Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa (10) para crear una forma tridimensional en una pieza de trabajo de malla o de chapa metálica maciza para producir un panel para una antena reflectora,

comprendiendo la herramienta: una disposición de elementos de conformación extensibles (12) que se accionan en extensión para producir la misma fuerza por unidad de superficie a través de una pieza de trabajo (26) durante la conformación; y una disposición de interruptores limitadores (32), caracterizada porque la disposición de interruptores limitadores (32) está situada delante de la disposición de elementos de conformación (12), de manera que cada elemento de conformación se acciona en extensión hacia un interruptor limitador respectivo durante la conformación; activándose cada interruptor limitador, durante el uso, por la pieza de trabajo (26) a medida que se le da forma y cada interruptor (32), tras activarse, impide una extensión adicional del elemento accionado respectivo

Conformación por estirado reconfigurable activa

Campo técnico

En un primer aspecto, la invención es una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa, y en otro aspecto la invención es un procedimiento de conformación por estirado. La herramienta y el procedimiento son útiles en la creación de formas tridimensionales en mallas o en chapas metálicas macizas para producir paneles para antenas reflectoras.

Técnica anterior La fabricación de paneles de antena precisos sigue siendo uno de los aspectos más difíciles y laboriosos de la fabricación a gran escala de antenas reflectoras, teniendo además un gran impacto en el rendimiento de las antenas.

Se han utilizado diversos procedimientos en la fabricación de paneles de antena. Algunos de estos procedimientos tienen como objetivo una construcción altamente precisa a expensas de la rapidez y los costes, mientras que otros son más adecuados para la fabricación en masa de piezas menos precisas. A continuación se describen algunos de los procedimientos más ampliamente utilizados:

Lecho de pernos Los procedimientos de “lecho de pernos” incluyen colocar tiras de chapas metálicas sobre una disposición de pernos ajustables acoplados a un gran tablero plano. Los pernos están ajustados en altura para representar la curvatura requerida.

Tiras de chapas metálicas suficientemente estrechas para adoptar la curvatura requerida solamente con deformación elástica están dispuestas sobre las partes superiores de los pernos y después se presionan mediante moldeo por bolsa de vacío. Mientras que las tiras mantienen la forma mediante un ligero vacío, una estructura rígida de soporte se acopla hacia el lado abierto para sujetar las tiras permanentemente en la forma establecida.

Aunque este procedimiento produce paneles altamente precisos de cualquier forma deseada, la presencia de tensiones de deformación elástica en el material requiere una disposición de elementos de soporte muy próximos entre sí para mantener la forma del panel. El vacío utilizado para sujetar el panel puede dar lugar a cavidades poco profundas separadas uniformemente entre los pernos, y se sabe que la separación uniforme de los elementos de soporte provoca ondulaciones periódicas. Estos dos inconvenientes generan problemas en los lóbulos de rejilla de las antenas. El procedimiento del lecho de pernos se describe en mayor detalle en la patente a nombre de CSIRO para fijar rápidamente las alturas de los pernos ajustables [1].

Conformación por presión La conformación por presión implica comprimir una lámina de material entre matrices conformadas. El material se deforma plásticamente de manera que conserva permanentemente la forma prensada. Dependiendo de la forma que esté produciéndose, el material puede estirarse o comprimirse plásticamente, o ambos, durante la conformación. Después de suprimir las fuerzas de prensado se produce un cierto grado de retorno elástico o “recuperación”, de manera que la forma de las matrices de conformación no es necesariamente la misma que la forma del panel completado.

La creación de una forma precisa libre de arrugas y pliegues es compleja y puede requerir un gran número de iteraciones con respecto a la forma y detalles de las matrices de conformación. Las matrices están hechas normalmente de acero endurecido para herramientas, son grandes y caras y cada una solo puede producir una forma. Se necesitan grandes prensas con una capacidad de varios cientos de toneladas para hacer funcionar las matrices. Sin embargo, una vez que las matrices se han probado, la producción de piezas idénticas es muy rápida.

Hidroconformación La hidroconformación requiere estirar un panel plano bajo presión hidráulica en una matriz conformada. De este modo, el material conserva la forma de la matriz. Al igual que la conformación por presión, el material recuperará su forma hasta cierto punto después de la conformación. El proceso de hidroconformación para la fabricación de platos de antena se ha comercializado por Anderson Manufacturing Inc., en los Estados Unidos.

Las matrices de hidroconformación son grandes pero simples en comparación con las matrices de conformación por presión, y pueden estar hechas de materiales blandos o estar reforzadas con compuestos de relleno de polímero para simplificar la conformación. No se requieren prensas grandes. Pueden producirse paneles muy grandes pero la matriz, una vez corregida y probada, solo producirá piezas con una forma, y las variaciones de las propiedades del material de la pieza de trabajo pueden afectar a la repetibilidad de la recuperación después de la conformación.

Recientes investigaciones en los Estados Unidos destinadas a desarrollar soluciones de antena para la radioastronomía han dado como resultado la hidroconformación satisfactoria de numerosos platos de 6 metros para el Allen Telescope Array, y actualmente están realizándose investigaciones relacionadas con la hidroconformación de reflectores con un diámetro de 12 metros.

Conformación por estirado El término conformación por estirado cubre varias áreas de la conformación de metales, desde la formación de vigas curvadas hasta la formación de paneles para el fuselaje de aeronaves y la carrocería de automóviles. Al igual que la conformación por presión y la hidroconformación, se necesita una matriz conformada o una herramienta de conformación por estirado.

En el caso de conformación por estirado de material laminado, la lámina se agarra fuertemente a lo largo de dos bordes opuestos y se sujeta sobre un bloque de conformación. Después, el bloque de conformación se lleva hacia arriba por debajo de la lámina fuertemente tensada (o los elementos de agarre se mueven hacia abajo) , hasta que la forma de la herramienta de conformación se reproduzca en el material, de una manera similar a estirar una lámina de caucho fino sobre, digamos, un balón de fútbol. Esto se ilustra en la Fig. 1. En la Fig. 1 (a) , una lámina de material se muestra agarrada por encima de un bloque de conformación para su estirado. En la Fig. (1b) , los elementos de agarre aplican una carga de estirado y el bloque de conformación se mueve con respecto a la lámina hasta el punto de contacto. En la Fig. 1 (c) finaliza la conformación.

La aplicación simultánea de fuerzas de estirado y de conformación reduce significativamente, y puede eliminar casi totalmente, la recuperación de forma del material después de la conformación. En la Fig. 2 se ilustra el mecanismo a través del cual se consigue esto.

En la Fig. 2 (a) , una pieza de material se ha deformado mediante la aplicación de una carga de flexión Se generan tensiones de tracción y de compresión en el material a medida que se dobla. Estas tensiones aumentan en magnitud hacia las caras externas del material y hay un eje neutro en el centro en el que no hay ninguna tensión de tracción o de compresión.

Todos los materiales se recuperarán elásticamente hasta cierto punto después de la deformación plástica en una dirección opuesta a la de las tensiones de deformación aplicadas. En este caso, la distribución irregular de las tensiones hará que el material se enderece ligeramente después de que se haya suprimido la carga de flexión, notándose menos de lo previsto la curvatura final.

En la Fig. 2b, el material se ha doblado y estirado a lo largo de su propio eje. Si la carga de estirado es suficiente para provocar una deformación permanente o una ligera deformación plástica en esta dirección, las tensiones dentro del material cambiarán a una distribución uniforme de la tensión de tracción. Después, cuando se suprima la carga de estirado se producirá la recuperación elástica a lo largo de la línea central del material, con un pequeño o sin ningún cambio en la forma global.

Una máquina accionada de manera hidráulica, denominada como máquina formadora por estirado, se utiliza para llevar a cabo este proceso. Consiste en una base o tablero sobre el que está montada la herramienta de conformación por estirado, y en una disposición de elementos de agarre en dos lados que sujetan los bordes de la pieza de trabajo mientras que se estira sobre el bloque de conformación. Los elementos de agarre aplican simultáneamente una carga de estirado suficientemente grande como para hacer que el material de la pieza de trabajo se deforme permanentemente a través de su ancho total. Las máquinas formadoras por estirado son relativamente comunes en la industria.... [Seguir leyendo]

1. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa (10) para crear una forma tridimensional en una pieza de trabajo de malla o de chapa metálica maciza para producir un panel para una antena reflectora, comprendiendo la herramienta:

una disposición de elementos de conformación extensibles (12) que se accionan en extensión para producir la misma fuerza por unidad de superficie a través de una pieza de trabajo (26) durante la conformación; y una disposición de interruptores limitadores (32) , caracterizada porque la disposición de interruptores limitadores (32) está situada delante de la disposición de elementos de conformación (12) , de manera que cada elemento de conformación se acciona en extensión hacia un interruptor limitador respectivo durante la conformación;

activándose cada interruptor limitador, durante el uso, por la pieza de trabajo (26) a medida que se le da forma y cada interruptor (32) , tras activarse, impide una extensión adicional del elemento accionado respectivo.

2. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según la reivindicación 1, en la que la disposición de interruptores limitadores define la forma que va a comunicarse a la pieza de trabajo.

3. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según la reivindicación 1 ó 2, en la que la herramienta incorpora una realimentación de control de forma o una corrección de errores a medida que se realiza la conformación.

4. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según la reivindicación 1, 2 ó 3, en la que los elementos de conformación comprenden cilindros y pistones hidráulicos, activándose cada uno de los mismos mediante una única fuente de alimentación hidráulica.

5. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según la reivindicación 4, en la que cada pistón está coronado por una pastilla basculante y cada pastilla basculante está interbloqueada con sus pastillas adyacentes para formar una superficie continua articulada, y en la que preferentemente las pastillas basculantes están dotadas de un asiento esférico para ajustarse a los extremos esféricos de los pistones de cilindro hidráulicos, o en la que preferentemente los interruptores limitadores están alineados verticalmente sobre pastillas basculantes respectivas.

6. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según cualquier reivindicación anterior, en la que un interpolador está situado sobre la superficie articulada para recibir la pieza de trabajo.

7. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en la que los pistones están dispuestos debajo de la pieza de trabajo para producir piezas de trabajo cóncavas.

8. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en la que hay una disposición de pistones tanto por encima como por debajo de la pieza de trabajo.

9. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según cualquier reivindicación anterior, en la que cada interruptor limitador está conectado a una válvula de solenoide simple en la línea hidráulica que conduce hacia su cilindro respectivo, de manera que a medida que se da forma a la pieza de trabajo ésta hará contacto con uno o más de los interruptores limitadores y, en cuanto esto suceda, el interruptor se activará para cerrar la válvula de solenoide e impedir un movimiento adicional de la pastilla basculante respectiva.

10. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según cualquier reivindicación anterior, en la que los interruptores limitadores son dispositivos analógicos de contacto constante, y en la que preferentemente los interruptores limitadores están programados o configurados para activarse a una altura predeterminada.

11. Una herramienta de conformación por estirado reconfigurable activa según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10, en la que las superficies de conformación de las pastillas basculantes están formadas con una radio esférico aproximadamente idéntico a la curvatura del panel requerido, y en la que preferentemente se proporciona a la herramienta una pluralidad de conjuntos de pastillas basculantes con una variedad de radios esféricos, o en la que preferentemente la parte superior de cada pastilla basculante es plana y está dotada de piezas de acoplamiento de diferente radio esférico.

12. Un procedimiento para crear formas tridimensionales en una pieza de trabajo de malla o de chapa metálica maciza, para producir un panel para una gran antena reflectora, comprendiendo el procedimiento:

estirar una pieza de trabajo metálica (26) en un estado plano delante de una disposición de elementos de conformación extensibles (12) ;

accionar cada elemento de conformación (12) de la disposición en extensión para producir la misma fuerza por unidad de superficie a través de la pieza de trabajo (26) para crear una forma en la pieza de trabajo (26) ; caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de extender cada elemento de conformación (12) hacia un interruptor limitador respectivo (32) durante la conformación hasta que la pieza de trabajo (26) active el interruptor limitador (32) ; e impedir una extensión adicional de un elemento de conformación tras la activación del interruptor limitador respectivo (32) .

13. Un procedimiento según la reivindicación 12, que comprende la etapa adicional de aplicar una realimentación de control de forma o una corrección de errores a medida que se realiza la conformación.

14. Un procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, en el que cada interruptor limitador está conectado a una válvula de solenoide simple en la línea hidráulica que conduce hacia su cilindro respectivo, de manera que a medida que se da forma a la pieza de trabajo ésta hará contacto con uno o más de los interruptores limitadores y, en cuanto esto suceda, el interruptor se activará para cerrar la válvula de solenoide e impedir un movimiento adicional de la pastilla basculante respectiva.

15. Un procedimiento según la reivindicación 12, 13 ó 14, en el que los interruptores limitadores están programados o configurados para activarse a una altura predeterminada.