ES2755276T3

ES2755276T3 - Resorte de gas

Info

Publication number: ES2755276T3
Application number: ES13150385T
Authority: ES
Inventors: Jason L Vandine
Original assignee: Dadco Inc
Current assignee: Dadco Inc
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2033-01-07
Also published as: CN103216561A; EP2618019A3; KR101967194B1; EP2618019A2; KR20130086185A; CN103216561B; US9416840B2; US20130187316A1; EP2618019B1

Abstract

Un resorte (10) de gas para equipos de conformado, que comprende: un cilindro (14); un émbolo (12) recibido al menos parcialmente en el cilindro (14) para su movimiento alternativo entre las posiciones extendida y retraída durante un ciclo que incluye una carrera de retracción y una carrera de retorno y para definir parcialmente una primera cámara (16) de presión entre una parte del émbolo (12) y el cilindro (14) y para definir parcialmente una segunda cámara (18) de presión entre otra parte del émbolo (12) y el cilindro (14), y desviado a la parte extendida cediendo al gas presurizado en la primera cámara (16); un sellado amortiguador (116) dispuesto entre el cilindro (14) y el émbolo (12) y que, durante una parte del ciclo, separa la primera cámara (16) de presión definida por el cilindro (14) y el émbolo (12) a un lado del sellado amortiguador (116) de la segunda cámara (18) de presión definida por el cilindro (14) y el émbolo (12) al otro lado del sellado amortiguador (116); en donde el émbolo (12) incluye: un collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12); al menos un paso (88) de retención que comunica en un extremo con la segunda cámara (18) de presión y en otro extremo con la primera cámara (16) de presión mientras el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) está acoplado con el sellado amortiguador (116); y estando dispuesta al menos una válvula (90) de retención en el paso (88) de retención de tal manera que el gas pueda fluir a través de la válvula (90) de retención a medida que el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) se retrae; al menos un paso (94) de estrangulamiento dispuesto entre el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) y el cilindro (14), en comunicación de fluido entre las cámaras de presión primera (16) y segunda (18) mientras el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) está acoplado con el sellado amortiguador (116), y el al menos un paso (94) de estrangulamiento está configurado para restringir al menos parcialmente el flujo de gas a través del mismo desde la segunda cámara (18) de presión a la primera cámara (16) de presión; caracterizado por que el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) se desacopla del sellado amortiguador (116) durante al menos una parte del movimiento del collarín amortiguador (78) y el émbolo (12) a la posición retraída, y el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) se reacopla al sellado amortiguador (116) durante al menos una parte del movimiento del collarín amortiguador (78) y el émbolo (12) a la posición extendida, y el al menos un paso (94) de estrangulamiento está configurado para restringir al menos parcialmente el flujo de gas a través del mismo desde la segunda cámara (18) de presión a la primera cámara (16) de presión de una manera que varía con el retorno del collarín amortiguador (78) y el émbolo (12) hacia su posición extendida mediante la variación de su área de sección transversal en función de la longitud del paso (94) de estrangulamiento para desacelerar el émbolo (12) a una velocidad predeterminada durante la carrera de retorno cuando el émbolo (12) retorna a su posición totalmente extendida.

Description

DESCRIPCIÓN

Resorte de gas

Campo técnico

Esta descripción se refiere en general a dispositivos de resorte, y más particularmente a resortes de gas para su uso con equipos de conformado que incluyen prensas.

Antecedentes

Los resortes de gas son bien conocidos y se han utilizado en matrices de prensas para operaciones de estampado de chapa metálica. Los resortes de gas se usan comúnmente en diversas implementaciones en equipos de conformado para proporcionar un componente o soporte movible de una matriz de conformado o una pieza de trabajo con una fuerza productiva o una fuerza de retorno. Por ejemplo, en una implementación de anillo de unión, un resorte de gas proporciona una fuerza productiva contra un anillo de unión de una matriz de conformado para sujetar una pieza de trabajo de metal mientras que otra parte de la matriz de conformado forma, corta, estira o dobla la pieza de trabajo. En una implementación de elevador, el resorte de gas proporciona una fuerza productiva y una fuerza de retorno para levantar una pieza de trabajo de una superficie de la matriz de conformado o para mantener de otro modo el control de la pieza de trabajo. En una implementación de herramienta de leva, el resorte de gas aplica una fuerza productiva para devolver una herramienta activada por leva a su posición inicial. Por supuesto, se pueden utilizar varios resortes, incluidos los resortes de gas, en una amplia gama de otras implementaciones.

Los resortes de gas convencionales normalmente incluyen un cilindro, un émbolo dispuesto en el cilindro, una cámara de presión entre el émbolo y el cilindro, y varios retenes y sellados dispuestos en el cilindro para retener el émbolo y evitar las fugas de gas presurizado de la cámara de presión. Típicamente, el gas presurizado proporciona una fuerza sobre el émbolo para desviar el émbolo hacia una posición extendida y resiste la retracción del émbolo desde su posición extendida hacia una posición retraída.

En la patente GB 2150261 A se describe un resorte de gas con resistencia a la contracción inicial. Los resortes de gas se utilizan frecuentemente para ayudar al movimiento de una tapa de maletero con respecto al chasis de un automóvil. Para facilitar el cierre de la tapa de maletero, la presión en el resorte de gas está seleccionada de tal manera que el resorte de gas no pueda superar por completo las fuerzas gravitacionales que actúan sobre la tapa de maletero. Por tanto, para permitir que el resorte de gas mantenga la tapa de maletero en la posición completamente abierta, el resorte de gas tiene un camino de flujo diseñado de tal manera que en la posición terminal exterior del vástago del émbolo con respecto al cilindro, se proporcione una mayor resistencia a la contracción. Un primer camino de flujo a través del émbolo está cerrado por una válvula unidireccional. Un segundo camino de flujo a través del vástago del émbolo es ineficaz ya que su salida está más allá de una pared. Por tanto, es necesaria una fuerza externa sobre la tapa de maletero para contraer la unidad.

En la patente US 2010/0230875 A1 se describe un resorte de gas de retorno con retardo que incluye un émbolo al menos parcialmente recibido en un cilindro para su movimiento alternativo entre las posiciones extendida y comprimida durante un ciclo que incluye una carrera de compresión y una carrera de retorno. Un sellado dispuesto entre el cilindro y el émbolo separa una cámara primaria a un lado del sellado de una cámara secundaria al otro lado del sellado durante una parte del ciclo. Un paso comunica con la cámara secundaria y con la cámara primaria. El sellado es relativamente movible entre una posición abierta, que permite el flujo libre de gas a través del paso, a una posición cerrada, que restringe al menos parcialmente el flujo de gas a través del paso para permitir que el gas en la cámara secundaria se comprima en respuesta a un movimiento del émbolo hacia su posición extendida, reduciendo de este modo una fuerza neta de retorno sobre el émbolo y disminuyendo la velocidad del émbolo. Además, en la patente US 5.702.091 se describe un resorte de gas para una puerta trasera u otro elemento de cierre de una carrocería de vehículo de motor que se para automáticamente en una posición intermedia entre las posiciones completamente cerrada y completamente abierta. Un émbolo que lleva un vástago del émbolo separa el interior de un cuerpo cilíndrico en las cámaras primera y segunda. El gas bajo presión fuerza al émbolo y al vástago del émbolo hacia la posición extendida para abrir el elemento de cierre, permitiendo un camino restringido de gas a través de una ranura en la pared del cilindro que el gas fluya desde la segunda cámara a la primera cámara. Una tercera cámara también está definida dentro del cilindro y tiene una parte de pared ininterrumpida y una parte de pared que incorpora una ranura. La tercera cámara está en el lado opuesto a la primera cámara de la segunda cámara y tiene un diámetro menor que las cámaras primera y segunda. Cuando el vástago del émbolo mueve un anillo de sellado al interior de la tercera cámara y también a contactar con la parte de pared ininterrumpida, la tercera cámara está completamente cerrada; la acumulación de presión, por tanto, detiene el movimiento del vástago del émbolo en la posición intermedia. El movimiento manual del vástago del émbolo más allá de esta posición intermedia mueve el anillo de sellado sobre la ranura en la tercera cámara, con lo que la presión de gas que actúa sobre el émbolo ahora mueve el vástago del émbolo a la posición completamente extendida, permitiéndose el flujo de gas desde la tercera cámara a la segunda cámara a través de la ranura en la tercera cámara.

Compendio

El objetivo anterior se resuelve mediante un resorte de gas para equipos de conformado según la reivindicación independiente 1. Más desarrollos y realizaciones resultan de la siguiente descripción, los dibujos y las reivindicaciones adjuntas.

Un resorte de gas para equipos de conformado según la presente invención incluye un cilindro y un émbolo recibido al menos parcialmente en el cilindro para su movimiento alternativo entre las posiciones extendida y retraída durante un ciclo que incluye una carrera de retracción y una carrera de retorno. El resorte de gas incluye además un sellado amortiguador dispuesto entre el cilindro y el émbolo y que, durante al menos una parte del ciclo, separa una primera cámara de presión definida por el cilindro y el émbolo a un lado del sellado amortiguador de una segunda cámara de presión definida por el cilindro y el émbolo al otro lado del sellado amortiguador. El resorte de gas también incluye al menos un paso de retención que comunica en un extremo con la segunda cámara de presión y en el otro extremo con la primera cámara de presión, al menos una válvula de retención en el paso de retención, y al menos un paso de estrangulamiento dispuesto entre el émbolo y el cilindro y que comunica en un extremo con la segunda cámara de presión y en el otro extremo con la primera cámara de presión. El al menos un paso de estrangulamiento está configurado para restringir al menos parcialmente el flujo de gas a través del mismo de una manera que varíe con el retorno del émbolo para desacelerar el émbolo que retorna a una velocidad predeterminada.

Un resorte de gas para equipos de conformado según otra implementación ilustrativa incluye un cilindro, y un émbolo recibido al menos parcialmente en el cilindro para su movimiento alternativo entre las posiciones extendida y retraída y para definir parcialmente una primera cámara de presión entre una parte del émbolo y el cilindro y para definir parcialmente una segunda cámara de presión entre otra parte del émbolo y el cilindro. El resorte de gas también incluye un paso de estrangulamiento dispuesto entre el émbolo y el cilindro en comunicación de fluido entre las cámaras de presión primera y segunda durante al menos una parte del movimiento alternativo del émbolo, en donde un área de sección transversal del paso de estrangulamiento varía en función de la longitud del paso de estrangulamiento para restringir al menos parcialmente el flujo de gas a través del mismo de una manera que varíe con el retorno del émbolo hacia su posición extendida para desacelerar el émbolo a una velocidad predeterminada.

Un resorte de gas para equipos de conformado según una implementación ilustrativa adicional incluye un cilindro que incluye una carcasa que tiene una superficie interior y una guía del émbolo recibida al menos parcialmente en la carcasa y que incluye un cuerpo de la guía que tiene un orificio pasante, una superficie exterior con una parte dispuesta generalmente de manera adyacente a la superficie interior de la carcasa, y un faldón. El resorte de gas también incluye un émbolo portado por el cilindro para su movimiento alternativo entre las posiciones extendida y retraída. El émbolo incluye un vástago del émbolo recibido al menos parcialmente en el orificio pasante del cuerpo de la guía del émbolo, y un collarín amortiguador portado por el vástago del émbolo, recibido al menos parcialmente dentro del faldón del cuerpo de la guía del émbolo durante al menos una parte del movimiento alternativo del émbolo. El resorte de gas incluye además un sellado del vástago del émbolo dispuesto entre el vástago del émbolo y la guía del émbolo, y un sellado amortiguador portado por la guía del émbolo y construido y dispuesto para el contacto con el collarín amortiguador durante al menos una parte del movimiento alternativo del émbolo. Una primera cámara de presión está definida por la carcasa y una parte del émbolo a un lado del sellado amortiguador cuando el sellado amortiguador está en contacto con el collarín amortiguador, y una segunda cámara de presión está definida por otra parte del émbolo y la guía del émbolo entre el sellado del vástago del émbolo y el sellado amortiguador cuando el sellado amortiguador está en contacto con el collarín amortiguador. El resorte de gas incluye adicionalmente al menos un paso de estrangulamiento dispuesto entre el émbolo y el cilindro y configurado para restringir al menos parcialmente el flujo de gas a través del mismo de una manera que varíe con el retorno del émbolo para desacelerar el émbolo a una velocidad predeterminada.

Algunos objetivos, características y ventajas potenciales del resorte de gas establecido en la presente memoria incluyen proporcionar un dispositivo que se pueda utilizar fácilmente con una amplia gama de equipos de conformado, que permita fácilmente el uso de componentes comunes entre resortes de gas de diferente configuración y construcción, que se pueda mantener fácilmente y sus componentes reemplazar según sea necesario, que se pueda utilizar en una amplia gama de aplicaciones que tengan diferentes requisitos de tamaño y fuerza, que se pueda adaptar fácilmente a una amplia gama de configuraciones de prensas, que reduzca el impacto repentino en el retorno a la extensión completa del resorte de gas para reducir el rebote de piezas y aumentar la eficiencia de producción, y que sea de diseño relativamente simple, fabricación y montaje económicos, que sea robusto, duradero, fiable y en servicio tenga una larga vida útil. Por supuesto, un aparato que materialice la presente invención puede alcanzar, ninguno, alguno, todos o diferentes objetivos, características o ventajas de los establecidos con respecto a las realizaciones ilustrativas descritas en la presente memoria.

Breve descripción de los dibujos

Se expondrá la siguiente descripción detallada de realizaciones ilustrativas y el mejor modo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una vista en sección transversal de una realización ilustrativa de un resorte de gas con un émbolo mostrado en una posición completamente extendida o completamente retornada;

la Figura 2 es una vista fragmentaria ampliada de una parte del resorte de gas de la Figura 1;

la Figura 3 es una vista fragmentaria ampliada similar a la Figura 1 que muestra el émbolo movido desde su posición extendida hacia una posición retraída;

la Figura 4 es una vista fragmentaria ampliada similar a la Figura 1 que muestra el émbolo movido más hacia su posición retraída;

la Figura 5 es una vista fragmentaria ampliada, similar a la Figura 1 que muestra el émbolo retrocediendo hacia su posición completamente retornada;

la Figura 6 es una vista fragmentaria ampliada similar a la Figura 1 que muestra el émbolo retrocediendo hacia y cerca de su posición completamente retornada;

la Figura 7 es una vista en perspectiva ampliada de un collarín amortiguador de la Figura 1;

la Figura 8 es una vista del extremo del collarín amortiguador de la Figura 7;

la Figura 9 es una vista en sección del collarín amortiguador de la Figura 7, tomada a lo largo de la línea 9-9 de la Figura 8;

la Figura 10 es una vista en sección transversal del collarín amortiguador de la Figura 7, tomada a lo largo de la línea 10-10 de la Figura 9;

la Figura 11 es un diagrama gráfico de la Velocidad en función del Recorrido de un émbolo de una realización ilustrativa de un resorte de gas; y

la Figura 12 es un diagrama gráfico de Distancia y Presión versus Tiempo para el recorrido del émbolo de un resorte de gas experimental que tiene un collarín amortiguador con paso de estrangulamiento de profundidad constante, que puede utilizarse para establecer o verificar datos utilizados para diseñar el resorte de gas de las Figuras 1 a 9.

Descripción detallada de las realizaciones ilustrativas

Con referencia en más detalle a los dibujos, las Figuras 1 a 6 muestran una realización ilustrativa de un resorte 10 de gas para equipos de conformado, incluyendo prensas, que incluye un émbolo 12 al menos parcialmente recibido en un cilindro 14 del resorte 10 de gas para su movimiento alternativo entre una posición extendida (Figura 1) y una posición retraída (Figura 4) durante un ciclo que incluye una carrera de retracción y una carrera de retorno. El resorte 10 de gas puede incluir múltiples cámaras de presión, y puede ser un resorte de gas de doble cámara.

Por ejemplo, una primera cámara de presión o cámara 16 de resorte puede estar definida al menos en parte entre las partes correspondientes del cilindro 14 y el émbolo 12 para recibir un gas presurizado en la misma para proporcionar una fuerza de extensión o retorno del resorte 10 de gas. También, durante al menos una parte de una carrera de retorno o extensión del émbolo 12, una segunda cámara de presión o cámara amortiguadora 18 (Figuras 3, 5, 6) puede estar establecida o definida al menos en parte entre otras partes correspondientes del émbolo 12 y el cilindro 14. Por consiguiente, el resorte 10 de gas puede ser un producto de doble cámara de gas. La cámara amortiguadora 18 puede recibir parte del gas presurizado desde la cámara 16 de resorte para reducir o contrarrestar la fuerza de extensión, como se explica con más detalle a continuación.

En general, la cámara 16 de resorte puede presurizarse con gas nitrógeno, o cualquier otro gas adecuado, para determinar la fuerza de retorno o extensión del resorte 10. En la posición extendida de la Figura 1, la presión en las cámaras 16, 18 es igual y, a medida que el émbolo 12 se mueve desde la posición extendida hacia la posición retraída que comprime el gas en la cámara 16 de resorte, el gas fluye libremente desde la cámara 16 de resorte a la cámara amortiguadora 18 de tal manera que la presión en las cámaras 16, 18 es igual. Pero a medida que el émbolo 12 retrocede o vuelve a la posición extendida, el gas fluye entre la cámara 16 de resorte y la cámara amortiguadora 18 de una manera restringida variablemente para proporcionar un diferencial de presión deseado a través del émbolo 12. El diferencial de presión puede ser variable y puede producir un ciclo de fuerza neta que comienza a un valor relativamente alto, aumenta gradualmente durante una carrera de retracción, a partir de ahí disminuye gradualmente durante al menos una parte de una carrera de extensión o retorno, antes de disminuir rápidamente (pero de forma controlable) durante una parte final de la carrera de retorno. La fuerza neta rápidamente reducida ofrecida por el resorte 10 de gas es el resultado, al menos en parte, de la compresión del gas en la cámara amortiguadora 18, produciendo de este modo una fuerza en oposición a la fuerza del gas comprimido en la cámara 16 de resorte. En otras palabras, cuando se activa, la presión del gas en la cámara amortiguadora 18 contrarresta la fuerza creada por la presión del gas en la cámara 16 de resorte y hace que el émbolo 12 disminuya su velocidad.

Pero, como se describirá con mayor detalle a continuación, se puede permitir que el gas presurizado pase desde la cámara amortiguadora 18 a la cámara 16 de resorte durante la parte final de la carrera de retorno y a una velocidad predeterminada según el estrangulamiento del gas a través de un paso que tenga un área de sección transversal que varíe en función de la longitud del paso. Tal construcción proporciona toda la fuerza y velocidad durante toda la parte de retracción del ciclo de funcionamiento y durante una parte inicial de la parte de extensión del ciclo. También, tal construcción permite la reducción de velocidad al ritmo predeterminado hacia el final de la parte de extensión del ciclo para amortiguar o disminuir el retorno del émbolo 12. Esto suaviza o evita una parada repentina para reducir o evitar la vibración y el rebote de piezas y aumenta la eficiencia de producción del entorno en el que se utiliza el resorte 10.

Por consiguiente, el resorte 10 de gas se puede utilizar dentro de una prensa (no mostrada) para proporcionar el funcionamiento deseado de, por ejemplo, un elevador de piezas. En una aplicación de elevador de piezas, puede ser deseable la fuerza total de un resorte de gas durante una carrera de retracción del resorte de gas para conformar efectivamente una pieza, pero una parada repentina al final de una carrera de retorno a la fuerza total del resorte de gas puede causar vibraciones indebidas y rebote de la pieza. Así, el resorte 10 de gas puede proporcionar su fuerza neta total durante su carrera de retracción y durante al menos una parte inicial de su carrera de retorno, pero proporciona una fuerza neta reducida y una desaceleración predeterminada durante al menos una parte final de la carrera de retorno. Como tal, la fuerza del resorte de gas puede reducirse a una velocidad deseada antes de elevar completamente una pieza para evitar vibraciones y rebote de la pieza en la extensión completa del resorte de gas, y esto puede extender la vida útil del resorte 10 de gas y aumentar la eficiencia de producción.

El cilindro 14 del resorte 10 de gas puede incluir una guía 20 del émbolo portada en una cubierta o carcasa 22. Como se emplea en esta memoria, el cilindro 14 se refiere a la parte del resorte 10 de gas que generalmente coopera con el émbolo 12, y puede incluir cualquier forma y tamaño, cualquier cantidad de componentes, y no necesita ser de forma cilíndrica. La carcasa 22 puede ser un depósito común o estándar de resorte de gas, por ejemplo, para permitir la actualización de un resorte de gas existente para su modificación con las nuevas características descritas en la presente memoria.

Más específicamente, la carcasa 22 puede ser un componente generalmente cilíndrico como se muestra, y puede tener una pared 24 generalmente cilíndrica cerrada en un extremo por una tapa o extremo cerrado 26 y sustancialmente abierta en otro extremo 28 para recibir el émbolo 12 en su interior. Generalmente, el extremo cerrado 26 puede estar unido y sellado, por ejemplo, por una unión de soldadura, o fundido o formado como una sola pieza con la pared cilíndrica 24. La pared 24 de la carcasa 22 tiene una superficie interior 30 que puede al menos definir parcialmente la cámara 16 de resorte y una superficie exterior 32. Cerca del extremo abierto 28 de la carcasa 22, la superficie interior 30 de la pared 20 puede incluir una ranura 34 del retén generalmente circunferencial, construida para recibir un anillo 36 de retención, tal como un anillo en C, para mantener el resorte 10 de gas en su estado ensamblado. Para facilitar el montaje y la ubicación del resorte 10 de gas dentro de una prensa, pueden estar formadas ranuras circunferenciales 38 en la superficie exterior 32 de la carcasa 22, adyacentes a los extremos 26, 28 de la carcasa 22. Por ejemplo, un anillo 40 de retención puede estar dispuesto en una de las ranuras 38 para su cooperación con un soporte 42 de brida con una ranura correspondiente para aceptar el anillo 40 de retención.

El resorte 10 de gas puede ser un producto autónomo o independiente que está presurizado previamente con gas, o puede estar unido en comunicación de fluido a un suministro o fuente de gas presurizado. En cualquier caso, para admitir gas en el resorte 10 de gas, la carcasa 22 puede incluir un paso o puerto 44 de llenado que se prolonga entre las superficies interior y exterior 30, 32 de la pared 24, mostrado aquí extendiéndose a través del extremo generalmente cerrado 26 de la carcasa 22. En una realización de resorte de gas independiente, se puede recibir un accesorio 46 en el puerto 44 de llenado para permitir que el gas presurizado sea admitido en el resorte 10 de gas. Aunque no se muestra, el accesorio 46 podría incluir una válvula de retención para que actúe como una válvula unidireccional para evitar que el gas salga del resorte 10 de gas a través del puerto 44 de llenado.

La guía 20 del émbolo puede estar portada al menos parcialmente por la carcasa 22 y puede incluir un cuerpo 48 de la guía dispuesto al menos parcialmente en la carcasa 22. El cuerpo 48 puede tener una superficie exterior 50 generalmente cilíndrica dimensionada al menos parcialmente para ser recibida de manera estrechamente deslizable de forma adyacente a la superficie interior 30 de la carcasa 22, y una superficie interior 52 generalmente cilíndrica que define un orificio pasante, a través del cual un vástago 66 de émbolo del émbolo 12 puede moverse alternativamente de manera deslizante.

Además, la guía 20 del émbolo puede incluir un faldón 54 que se extiende axialmente desde el cuerpo 48 de la guía. El faldón 54 puede tener una superficie interior 56 que puede estar dispuesta de forma concéntrica a la superficie exterior 50 del cuerpo 48 y que define un resalto 58 entre el cuerpo 48 y el faldón 54. El faldón 54 puede definir parcialmente una cavidad anular en la que se puede recibir al menos una parte del émbolo 12 cuando el émbolo 12 está en, y adyacente a, su posición completamente extendida.

La guía 20 del émbolo puede tener extremos axiales 60, 62 generalmente opuestos. Un extremo 62 puede recibirse en el extremo abierto 28 de la carcasa 22 en el montaje de la guía 20 del émbolo en la carcasa 22. El otro extremo 60 puede estar generalmente enrasado con el extremo abierto 28 de la carcasa 22. Para facilitar la fijación de la guía 20 del émbolo dentro de la carcasa 22, la guía 20 puede incluir un resalto y/o ranura 64 generalmente circunferencial dispuesto/s para recibir el anillo 36 de retén, que puede recibirse también en la ranura correspondiente de la carcasa 22.

El émbolo 12 del resorte 10 de gas puede incluir un vástago 66 del émbolo generalmente alargado con un extremo 68 que se extiende fuera de la carcasa 22 y está adaptado para acoplarse con, o unirse a, un pisón, leva, elevador, anillo de unión, o similar de una prensa, y otro extremo 70 recibido dentro de la carcasa 22. Un tope o espaciador 72 del vástago del émbolo puede estar acoplado de manera ajustable al extremo 70 del vástago 66 para su cooperación con el extremo cerrado 26 para limitar de manera ajustable el recorrido del vástago 66 del émbolo. El vástago 66 del émbolo puede ser un vástago de émbolo común o estándar de resorte de gas, por ejemplo, para permitir la actualización de un resorte de gas existente para su modificación con las nuevas características descritas en la presente memoria. El vástago 66 del émbolo puede incluir una ranura 74 que se extiende radialmente hacia fuera y circunferencialmente, adyacente al extremo 70, que puede estar construida para recibir uno o varios otros componentes del émbolo 12.

Por ejemplo, otro componente del émbolo 12 puede incluir un collarín 76 del émbolo que puede ensamblarse sobre el extremo 70 del vástago 66 del émbolo y acoplarse con la ranura 74 del vástago 66 del émbolo. El collarín 76 del émbolo puede incluir un dispositivo de múltiples piezas acoplado en torno al vástago 66 del émbolo, un componente unitario ajustado a presión al vástago 66 del émbolo, o similar. El collarín 76 del émbolo también puede incluir uno o más pasos (no mostrados) a través del mismo para la reducción de calor durante el funcionamiento. En otro ejemplo, el émbolo 12 puede incluir un collarín amortiguador 78 que puede ensamblarse sobre el extremo 70 del vástago 66 del émbolo y deslizarse hasta hacer tope con un anillo 80 de retención antes de que se ensamble el collarín 76 del émbolo. Alternativamente, el collarín amortiguador 78 puede ensamblarse sobre el extremo 68 del vástago 66 del émbolo y deslizarse hacia abajo del vástago 66 hasta hacer tope con el collarín 76 del émbolo y luego retenerse en el vástago 66 mediante el anillo 80 de retención, que puede estar acoplado en ranuras correspondientes en el vástago 66 y el collarín amortiguador 78. Un sellado 82 puede estar dispuesto en una ranura correspondiente en una superficie 84 radialmente interior del collarín amortiguador 78.

Con referencia también en general a las Figuras 7 a 9, el collarín amortiguador 78 puede ser generalmente circunferencialmente continuo o anular con una superficie 86 radialmente exterior, un eje longitudinal A, y puede incluir extremos 85, 87 generalmente opuestos axialmente. Puede estar dispuesta una ranura anular 81 del sellado para el sellado 82 entre los extremos 85, 87. Del mismo modo, en un extremo 87, puede estar dispuesta una ranura 79 de anillo de retención para el anillo 80 de retención.

El collarín amortiguador 78 también puede incluir uno o más pasos 88, 94 de transferencia que comunican en un extremo de los mismos con la cámara amortiguadora 18 y en otro extremo de los mismos con la cámara 16 de resorte. Los pasos 88, 94 de transferencia pueden proporcionar, al menos en parte, flujo de gas entre la cámara 16 de resorte y la cámara amortiguadora 18 durante una parte del movimiento alternativo del émbolo 12 entre sus posiciones extendida y retraída.

En primer lugar, los pasos 88, 94 de transferencia pueden incluir uno o más pasos 88 de retención que pueden estar generalmente dispuestos axialmente en el collarín amortiguador 78 entre los extremos 85, 87. Los pasos 88 de retención pueden estar cerrados circunferencialmente y abiertos axialmente en los extremos 85, 87. Los pasos 88 de retención pueden llevar una o más válvulas 90 de retención (Figura 1). Por ejemplo, cada uno de los pasos 88 de retención puede llevar una válvula 90 de retención. En un extremo 85 del collarín amortiguador 78, los pasos de transferencia también pueden incluir uno o más respiraderos 92 en comunicación de fluido con los pasos 88 de retención. Los respiraderos 92 pueden estar rehundidos y dispuestos transversalmente en el extremo 85 y en comunicación abierta con la superficie externa 86 del collarín amortiguador 78. Como se emplea en esta memoria, el término transversal incluye cualquier orientación a cualquier ángulo distinto de cero con respecto a un eje longitudinal L (Figura 2) del émbolo 12.

En segundo lugar, los pasos 88, 94 de transferencia también pueden incluir al menos un paso 94 de estrangulamiento dispuesto entre el émbolo 12 y el cilindro 14. Por ejemplo, el paso 94 de estrangulamiento puede estar dispuesto axialmente en la superficie externa 86 del collarín amortiguador 78 y puede extenderse completamente entre los extremos 85, 87. Como se emplea también en esta memoria, el término axial incluye una dirección sustancialmente paralela al eje longitudinal L del émbolo 12. En la realización ilustrada, el paso 94 puede ser una ranura o canal abierto en comunicación abierta de fluido con la superficie externa 86 del collarín amortiguador 78 y, puede estar en comunicación abierta de fluido con los extremos 85, 87. En otra realización, el paso 94, en su lugar, puede ser una ranura o canal abierto en comunicación abierta de fluido con la superficie interior 56 del faldón 54. Como se describirá a continuación en la presente memoria, el paso 94 de estrangulamiento es de área de sección transversal variable en función de la altura longitudinal o longitud del paso 94. Por consiguiente, cuando el émbolo 12 retorna, el flujo a través del paso 94 varía para proporcionar una desaceleración controlada del émbolo 12. La desaceleración controlada puede ser una desaceleración variable.

Aunque se ha ejemplificado un émbolo mediante el émbolo 12 descrito anteriormente, el émbolo podría estar construido y dispuesto a partir de más o menos partes. Un ejemplo incluye un vástago y collarín del émbolo integrados o de una sola pieza que pueden llevar los diversos sellados, cojinetes y pasos descritos anteriormente.

El resorte 10 de gas también puede incluir uno o más cojinetes o casquillos. Por ejemplo, la guía 20 del émbolo puede llevar uno o más cojinetes 96 de guía en una o más ranuras correspondientes en la superficie interior 52 de la guía 20 para su cooperación con una superficie externa del vástago 66. En otro caso, el collarín 76 del émbolo puede llevar uno o más cojinetes 98 del émbolo en una ranura correspondiente en una superficie externa del mismo. Los cojinetes 96, 98 de guía y émbolo pueden facilitar el guiado del émbolo 12 para su movimiento alternativo axial dentro del cilindro 14. Por consiguiente, el resorte 10 de gas proporciona un mayor guiado para el émbolo 12 debido a la longitud particularmente larga de los cojinetes 96 de guía y la extensión o distancia entre los cojinetes 96 y 98. El gas puede fluir libremente más allá del cojinete 98 y el collarín 76 del émbolo a través de ranuras en el cojinete 98 y/o espacios entre las mitades del collarín 76.

El resorte 10 de gas puede incluir uno o más sellados. En primer lugar, para facilitar un sellado estanco a los gases entre la guía 20 del émbolo y la carcasa 22, se puede proporcionar una ranura 100 de sellado generalmente circunferencial en la superficie exterior 50 del cuerpo 48 de la guía para recibir un sellado 102 de la cámara de resorte y un anillo 104 de refuerzo. El sellado 102 puede ser una junta tórica comprimida entre la ranura 100 de sellado y la superficie interior 30 de la carcasa 22. En segundo lugar, una cubierta 106 para el polvo puede estar dispuesta en la ranura anular externa 64 de la guía 20 del émbolo próxima al extremo abierto 28 de la carcasa 22. En tercer lugar, un limpiador 108 del émbolo puede estar dispuesto en una ranura correspondiente en el cuerpo 48 de la guía 20 del émbolo en el extremo 60 de la misma. El limpiador 108 puede incluir un labio para acoplarse al vástago 66 del émbolo para evitar que entre contaminación o suciedad en el resorte 10 de gas entre el cuerpo 48 de la guía y el vástago 66 del émbolo. En cuarto lugar, la superficie interior 52 del cuerpo 48 de la guía puede incluir un resalto y/o ranura circunferencial/es 110 de sellado separado/s axialmente del limpiador 108 y adaptado/s para recibir un sellado 112 del vástago que se acople de manera hermética con el vástago 66 del émbolo para evitar que el gas del interior del resorte 10 de gas se escape del resorte 10 de gas entre el vástago 66 del émbolo y la guía 20 del émbolo. En quinto lugar, puede estar dispuesta una ranura 114 en el faldón 54 de la guía 20 del émbolo para aceptar un sellado amortiguador 116 y un energizante 118. En otra realización, donde el paso 94 de estrangulamiento está dispuesto en el faldón 54 en vez de en el collarín 78, el sellado amortiguador 116 y el energizante 118 pueden estar dispuestos en el collarín 78.

Durante una parte del ciclo del resorte de gas, el sellado amortiguador 116 puede separar la cámara 16 de resorte a un lado del sellado amortiguador 116 de la cámara amortiguadora 18 al otro lado del sellado amortiguador 116. El paso 94 de estrangulamiento varía en área de sección transversal en el sellado amortiguador 116 correspondiente y con el desplazamiento o retorno del émbolo 12. Como se emplea en esta memoria, el término “sección transversal” incluye secciones transversales tomadas en un ángulo transversal al eje L.

En una implementación ilustrativa, la cámara 16 de resorte puede estar definida al menos parcialmente por la carcasa 22 y el émbolo 12. Más específicamente, la cámara 16 puede estar definida por las paredes 24, 26 y por un área de superficie orientada axialmente del émbolo 12 dentro de un alcance diametral del vástago 66 del émbolo. También, cuando el sellado amortiguador 116 está en contacto con la superficie externa 86 del collarín amortiguador 78, y delimitando el paso 94, la cámara amortiguadora 18 puede estar definida al menos parcialmente radialmente entre el diámetro exterior del vástago 66 del émbolo y un diámetro interior del faldón 54, y puede estar definida axialmente entre el resalto 58 y el extremo 87 del collarín amortiguador 78 dentro un alcance diametral del sellado amortiguador 116.

El funcionamiento del resorte 10 de gas se describirá con referencia a las Figuras 1-6. Con el émbolo 12 recibido en el cilindro 14, y la guía 20 del émbolo mantenida dentro de la carcasa 22 por el anillo 36 de retención, el resorte 10 de gas puede cargarse con gas a través del puerto 44 de llenado. Por consiguiente, el resorte 10 de gas mantiene una carga de gas presurizado que hace ceder y desvía el émbolo 12 y su vástago 66 como un conjunto a su posición extendida como se muestra en la Figura 1.

Típicamente, una pluralidad de resortes 10 de gas cargados puede recibirse en un conjunto de matriz con un pisón, leva, elevador de piezas, anillo de unión o similar de prensa (no mostrado) haciendo tope con el extremo 68 de los vástagos 66 de émbolo extendidos. A medida que se avanza un pisón de prensa, un componente de la matriz puede ser empujado, contra la fuerza de desviación de uno o más de los resortes 10 de gas, hasta el acoplamiento con una pieza de metal en bruto para conformar, perforar o similar. Los vástagos 66 de los émbolos de los resortes 10 de gas pueden comprimirse bajo la fuerza de la prensa a medida que las matrices de la prensa se mueven hacia posiciones cerradas para conformar la pieza de metal en bruto en una pieza conformada. Pero el pisón de la prensa puede alcanzar su posición completamente extendida antes de que el émbolo 12 toque fondo en el extremo cerrado 26 de la carcasa 22, evitando de este modo daños al resorte 10 de gas.

Como se muestra en las Figuras 1 y 2, cuando el resorte 10 de gas está en su estado firme de tal modo que el émbolo 12 está en su posición completamente extendida o retornada, la cámara 16 de resorte está sustancialmente en su volumen máximo y la cámara amortiguadora 18 está sustancialmente en su volumen mínimo o cero.

Como se muestra en la Figura 3, el émbolo 12 se mueve hacia abajo según una carrera de retracción del resorte 10 de gas. A medida que el émbolo 12 se desplaza o retrae, el gas fluye desde un espacio en aumento entre el collarín 76 y el cojinete 98 del émbolo y el extremo 62 de la guía 20 del émbolo, y a través de los respiraderos 92, las válvulas 90 de retención y los pasos 88 de retención, y al interior de un espacio en aumento de la cámara amortiguadora 18 entre el extremo 87 del collarín amortiguador 78 y el resalto 58 de la guía 20 del émbolo. El gas también puede fluir desde el espacio en aumento entre el collarín 76 y el cojinete 98 del émbolo y el extremo 62 de la guía 20 del émbolo, y a través del paso 94 de estrangulamiento, y al interior de la cámara amortiguadora 18 en aumento.

El gas presurizado puede fluir desde la cámara 16 de resorte a la cámara amortiguadora 18, a medida que aumenta la presión en la cámara 16 debido al movimiento del émbolo 12 más dentro de la cámara 16 de resorte. Esto tiende a mantener sustancialmente la misma presión de gas en cada cámara 16, 18 de presión. Por consiguiente, los pasos 88, 94 de transferencia pueden estar dimensionados y dispuestos en una cantidad tal que permita libremente el flujo de fluido entre las cámaras 16, 18 de presión. El sellado amortiguador 116 mantiene la separación entre las cámaras 16, 18 durante al menos parte de la carrera de retracción del ciclo.

Pero, como se muestra en la Figura 4, el émbolo 12 continúa su movimiento hacia abajo durante la carrera de retracción de tal manera que solo la cámara 16 de resorte permanece definida. La cámara amortiguadora 18 ya no está definida porque el movimiento del émbolo 12 desacopla el collarín amortiguador 78 del sellado amortiguador 116 y el faldón 54.

Tras la carrera de retracción, y con referencia a la Figura 5, a medida que el pisón de la prensa se retrae, el émbolo 12 se mueve hacia su posición extendida debido a una fuerza de retorno del gas presurizado que actúa sobre el extremo 70 del vástago 66 del émbolo. El sellado amortiguador 116 puede contactar inicialmente o volver a acoplarse con la superficie externa 86 del collarín amortiguador 78. Como resultado, las válvulas 90 de retención se cierran y las cámaras 16, 18 de presión se distinguen, en donde la cámara amortiguadora 18 está generalmente separada de la cámara 16 de resorte excepto por cierta comunicación permisible de fluido a través del paso 94 de estrangulamiento. A medida que el émbolo 12 vuelve a su posición extendida, el gas en la ahora redefinida cámara amortiguadora 18 es comprimido por el área de superficie del collarín amortiguador 78 entre los sellados 112, 116. Debido a que el paso 94 de estrangulamiento está en comunicación con el extremo 87 del collarín amortiguador 78, el gas comprimido en la cámara 18 puede fluir a una velocidad controlada a través del paso 94 de estrangulamiento para que la presión del gas en la cámara 18 pueda comenzar a igualarse con la presión del gas en la cámara 16 de resorte.

Como se muestra en la Figura 6, el émbolo 12 se ha movido más hacia su posición extendida. En este punto, el sellado amortiguador 116 está todavía en contacto con el collarín amortiguador 78. El gas en la cámara amortiguadora 18 se comprime según un diferencial de presión entre las cámaras 16, 18 en respuesta al movimiento del émbolo 12 hacia su posición extendida. Este diferencial de presión entre las cámaras 16, 18 puede ser constante y produce una fuerza que actúa en un lado del émbolo 12 desde la cámara amortiguadora 18 que se opone a la fuerza que actúa en el otro lado del émbolo 12 desde la cámara 16 de resorte. Pero alguna cantidad limitada de gas fluye a través del paso 94 de estrangulamiento, en donde el estrangulamiento del gas permite a las fuerzas que actúan a cada lado del émbolo 12 aproximarse al equilibrio a una velocidad controlada, hasta que el émbolo 12 regrese a su posición mostrada en las Figuras 1 y 2. Con referencia también a la Figura 9, la distancia desde un punto de transición entre las zonas II y III del paso 94 al sellado 116 puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 0,2 a 0,3 mm.

Por tanto, el retorno del émbolo 12 se retrasa de tal manera que la velocidad del émbolo 12 que retorna disminuye a un ritmo controlado establecido por el flujo de gas a través del paso 94 de estrangulamiento. El ritmo controlado de disminución de velocidad puede ser variable. En otras palabras, la velocidad de retorno del émbolo 12 disminuye según la velocidad del flujo de gas desde la cámara amortiguadora 18 a través del paso 94 de estrangulamiento a la cámara 16 de resorte. Esta velocidad del flujo de gas varía en respuesta al área de la sección transversal del paso 94, que varía con el desplazamiento o retorno del collarín amortiguador 78 con respecto al sellado amortiguador 116 hacia la posición totalmente retornada del émbolo 12. Durante esta parte particular del ciclo, la velocidad del émbolo 12 que retorna se vuelve menor que la velocidad del pisón de la prensa, que estaba accionando el resorte 10 de gas. Mientras la velocidad del pisón de prensa que retorna sea mayor que la del émbolo 12 que retorna, la fuerza neta del émbolo sobre el pisón de prensa será cero. La velocidad de retorno del émbolo 12 deja de estar en función solamente de la presión del gas en la cámara 16 de resorte y la velocidad pasa a estar en función de la velocidad variable del flujo a través del paso 94 de estrangulamiento.

Finalmente, aunque el diferencial de presión del gas entre las cámaras 16, 18 puede ser constante, el émbolo 12 estará desviado a su posición completamente extendida como se muestra en las Figuras 1 y 2 porque el gas puede fluir desde la cámara 18 a la cámara 16 a través del paso 94 de estrangulamiento y, el gas actúa sobre un área de superficie mayor del émbolo 12 en la cámara 16 de resorte que en la cámara amortiguadora 18.

Como resultado de la fuerza diferencial variable que actúa sobre el émbolo 12 a medida que se desplaza a lo largo de la parte final de su carrera de retorno, el movimiento del pisón de la prensa será independiente, o puede encontrar solo una pequeña fuerza, del resorte 10 de gas. La fuerza y velocidad reducidas o de bajo impacto en el retorno del pisón de la prensa pueden reducir la vibración de la prensa y el rebote de piezas. El área de sección transversal variable del paso 94 permite que la velocidad de retorno del émbolo 12 disminuya a una velocidad controlada: lo suficientemente lenta como para reducir o evitar paradas repentinas y rebote de piezas, pero lo suficientemente rápida para una buena velocidad de producción.

La Figura 11 ilustra un diagrama de desaceleración en la forma gráfica de valores de velocidad de ejemplo representados frente a los valores de altura correspondientes. La Figura 11 también ilustra los límites superior e inferior o un intervalo de desaceleración según una realización de ejemplo.

En una realización ilustrativa, para resortes de gas que tienen una carrera de retracción de aproximadamente 3 a 6 pulgadas, las últimas aproximadamente 1 a 5 pulgadas de la carrera de retorno pueden ser amortiguadas. Más específicamente, las últimas aproximadamente 2 a 3 pulgadas de la carrera de retorno pueden ser amortiguadas. En otras palabras, en un ejemplo, el último aproximadamente 1/6 a 5/6 de la carrera de retorno puede ser amortiguado y, más específicamente, el último aproximadamente 1/2 a 2/3 de la carrera de retorno puede ser amortiguado. Tal longitud de amortiguación puede proporcionar una regulación particularmente buena del calor producido durante la carrera de retorno, y puede permitir una velocidad de funcionamiento particularmente buena en términos de ciclos por minuto. En otras realizaciones, puede ser posible proporcionar amortiguación a una parte mayor de la carrera de retorno, incluso hasta la longitud total de la carrera de retorno si se desea.

Un ejemplo particular no limitativo se explica a continuación con referencia a las Figuras 12 a 14 y a las Tablas 1 a 3 para establecer cálculos ilustrativos que pueden utilizarse para determinar una longitud apropiada del faldón 54, profundidades del paso 94 y similares.

Con referencia a la Tabla 1 de abajo, se pueden calcular varios parámetros utilizando un software de hoja de cálculo y/o de cualquier otra manera adecuada. En la Tabla 1, el parámetro volumen inicial es el volumen máximo de la cámara amortiguadora 18 cuando el collarín amortiguador 78 está en acoplamiento de sellado con el sellado amortiguador 116. También en la Tabla 1, el parámetro recorrido máximo de amortiguación es el recorrido máximo del collarín amortiguador 78 tras el acoplamiento con el sellado amortiguador 116 durante el retorno o extensión del émbolo. El parámetro volumen inicial puede calcularse una vez que se adopten otros parámetros de diseño del resorte 10 de gas o sean dictados por la aplicación particular del resorte de gas. El parámetro recorrido para igualar es la distancia durante el retorno o extensión del émbolo para comprimir el gas en la cámara amortiguadora 18 para crear la presión de igualación, permitiendo de este modo que las características de amortiguación surtan efecto. Los parámetros volumen inicial y recorrido máximo de amortiguación pueden ajustarse a valores deseados, y utilizarse con otros parámetros y cálculos de la Tabla 1 para calcular el desplazamiento o recorrido del émbolo tras la igualación entre las cámaras 16, 18. Ese parámetro de recorrido tras la igualación, a su vez, puede utilizarse como entrada para determinar tamaños de sección transversal en aumento del paso 94 de estrangulamiento y profundidades de corte correspondientes para el paso 94 de estrangulamiento como se describirá a continuación en la presente memoria con respecto a las Tablas 2 y 3.

Las ecuaciones de la Tabla 1, particularmente el volumen en la igualación, pueden utilizar la ley de los gases ideales con condiciones isotérmicas. Pero los resultados pueden cambiar un /- 20% con condiciones más adiabáticas o con más o menos fugas de gas a través del paso 94 de estrangulamiento. También puede ser deseable determinar o verificar experimentalmente los datos de la Tabla 1.

Por ejemplo, se puede producir un resorte de gas experimental con un collarín amortiguador que tenga un paso de estrangulamiento de velocidad constante. Por ejemplo, el paso de estrangulamiento experimental puede ser de una profundidad de corte constante de aproximadamente 0,145 cm (0,057”) para proporcionar una velocidad constante de 0,3 m/s. Con referencia al diagrama gráfico de la Figura 12, el resorte de gas experimental puede ser operado y probado utilizando transductores de desplazamiento, sensores de presión, equipos de adquisición de datos y similares adecuados. Un primer gráfico P representa la presión producida por el resorte de gas experimental frente al tiempo a medida que el resorte de gas experimental realiza el ciclo, y un segundo gráfico D representa la distancia que recorre el émbolo frente al tiempo.

En el primer gráfico P, la presión aumenta a un primer pico p1 cuando el émbolo alcanza el fondo de su carrera, y luego cae a un punto de inflexión p2 correspondiente a la posición del émbolo como se muestra en la Figura 5 en donde se inicia la amortiguación. A partir de ahí, la presión aumenta rápidamente a un segundo pico p3 donde la amortiguación está completamente formada, luego disminuye según el flujo a través de las zonas II y III del paso de estrangulamiento. Como se muestra en la Figura 12, la zona III del collarín amortiguador abarca tanto el final de la disminución relativamente lenta de presión después de p3 como una disminución rápida de presión hasta que las cámaras 18 y 16 tienen la misma presión, y el émbolo está completamente extendido como se muestra en la Figura 1.

En el segundo gráfico D, una primera distancia d1 representa la retracción del émbolo, y una segunda distancia d2 representa una parte inicial de la extensión del émbolo. Una tercera distancia d3 representa un recorrido máximo de amortiguación o parte final de la extensión del émbolo que comienza cuando se inicia la amortiguación y termina cuando el émbolo está completamente extendido. Una cuarta distancia d4 representa el recorrido del émbolo durante la extensión después de que la amortiguación esté completamente formada de tal manera que se produzca la igualación entre las cámaras.

Tabla 1

El tamaño, la forma y la cantidad de los pasos 94 de estrangulamiento pueden determinarse de cualquier manera adecuada. En una realización ilustrada, se puede utilizar una fresa de espiga de punta esférica para cortar el paso 94 de estrangulamiento, y el paso 94 de estrangulamiento puede tener una forma de sección transversal al menos parcialmente semicircular y una forma de sección longitudinal al menos parcialmente parabólica. En otras realizaciones, sin embargo, puede utilizarse cualquier herramienta adecuada de fresado, de conformado, de fundición, o cualquier otro dispositivo adecuado para producir el paso 94 de estrangulamiento en cualquier otra forma o formas de sección transversal y/o longitudinal adecuada/s. Por consiguiente, una vez que se conocen los parámetros básicos de diseño del resorte 10 de gas, por ejemplo, a partir de la Tabla 1, así como el tamaño deseado de la fresa de espiga de punta esférica y la desaceleración deseada del émbolo, se pueden entonces determinar tanto la altura de desplazamiento del émbolo correspondiente a la desaceleración deseada y las profundidades del paso 94 a las alturas de desplazamiento correspondientes.

La Tabla 2 incluye la desaceleración deseada del émbolo en forma de una pluralidad de velocidades discretas del émbolo. Por ejemplo, el intervalo de desaceleración puede estar impuesto por la velocidad de la prensa o el equipo de prensa en el que se utiliza el resorte de gas. En este ejemplo, se utilizaron nueve velocidades discretas, que representan un intervalo de desaceleración deseado, de 0,675 m/s a 0,025 m/s. Pero se pueden utilizar cualquier intervalo de desaceleración y decrementos de velocidad adecuados.

Como se muestra en la Tabla 2, la altura de desplazamiento puede reducirse a cero para el incremento de velocidad más bajo (0,025 m/s). La altura de desplazamiento de 0,03 mm en ese incremento representa la distancia de recorrido desde el incremento de velocidad de 0,025 m/s hasta una velocidad teórica de 0,0 m/s. La relación entre el sellado amortiguador 116 y el extremo del paso 94 de estrangulamiento puede diseñarse de tal manera que el émbolo 12 se detenga en el punto teórico de 0,0 m/s o para permitir dos a tres mm de recorrido en el punto de 0,025 m/s.

Tabla 2

En primer lugar, la altura de recorrido o desplazamiento del émbolo 12 correspondiente a un decremento de velocidad particular deseado puede calcularse a partir del decremento de velocidad deseado y suponiendo una desaceleración de acuerdo con una unidad de gravedad estándar (g). En general, la altura se puede calcular como sigue.

Más específicamente, la altura correspondiente al decremento de velocidad inicial se puede calcular como sigue: altura = ^ * (0,675 m/s)2 / 9,8 m/s2 = 0,0232 m o 23,2 mm. Obsérvese que la altura es menor que el recorrido post igualación de 25,25 mm (0,994 in) de la Tabla 1. Los cálculos de altura pueden repetirse para cada decremento de velocidad.

En segundo lugar, las profundidades del paso 94 a las alturas de desplazamiento correspondientes para la fresa de tamaño conocido pueden calcularse utilizando un software de hoja de cálculo como se representa en la Tabla 3 a continuación y sus ecuaciones subyacentes, y/o de cualquier otra manera adecuada. La Tabla 3 muestra varios parámetros y valores de parámetros calculados a partir de ecuaciones subyacentes relacionadas con el flujo másico a través de una tobera truncada como se describe a continuación.

Tabla 3

Los parámetros y valores de ejemplo del lado izquierdo de la Tabla 3 se pueden describir como sigue. El parámetro k es una constante sin unidades - el ratio de calor específico. R es la constante del gas. T es la temperatura total. El parámetro pt es la presión de igualación (absoluta), por ejemplo, tras la conversión de unidades de la Tabla 1. El parámetro pb es la presión inicial del resorte de gas, por ejemplo, tras la conversión de unidades de la Tabla 1. El parámetro Ae es el área de sección transversal del orificio o paso 94 a una altura dada que corresponde a un incremento de velocidad inicial dado como se describirá con más detalle a continuación. El parámetro p* es la presión cuando el número de Mach es igual a la unidad y puede caracterizarse según la Ec. 2 a continuación.

El parámetro Me es el número de Mach y puede caracterizarse según la Ecuación 3 a continuación.

El parámetro Te es temperatura estática y puede caracterizarse según la Ecuación 4 a continuación.

T

T = Ec. 4

{1 [(k - 1)/2]^m2 }

El parámetro pe es la densidad de gas en la salida del orificio o paso 94 a la altura dada, y puede caracterizarse según la Ecuación 5 a continuación.

El parámetro ce es la velocidad del sonido en la salida el orificio o paso 94 a la altura dada, y puede caracterizarse según la Ecuación 6 a continuación.

ce = 4 kR T e Ec. 6

El parámetro m es flujo másico y puede caracterizarse según la Ecuación 7 a continuación.

m = _rp _eA _eM _ec _eEc. 7

El parámetro pt es la densidad total de gas en la cámara amortiguadora 18, y puede caracterizarse según la Ecuación 8 a continuación.

p t *1000000

Pt = Ec. 8

RT

El parámetro mt es la masa total de gas en la cámara amortiguadora 18, y puede caracterizarse según la Ecuación 9 a continuación, en donde el volumen en la igualación puede ser de la Tabla 1 y multiplicarse por el factor de conversión de unidades mostrado.

mt = pt (volumen en la igualación * 0,00001638706) Ec. 9

La duración de la amortiguación puede caracterizarse según la Ecuación 10 a continuación.

mt

Duración de amortiguación = ---- Ec.10

m

El parámetro Vvst es la velocidad del émbolo 12, y puede caracterizarse según la Ecuación 11 a continuación, en donde el recorrido tras la igualación puede tomarse de la Tabla 1, multiplicarse por el factor de conversión de unidades mostrado, y dividirse por la duración de la amortiguación.

Vvst = (volumen en la igualación * 0,00001638706) /

(duración de amortiguación * área contrarrestante *0,00064516) Ec. 11

Por consiguiente, una vez que se establecen los parámetros básicos de diseño del resorte de gas, se puede hallar el área de sección transversal Ae requerida para producir la velocidad deseada conocida Vvst y la altura correspondiente. Una vez que se ha hallado el área de sección transversal Ae, y conociendo el tamaño de la fresa de espiga de punta esférica que se va a utilizar para cortar el paso 94, se puede determinar la profundidad de corte a la altura correspondiente. Para esto, se puede utilizar la parte de parámetros del orificio/paso y ecuaciones subyacentes de arriba a la derecha de la Tabla 3.

Varios de los parámetros y valores de ejemplo del lado superior derecho de la Tabla 3 están relacionados con cálculos del área de sección transversal para segmentos de círculos. Con referencia a la Figura 10, los parámetros se pueden describir como sigue: n es el radio exterior del collarín amortiguador 78; h1 es la altura de un segmento circular de sección transversal del paso 94; d1 es la distancia desde el centro del collarín amortiguador 78 hasta un punto medio de una cuerda c que define un segmento K1 de círculo; theta1 es el ángulo central para el segmento K1 y es igual a una longitud de arco del segmento Ki dividida entre r i; r2 es el radio de la fresa de espiga de punta de esférica utilizada para generar el paso 94, theta2 es el ángulo central para un segmento circular K2 y es igual a una longitud de arco del segmento K2 dividida entre r2; y d2 es la distancia desde un punto medio de la cuerda que define el segmento circular K2 hasta el centro del círculo.

En la Ecuación 12 se proporciona otra representación para el parámetro d.

d = r - h Ec. 12 Otra representación para el parámetro K es el área del segmento circular, y se puede caracterizar según la Ecuación 13 a continuación.

K = r2 * (theta - sen(theta)) / 2 Ec. 13 Debido a que el paso 94 de estrangulamiento puede mecanizarse con una fresa de espiga de punta esférica, se puede aplicar el área Ae de sección transversal del paso 94 a fórmulas o ecuaciones relacionadas con semicírculos para resolver la profundidad de corte. Sin embargo, si la profundidad del paso 94 es más profunda que el radio de la fresa de espiga de punta esférica, se pueden calcular una profundidad adicional h3 y el área rectangular correspondiente Arectangular. Asimismo, se puede calcular otra profundidad adicional h2 de la fresa de espiga de punta de punta esférica. La profundidad adicional h2 máxima es el diámetro de la fresa de espiga de punta esférica.

Finalmente, htotal es la profundidad total del paso 94, incluida la profundidad h1 , parte o la totalidad de la profundidad h2 asociada con el radio de la fresa de espiga, y cualquier profundidad adicional h3, que se requiera para proporcionar la velocidad deseada del émbolo a la altura correspondiente según el programa de desaceleración deseado. La Figura 10 ilustra un ejemplo donde la fresa de espiga de punta esférica se ha hundido a una profundidad de corte que es mayor que su radio.

Un experto ordinario en la técnica reconocerá que las ecuaciones y la hoja de cálculo de las Tablas 1-3 se pueden usar para determinar manualmente, de forma iterativa, las profundidades de corte en cada uno de una pluralidad de decrementos de velocidad discretos deseados y alturas correspondientes. Un experto ordinario en la técnica reconocerá también que las ecuaciones y valores de parámetros se pueden incorporar en un programa de ordenador para resolver automáticamente la/s profundidad/es de corte de forma discreta o continua.

Se debe reconocer que un experto ordinario en la técnica concebirá modificaciones, variaciones y otras realizaciones abarcadas dentro del alcance de esta invención. Las realizaciones descritas anteriormente pretenden ser ilustrativas y no limitativas. El alcance de la invención está definido por las reivindicaciones que siguen.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un resorte (10) de gas para equipos de conformado, que comprende:

un cilindro (14);

un émbolo (12) recibido al menos parcialmente en el cilindro (14) para su movimiento alternativo entre las posiciones extendida y retraída durante un ciclo que incluye una carrera de retracción y una carrera de retorno y para definir parcialmente una primera cámara (16) de presión entre una parte del émbolo (12) y el cilindro (14) y para definir parcialmente una segunda cámara (18) de presión entre otra parte del émbolo (12) y el cilindro (14), y desviado a la parte extendida cediendo al gas presurizado en la primera cámara (16); un sellado amortiguador (116) dispuesto entre el cilindro (14) y el émbolo (12) y que, durante una parte del ciclo, separa la primera cámara (16) de presión definida por el cilindro (14) y el émbolo (12) a un lado del sellado amortiguador (116) de la segunda cámara (18) de presión definida por el cilindro (14) y el émbolo (12) al otro lado del sellado amortiguador (116);

en donde el émbolo (12) incluye:

un collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12);

al menos un paso (88) de retención que comunica en un extremo con la segunda cámara (18) de presión y en otro extremo con la primera cámara (16) de presión mientras el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) está acoplado con el sellado amortiguador (116); y

estando dispuesta al menos una válvula (90) de retención en el paso (88) de retención de tal manera que el gas pueda fluir a través de la válvula (90) de retención a medida que el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) se retrae;

al menos un paso (94) de estrangulamiento dispuesto entre el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) y el cilindro (14), en comunicación de fluido entre las cámaras de presión primera (16) y segunda (18) mientras el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) está acoplado con el sellado amortiguador (116), y

el al menos un paso (94) de estrangulamiento está configurado para restringir al menos parcialmente el flujo de gas a través del mismo desde la segunda cámara (18) de presión a la primera cámara (16) de presión; caracterizado por que

el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) se desacopla del sellado amortiguador (116) durante al menos una parte del movimiento del collarín amortiguador (78) y el émbolo (12) a la posición retraída, y el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) se reacopla al sellado amortiguador (116) durante al menos una parte del movimiento del collarín amortiguador (78) y el émbolo (12) a la posición extendida, y el al menos un paso (94) de estrangulamiento está configurado para restringir al menos parcialmente el flujo de gas a través del mismo desde la segunda cámara (18) de presión a la primera cámara (16) de presión de una manera que varía con el retorno del collarín amortiguador (78) y el émbolo (12) hacia su posición extendida mediante la variación de su área de sección transversal en función de la longitud del paso (94) de estrangulamiento para desacelerar el émbolo (12) a una velocidad predeterminada durante la carrera de retorno cuando el émbolo (12) retorna a su posición totalmente extendida.

2. El resorte (10) de gas de la reivindicación 1, en donde el al menos un paso (94) de estrangulamiento es una ranura abierta a una superficie externa del émbolo (12).

3. El resorte (10) de gas de la reivindicación 2, en donde el cilindro (14) incluye una carcasa (22) que tiene una superficie interior (30) que define al menos parte de la primera cámara (16) de presión, y una guía (20) del émbolo recibida al menos en parte en la carcasa (22) y que tiene un orificio pasante y que tiene también una superficie exterior (50) con una parte dispuesta generalmente de forma adyacente a la superficie interior (30) de la carcasa (22).

4. El resorte (10) de gas de la reivindicación 3, en donde el émbolo (12) incluye un vástago (66) del émbolo y un collarín (76) del émbolo portado por el vástago (66) del émbolo, en donde el vástago (66) del émbolo está dispuesto al menos parcialmente en el orificio pasante de la guía (20) del émbolo para su movimiento alternativo entre las posiciones extendida y retraída, y en donde al menos parte de la segunda cámara (18) de presión está definida entre el émbolo (12) y la guía (20) del émbolo durante al menos una parte del movimiento alternativo del émbolo (12).

5. El resorte (10) de gas de la reivindicación 4 en donde el émbolo (12) comprende además:

al menos un cojinete (96) de guía portado en al menos una ranura correspondiente en una superficie interior (52) de la guía (20) del émbolo para su cooperación con una superficie externa del vástago (66) del émbolo; y al menos un cojinete (98) del émbolo portado en una ranura correspondiente en una superficie externa del collarín (76) del émbolo; para facilitar el guiado del émbolo (12) en el interior del cilindro (14) durante al menos una parte del movimiento alternativo del émbolo (12).

6. El resorte (10) de gas de la reivindicación 5 que comprende además:

un sellado del vástago del émbolo dispuesto entre el vástago (66) del émbolo y la guía (20) del émbolo.

7. El resorte (10) de gas de la reivindicación 6, en donde la guía (20) del émbolo incluye un cuerpo (48) de la guía y un faldón (54) que depende axialmente del cuerpo (48) de la guía y dentro del cual está dispuesto al menos parcialmente el émbolo (12) en su posición extendida, y en donde el émbolo (12) incluye además el collarín amortiguador (78) portado por el vástago (66) del émbolo entre el collarín (76) del émbolo y el cuerpo (48) de la guía, en donde la primera cámara (16) de presión está definida por la carcasa (22) y una parte del émbolo (12) a un lado del sellado amortiguador (116) cuando el sellado amortiguador (116) está en contacto con el collarín amortiguador (78), y la segunda cámara (18) de presión está definida por otra parte del émbolo (12) y la guía (20) del émbolo entre el sellado del vástago del émbolo y el sellado amortiguador (116) cuando el sellado amortiguador (116) está en contacto con el collarín amortiguador (78).

8. El resorte (10) de gas de la reivindicación 7, en donde cuando el collarín amortiguador (78) portado por el émbolo (12) se reacopla con el sellado amortiguador (116) durante una carrera de retorno del émbolo (12), las cámaras (16, 18) de presión están en comunicación de fluido solo a través del paso (94) de estrangulamiento.

9. El resorte (10) de gas de la reivindicación 1 en donde el émbolo (12) incluye un vástago (66) del émbolo y un collarín (76) del émbolo portado por el vástago (66) del émbolo.

10. El resorte (10) de gas de la reivindicación 9 en donde el cilindro (14) incluye una carcasa (22) que tiene una superficie interior (30) que define al menos parte de la primera cámara (16) de presión, y una guía (20) del émbolo recibida al menos parcialmente en la carcasa (22) y que tiene un orificio pasante, y en donde el vástago (66) del émbolo está dispuesto al menos parcialmente en el orificio pasante de la guía (20) del émbolo para su movimiento alternativo entre las posiciones extendida y retraída, y comprendiendo además el resorte (10) de gas un sellado del vástago del émbolo dispuesto entre el vástago (66) del émbolo y la guía (20) del émbolo.

11. El resorte (10) de gas de la reivindicación 10, en donde el émbolo (12) comprende además:

al menos un cojinete (98) del émbolo portado en una ranura correspondiente en una superficie externa del collarín (76) del émbolo.

12. El resorte (10) de gas de la reivindicación 11 en donde el émbolo (12) comprende además:

al menos un cojinete (96) de guía portado en al menos una ranura correspondiente en una superficie interior (52) de la guía (20) del émbolo para su cooperación con una superficie externa del vástago (66) del émbolo.