformado del lado izquierdo 6' separándolo de este eje, la parte deformada del cilindro 3 quedará posicionada formando un ángulo con respecto a la parte no deformada. Dependiendo, entre otras cosas, de las características del material, del espesor de pared, del grado de deformación y de la reducción del diámetro, la operación se tendrá que realizar en un número mayor o menor de pasadas o pasos.

La figura 3 muestra la deformación del extremo de un cilindro metálico hueco de sección cuadrada, de tal manera que dicha forma se va fundiendo gradualmente a una sección circular que tenga un diámetro (considerablemente) menor. También en este caso los rodillos de conformado 6, 6' se mueven entre dos posiciones extremas, que se corresponden respectivamente con una mitad de un nervio de dicho cuadrado y una mitad de la diagonal de dicho cuadrado, que están indicados respectivamente como R1 y R2. Durante una primera pasada de los rodillos de conformado 6, 6', a lo largo de la pieza 3, dichos valores se reducen en un cierto porcentaje, y además se impone una forma de sección en la que las esquinas están ya ligeramente redondeadas. Eventualmente se obtiene la forma representada en las figuras 3a-3c repitiendo este movimiento e imponiendo una reducción de diámetro hacia el extremo, y una forma de sección cada vez más redonda.

A diferencia de los métodos y máquinas de conformado del arte anterior, con el método y la máquina de conformar según la presente invención se tiene la posibilidad de colocar un postizo en la pieza hueca, en este caso un cilindro metálico circular 3, tal como está representado en la figura 4, manteniendo la posición deseada con respecto a este cilindro circular 3. Con esta finalidad, la máquina de conformar 1 lleva una mordaza o plato de amarre 14, que va montado rotativo alrededor de un eje 5 en una carcasa que se puede desplazar hacia adelante y hacia atrás por medio de un carro (no representado), encima de dos perfiles guía 16 que están alineados con el eje 5. La mordaza 16 puede girar alrededor de un eje imaginario 5, por ejemplo, por medio de un motor eléctrico (no representado), o acoplando mecánicamente la mordaza 14 con la mordaza 2 o con el mecanismo de accionamiento de ésta. La mordaza 14 lleva una pieza de amarre excéntrica 17, en la cual se puede amarrar el postizo. Con esta finalidad, la pieza de amarre puede estar provista, por ejemplo, de un elemento anular expansible, de una manera de por sí conocida.

En el ejemplo ilustrado, el postizo consiste en una carcasa interior 18 para un convertidor catalítico 21, cuya carcasa interior ya ha sido deformada utilizando un método conforme a la presente invención y que incluye lo que se llama un tocho o sustrato catalítico con su correspondiente envolvente aislante 20. Los extremos de la carcasa interior 18 tienen forma cónica, cuyo cono se extiende formando un ángulo con respecto al eje central de la carcasa interior 18, la cual coincide con el eje 5. La carcasa interior 18 y el cilindro circular 3 también pueden tener en sección una forma tal como la representada en las figuras 2a-2c en lugar de una sección de forma cilíndrica circular.

Durante la operación de conformado, los rodillos de conformado 6, 6' siguen cinco recorridos, por ejemplo en una forma que es comparable a la representada en las figuras 2a-2c, deformando de este modo el extremo del cilindro 3 para formar un cono que se extiende en gran medida paralelo al extremo izquierdo de la carcasa interior 18. Las partes más exteriores de dichos extremos hacen tope entre sí tan próximamente que la carcasa interior 18 queda amarrada en el cilindro 3. Después de esto, el cilindro 3 y la carcasa interior 18 que está amarrada en su interior se pueden dar la vuelta y fijar nuevamente en la mordaza 2, de manera que se pueda mecanizar el otro extremo. De este modo se obtiene el convertidor catalítico 21 que está representado en la figura 5, que permite obtener un buen aislamiento del tocho catalítico o sustrato 19. Se pueden introducir otras piezas, tales como un relleno aislante 22, entre la pared exterior de la carcasa interior 18 y la pared interior del cilindro 3. También existe la posibilidad de utilizar un postizo que no permanezca detrás en la pieza pero que únicamente esté presente en la pieza durante la operación de conformado, como soporte o para el mecanizado de la pared interior de la pieza.

De todo lo anterior se puede deducir que el método y la máquina de conformado según la presente invención crean nuevas posibilidades y permiten la fabricación de productos compuestos que tengan formas complejas. En principio existe la posibilidad de utilizar Con esta finalidad equipos ya existentes.

La figura 6 muestra una segunda máquina de conformado según la presente invención, en la que tres rodillos de conformado 6, 6', 6'' están dispuestos en un bastidor 23, de tal manera que los puntos de contacto de dichos rodillos de conformado 6, 6', 6'' están distribuidos equidistantes con respecto a la circunferencia de la pieza 3, que en este caso consiste en un cilindro metálico de sección triangular con las esquinas redondeadas. Efectuando la traslación reciprocante de los rodillos de conformado 6, 6', 6'' con una frecuencia que se corresponda con tres veces la frecuencia de rotación de la pieza 3, en combinación con el movimiento reciprocante en dirección radial entre las posiciones extremas, que corresponda a la mitad del diámetro mayor y a la mitad del diámetro menor de la pieza, se tiene la posibilidad de seguir y deformar la superficie exterior del cilindro 3. Moviendo el bastidor 23 y la pieza 3 en la dirección X, paralela al eje 5, el uno respecto al otro, se tiene la posibilidad de seguir una serie de trazados, creando la forma de sección final estrechada y circular en el extremo de la pieza 3.

Las máquinas de conformado antes descritas contienen todas ellas una unidad de control. Esa unidad de control está dispuesta, por ejemplo, para controlar los medios para el movimiento en las direcciones X e Y y en la dirección radial de los rodillos, de acuerdo con un programa de control que está registrado en una memoria, de tal manera que los rodillos de conformado sigan uno o más trazados deseados con respecto a la pieza con el fin de deformar la pieza para obtener el producto deseado o un producto intermedio.

La invención no se limita a la realización antes descrita, que se puede variar de diversas maneras sin apartarse por ello del objetivo de la invención, tal como está definido en las reivindicaciones.

Claims (11)

1. Un método para deformar una pieza hueca (3) que tiene por lo menos un extremo abierto, donde la pieza (3) va amarrada en un dispositivo de amarre (2), donde por lo menos una herramienta de conformado (6, 6') se pone en contacto con una pared de la pieza (3), donde la pieza y dicha herramienta de conformado se giran alrededor de un eje, la una con relación a la otra y se deforma la pieza (3) por medio de la herramienta de conformado (6, 6'), caracterizado porque la herramienta (6, 6') se puede mover hacia atrás y hacia adelante con respecto al eje (5) durante al menos parte de la operación de deformación, con una frecuencia que es sustancialmente igual a la frecuencia de rotación de la pieza deformada o a un múltiplo de ésta, o de la parte que se haya de deformar de la pieza (3) alrededor del eje antes citado (5).

2. Un método según la reivindicación 1, en el que la pieza (3) se gira mientras que la herramienta (6, 6') se acciona sustancialmente en forma de traslación, durante la cual la herramienta permanece sustancialmente fija en la dirección de rotación.

3. Un método según la reivindicación 1 o 2, en el que la herramienta (6, 6') se desplaza hacia atrás y hacia adelante en una dirección que corta al menos sustancialmente el eje (5).

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza (3) se deforma de tal manera que el eje central de la parte deformada de la pieza (3) se extiende formando un ángulo o queda posicionada descentrada con respecto a la parte no deformada.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el número de herramientas (6, 6', 6'') se corresponde a dicho múltiplo, y donde los puntos de contacto de dichos rodillos de conformado (6, 6', 6'') están distribuidos preferentemente equidistantes alrededor del perímetro de la pieza (3).

6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se coloca un postizo (18) en el extremo abierto de la pieza (3), antes o durante la operación.

7. Un método según la reivindicación 6, en el que la pieza (3) se deforma de tal manera que el postizo (18) queda fijado y/o amarrado en su interior.

8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el eje (5) alrededor del cual giran la pieza (3) y las herramientas (6, 6), una respecto a las otras, coincide con el eje central de la parte no deformada de la pieza (3).

9. Una máquina de conformar (1) que comprende por lo menos un dispositivo de amarre rotativo (2) para amarrar una pieza hueca (3) que tenga por lo menos un extremo abierto y que se vaya a deformar, una primera herramienta de conformado (6, 6') que durante el mecanizado de la pieza se puede poner en contacto con la superficie exterior de la pieza (3), y mediante la cual se puede deformar la pieza (3), los medios (8-12) para mover la pieza (3) y dicha herramienta de conformado (6, 6'), las unas con relación a las otras, de tal manera que la herramienta de conformar (6, 6') pueda seguir una o más de las trayectorias deseadas para el mecanizado de la pieza 3, así como una unidad de control para dichos medios, caracterizada porque la unidad de control está dispuesta para mover la herramienta de conformado (6, 6') hacia atrás y hacia adelante con respecto al eje (5) durante al menos parte de la operación de deformado, con una frecuencia que es sustancialmente igual a o un múltiplo de la frecuencia de rotación de la parte deformada o de la parte a deformar, de la pieza (3), con respecto al eje antes citado (5).

10. Una máquina de conformar (1) según la reivindicación 9, en el que el número de herramientas de conformar (6, 6', 6'') se corresponde con dicho múltiplo.

11. Una herramienta de conformar (1) según las reivindicaciones 9 o 10, en la que frente al dispositivo de amarre (2) se dispone un soporte rotativo para un postizo (18) que se vaya a colocar en el extremo abierto de la pieza.