ES2209077T3 - Procedimiento de limpieza de una pieza metalica. - Google Patents
Procedimiento de limpieza de una pieza metalica.Info
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Abstract
PROCEDIMIENTO DE LIMPIEZA DE UNA PIEZA METALICA, PARTICULARMENTE PROCEDENTE DE FUNDICION, CARACTERIZADO PORQUE: - SE DISPONE LA PIEZA (7) QUE HAY QUE TRATAR EN UNA PLACA DE SOPORTE (6) EN UN RECIPIENTE (5) LLENO DE FLUIDO (8), - SE POSICIONA EN CONTACTO CON LA PIEZA (7) AL MENOS UN GENERADOR DE VIBRACIONES (2,3), - SE EXCITA MEDIANTE EL GENERADOR (2,3) UN MODO PROPIO DE VIBRACION DE LA PIEZA (7), LO QUE PONE EN CAVITACION EL FLUIDO (8) EXISTENTE EN EL SENO DE LA PIEZA (7).
Description
Procedimiento de limpieza de una pieza
metálica.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de limpieza y un dispositivo para la puesta en marcha
de este procedimiento, procedimiento que permite extraer cuerpos
extraños (polvo, arena, residuos de materia...) y suciedades del
interior de recintos rígidos huecos cuya forma compleja y sinuosa
no permite acceder fácilmente a las zonas a limpiar. Contempla más
particularmente un procedimiento de limpieza de piezas metálicas
destinadas ventajosamente a la industria del automóvil o
aeronáutica, como por ejemplo los cárters de la caja de cambio de
velocidades, las culatas de motor, los cuerpos de bomba o cualquier
otra pieza.
Los procedimientos tradicionales de limpieza de
piezas utilizan diversas técnicas, como por ejemplo las vibraciones
de baja frecuencia, la circulación de fluidos de alta presión, la
cavitación de un fluido por cubas de ultrasonidos (habiendo
depositado previamente la pieza en la cuba), el granallado con bolas
de acero o vidrio, o incluso un método manual por medio de un
escobillón o una brocha.
En el caso de limpieza de piezas metálicas
macizas esencialmente a base de aluminio o aleaciones de aluminio y
que no presentan una dureza similar a la del hierro colado o el
acero, las técnicas de granallado corren el riesgo de deteriorar la
pieza y además la granalla no puede llegar a los extremos de los
conductos de sección reducida, que son muy numerosos en una culata
de motor, por ejemplo.
Se entiende fácilmente que las técnicas manuales
no son industrialmente transferibles a una producción de piezas en
serie.
Dado que estas piezas se producen en fundición,
quedan residuos de arena, escorias e incluso virutas de fabricación
en el interior de los conductos de lubricación o de enfriamiento,
que son extremadamente difíciles de eliminar, incluso mediante
técnicas de vibraciones de baja frecuencia o por cavitación de
fluido en una cuba de ultrasonidos, particularmente el fluido ya no
está en cavitación dentro de los pequeños conductos.
Se conocen por las patentes
DE-827 282 y DE-836 586,
procedimientos que utilizan vibraciones de frecuencia elevadas de
tipo ultrasonoro para retirar los depósitos presentes en una pieza
metálica.
La presente invención prevé por tanto paliar
estos inconvenientes proponiendo un modo de funcionamiento de un
procedimiento industrial de limpieza por vibración que ofrece un
excelente rendimiento, incluso dentro de las tortuosidades de una
pieza maciza de fundición.
Con este fin, el procedimiento de limpieza por
vibración de una pieza metálica, especialmente producida en
fundición, se caracteriza porque:
- -
- se dispone la pieza a tratar en una bandeja soporte en un recipiente lleno de fluido,
- -
- se posiciona en contacto con la pieza al menos un generador de vibración,
- -
- se excita por medio de generadores un modo propio de vibración de la pieza, lo que pone en cavitación el fluido que está bañando el interior de la pieza, trabajando los generadores de vibración en contacto con la pieza según un ciclo de funcionamiento de las fuentes vibratorias, que se optimiza por un procedimiento de gestión del estado de las fuentes.
Según una característica ventajosa, el
dispositivo para la puesta en marcha del procedimiento objeto de la
invención se caracteriza porque incluye una cavidad posicionada
sobre una mesa solidaria con un armazón de una máquina, estando
esta cavidad provista de un soporte elástico sobre el que descansa
la pieza a tratar, bañándose el conjunto en un fluido que, en caso
necesario, puede ponerse en circulación mediante una bomba conectada
a la cavidad, soportando el armazón además al menos un generador de
vibraciones en contacto con dicha pieza, que permite excitar al
menos un modo propio de esta última.
Otras características y ventajas de la presente
invención se deducirán de la descripción realizada a continuación,
en referencia a los dibujos anexos que ilustran un ejemplo de
realización desprovisto de toda característica limitadora. En las
figuras:
- la figura 1 ilustra un dispositivo que permite
poner en marcha el procedimiento objeto de la invención.
- la figura 2 es una vista en sección que ilustra
otro modo de realización de un dispositivo para la puesta en marcha
del procedimiento objeto de la invención.
- la figura 3 es una vista en sección que ilustra
el posicionamiento de la pieza en su recipiente de limpieza.
Según un modo preferido de realización del
procedimiento objeto de la invención, se dispone la pieza 7 a
tratar dentro de una cavidad 5 llena de un fluido de limpieza 8,
especialmente un líquido, recubriendo el fluido la totalidad o
parte de la pieza 7 con el fin de disminuir la energía necesaria
para su puesta en vibración bañando al mismo tiempo particularmente
el conjunto de los canales e intersticios de esta última.
La cavidad 5 descansa sobre una mesa 4 solidaria
con un armazón 1 de máquina e incluye un soporte elástico 6 sobre
el que descansa la pieza 7 a limpiar. Es necesario que el soporte
sea lo suficientemente elástico para evitar una reflexión de
inercia demasiado elevada en los generadores de vibración 2, 3. Una
flexibilidad excesiva del soporte 6 elimina la puesta en resonancia
de la pieza 7. En ocasiones resulta necesario, con el fin de
aumentar la eficacia de la onda incidente, crear una reverberación
por la añadidura, entre la pieza 7 y el soporte elástico 6, de un
yunque de reacción (ver la figura 2) compuesto de una pluralidad de
plataformas metálicas 15, 16, acordadas en la frecuencia incidente
de la fuente o en una frecuencia propia de la pieza, pudiendo estas
plataformas estar unidas entre sí por una pieza 17 de masa
determinada por la experiencia.
La pieza 7 debe estar orientada de forma que los
conductos o las cavidades a limpiar sigan siendo extremos libres
(ver la figura 3) en relación con los puntos de acción de las
fuentes (2,3) o de reacción de las plataformas (15,16).
A continuación en el recipiente 5, estando la
pieza 7 apoyada en su soporte elástico 6 y bañada en el fluido 8
apropiado, se pone en resonancia a través de una pluralidad de
generadores de vibración 2, 3.
Según otro modo de realización, el soporte
elástico 6 se sustituye por un accionador 14 cuyos movimientos se
podrán controlar.
De manera ventajosa, estos generadores de
vibración 2, 3 son cabezas de ultrasonidos, comúnmente denominadas
sonotrodos, estando los ultrasonidos producidos por un elemento
vibrante movido por un sistema piezoeléctrico o por un dispositivo
magnetoestrictivo.
Los martillos o los generadores de vibraciones
funcionan de manera preferente a una frecuencia comprendida entre
15 y 40 kHz.
Estas cabezas 2, 3 son desplazadas por el armazón
1 de la máquina y convergen con la ayuda de una pluralidad de
accionadores 14 realizados a partir de elementos neumáticos,
hidráulicos, mecánicos o eléctricos tales como gatos o motores, en
dirección a la pieza 7 siguiendo ejes no necesariamente
paralelos.
Los sonotrodos se aplican en contacto con la
pieza 7 en puntos de acción determinados de forma experimental, de
manera que la pieza adquiera, mediante martilleo, un modo propio de
resonancia. El modo de resonancia de la pieza 7 se alcanza tan más
rápidamente cuando se conjuga la acción de los generadores de
vibración 2, 3 y las fuerzas de contacto bajo la presión de los
accionadores solidarios de los generadores.
La puesta en resonancia de la pieza 7 hace surgir
una puesta en cavitación del fluido 8 en el que se baña la pieza 7,
y más en particular, la cavitación del fluido 8 se propaga
igualmente por los conductos de sección reducida y los intersticios
presentes en la pieza.
El régimen turbulento extremadamente intenso del
fluido que reina en la totalidad de las tortuosidades de la pieza
7, genera la limpieza de éstas, arrastrando el fluido en cavitación
las suciedades y los residuos.
El fluido en régimen turbulento (-o fluido que
puede presentarse en forma de un fluido líquido o gaseoso) durante
su fase de limpieza, que inicialmente no está manchado, se cargará
en la medida de los residuos que van a desempeñar la función de
cuerpo abrasivo, mejorando así la eficacia de la limpieza.
Se prevé disponer una bomba 9 provista de un
filtro 10 adecuado en el circuito del fluido, recibiendo el
recipiente 5 la pieza 7 que está provista además de un orificio de
entrada 11 y de salida 12 para dicho fluido, respectivamente
conectado a los extremos del conducto 13 que soporta la bomba 9 y el
filtro 10.
Con el fin de mantener una eficacia máxima en la
limpieza, la bomba 9 funciona de forma intermitente durante el
reciclaje del fluido 8 para conservar en éste una concentración
óptima de residuos, deteniendo el filtro 10 sólo una parte de las
suciedades.
Según el tipo de suciedades o de residuos a
eliminar, la acción mecánica de limpieza bajo el efecto de la
cavitación del fluido se completará según las necesidades mediante
una acción química, pudiendo comportar el fluido, total o
parcialmente, un disolvente o una lejía. A fin de limitar la
energía incidente necesaria, y esto en particular para las piezas
de masa muy importante, tales como los bloques motor, el volumen de
fluido podrá limitarse sólo a los conductos o cavidades a limpiar
por aprisionamiento o por circulación controlada.
Por otra parte, en función de las aplicaciones
contempladas, a veces resulta necesario utilizar, no un recipiente
clásico 5 (que no se excita por los generadores 2, 3), sino una
cuba 5' similar a la usada durante los procedimientos de limpieza
por ultrasonidos (en ese caso, la cuba 5' está unida a un generador
de ultrasonidos que la pone en resonancia). En esta aplicación, los
dos modos de resonancia, uno procedente de la cuba 5' y otro de la
pieza 7, se conjugan en el fluido 8 en circulación, lo cual aumenta
la intensidad de la cavitación del fluido y en consecuencia, la
eficacia de la limpieza.
Como hemos visto con anterioridad, la energía
necesaria para la puesta en resonancia de la pieza 7 de fundición o
la obligación de aumentar la transmisión en un conjunto de zonas
perfectamente delimitadas, requiere el uso de una pluralidad de
generadores de ultrasonidos (sonotrodos) que pueden tanto trabajar
de manera simultánea como de manera alternativa siguiendo un
protocolo cíclico establecido en función del resultado en la pieza
7.
Muy a menudo es además necesario optimizar el
acoplamiento entre las fuentes vibratorias 2, 3 y la pieza 7 a
poner en resonancia mediante la adición de un movimiento sinusoidal
o discontinuo propio de cada uno de los generadores de
vibración.
Según un primer método, se desacopla al menos una
de las fuentes vibratorias unidas al armazón de la máquina por
medio de un dispositivo elástico ajustable, en particular con la
ayuda de un resorte tarable, con el fin de optimizar la rigidez del
sistema oscilante.
Según un segundo método, se controla la
modulación del esfuerzo aplicado sobre la pieza a vibrar mediante
una realimentación de la presión de contacto de la fuente
vibratoria sobre la pieza, por ajuste del esfuerzo transmitido a
esta fuente de vibración por el accionador 14.
Según un tercer método, se controla la intensidad
de los choques aplicados a la pieza a vibrar mediante una
realimentación de velocidad o de aceleración del desplazamiento
alternativo de la fuente vibratoria, independientemente del régimen
de vibración de la superficie de trabajo de esta fuente a través
del accionador 14.
Según un cuarto método, se modula la frecuencia
de vibración de la fuente mediante una modulación de amplitud de la
señal eléctrica suministrada al sistema piezoeléctrico o
magnetoestrictivo bajo el efecto de una señal periódica de
frecuencia inferior. En el caso de una fuente vibratoria con una
banda pasante muy amplia, es posible modular la frecuencia dentro de
los límites de esta banda.
Estos cuatro métodos no limitativos que pueden
combinarse entre ellos en caso necesario, tienen por objeto, por
una parte evitar un estado estacionario en el que toda la energía
suministrada sería reflejada más que absorbida por la pieza de
fundición a poner en resonancia, y por otra parte optimizar una
frecuencia de contacto de la fuente vibratoria (sonotrodo) sobre
uno o varios modos propios de vibración de dicha pieza.
Queda bien entendido que la presente invención no
se limita a los ejemplos de realización descritos y representados
con anterioridad, sino que engloba todas las variantes.
Claims (18)
1. Procedimiento de limpieza por vibración de una
pieza metálica, especialmente producida en fundición,
caracterizada porque:
- -
- se dispone la pieza (7) a tratar en una bandeja soporte (6) en un recipiente (5) lleno de fluido (8),
- -
- se posiciona en contacto con la pieza (7) al menos un generador de vibración (2,3),
- -
- se excita por medio de generadores (2, 3) un modo propio de vibración de la pieza (7), lo que pone en cavitación el fluido (8) que está bañando el interior de la pieza (7), trabajando los generadores de vibración (2, 3) en contacto con la pieza (7) según un ciclo de funcionamiento de las fuentes vibratorias (2, 3), que se optimiza por un procedimiento de gestión del estado de las fuentes.
2. Procedimiento de limpieza según la
reivindicación 1, caracterizado porque los generadores de
vibración (2, 3) funcionan a una frecuencia comprendida entre 15 y
40 kHz.
3. Procedimiento de limpieza según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el recipiente
(5) en el que descansa la pieza (7) es puesto en resonancia.
4. Procedimiento de limpieza según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
los generadores de vibración (2, 3) en contacto con la pieza (7)
trabajan de forma simultánea.
5. Procedimiento de limpieza según la
reivindicación 1, caracterizado porque el procedimiento de
gestión de las fuentes (2, 3) consiste en desacoplar al menos una
de las fuentes vibratorias unidas al armazón de la máquina por
medio de un dispositivo elástico ajustable, en particular con la
ayuda de un resorte tarable.
6. Procedimiento de limpieza según la
reivindicación 1, caracterizado porque el procedimiento de
gestión de las fuentes (2, 3) consiste en controlar la modulación
del esfuerzo aplicado sobre la pieza (7) a vibrar mediante una
realimentación de la presión de contacto de la cabeza del generador
sobre la pieza (7) por ajuste del esfuerzo transmitido al generador
de vibración por el accionador (14).
7. Procedimiento de limpieza según la
reivindicación 1, caracterizado porque el procedimiento de
gestión de las fuentes (2, 3) consiste en controlar la intensidad
de los choques aplicados a la pieza a vibrar mediante una
realimentación de velocidad o de aceleración del desplazamiento
alternativo de la fuente vibratoria, independientemente del régimen
de vibración de la superficie de trabajo de esta fuente, y esto a
través del accionador (14).
8. Procedimiento de limpieza según la
reivindicación 1, caracterizado porque el procedimiento de
gestión de las fuentes consiste en modular la frecuencia de
vibración de la fuente (2, 3) mediante una modulación de amplitud o
frecuencia de la señal eléctrica suministrada al sistema
piezoeléctrico o magnetoestrictivo bajo el efecto de una señal
periódica de frecuencia inferior.
9. Procedimiento de limpieza según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la pieza
se orienta (7) de forma que los conductos o las cavidades a limpiar
siguen siendo extremos libres en relación con los puntos de acción
de las fuentes (2, 3) o de reacción de las plataformas (15,
16).
10. Procedimiento de limpieza según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado
porque el fluido (8) en cavitación se limita sólo a los conductos o
cavidades a limpiar por aprisionamiento o por circulación
controlada.
11. Dispositivo para la puesta en marcha del
procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque incluye un recipiente (5) posicionado
sobre una mesa (4) solidaria con el armazón (1) de una máquina,
estando este recipiente (5) provisto de un soporte elástico (6) o
de un accionador (14) sobre el que descansa la pieza (7) a tratar,
bañándose el conjunto en un fluido (8) puesto en circulación
mediante una bomba conectada al recipiente (5), soportando el
armazón (1) además al menos un generador (2,3) de vibración en
contacto con dicha pieza (7) lo que permite excitar al menos un
modo propio de esta última.
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
caracterizado porque los generadores de vibración (2,3) son
cabezas de ultrasonidos, estando los ultrasonidos producidos por un
elemento vibrante movido por un sistema piezoeléctrico o por un
dispositivo magnetoestrictivo.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones
11 ó 12, caracterizado porque la bomba (9) funciona de forma
intermitente durante el reciclaje del fluido (8) para conservar en
éste una concentración óptima de residuos, deteniendo el filtro
(10) sólo una parte de las suciedades.
14. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque el fluido (8)
comporta, total o parcialmente, un disolvente o una lejía.
15. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque los
generadores de vibración (2, 3) entran en contacto con la pieza (7)
a través de accionadores (14) unidos al armazón (1), siendo estos
últimos eventualmente desembragables.
16. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque se interpone
entre la pieza (7) y el soporte elástico (6) un yunque de
reacción.
17. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque el yunque de reacción está constituido
por una pluralidad de plataformas metálicas (15, 16), que pueden
acordarse en una frecuencia de vibración de la fuente o de la
pieza, y eventualmente unidas entre sí por una pieza (17) de masa
predeterminada.
18. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque los
accionadores (14) comportan en particular elementos neumáticos,
hidráulicos, mecánicos o eléctricos, estando éstos orientados en
dirección a la pieza (7) siguiendo ejes no necesariamente
paralelos.
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