ES2310429B1 - Procedimiento de fabricacion de troqueles. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de troqueles.
Este procedimiento de fabricación permite
obtener troqueles cuyas dimensiones están corregidas adecuadamente
para compensar las desviaciones que se producen en las piezas
obtenidas, teniendo para ello en cuenta todos los parámetros que
pueden influir en las dimensiones finales de la pieza obtenida,
incluyendo las geometrías tridimensionales completas de todos los
elementos que constituyen el conjunto mecánico completo, es decir,
de la prensa, troquel y bancada de apoyo.
Description
Procedimiento de fabricación de troqueles.
El procedimiento objeto de la invención permite
obtener troqueles dimensionalmente exactos y que, por tanto, no
requieren de ajustes manuales posteriores para que el troquel tenga
un funcionamiento adecuado en la obtención de la pieza
correspondiente.
Para ello, el procedimiento de la invención
tiene en cuenta todos los factores que pueden provocar que las
piezas obtenidas presenten desviaciones dimensionales, obteniéndose
un troquel cuya geometría está corregida adecuadamente para
compensar las citadas desviaciones y obtener así directamente las
piezas requeridas dentro del margen de tolerancias establecido.
Como es bien sabido, un troquel es un útil que
está constituido por una matriz o molde que se monta sobre una mesa
o bancada, un punzón que se monta sobre una prensa y unos pisadores
o cojines hidráulicos que sujetan la chapa, de tal manera que la
chapa a conformar o cortar se dispone sobre la matriz,
procediéndose entonces a accionar los pisadores hasta que sujetan
la chapa, y a continuación el golpe del punzón que conforma o corta
la chapa. Obviamente, cuando se trata de obtener piezas complejas,
con unas tolerancias muy exigentes, resulta muy complicado y
laborioso obtener un troquel con las formas precisas para la
fabricación de las piezas.
En la actualidad, la fabricación de troqueles se
inicia con la obtención de la geometría teórica de la superficie
de contacto entre la chapa y el troquel, introduciéndose estos
datos en un programa de simulación que permite comprobar la validez
de la geometría obtenida para la superficie de contacto, o lo que
es lo mismo, que con una superficie como la diseñada se pueden
obtener piezas, sin que rompa la chapa o se produzcan arrugas en
la misma.
Estos programas de simulación tienen en cuenta
únicamente la geometría de la superficie de contacto de matriz,
punzón y pisadores y el espesor de la chapa o pieza a obtener ya
que únicamente tratan de simular el flujo de la chapa entre el
punzón y la matriz, comprobando que se puede conformar una pieza
sin grietas o arrugas.
Una vez validada la viabilidad de la superficie
de contacto, se procede al diseño, a través de un sistema CAD, de
un modelo tridimensional completo del troquel, es decir, una
matriz, un punzón y unos pisadores, que presentarán una superficie
de contacto con la geometría validada a través del programa de
simulación. Obviamente, las piezas que constituyen el troquel
presentan una configuración compleja y generalmente son de grandes
dimensiones, por lo que no se pueden obtener en una única pieza
sino que se conforman a partir de diversas piezas que se unirán
mecánicamente para determinar la forma final del troquel,
presentando las distintas piezas una serie de vaciados y nervios de
refuerzo diseñados específicamente para cada troquel y que tienen
como objetivo reducir el peso del troquel pero sin que éste pierda
la resistencia requerida.
Pues bien, este modelo tridimensional obtenido,
aunque presente una superficie de contacto que reproduce con
exactitud la geometría dimensional de la pieza que se desea
obtener, en la práctica no permite la fabricación de piezas, dentro
de las tolerancias exigidas.
Por ello, sobre el modelo tridimensional
obtenido, se aplican una serie de correcciones, basadas en el
conocimiento y la experiencia de los técnicos, llegando a una
geometría teórica corregida para el troquel, con la que se procede
a la fabricación y montaje del mismo.
A continuación, se comienzan a realizar pruebas
de fabricación de piezas con el troquel fabricado, realizándose
sucesivos ajustes sobre las zonas en las cuales las piezas
obtenidas no presentan las características requeridas debido a que
la matriz y el punzón no se acoplan de la manera prevista.
Estos ajustes se realizan manualmente, y
consisten en eliminar o aportar material.
Este proceso se repite una y otra vez, hasta que
la pieza obtenida se ajusta a las características de la pieza y
funcionamiento requeridas, pudiendo necesitarse varios meses de
trabajo hasta que el troquel permite fabricar la pieza deseada en
las tolerancias requeridas.
Posteriormente, el troquel obtenido y probado en
las instalaciones del fabricante de troqueles, se lleva e instala
en la máquina o máquinas del cliente final que va a fabricar las
piezas correspondientes, sucediendo muchas veces que este troquel
que estaba perfectamente ajustado ya no produce las piezas dentro
de las tolerancias requeridas.
Esta diferencia se debe a que la máquina y las
condiciones de trabajo en las instalaciones del fabricante de
troqueles pueden diferir sustancialmente de las que nos encontramos
en las instalaciones del fabricante final.
\newpage
Para reducir el tiempo necesario para el
mecanizado del troquel, se utilizan diversos métodos que permiten
fundamentalmente determinar de forma rápida e intuitiva las zonas
en las cuales es necesario quitar o aportar material. Así por
ejemplo, es muy común recubrir el troquel con pinturas o resinas
que permiten detectar visualmente las zonas donde el golpe de
prensa es mayor o menor y, por tanto, dónde quitar o aportar
material pero, en cualquier caso, requiere de una ingente cantidad
de trabajo para el ajuste final del troquel.
En este sentido, es conocida la patente PCT
01/89734 en la cual se utiliza un dispositivo óptico de medida de
las dimensiones del troquel, cuyos datos se comparan con los datos
teóricos de la pieza previamente almacenados en un ordenador,
obteniéndose las desviaciones existentes en el troquel para con
ellos alimentar una máquina, controlada por ordenador, que se ocupa
del rectificado completo del troquel.
En la patente europea nº 0 550 390, el troquel
incorpora un sensor que puede medir la presión, temperatura,
vibración y desplazamiento del mismo, para determinar la desviación
de estos parámetros respecto de los previstos teóricamente,
permitiendo así mejorar el modelo matemático utilizado para la
obtención del troquel.
Asimismo, en la patente europea nº 0 417 311 se
describe un procedimiento según el cual se obtiene información
sobre la máquina utilizada para la fabricación de las piezas, datos
que son introducidos en el sistema CAD y de acuerdo con la
información generada por éste, se fabrican los moldes por medio de
un sistema CAM para finalmente montar los moldes en la máquina y
efectuar la operación de mecanizado del mismo mediante el clásico
procedimiento de prueba y error.
En cualquier caso, todos los procedimientos
mencionados anteriormente requieren finalmente de un mecanizado del
troquel, por lo que el tiempo y coste de fabricación de los mismos
resulta muy elevado.
El procedimiento que se preconiza permite la
fabricación de troqueles evitando los ajustes manuales posteriores,
en base a que en la modelización del troquel se tienen en cuenta
todos los parámetros que influyen para que la pieza fabricada
presente desviaciones frente a los valores deseados.
Para ello, se han estudiado en profundidad los
sucesos que ocurren durante la fabricación de las piezas, así como
los distintos parámetros que intervienen y sus posibles efectos,
discriminando aquellos que tienen realmente un efecto directo en
las imperfecciones dimensionales de la pieza, así como la forma de
corregir el modelo teórico inicial del troquel.
Así por ejemplo, se ha podido determinar que el
factor fundamental que influye para que la geometría teórica del
troquel no dé como resultado una pieza dimensionalmente correcta,
está ligado al tremendo impacto que ejerce la prensa y a las
deformaciones que provoca en todos los elementos del conjunto
mecánico constituido por la prensa, bancada y troquel.
Se ha observado también que en la deformación
que sufre el troquel influyen la propia estructura del troquel, es
decir, cómo se ha configurado éste, sobre todo en lo que se refiere
a la posición y dimensión de los nervios y vaciados previstos para
aligerar el peso del troquel e igualmente la configuración del útil
de la prensa o punzón e incluso la geometría y características de
la mesa o bancada sobre la que apoya la matriz del troquel.
Obviamente, también hay que tener en cuenta las
características y funcionamiento de la máquina, fundamentalmente en
lo que se refiere a la fuerza ejercida por la misma y los puntos en
que se aplica.
Por ello, el procedimiento objeto de la
invención se basa en calcular las deformaciones que sufre el
conjunto mecánico completo, teniendo en cuenta para ello las
geometrías tridimensionales 3D, en sólido, de todos los elementos
del conjunto mecánico, es decir, de la prensa, bancada y troquel en
lugar de considerar únicamente la geometría de la superficie de
contacto del troquel y suponer que troquel y prensa no sufren
deformación alguna. Además, se supone para el cálculo que la pieza
a fabricar tiene espesor 0, o lo que es lo mismo, que la matriz y
el punzón se encuentran en contacto permanente.
En concreto, el procedimiento objeto de la
invención está basado en las siguientes fases:
- -
- Modelización del conjunto mecánico constituido por el troquel y la prensa, a través de los datos significativos de los mismos que se describirán más adelante.
- -
- Tratamiento de los datos geométricos y de funcionamiento de la prensa y troquel mediante el método de los elementos finitos, obteniendo un mapa con las deformaciones previstas para el troquel.
- -
- Obtención de la geometría corregida para el troquel, a partir de los datos teóricos y del mapa de deformaciones.
- -
- Fabricación mediante CAM de un troquel con las dimensiones corregidas.
La modelización del conjunto mecánico se realiza
a partir de la geometría tridimensional completa en CAD 3D,
sólidos, de todos los elementos del conjunto mecánico, es decir, de
la prensa, bancada y troquel completo compuesto por matriz y
punzón. Son de especial importancia la disposición y geometría de
los nervios internos y de contorno del troquel.
También se tienen en cuenta las características
de materiales del conjunto mecánico, la fuerza producida por la
prensa y los datos de fijación y apoyo de la mesa o bancada sobre
la que se dispone la matriz del troquel.
Con todos estos datos, se obtiene un modelo FEM
que tiene en cuenta la geometría completa de todos los elementos
que constituyen el conjunto mecánico y las fuerzas y reacciones que
actúan sobre él, así como los puntos de aplicación de estas
fuerzas.
No obstante, es posible utilizar hipótesis de
cálculo simplificadas que permiten eliminar alguno de los
componentes del conjunto mecánico sustituyéndolos por los efectos
que produce sobre el resto del conjunto mecánico.
Así por ejemplo, se podrían simplificar los
datos utilizados para la modelización del conjunto mecánico a los
siguientes:
- -
- Geometría tridimensional de los datos teóricos previstos para la matriz del troquel, incluyendo los nervios internos y de contorno.
- -
- Características de materiales del conjunto constituido por la prensa y matriz.
- -
- Distribución de fuerzas aplicadas sobre la superficie de contacto entre la matriz y el punzón.
- -
- Datos de fijación y apoyo de la mesa sobre la que se dispone la matriz del troquel.
- -
- Características de materiales de la mesa de apoyo de la matriz.
- -
- Datos de funcionamiento y características de la prensa.
Con este procedimiento se obtiene una geometría
corregida para el troquel que permite obtener piezas, con una
precisión de décimas de milímetro, sin realizar rectificados
manuales sobre el troquel.
De esta manera, al eliminar los repetidos y
sucesivos mecanizados del troquel, se reduce enormemente el tiempo
y coste de obtención de los mismos.
La figura 1 representa un diagrama de flujos
correspondiente a las distintas fases del procedimiento.
La figura 2 representa el mallado del conjunto
mecánico, antes de la aplicación de esfuerzos.
La figura 3 representa el mallado del conjunto
mecánico, una vez aplicada la fuerza de prensado, observándose
claramente las deformaciones sufridas por la matriz y mesa de apoyo
de la misma.
La figura 4 representa el mapa de deformaciones
de la superficie de contacto de la matriz.
En un ejemplo de aplicación, se parte de una
prensa de 1200 Tn, con una fuerza de pisado de 120 Tn y una fuerza
de embutición de 500 Tn.
Una bancada con unas dimensiones de
5000x2500x650 mm y una matriz con una superficie de contacto de
dimensiones máximas 1275x850 mm y un área de 0,84 m^{2}.
Según el procedimiento objeto de la invención,
en primer lugar se obtiene la geometría CAD 3D, en sólidos, de
todos los elementos que componen el conjunto mecánico que se va a
estudiar, realizando un mallado automático.
A continuación, se calculan las condiciones de
contorno, relativas a la bancada y a la prensa, es decir, las
fuerzas y reacciones debidas a estos elementos, realizando un
ensamblaje de las mallas de los elementos del conjunto mecánico en
el que se definen todas las condiciones de contorno necesarias,
como los apoyos, fuerzas y contactos. Este modelo FEM se representa
en la figura 2.
A continuación, se introduce el modelo FEM en un
sistema de cálculo que obtiene las tensiones y deformaciones del
conjunto mecánico, considerando que la pieza a obtener tiene un
espesor 0. Las deformaciones obtenidas se observan claramente en la
figura 3.
De los resultados del cálculo se obtienen los
datos relativos a las deformaciones previstas en la cara de
contacto entre la matriz y el punzón, es decir, lo que podríamos
denominar un mapa de deformaciones en la superficie de contacto,
según se ha representado en la figura 4.
Con los datos del mapa de formaciones y la
geometría teórica de la matriz y punzón se obtiene una geometría
corregida para la superficie de contacto del troquel.
Estos valores que se obtienen de los cálculos,
pueden ser procesados posteriormente por un sistema CAM que nos
permite la fabricación de la matriz y el punzón que constituye el
troquel con unas dimensiones corregidas que permite la obtención de
piezas sin que sea necesario realizar ajustes manuales sobre el
troquel.
Claims (7)
1. Procedimiento de fabricación de troqueles
que elimina los ajustes manuales, caracterizado porque el
diseño del troquel se realiza teniendo en cuenta las deformaciones
que sufre el conjunto mecánico completo definido por el troquel y
la prensa, incluida la bancada de apoyo.
2. Procedimiento de fabricación de troqueles,
según reivindicación 1ª, caracterizado porque para el
cálculo de las deformaciones del conjunto mecánico se supone que la
pieza a fabricar tiene un espesor 0, considerando como si la matriz
y el punzón que constituyen el troquel estuvieran en contacto
durante toda la operación de embutición o conformado.
3. Procedimiento de fabricación de troqueles,
según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
cálculo de las deformaciones del conjunto mecánico se realiza a
partir de la geometría tridimensional en CAD 3D, sólidos, de todos
los elementos del conjunto mecánico, es decir, de la prensa,
bancada y troquel.
4. Procedimiento de fabricación de troqueles,
según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para
el cálculo del conjunto mecánico se emplean hipótesis de cálculo
simplificadas que permiten eliminar alguno de los componentes del
conjunto mecánico, sustituyéndolos por los efectos de los
mismos.
5. Procedimiento de fabricación de troqueles,
según reivindicación 4ª, caracterizado porque el cálculo se
efectúa teniendo en cuenta la geometría 3D de la matriz y bancada y
las fuerzas o efectos del punzón, prensa y pisadores sobre
ellos.
6. Procedimiento de fabricación de troqueles,
según reivindicación 4ª, caracterizado porque el cálculo se
efectúa teniendo en cuenta la geometría 3D del punzón y prensa y
las fuerzas o efectos que ejercen sobre ellos la matriz y
bancada.
7. Procedimiento de fabricación de troqueles,
según reivindicación 1ª, caracterizado porque comprende las
siguientes fases operativas:
- a)
- Obtención de los datos teóricos tridimensionales de la matriz del troquel, incluyendo la geometría de los nervios internos y de contorno de la matriz.
- b)
- Obtención de los datos de funcionamiento y características de la prensa.
- c)
- Obtención de los datos geométricos y de fijación y apoyo de la bancada sobre la que se dispone la matriz.
- d)
- Obtención de la distribución de fuerzas sobre la superficie de la matriz.
- e)
- Mallado de los datos obtenidos en los apartados a) y c).
- f)
- Obtención de un Modelo FEM con el mallado del apartado e) y los datos de los apartados b) y d).
- g)
- Introducción del modelo FEM del apartado anterior en un sistema de cálculo mediante el método de los elementos finitos que obtiene las tensiones y deformaciones del conjunto mecánico, considerando que la pieza a obtener tiene espesor 0.
- h)
- Obtención de los datos de deformación de la superficie de contacto de la matriz.
- i)
- Obtención de la geometría corregida para la superficie de contacto de la matriz, a partir de los datos teóricos para la misma y de los datos de deformación obtenidos en el apartado h).
- j)
- Fabricación mediante CAM de una matriz y punzón a partir de las geometrías corregidas obtenidas en el apartado i).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200450069A ES2310429B1 (es) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | Procedimiento de fabricacion de troqueles. |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2310429A1 ES2310429A1 (es) | 2009-01-01 |
| ES2310429B1 true ES2310429B1 (es) | 2009-11-11 |
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| ES200450069A Expired - Fee Related ES2310429B1 (es) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | Procedimiento de fabricacion de troqueles. |
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| ES (1) | ES2310429B1 (es) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0417311A1 (en) * | 1989-03-14 | 1991-03-20 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Process for producing mold |
| US5699273A (en) * | 1995-01-28 | 1997-12-16 | Wilhelm Fette Gmbh | Method and apparatus for determining the force-displacement diagram of the pairs of punches of a rotary pelleting machine |
-
2002
- 2002-05-14 ES ES200450069A patent/ES2310429B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0417311A1 (en) * | 1989-03-14 | 1991-03-20 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho | Process for producing mold |
| US5699273A (en) * | 1995-01-28 | 1997-12-16 | Wilhelm Fette Gmbh | Method and apparatus for determining the force-displacement diagram of the pairs of punches of a rotary pelleting machine |
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