ES2826397T3 - Sistema de sujeción modular - Google Patents

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ES2826397T3 ES18180723T ES18180723T ES2826397T3 ES 2826397 T3 ES2826397 T3 ES 2826397T3 ES 18180723 T ES18180723 T ES 18180723T ES 18180723 T ES18180723 T ES 18180723T ES 2826397 T3 ES2826397 T3 ES 2826397T3
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Jan Bergwall
Hakan Dahlquist
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Abstract

Un dispositivo de sujeción modular (1) para una herramienta o una pieza de trabajo que incluye un mandril, una placa (10) que tiene una pluralidad de referencias x - y y una pluralidad de referencias z para la alineación con el mandril (40) y una unidad de sujeción (30), que está dispuesta en el estado de sujeción de forma concéntrica en el exterior del mandril, caracterizado por que en el estado de sujeción, una parte tubular (20) está dispuesta concéntricamente entre la placa y la unidad de sujeción, y la parte tubular está diseñada de manera que se conecta a la placa por medio de un primer mecanismo de conexión y se conecta a la unidad de sujeción por medio de un segundo mecanismo de conexión, en el que la altura del mandril es menor que la altura de la unidad de sujeción.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de sujeción modular
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo de sujeción, en particular a un dispositivo de sujeción modular para la aplicación en el campo de la pulvimetalurgia.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El dispositivo de sujeción modular se utiliza particularmente en aplicaciones de prensado de polvo en las que la fuerza de presión axial es muy alta y, al mismo tiempo, tiene requisitos muy altos de precisión de posición.
Las prensas para la pulvimetalurgia se utilizan para el prensado de desde pequeños insertos de acero de carburo hasta piezas más grandes sinterizadas tales como engranajes para la industria automotriz. La fuerza de prensado depende del área de la prensa y normalmente es de 10 toneladas para piezas pequeñas y hasta de 500 toneladas para piezas grandes. Las prensas de pulvimetalurgia requieren un adaptador de prensa, que es una unidad que se puede sacar de la prensa para instalar las herramientas de la prensa. El adaptador de prensa a menudo está equi­ pado con dispositivos de sujeción para una sujeción rápida de las herramientas de la prensa, es decir, el punzón superior e inferior y el troquel en el medio. Durante el prensado, las herramientas de punzón y troquel se aplican de manera que los punzones opuestos aprieten los polvos contenidos en un troquel. Para algunas aplicaciones, tam­ bién se utilizan punzones múltiples.
Puesto que durante el prensado el dispositivo de sujeción también se encuentra sometido a una elevada fuerza de prensado, los dispositivos de sujeción para sujetar las herramientas de prensado deben resistir las fuerzas de pren­ sado muy altas y también posicionar los punzones y troqueles con una precisión de - 1,0 micrómetros o superior. La precisión es necesaria para garantizar un espacio muy pequeño entre los punzones y el troquel. El espacio de separación es de solo unos pocos micrómetros. Debe ser pequeño, pues de lo contrario habrá una fuga de polvo y una rebaba en la pieza terminada.
Un problema adicional es que podría ser necesaria una gran fuerza de extracción para sacar el punzón del troquel. Esto se debe a la alta fuerza de fricción remanente después de la compactación del polvo. Esto conduce a la nece­ sidad de que el dispositivo de sujeción proporcione una fuerza de sujeción elevada. No debe haber el menor levan­ tamiento de la placa desde el mandril.
Además, el polvo metálico, después de un tiempo de uso, penetrará en el mecanismo de sujeción del rodillo. Es necesario entonces realizar un servicio de limpieza completo. Los dispositivos de sujeción de la técnica anterior a menudo se deben desmontar, desensamblar, limpiar y volver a montar. Esto conducirá a una costosa inmovilización de la prensa y requerirá una nueva alineación del mandril.
Además, la alineación de los dispositivos de sujeción por presión a nivel de micrómetros es bastante difícil y requiere cierta habilidad y experiencia por parte del instalador. La alineación se realiza normalmente golpeando suavemente el mandril desde el exterior con una herramienta. Los dispositivos de golpe automático no se pueden colocar alrede­ dor del mandril debido a la falta de espacio en el adaptador de la prensa.
El documento US 8152151 describe un dispositivo de sujeción que comprende un mandril y una placa de piezas de trabajo. El mandril está provisto de un mecanismo de sujeción para situar la placa de piezas de trabajo. El mecanis­ mo de sujeción comprende una pluralidad de elementos de sujeción configurados como émbolos. La placa de piezas de trabajo comprende una superficie de sujeción que se extiende esencialmente a lo largo de su superficie de basti­ dor para realizar el contacto superficial con los émbolos por su parte frontal provista de una superficie de compresión durante la sujeción.
El documento EP 1068918 describe un dispositivo para montar una pieza de trabajo en una posición definida en la región de trabajo de una máquina herramienta. El dispositivo tiene un mandril y un portapiezas que puede colocarse sobre el mandril y debe sujetarse firmemente al mismo. El dispositivo comprende una pluralidad de elementos de localización y de disposición de sujeción, cuya fuerza de sujeción mantiene el portapiezas en su lugar sobre el man­ dril en la posición establecida por los medios de posicionamiento. El dispositivo de sujeción comprende, por ejemplo, una pluralidad de bolas de sujeción como elementos de sujeción. Las bolas de sujeción están dispuestas alrededor de la circunferencia del mandril para interactuar con una ranura anular circundante dispuesta en la superficie interior del portapiezas.
En estos dispositivos, las fuerzas radiales de las bolas de sujeción no se compensan unas con las otras, lo que re­ sulta en fuerzas laterales sobre la placa. Por tanto, se produce una imprecisión entre la placa y el mandril en el mo­ mento de la sujeción. Para la aplicación en la que se requiere una alta precisión de posicionamiento, se debe evitar una fuerza lateral de este tipo.
El documento EP 174 1511 describe un dispositivo de sujeción que comprende un mandril y un soporte. El soporte tiene una parte superior y una extensión tubular. La parte superior está conectada de forma desmontable a la exten­ sión tubular. El dispositivo de sujeción tiene un mandril interior y un mandril exterior, estando conectado el mandril interior fijamente de forma concéntrica al mandril exterior. La extensión tubular se puede sujetar al mandril interior y / o exterior.
El dispositivo de sujeción que se describe en el documento EP 174 1511 no es adecuado para la aplicación en la que se requiera una elevada resistencia a la fuerza de presión.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un objetivo de esta invención es proporcionar un dispositivo de sujeción modular mejorado, que tenga una elevada fuerza de sujeción, elevada resistencia a la fuerza de presión, elevada rigidez axial y elevada precisión de posicionamiento.
De acuerdo con la presente invención, estos objetivos se logran por medio de las características de la reivindicación 1. Además, de las reivindicaciones dependientes y de la descripción se siguen otras realizaciones ventajosas. En una realización, la invención se refiere a un dispositivo de sujeción modular para una herramienta o una pieza de trabajo que incluye una placa que tiene una pluralidad de referencias x - y y una pluralidad de referencias z para realizar la alineación con un mandril y con una unidad de sujeción, que está dispuesta en el estado de sujeción con­ céntricamente en el exterior del mandril. En el estado de sujeción, una parte tubular está dispuesta concéntricamen­ te entre la placa y la unidad de sujeción, y la parte tubular está diseñada de manera que esté conectada a la placa por medio de un primer mecanismo de conexión y conectada a la unidad de sujeción por medio de un segundo me­ canismo de conexión.
La invención consiste en un dispositivo de sujeción modular que comprende una parte de mandril, una unidad de sujeción, una parte tubular y una placa. El dispositivo de sujeción se utiliza particularmente en aplicaciones de pren­ sado de polvo en las que la fuerza de presión axial es muy alta y, al mismo tiempo, con requisitos muy altos de pre­ cisión de posición. La placa que tiene una pluralidad de referencias x - y para la alineación con un mandril asegura la precisión de la posición en el estado de sujeción.
Además, en el estado de sujeción, la parte tubular está dispuesta concéntricamente entre la placa y la unidad de sujeción, esto significa que la parte tubular está dispuesta en la periferia exterior de la placa y se puede conectar a la placa por el primer mecanismo de conexión. Esta disposición tiene la ventaja de evitar las fuerzas laterales. En el estado de sujeción, la unidad de sujeción se encuentra en el exterior de la parte tubular, la parte del mandril y la placa. Debido a esto, la altura del dispositivo de sujeción completo en el estado de sujeción es muy baja. A conti­ nuación, la placa se baja al centro de la unidad de sujeción. Es de gran importancia disponer de un dispositivo de sujeción para presionar tan bajo como sea posible. Esto permite que los mandriles de punzón superior e inferior se acerquen lo más posible al mandril de troquel colocado en el medio.
La altura del mandril es menor que la altura de la unidad de sujeción.
En algunas realizaciones, en el estado de sujeción, el primer mecanismo de conexión y el segundo mecanismo es­ tán situados en dos posiciones diferentes en la dirección Z para proporcionar una mejor distribución de la fuerza de la unidad de sujeción para crear una fuerza axial pura en la parte tubular. La diferencia de altura permite también un movimiento pendular muy pequeño que además es favorable para evitar fuerzas laterales en la conexión de bayone­ ta.
En una variante, el primer mecanismo de conexión incluye al menos una primera ala de bayoneta dispuesta en la superficie lateral de la placa y al menos una segunda ala de bayoneta dispuesta en la parte tubular para acoplarse a la primera ala de bayoneta. La conexión de bayoneta de la primera ala de bayoneta y de la segunda ala de bayoneta es ligeramente holgada lateralmente hasta que se aplica una fuerza desde la parte tubular y, por lo tanto, las blo­ quea lateralmente por fuerzas de fricción. Debido a esto, toma su posición durante la sujeción sin producir ninguna fuerza lateral.
En una variante preferida, el segundo mecanismo de conexión incluye un anillo circular provisto en la superficie lateral de la parte tubular y un medio de bloqueo provisto en la superficie lateral de la unidad de sujeción para ser bloqueado en el anillo circular en el estado de sujeción. El anillo circular está incrustado en la superficie lateral y tiene una superficie circular y cónica. Puesto que la parte tubular está montada en el estado de sujeción en la perife­ ria exterior de la placa, la posición de conexión de la parte tubular y de la unidad de sujeción a través del segundo mecanismo de conexión se encuentra aún más hacia afuera en la dirección radial. Esto es favorable para la rigidez.
En una realización, el medio de bloqueo tiene la forma de una pluralidad de rodillos o bolas dispuestos en un anillo circular. El pistón tiene forma de un anillo y tiene una ranura circular orientada hacia el centro. En el estado de no sujeción, el pistón se mueve a la posición superior, de manera que el medio de bloqueo pueda descansar en la ranu­ ra y, por lo tanto, la parte tubular se desbloquea del mandril. La ranura circular tiene dos superficies de anillo que se estrechan progresivamente, una para un gran movimiento radial del medio de bloqueo y otra para aplicar la elevada fuerza radial. El anillo del pistón de sujeción se presiona hacia abajo por medio de un número de resortes. Se utiliza aire a presión para abrir el mandril presionando el pistón contra los resortes. También se podría aplicar aire presurizado en el lado del resorte para aumentar la fuerza del resorte y, por lo tanto, la fuerza de sujeción.
En algunas realizaciones, la placa y / o el mandril están hechos de acero macizo. La solución para soportar fuerzas de prensado muy elevadas se resuelve por la invención al tener una placa maciza en forma de anillo sobre una pie­ za maciza del mandril. Estas dos piezas macizas de acero transmitirán la fuerza de la prensa desde el punzón a la placa base en el adaptador de la prensa sin ninguna deformación que no sea la deformación pura e insignificante del material.
En una variante preferida, el diámetro interior de la parte tubular es mayor que el diámetro exterior de la placa y preferiblemente se encuentra en el rango de 50 mm a 250 mm, en particular de 76 mm a 189 mm.
En una variante ventajosa, se prevé una pluralidad de lengüetas elásticas sobre la superficie inferior de la placa que sirven como referencias x - y. En una variante preferida, se proporcionan cuatro pares de lengüetas elásticas.
En otra variante, una pluralidad de ranuras que tienen paredes laterales está formadas en la superficie inferior de la placa, en particular, las paredes laterales tienen un perfil que se estrecha progresivamente y sirven como referencias x - y. En una variante preferida, cuatro ranuras se colocan simétricamente en la superficie inferior de la placa.
La combinación con un mandril sólido y una parte tubular holgadamente conectada es esencial para la alta capaci­ dad de carga axial y la alta precisión. La parte tubular holgadamente conectada asegura que no se apliquen fuerzas laterales que afecten la precisión durante el momento de la sujeción.
Además, la construcción con un mandril en el centro del dispositivo de sujeción y una unidad de sujeción en forma de anillo circundante proporcionan la ventaja de una alta fuerza de sujeción y extracción. Esto se debe a la gran área del pistón en forma de anillo en la unidad de sujeción que permite una gran cantidad de resortes de sujeción del pistón y, además, una alta fuerza de sujeción de la presión de aire.
Una ventaja importante del diseño modular en combinación con la conexión de bayoneta de la parte tubular es que la unidad de sujeción se puede desmontar para realizar el mantenimiento o reemplazo sin afectar al mandril. Por eso, la unidad de sujeción se puede reemplazar sin afectar la precisión del mandril. Este suele ser el caso en la limpieza y el mantenimiento. Lo mismo se aplica en la primera instalación y alineación del mandril, ya que esto pue­ de ser realizado por un equipo de alineación automática situado en el lugar en el que posteriormente se colocará la unidad de sujeción. La conexión de bayoneta de la parte tubular guiará la unidad de sujeción a la posición correcta y aún no producirá fuerzas laterales. La función holgada de la conexión de bayoneta permite que la unidad de sujeción se coloque dentro de las tolerancias de posición normales tal como de varios cientos de milímetros y, por lo tanto, permite un fácil desmontaje y montaje. Esta es una característica importante, ya que la posición fija es costosa en las prensas automáticas.
Además, la capacidad de montar la unidad de sujeción por separado permite colocar un dispositivo de alineación de la parte del mandril fuera de la parte del mandril, es decir, en el lugar en el que normalmente se coloca la unidad de sujeción. La misma también tiene forma de anillo. Después de la alineación, el dispositivo de alineación se desmonta y se monta el dispositivo de sujeción.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Con el fin de describir la manera en la que se pueden obtener las ventajas y características de la divulgación, a con­ tinuación se presentará una descripción más particular de los principios que se han descrito brevemente más arriba con referencia a realizaciones específicas de los mismos que se ilustran en los dibujos adjuntos. Estos dibujos re­ presentan solo realizaciones ejemplares de la divulgación y, por lo tanto, no se deben considerar como limitantes de su alcance. Los principios de la divulgación se describen y explican con especificidad y detalle adicionales mediante el uso de los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 ilustra un dispositivo de sujeción modular;
la figura 2 ilustra una realización de una placa y una parte tubular;
la figura 3 ilustra un mandril;
la figura 4 ilustra una vista de la disposición del mandril en una unidad de sujeción;
la figura 5 ilustra un estado de sujeción del dispositivo de sujeción modular;
la figura 6 ilustra una vista en sección del dispositivo de sujeción modular en el estado de sujeción; y la figura 7 ilustra una vista ampliada de una parte de la figura 6.
DESCRIPCIÓN
La figura 1 muestra un sistema de sujeción modular 1 que comprende una placa 10, una parte tubular 20, una parte de mandril 40 y una unidad de sujeción 30.
La figura 2 muestra la placa 10 en una vista en despiece ordenado junto con una parte tubular 20. La placa está provista de referencias x - y para el posicionamiento en direcciones x - y, y referencias z en la dirección z. En esta realización, las referencias x - y están formadas por cuatro pares de lengüetas elásticas 17. Sin embargo, otras va­ riantes, por ejemplo en forma de ranuras, también son aplicables para la presente invención. La superficie plana 16 en el lado inferior de la placa forma las referencias z.
La placa puede ser montada en la parte tubular y conectarse a la misma por medio de un primer mecanismo de conexión. En la realización que se muestra en la figura 2, la placa está provista de cuatro primeras alas de bayoneta 12 para aplicarse en las cuatro segundas alas de bayoneta 22 correspondientes provistas en la parte tubular. Las primeras alas de bayoneta y las segundas alas de bayoneta forman el primer mecanismo de conexión. En el medio de las segundas alas de bayoneta 22, una bola 23 cargada por resorte está dispuesta de forma móvil y sobresale ligeramente de la superficie. Las bolas 23 se pueden presionar en el pequeño rebaje 13 en la superficie lateral de la placa cuando la placa se monta en la parte tubular. De este modo, la parte tubular se bloquea ligeramente en su posición y se evita que se suelte de la placa por rotación accidental durante la manipulación manual. La parte tubular 20 está provista además de un anillo circular 21 que tiene una superficie cónica, que forma parte de un segundo mecanismo de conexión.
La figura 3 muestra un mandril 40, que está fabricado en una pieza maciza de material y está provisto de referencias para posicionar la placa 10 en todas las direcciones y rotaciones en un sistema de coordenadas x - y - z. Las cuatro superficies planas superiores 41 forman las referencias z y las cuatro barras 42 que sobresalen de la superficie y que tienen superficies laterales que se estrechan progresivamente se pueden alinear con las referencias x - y pro­ porcionadas en la placa. Por ejemplo, los bordes frontales de los pares de lengüetas elásticas o los bordes macizos de las ranuras de la placa se pueden alinear con las barras 42. El mandril se monta preferiblemente en una placa adaptadora de prensa o en una mesa de máquina por medio de tornillos a través de los seis orificios 43. El adapta­ dor de prensa no se muestra en las figuras. La porción de material 44 entre las cuatro superficies superiores 41 es maciza para lograr una rigidez máxima.
La figura 4 muestra el mandril 40 y la unidad de sujeción 30 en un estado montado. El mandril se baja al interior de la unidad de sujeción de modo que la placa se pueda montar en la parte superior del mandril y la superficie superior de la placa esté en un estado de sujeción casi en el mismo plano que la superficie superior del dispositivo de suje­ ción.
Las figuras 5 y 6 ilustran el dispositivo de sujeción modular 1 en el estado de sujeción. En la figura 7 se muestra una vista ampliada de la parte A de la figura 6. La placa 10 y la parte tubular 20 también se ven en la sección transversal del dispositivo de sujeción. La sección transversal ampliada de la parte derecha del dispositivo de sujeción muestra el primer mecanismo de conexión entre la primera ala de bayoneta 12 y la segunda ala de bayoneta 22, y el segun­ do mecanismo de conexión incluye un medio de bloqueo tal como una pluralidad de rodillos o bolas 32. Se muestra el estado de conexión del segundo mecanismo de conexión, en el que los rodillos o las bolas 23 están bloqueados en el anillo circular 21 dispuesto en la superficie lateral de la parte tubular 20.
Una primera cámara 34 situada encima de un pistón de sujeción 35 está diseñada para que la presión del aire au­ mente la fuerza sobre el pistón de sujeción. Se proporciona una segunda cámara 37 debajo del pistón de sujeción para abrir la presión de aire sobre el pistón. Para asegurar una obturación fiable, una obturación superior 31 y una obturación inferior 36 están dispuestas en la parte superior e inferior de la unidad de sujeción, respectivamente. Lista de referencias
1 dispositivo de sujeción
10 placa
12 primera ala de bayoneta
13 rebaje
16 referencia Z de la placa
17 lengüetas elásticas
20 parte tubular
21 anillo circular de la parte tubular
22 segunda ala de bayoneta
23 bola cargada por resorte
30 unidad de sujeción
31 obturación superior
medios de bloqueo (rodillo o bola) resortes de pistón de sujeción primera cámara
pistón de sujeción
obturación inferior
segunda cámara
mandril
referencia Z del mandril referencia X - Y del mandril orificio

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de sujeción modular (1) para una herramienta o una pieza de trabajo que incluye un mandril, una placa (10) que tiene una pluralidad de referencias x - y y una pluralidad de referencias z para la alineación con el mandril (40) y una unidad de sujeción (30), que está dispuesta en el estado de sujeción de forma concéntrica en el exterior del mandril, caracterizado por que
en el estado de sujeción, una parte tubular (20) está dispuesta concéntricamente entre la placa y la unidad de suje­ ción, y la parte tubular está diseñada de manera que se conecta a la placa por medio de un primer mecanismo de conexión y se conecta a la unidad de sujeción por medio de un segundo mecanismo de conexión, en el que la altura del mandril es menor que la altura de la unidad de sujeción.
2. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en el estado de sujeción, el pri­ mer mecanismo de conexión y el segundo mecanismo se encuentran situados en dos posiciones diferentes en la dirección Z.
3. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer mecanismo de conexión incluye al menos una primera ala de bayoneta (12) dispuesta en la superficie exterior de la placa y al menos una segunda ala de bayoneta (22) dispuesta en la superficie interior de la parte tubular que se debe aplicar a la primera ala de bayoneta.
4. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo mecanismo de conexión incluye un anillo circular (21) provisto en la superficie lateral de la parte tubular y un medio de bloqueo (32) provisto en la superficie lateral de la unidad de sujeción para ser bloqueado en el anillo circular en el estado sujetado.
5. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el medio de bloqueo tiene la forma de una pluralidad de rodillos o bolas.
6. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la placa está hecha de acero macizo.
7. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el diámetro interior de la parte tubular es mayor que el diámetro exterior de la placa y preferiblemente se encuentra en el rango de 50 mm a 250 mm, en particular de 76 mm a 189 mm.
8. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la superfi­ cie inferior de la placa están dispuestas una pluralidad de lengüetas elásticas (17) que sirven como referencias x - y, en particular están dispuestas cuatro pares de lengüetas elásticas en la superficie inferior de la placa.
9. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que una plurali­ dad de ranuras, preferiblemente cuatro ranuras con paredes laterales están formadas en la superficie inferior de la placa, en particular, las paredes laterales tienen un perfil que se estrecha progresivamente y sirven como referencias x - y.
10. El dispositivo de sujeción modular de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el mandril está fabricado de acero macizo.
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