APARATO Y PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE CREMALLERAS DE DIRECCIÓN.

Aparato y procedimiento para la fabricación de cremalleras de dirección. Campo técnico La presente invención se refiere a una matriz para forjar una cremallera de dirección para automóvil y en particular a una matriz para la forja sin rebaba de una cremallera de dirección para automóvil. Antecedentes Se sabe que las partes dentadas de cremalleras de dirección para automóvil se producen o bien por un proceso de mecanización o de forja. Típicamente, el proceso de mecanización comprende un proceso fresado a través de una barra cilíndrica sólida con el resultado de que la sección transversal de la parte dentada adquiere una forma de 'D' y por lo tanto estas cremalleras se denominan comúnmente "cremalleras en D". Las cremalleras de dirección provistas de dientes producidos por mecanización solamente pueden producirse económicamente en grandes series con dientes de paso constante. Sin embargo, las cremalleras provistas de dientes forjados pueden producirse en grandes series igualmente con dientes de paso constante o variable. El término "rebaba" utilizada respecto de la forja se refiere al exceso de material que se extiende hacia fuera del cuerpo de un componente forjado y se debe quitar típicamente por un desbarbado o una operación de mecanización subsiguiente. La rebaba es una característica común de la forja en matriz abierta, en cuyo caso se coloca un exceso de material en la matriz para asegurar el relleno completo de la cavidad de la matriz. La expresión "forja sin rebaba" se refiere a un proceso de forja en el cual no se permite que virtualmente ningún exceso de material se escape de la cavidad de la matriz. Las ventajas de la forja sin rebaba incluyen la eliminación de material de desecho, la eliminación de operaciones subsiguientes de desbarbado, y un mayor control sobre la precisión del componente forjado. La forja sin rebaba se consigue típicamente usando una matriz de forjar cerrada. Las patentes US nº 4.571.982 (Bishop), que forma la base del preámbulo de la reivindicación 1, y US nº 5.862.701 (Bishop et al) dan a conocer un aparato de matriz para la forja sin rebaba en templado de la parte dentada de una cremallera de dirección a la forma neta a partir de una barra cilíndrica sólida. La "forma neta" significa que los dientes de la cremallera forjada no requieren ninguna mecanización adicional después de forjados. Este tipo de aparato de matriz está limitado a la forja de cremalleras cuya sección transversal de la parte dentada tiene una forma de 'Y' y dichas cremalleras se denominan comúnmente "cremalleras en Y". Es importante observar que este tipo de aparato de matriz sólo forma una cavidad de forja cerrada al final del proceso de forja como se puede ver claramente de las figuras 7, 8 y 9 de la patente US nº 4.571.982, y la forja sustancialmente sin rebaba resulta del movimiento singular de los elementos de utillaje y de la sección transversal en 'Y' de la región dentada, más bien que del cierre de la cavidad de forja antes de la terminación de la operación de forja. Un inconveniente de las cremalleras en Y es que requieren la modificación del mecanismo de dirección para permitir su ensamblaje y por eso el mercado ha preferido históricamente las cremalleras en D. Se han propuesto varios tipos de aparatos de matriz para forjar las cremalleras en D a partir de una barra sólida. Sin embargo, la mayoría de estas matrices producen rebaba. Las figuras 3 a 5 del documento JP 58218339 (Daido Steel Co. Ltd) representan un aparato de matriz abierto básico que comprende solamente dos mitades de matriz. El exceso de material escapa simplemente de la cavidad de la matriz como rebaba. Este aparato de matriz no proporciona ningún medio para controlar la presión en la cavidad y en este caso es probable que el relleno de los dientes resultante sea pobre, particularmente si la operación de forja se realiza a temperaturas de forja en templado más bien que de forja en caliente. La figura 5 del documento JP 58218339 ilustra el proceso de desbarbado después de forjar. El documento GB 2108026 (Cam Gears Ltd) da a conocer un aparato de matriz para forjar una cremallera en D a partir de una barra sólida. Se trata de un aparato de matriz básico que tiene dos mitades con la adición de canales para rebaba previstos para controlar la formación de la rebaba y ayudar al relleno de los dientes. Sin embargo, el material todavía puede escaparse prematuramente en estos canales para rebaba, con lo cual se limita la presión hidrostática admitida, lo que puede causar un relleno deficiente de la cavidad de la matriz. La rebaba producida por tal aparato de matriz está más controlada en cuanto a su forma que la producida por una matriz abierta simple pero sin embargo típicamente se tendría que proceder necesariamente al desbarbado después de forjar. Un aparato de matriz más sofisticado que aprovecha un principio similar se da a conocer en la patente US nº 5.992.205 (Bishop), que se dirige a la formación de los canales para rebaba para mantener una presión hidrostática adecuada y con lo cual ayudar a alcanzar un relleno de los dientes adecuado. Unos aparatos de matriz para forjar cremalleras en D sólidas se dan a conocer en los documentos JP 58013431 (Jidosha Kiki Co. Ltd.) y JP 03138042 (IS Seiki KK et al). Ambas matrices forjan partes dentadas resultantes cuyo diámetro de cierre es mayor que el del vástago de la cremallera acabada, que generalmente es el diámetro nominal del material constituyente de la barra. Dichas cremalleras adolecen de los mismos problemas de montaje que las 2 E04801114 10-11-2011   cremalleras en Y. Además, ambas matrices comprenden solamente dos mitades y como tales es poco probable que en la práctica se cierren completamente y llenen los dientes sin que se forme rebaba entre las mitades de la matriz. Las figuras 8 a 12 del documento JP 58218339 (Daido Steel Co. Ltd) representan un aparato de matriz cerrado para forjar una cremallera de dirección a partir de un tubo hueco. Esta matriz se cierra antes de que comience la forja y por lo tanto el proceso de forja sería sustancialmente sin rebaba. El punzón 56 de esta disposición de matriz presenta una forma que forja los dientes de la cremallera. El punzón 56 se desplaza hacia dentro para realizar la operación de forja después de cerrar las dos mitades 58 y 50 de la matriz alrededor de la pieza en bruto tubular. El cierre de las mitades 58 y 50 de matriz no causa ninguna deformación de la pieza en bruto. El problema con esta disposición de matriz es que los extremos de los dientes en el punzón 56 están abiertos y en este caso no existe ningún soporte entre los extremos de los dientes, lo que podría conducir al fallo prematuro de la matriz. Además, los extremos de los dientes forjados son perpendiculares a los dientes, en lugar de estar inclinados en cada extremo, lo que podría interferir con el montaje de la cremallera. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato de matriz y un procedimiento para la forja sin rebaba de cremalleras de dirección que mejore por lo menos algunos de los problemas de la técnica anterior. Sumario de la invención En un primer aspecto, la presente invención consiste en un aparato de matriz para realizar una operación de forja sin rebaba para fabricar la parte dentada de una cremallera de dirección, comprendiendo dicho aparato de matriz elementos de matriz primero y segundo y por lo menos un elemento de punzón, presentando cada uno una superficie conformadora configurada sustancialmente como el reverso de una parte de dicha parte dentada, y estando configurada por lo menos una parte de la superficie conformadora de dicho primer elemento de matriz sustancialmente como el reverso de los dientes de dicha cremallera, caracterizado porque dichos elementos de matriz primero y segundo son móviles uno hacia el otro a una posición cerrada con lo cual se forja parcialmente dicha parte dentada a partir de una pieza en bruto colocada en dicho aparato de matriz y se forma una cavidad sustancialmente cerrada definida por dichas superficies conformadoras, estando adaptado dicho elemento de punzón para desplazarse en dicha cavidad, una vez dichos elementos de matriz están en dicha posición cerrada, con lo cual se completa dicha operación de forja. Preferentemente, en una forma de realización, dicho elemento de punzón es móvil en dicha cavidad cerrada a través de una abertura en uno de dichos elementos de matriz. Preferentemente, dicha abertura está en dicho segundo elemento de matriz y dicho elemento de punzón es móvil respecto de dicho segundo elemento de matriz. Preferentemente, dicho elemento de punzón está dispuesto de forma sustancialmente centrada y opuesto a dicho primer elemento de matriz, y es móvil hacia dicho primer elemento de matriz. Preferentemente, dichos elementos de matriz hacen tope uno con el otro en dicha posición... [Seguir leyendo]

1. Aparato de matriz (10, 50, 81) para realizar una operación de forja sin rebaba para fabricar la parte dentada (26, 66) de una cremallera de dirección (12, 52), comprendiendo dicho aparato de matriz (10, 50, 81) unos elementos de matriz primero (14, 54) y segundo (16, 56) y por lo menos un elemento de punzón (18, 58), estando provisto cada uno de una superficie conformadora (19, 28, 29, 69, 78, 79) configurada sustancialmente como el reverso de una parte de dicha parte dentada (26, 66), y estando configurada por lo menos una parte de la superficie conformadora (28, 78) de dicho primer elemento de matriz (14, 54) sustancialmente como el reverso de los dientes de dicha cremallera (12, 52), caracterizado porque dichos elementos de matriz primero (14, 54) y segundo (16, 56) son móviles uno hacia el otro en dirección a una posición cerrada, forjándose, de este modo, parcialmente dicha parte dentada (26, 66) a partir de una pieza en bruto (12a) colocada en dicho aparato de matriz (10, 50, 81) y formándose una cavidad (13, 63) sustancialmente cerrada definida por dichas superficies conformadoras (19, 28, 29, 69, 78, 79), estando adaptado dicho elemento de punzón (18, 58) para desplazarse en dicha cavidad (13, 63), una vez que dichos elementos de matriz (14, 16, 54, 56) están en dicha posición cerrada, con lo cual se termina dicha operación de forja. 2. Aparato de matriz (10) según la reivindicación 1, en el que dicho elemento de punzón (18) se puede desplazar en dicha cavidad cerrada (13) a través de una abertura (11) en uno de dichos elementos de matriz (14, 16). 3. Aparato de matriz según la reivindicación 2, en el que dicha abertura (11) está en dicho segundo elemento de matriz (16) y dicho elemento de punzón (18) se puede desplazar respecto a dicho segundo elemento de matriz (16). 4. Aparato de matriz según la reivindicación 3, en el que dicho elemento de punzón (18) está dispuesto sustancialmente centrado y opuesto a dicho primer elemento de matriz (14), y se puede desplazar hacia dicho primer elemento de matriz (14). 5. Aparato de matriz según la reivindicación 1, en el que dichos elementos de matriz (14, 16) hacen tope uno contra otro en dicha posición cerrada. 6. Aparato de matriz (50, 81) según la reivindicación 1, en el que dicho por lo menos un elemento de punzón comprende un primer y segundo elementos de punzón (58) dispuestos en lados opuestos de dicha cavidad (63), entre dichos elementos de matriz primero (54) y segundo (56). 7. Aparato de matriz (81) según la reivindicación 1, en el que dicho elemento de punzón (58) se puede desplazar por medio de un mecanismo (88, 89, 90) accionado por el movimiento de cierre de dicho aparato de matriz (81). 8. Aparato de matriz (81) según la reivindicación 7, en el que dicho mecanismo (88, 89, 90) comprende por lo menos un elemento de cuña (89) adaptado para forzar dicho elemento de punzón (58) en dicha cavidad (63). 9. Aparato de matriz (81) según la reivindicación 1, en el que por lo menos uno de dichos elementos de matriz (54) está soportado por un cilindro hidráulico (85, 86) presurizado por medio del cierre de dicho aparato de matriz (81). 10. Aparato de matriz (10, 50, 81) según la reivindicación 1, en el que la sección transversal de dicha parte dentada (26, 66) presenta sustancialmente forma de D. 11. Aparato de matriz (150) según la reivindicación 1, en el que dicho aparato de matriz (150) comprende además por lo menos un punzón extremo (156, 158) axialmente móvil. 12. Aparato de matriz (150) según la reivindicación 11, en el que dicho punzón extremo (156, 158) está adaptado para recalcar un extremo de dicha pieza en bruto (12a). 13. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (12, 52) que comprende realizar una operación de forja en una pieza en bruto (12a) por medio de un aparato de matriz (10, 50, 81) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12. 14. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (12, 52) según la reivindicación 13, en el que los dientes de dicha cremallera de dirección (12, 52) se forjan a la forma neta por dicha operación de forja. 15. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (12, 52) según la reivindicación 13, en el que la sección transversal de la parte dentada (26, 66) de dicha cremallera de dirección (12, 52) presenta sustancialmente forma de D. 16. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (12, 52) según la reivindicación 13, en el que dicha pieza en bruto (12a) presenta una primera parte cilíndrica y una segunda parte cilíndrica de diámetro menor que el de dicha primera parte cilíndrica, forjándose dicha segunda parte cilíndrica para formar la parte dentada (26, 66) de 8 E04801114 10-11-2011   dicha cremallera de dirección (12, 52), comprendiendo el vástago (25) de dicha cremallera de dirección (12, 52) dicha primera parte cilíndrica. 17. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (12, 52) según la reivindicación 16, en el que dicha pieza en bruto (12a) comprende además una tercera parte cilíndrica, de diámetro sustancialmente igual al de dicha primera parte cilíndrica, estando dicha segunda parte cilíndrica entre dicha primera y tercera partes cilíndricas. 18. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (12, 52) según la reivindicación 13, en el que dicha pieza en bruto (12a) se calienta a una temperatura de forja en templado antes de dicha operación de forja. 19. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (12, 52) según la reivindicación 13, en el que dicha pieza en bruto (12a) es una barra sólida. 20. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (12, 52) según la reivindicación 13, en el que dicha pieza en bruto (12a) es cilíndrica. 21. Procedimiento para fabricar una cremallera de dirección (112) según la reivindicación 13, en el que dicha pieza en bruto es una barra hueca y se inserta un mandril (110) en dicha barra hueca con anterioridad a dicha operación de forja. 9 E04801114 10-11-2011   E04801114 10-11-2011   11 E04801114 10-11-2011   12 E04801114 10-11-2011   13 E04801114 10-11-2011   14 E04801114 10-11-2011   E04801114 10-11-2011   16 E04801114 10-11-2011   17 E04801114 10-11-2011   18 E04801114 10-11-2011   19 E04801114 10-11-2011