Dispositivo y procedimiento para la fijación de piezas.

Dispositivo para la fijación de piezas, caracterizado porque comprende:

- un elemento generador magnético (1), configurado para generar flujo magnético (2), que presenta una cara superior (3),

- un recipiente (4) formado por paredes sustancialmente verticales, sin fondo o tapa, perfectamente sujeto sobre la superficie superior (3) del elemento generador magnético (1),

- un fluido magnetorreológico (5) que presenta un punto de fluencia alto localizado sobre la superficie superior (3) del elemento generador magnético (1) y contenido por el recipiente (4) formando una capa exenta de burbujas,

- en el que el elemento generador magnético (1) presenta la capacidad de generar un flujo magnético (2) en el fluido magnetorreológico (5) mayor de 100 mT.

Dispositivo y procedimiento para la fijación de piezas Campo técnico de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo para la fijación de piezas (piezas no magnéticas) , que presenta una aplicación en la industria del mecanizado de piezas y, más específicamente, en el área del mecanizado de piezas diferentes con una geometría compleja y grandes dimensiones.

Antecedentes de la invención Dadas las demandas y exigencias en la industria moderna hoy en día, el tiempo empleado, así como el coste asociado en llevar a cabo la sujeción, fijación o inmovilización de piezas en el equipo de mecanizado, es un factor determinante en la fabricación de piezas, especialmente para lograr una producción flexible, en la que se requiere cada vez más una fabricación flexible que comporta una producción muy rápida de una amplia variedad de piezas en lotes de producción pequeños.

Este factor es incluso más importante cuando se trata con piezas que son difíciles de manipular, posicionar y sujetar en el equipo de mecanizado, debido al hecho de que presentan geometrías con curvas complejas, superficies no rígidas o son simplemente estructuras que son débiles frente al mecanizado o no presentan caras de referencia.

Actualmente hay varios dispositivos que permiten fijar o agarrar piezas por medio del empleo de fluidos generalmente denominados fluidos magnetorreológicos. La reología es un campo de la física que comporta la relación que existe entre esfuerzo y deformación en materiales que presentan la capacidad de fluir.

Los fluidos magnetorreológicos son suspensiones de partículas de hierro diminutas distribuidas uniformemente en un medio líquido, generalmente aceite mineral o silicona que, en estado líquido, presentan la consistencia de un aceite viscoso. Cuando se aplica un campo magnético, las partículas de hierro se distribuyen en fracciones de segundo de acuerdo con las líneas de dicho campo y, de esta manera, se modifica el comportamiento mecánico del fluido. A medida que se incrementa la intensidad del campo magnético, estos fluidos se transforman en una masa de tipo gel sólido.

Dadas sus características, para aplicaciones en la fijación de piezas, los fluidos magnetorreológicos se adaptan a las pequeñas variaciones geométricas o fluctuaciones que puedan presentar las piezas, de tal modo que se pueden usar para aplicar fuerzas de fijación uniformes, incluso en piezas que presentan superficies grandes, para compensar las imprecisiones dimensionales o cambios en la forma que puedan presentar las piezas. Es más, los fluidos magnetorreológicos absorben las vibraciones que, por ejemplo, se producen mientras se llevan a cabo las operaciones de mecanizado, tales como fresado, sin transmitirse dichas vibraciones a la pieza, lo que permite procesar piezas muy pequeñas con gran precisión, por cuya razón el empleo de estos fluidos para la fijación de piezas durante su mecanizado está extendido en el campo de piezas de relojería.

La solicitud de patente alemana número DE-10209783-A1 describe un procedimiento y un dispositivo para soportar, posicionar y agarrar piezas pequeñas, por ejemplo, en el campo de la industria de la relojería, tecnología médica o microelectrónica, por medio del empleo de un fluido reológico como un medio de soporte. Para ello, se introduce una parte de la pieza en el fluido que está alojado en un recipiente, de tal modo que se mantiene una distancia menor de 5 mm entre la pieza y las paredes del recipiente. Dado el pequeño tamaño de las piezas, es posible crear un campo magnético que atraviese el fluido y el recipiente de un lado al otro. Sin embargo, la principal desventaja de este dispositivo es que en caso de que la distancia entre los extremos del recipiente sea mayor de 50 mm, el valor del flujo magnético es muy débil y, por lo tanto, la fuerza de fijación no es suficientemente grande para mantenerla inmovilizada, de modo que dichos dispositivo y procedimiento no sirven con piezas que presentan un tamaño de más de 50 mm.

Por otro lado, la solicitud de patente alemana número DE-10352037-A1 y la solicitud internacional número WO-2006/074650-A1 describen dispositivos de fijación para piezas irregulares que comprenden un amortiguador elástico que contiene herméticamente un fluido magnetorreológico, en el que dicho amortiguador elástico se proyecta desde el armazón de la herramienta. La desventaja de estos dispositivos es que no son capaces de resistir esfuerzos de cizalladura grandes sin que la pieza se mueva durante el procesamiento de mecanizado. Tampoco los dispositivos contemplan medios para el posicionamiento y orientación correctos de la pieza en una posición de fijación concreta, la propia superficie del amortiguador elástico, que se adapta a la forma de la pieza, siendo lo que determina la orientación y la posición finales de la pieza en una manera no controlada.

La solicitud de patente británica número GB-2317157-A describe un dispositivo de agarre por medio de un fluido electrorreológico, en el que el fluido ER no está en contacto directo con la pieza que se va a soportar o con el elemento que genera el campo magnético, que comprende una mordaza, cuya función es deslazar un objeto desde una posición a otra, en la que la pieza no está sometida a esfuerzos de mecanizado grandes.

Las patentes de EE. UU. números US-6267364-B1, US-6647611-B2 y US-6182954-B1 describen dispositivos para soportar piezas por medio de fluidos magnetorreológicos, que consisten en dispositivos muy complejos en los que las piezas se posicionan dentro de un recipiente que aloja el fluido magnetorreológico por medio de tornillos de posicionamiento que están diseñados para ejercer una fuerza mínima sobre la pieza, con objeto de mantenerla en la posición y orientación requeridas durante el mecanizado sin dañarla. La desventaja de estos dispositivos es que no permiten mecanizar piezas complejas grandes que están sometidas a esfuerzos grandes durante su mecanizado, dado que no presentan la capacidad de mantener dichas piezas en su posición de fijación durante el mecanizado. En estas patentes, así como en la patente alemana DE 10209783-A1, el campo magnético atraviesa el fluido y el recipiente de un lado al otro. Esta configuración únicamente permite la fijación de piezas pequeñas con fuerzas de retenida altas o piezas de tamaño medio con fuerzas pequeñas.

Por último, la patente alemana DE 10244867-A1 describe un dispositivo para la fijación y posicionamiento de piezas que emplea fluidos magnetorreológicos. El dispositivo comprende un recipiente para el fluido MR y la pieza se introduce parcialmente en el fluido MR sin contacto directo con el recipiente. En la patente no hay indicación del campo magnético necesario para sostener una pieza grande sometida a gran esfuerzo durante las operaciones de mecanizado.

Algunos otros dispositivos en el estado de la técnica, de manera similar a la analizada anteriormente, se dan a conocer en la patente de Estados Unidos nº US-2770823-A, las solicitudes de patente alemana nº DE-2357672-A1 y DE-19654864-A1, y la solicitud de patente de la Unión Soviética nº SU-1007901-A1.

Por lo tanto, y especialmente en los campos que están sometidos a costes muy altos, tales como las industrias aeronáutica y aeroespacial, por ejemplo, hay una enorme necesidad de tener medios de sujeción adecuados, seguros y rápidos que permitan fijar firmemente piezas con geometrías complejas y grandes dimensiones durante su mecanizado, cualesquiera que puedan ser su geometría y características mecánicas, permitiendo también su posicionamiento y orientación rápidos e inequívocos en una posición de fijación determinada.

Descripción de la invención Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo para la fijación de piezas, que permite inmovilizar, sostener y mantener piezas con una geometría compleja y grandes dimensiones fijadas firmemente en su sitio, sin necesidad de que dichas piezas presenten caras de referencia, manteniéndolas inmovilizadas por medio del empleo de un fluido magnetorreológico mientras se llevan a cabo fuertes operaciones de mecanizado sobre las mismas, en cuyas operaciones la pieza se somete a esfuerzos grandes.

El dispositivo de la invención presenta una aplicación particular en el mecanizado, específicamente en el fresado, de elementos estructurales tales como larguerillos aeronáuticos de titanio con forma de "T", en los que se requieren una alta precisión y fijación firme, mientras que al mismo tiempo se requiere especial cuidado para no dañar la pieza como consecuencia de dicha fijación.

El dispositivo para la fijación de piezas propuesto por la invención comprende un elemento generador magnético,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la fijación de piezas, caracterizado porque comprende:

- un elemento generador magnético (1) , configurado para generar flujo magnético (2) , que presenta una cara superior (3) , -un recipiente (4) formado por paredes sustancialmente verticales, sin fondo o tapa, perfectamente sujeto sobre la superficie superior (3) del elemento generador magnético (1) , -un fluido magnetorreológico (5) que presenta un punto de fluencia alto localizado sobre la superficie superior (3) del elemento generador magnético (1) y contenido por el recipiente (4) formando una capa exenta de burbujas, -en el que el elemento generador magnético (1) presenta la capacidad de generar un flujo magnético (2) en el fluido magnetorreológico (5) mayor de 100 mT.

2. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo está configurado para posicionar y fijar una pieza (6) que está sumergida parcialmente en el fluido magnetorreológico (5) , en el que dicha pieza (6) presenta una superficie inferior (7) con a una configuración que coincide con la superficie superior (3) del elemento generador magnético (1) , siendo la distancia entre dicha superficie inferior (7) de la pieza (6) y dicha superficie superior (3) del elemento generador magnético (1) menor de aproximadamente 5 mm.

3. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el recipiente (4) es de material magnético.

4. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el recipiente (4) presenta una geometría en vista en planta similar a la geometría en vista en planta de la pieza (6) a fijar, siendo la geometría en vista en planta del recipiente (4) más grande que la geometría en vista en planta de la pieza (6) que se va a fijar.

5. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la geometría en vista en planta del recipiente (4) sobrepasa en no más de 10 mm la geometría en vista en planta de la pieza (6) a fijar.

6. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5, que comprende, al menos, un elemento de referencia móvil (8) configurado para regular la distancia entre dicha superficie inferior (7) de la pieza (6) y dicha superficie superior (3) del elemento generador magnético (1) .

7. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento generador magnético (1) presenta la capacidad de generar una pluralidad de flujos magnéticos (2) independientes muy cercanos entre sí en el fluido magnetorreológico (5) , de tal modo que dichos flujos magnéticos (2) están conducidos a través del fluido magnetorreológico (5) y se cierren en el elemento generador magnético (1) .

8. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un elemento de posicionamiento móvil (9) de referencia para el posicionamiento y orientación de la pieza (6) a fijar en una posición predeterminada en el dispositivo.

9. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento generador magnético (1) comprende una placa fija (10) de material no magnético, con un espesor no mayor de 2 mm, y una placa móvil (11) de material no magnético que tiene insertada en la misma una pluralidad de imanes permanentes (12) , en el que la cara superior de la placa fija (10) está en contacto con el fluido magnetorreológico (5) y la placa móvil (11) está localizada sobre, al menos, un cilindro hidráulico (13) capaz de mover dicha placa móvil (11) .

10. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento generador magnético (1) comprende un dispositivo regulador de flujo magnético (14) capaz de concentrar el flujo magnético (2) en un área localizada bajo la pieza (6) que se va a fijar, siendo el dispositivo regulador de flujo magnético (14) capaz de cambiar la dirección del flujo magnético (2) en 90º y permitiendo una reducción en más de un 50 % de la distancia entre polos, en el que dicho dispositivo regulador de flujo magnético (14) presenta la capacidad transmitir e incrementar una pluralidad de flujos magnéticos (2) independientes generados por el elemento generador magnético (1) , conduciéndolos a través del fluido magnetorreológico (5) y cerrándolos en el elemento generador magnético (1) .

11. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido magnetorreológico (5) presenta un punto de fluencia alto, de tal modo que dicho fluido magnetorreológico es capaz de resistir esfuerzos bajo cargas de compresión de un orden de 200 kPa y bajo cargas de tracción de un orden de 70 kPa bajo un flujo magnético (2) de 400 mT.

12. Dispositivo para la fijación de piezas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie en vista en planta del recipiente (4) presenta una longitud del orden de metros.

13. Procedimiento para la fijación de piezas, caracterizado porque comprende emplear un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

- disponer una capa de fluido magnetorreológico (5) que presenta un punto de fluencia alto directamente sobre la superficie superior (3) del elemento generador magnético (1) dentro del recipiente (4) , -posicionar la pieza sumergida parcialmente (6) a fijar en contacto directo con el fluido magnetorreológico (5) , evitando que queden burbujas entre la pieza (6) que se va a fijar y el fluido magnetorreológico (5) , de tal modo que la distancia entre la superficie inferior (7) de la pieza (6) y la superficie superior (3) del elemento generador magnético (1)

sea menor de aproximadamente 5 mm, y -generar un flujo magnético (2) en el fluido magnetorreológico (5) con un valor mayor de 100 mT.