CAMPO DE LA INVENCIÓN.

Esta invención se refiere a maquinas utilizadas en la actualidad que concentran una gran cantidad de fuerza aplicada en diferentes puntos de un mismo objeto con el fin de lograr una transformación molecular de los materiales confinados en dicho objeto, maquinas como la descrita anteriormente son utilizadas para generar otras formas alotrópicas de algunos materiales como es el caso de ¡a transformación de carbono en diamante (sintético) o la elaboración de nitruro cubico de boro, estos materiales por sus excelente propiedades físicas, como lo son la dureza y la conducción térmica, son utilizados en una variedad amplia de campos en la industria, la construcción, la joyería y la electrónica entre otros.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. Las primeras investigaciones para obtener sintéticamente diamantes inician en 1879 hasta 1920, sin embargo, fue hasta el año 1940 que de manera sistemática se llevan a cabo experimentos para la obtención de estos materiales a través de dos procesos, el primero llamado CVD (deposición química de vapor) y el segundo HPHT (alta presión/ alta temperatura), tanto en Estados Unidos como la Unión Soviética. La elaboración de diamantes sintéticos, a través del proceso HPHT, se lleva a cabo al aplicar simultáneamente muy alta presión y calor al elementos o compuestos con contenido de carbono realizado en un ambiente isobárico e isotérmico a la vez en periodos prolongados de tiempo, que eventualmente, determinan el tamaño del producto generado. Se han propuesto mundialmente equipos que aplican muy altas presiones sobre un objeto, todas estas propuestas utilizan equipos compuestos de cilindros que utiliza fuerza hidráulica y que son colocados en una estructura geométrica que Ies permiten orientarse de una manera concéntrica al objeto a presurizar Estos equipos llegan a ser muy voluminosos, debido a que ¡os referidos cilindros hidráulicos, que son los que finalmente generan muy altas presiones, requieren ser construidos en diámetros muy grandes, aunado a esto, cada máquina debe alojar múltiples cilindros de una misma capacidad que permitan obtener presiones uniformes sobre el objeto a comprimir, siendo que, para la elaboración de diamantes sintéticos, este valor supera los 75,000 kg/cm2.

Un ejemplo del diseño de estos equipos son ¡as patentes: U520130160700A1, US63368G2, US4923381, US44SQ323, US2947611, US2947608.

En donde se observa, en todos ellos, una similitud en la configuración y en los equipos utilizados (todo ellos hidráulicos), que, como se ha mencionado en el párrafo anterior, pueden llegan a ocupar grandes volúmenes.

Se presenta un novedoso equipo mecánico el cual utiliza el principio de la descomposición de fuerzas en vectores, no solo para obtener muy altas presiones de trabajo sobre un objeto partiendo de una fuerza inicial mínima, sino que su configuración mecánica permite obtener equipos de un volumen de tamaño reducido, esta características será de primordial importancia, ya que el proceso unitario de generación de cada diamante sintético puede durar varias semanas, por lo que, para un volumen de producción aceptable, se requiere alojar múltiples máquinas de este tipo.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN.

Este equipo consta de ¡as siguientes partes:

1.- Estructura en cruz de acero aleado. 2. -Brazo mayor giratorio. 3.- Carro longitudinal. 4. Guías o corredera para carro longitudinal. 5.- Carro Radial 6.- Guías para carros radiales. 7.- Tomillos de ensamble. 8.- Elemento a comprimir 9. Barras de apoyo vertical. 10.- Punzón refrigerado. 11. Entrada de fluido refrigerante 12.- Salida de Fluido refrigerante. 13.-Piezometro 14. Rodamiento o cojinete 15.- Husillo 16.- Barra de apoyo horizontal 17.- Medidor de arco radial. 18.- Punto de pivoteo del brazo. 19.- Brazo menor. 20.- Rodamiento 21 Brazo de rodamiento 22. Fuerza inicial aplicada.

Se presenta un novedoso mecanismo que genera muy altas presiones debido a la doble multiplicación de una fuerza inicial pequeña, el principio que este mecanismo utiliza es la doble descomposición de la fuerza en vectores, lograda a través de dos sistemas triangulares, para generar una fuerza resultante 60,000 veces mayor a la fuerza inicial.

Está compuesta de una estructura única en forma de cruz que aloja 4 mecanismos idénticos, uno en cada uno de sus lados, que le aplican una fuerza de compresión a un elemento (8) colocado en el centro de la estructura, esta estructura está construida con un material aleado de alto coeficiente de cedencia, capaz de resistir la reacción de la fuerza aplicada al elemento central.

Cada uno de los mecanismos está constituido por dos brazos mayores giratorios (2) donde uno de sus extremos pivotean en sendos ejes colocado sobre los extremos superior e inferior de cada uno de los lados de la estructura (1) y que son impulsados en sus otros extremos por 2 brazos cortos (19) pivoteados sobre un carro longitudinal (3) que deben su desplazamiento a un husillo (15), a l girar los brazos mayores (2) impactarán los Carros Radiales (5) en su rodamiento (20) induciendo en estos un movimiento cuya dirección apunta radialmente al centro del elemento a comprimir (8), por descomposición de fuerzas vectoriales, la fuerza resultante en cada uno de los carros radiales, lograda por ambos sistemas triangulares de fuerza, llegará a ser 60,000 veces mayor que la fuerza inicial aplicada (22), esta aumentará de manera inversamente proporcional al ángulo de abertura de los brazos mayores (2) con respecto a la línea trazada desde el centro de la pieza a comprimir hasta el centro del punto de pivoteo de los brazos (18). La punta de apoyo de los punzones (10) tendrán la misma configuración geométrica que el cuerpo a comprimir (8), siendo la esfera y el octaedro las formas geométricas óptimas. En el punto de contacto del carro longitudinal (3) con el husillo (15) se coloca un piezómetro capaz de medir con mucha precisión la fuerza inicial aplicada (22), con esta información y conociendo la posición de los brazos menores (19) y mayores (2) se pueden calcular con precisión la fuerza compresiva resultante sobre el elemento (8). Los punzones refrigerados (10) poseen entradas y saiidas de fluidos que permiten la circulación de un fluido refrigerante para mantener estos elementos a relativamente baja temperatura. Este novedoso diseño logra obtener un equipo compacto con una fuerza de compresión muy grande, que permite sobreponer uno encima de otro para formar torres con múltiples equipos trabajando simultáneamente. En una versión alternativa del mecanismo multiplicador, la guía longitudinal (4) posee dos carros longitudinales (3) uno por la parte superior y el otro por la parte inferior, impulsados independientemente por dos husillos (15) que impulsan cada uno a un brazo mayor giratorio (2) de manera independiente.

Estos equipos son elaborados con materiales aleados de alto grado de resistencia al desgaste y elevado coeficiente de cedencia, como lo son el acero, el titanio o el tungsteno y son manufacturados con equipos convencionales de manufactura de materiales como lo son los centros de maquinado CMC, Tornos de control numérico, cortadoras EDM por electroerosión, por rayo láser o por chorro de agua, todas ellas controladas por CMC (computer numeric control). A través de los punzones refrigerados se puede aplicar una corriente de alto amperaje la cual por resistencia elevará la temperatura del elemento a comprimir (8) a 1,700 grados centígrados, temperatura requerida en la generación de diamantes sintéticos y nitruro cubico de boro. Para este propósito pueden ser utilizados también compuestos químicos con reacciones exotérmicas, como es el caso de la Termita, cuya reacción química exotérmica reductora al utiliza Hierro (Fe) como combustible es la siguiente: (3 CuO + 2 Al -> 3 Cu + AI ₂ O ₃ ) y cuando es Aluminio (Al) el combustible la reacción es la siguiente ( 3 CuO ÷ 2 Al -> 3 Cu + Al ₂ O _3. )

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS: Flg. 1.- Se muestra una vista del equipo en isométrico.

Fig. 2.- Se muestra una vista lateral habiendo retirado la cubierta de la estructura para poder apreciar el mecanismo, con un husillo como accionador de fuerza por cada lado, se muestra en un inicio del proceso de compresión. Fig. 3.- Se muestra una vista lateral habiendo retirado la cubierta de la estructura para poder apreciar el mecanismo, con un husillo como accionador de fuerza por cada lado, se muestra al final del proceso de compresión.

Fig. 4.- Se muestra una vista lateral habiendo retirado la cubierta de la estructura para poder apreciar el mecanismo, con doble husillo como accionador por cada lado, se muestra al inicio del proceso de compresión.

Fig. 5.- Se muestra una vista lateral habiendo retirado la cubierta de la estructura para poder apreciar el mecanismo, con doble husillo como accionador por cada lado, se muestra al final del proceso de compresión.

OPERACIÓN DEL DISPOSITIVO.

El proceso de compresión inicia con la colocación del elemento a comprimir (8) Fig. 1-5 en el centro de la estructura (1) Fig, 1-5 en donde los 8 punzones (10) Fig. 1-5 dirigirán ¡a fuerza, e iniciará el proceso de compresión por el impulso mecánico sincronizado de cada uno de los 4 carros longitudinales (3) Fig. 2,3, impulsado por los 4 husillos (15) Fig. 2,3, que impulsan a su vez los dos brazos menores (19) Fig, 2,3 de cada mecanismo y estos a los brazos mayores (2) Fig. 2,3, los cuales impactarán en los rodamientos (20) Fig. 2,3 de los Carros Radiales (5) Fig. 2,3 logrando obtener un desplazamiento dirigido al núcleo del elemento a comprimir (8) Fig. 1-3, los punzones refrigerados (10) en los extremos de los carros radiales (5) Fig. 2,3 serán los encargados de trasmitir la fuerza, el fluido refrigerante que circula en su Interior permite conservar las propiedades mecánicas de estos aun cuando se apliquen elevadas temperaturas al elemento a comprimir, así, obtenemos grandes presiones sobre el elemento (8) Fig. 1-3 con elevada precisión y uniformidad, para obtener una compresión uniforme, los ángulos de cada uno de los 8 brazos mayores (2) Fig, 2,3 se conservan en el mismo ángulo de ataque sobre los rodamientos (20) Fig. 2,3 de los carros radiales (5) Fig. 2,3, repitiendo el proceso hasta obtener la compresión deseada, que, para el caso particular en la generación de diamantes sintéticos, es de 75,000 kg/cm2. En los punzones refrigerados o también en el elemento a comprimir, se colocan terminales eléctricas en donde una corriente eléctrica de muy alio amperaje se hace circular con el fin de elevar resistivamente la temperatura de dicho elemento (8) Fig. 1-3, como se mencionó anteriormente, esto también puede lograrse con compuestos químicos exotérmicos,

Como se ha mencionado, en una versión alternativa del mecanismo multiplicador, la guía longitudinal (4) Fig. 4,5 posee dos carros longitudinales (3) Fig,4,5 uno por la parte superior y el otro por la parte inferior, impulsados independientemente por dos husillos (15) Fig. 4,5, que impulsan cada uno a un brazo mayor giratorio (2) Fig. 4,5, de manera independiente.

La fuerza (mecánica) aplicada por el husillo (15) Fig. 1-5 a los carros longitudinales (3) Fig.1-5 puede sustituirse y llevarse a cabo con un pequeño accionador hidráulico.