MX2009000245A

MX2009000245A - Metodo para la produccion de una parte de simetria rotativa y parte producida segun este metodo.

Info

Publication number: MX2009000245A
Application number: MX2009000245A
Authority: MX
Inventors: Ernst-Peter Schmitz; Peter Kolbe; Thomas Koerner
Original assignee: Schneider Gesenkschmiede
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-01-23
Also published as: US20090312110A1; BR102012029046A2; US8312750B2; WO2008003305A1; DE102006031564A1

Abstract

La invención se relaciona con un método para la producción de una parte metálica hueca de simetría rotativa, en particular un árbol. Según el método referidç, se provee un material macizo dúctil en forma de barra, el material macizo es calentado a entre 300°C debajo de la temperatura de forma a temperatura de forja, el material macizo es laminado con cuñas cruzadas hasta generar debilitamientos en la zona (3) de corazón y el material macizo es roto. Das mandriles (5, 6) son introducidos de manera guiada en el centro del material macizo en forma de barra durante el proceso de laminación, y un mandril es retraído mientras que el segundo mandril sigue avanzando con la finalidad de producir una parte tubular. Se manifiesta también una parte hueca de simetría rotativa de laminación por cuñas cruzadas, en particular un árbol, que es producida según el método referido, y puede ser materializada en forma de árbol de transmisión, árbol de levas, árbol motor, árbol de toma de fuerza, árbol de marcha, árbol hueco o una forma previa para partes moldeadas y similares.

Description

METODO PARA LA PRODUCCION DE UNA PARTE DE SIMETRIA ROTATIVA Y PARTE PRODUCIDA SEGÚN ESTE MÉTODO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un método para la producción de una parte hueca de simetría rotativa, en particular un árbol y una parte hueca de simetría rotativa producida por laminación con cuñas cruzadas. La producción de partes huecas de simetría rotativa a partir de materia maciza, que pueden servir también como formas previas para conformaciones posteriores, por ejemplo, de árboles escalonados, en particular, de árboles de transmisión, mediante laminación con cuñas cruzadas se torna cada vez más usual . Ésta se realiza en máquinas con mordazas planas, respectivamente, con mordazas redondas. Estos árboles laminados con cuñas cruzadas están endurecidos en su zona externa a causa del proceso de laminación. Por el empleo de material macizo se genera un peso grande, lo que es indeseable en la aplicación de semejantes árboles en la industria automotor. Los árboles de transmisión son producidos por este motivo también en máquinas por el método de reducción de sección por movimiento rotatorio con gran inversión a partir de árboles huecos y soldados, respectivamente, los árboles son mecanizados (taladrados a profundidad) .

Unos dispositivos típicos para la laminación por cuñas cruzadas de barras son conocidos del documento DD 92 215. Se hace referencia a esta publicación en cuanto a su contenido completo con la finalidad de evitar repeticiones. Allí se procesa una barra calentada por etapas entre unos cilindros, en que unos mandriles son dispuestos como elemento de tope y como elemento de apoyo en el mismo eje y opuestos entre sí en el eje del cilindro del material y al menos un mandril es desplazable en sentido axial respecto al otro. Los mandriles dispuestos axialmente tan solo sirven para sujetar y opcionalmente mecanizar las secciones de los extremos de la barra; la producción de una perforación o una perforación de paso, respectivamente, de una parte hueca no es posible. Del documento DE 10308849A1 se conoce la producción por conformación de cuerpos huecos de simetría rotativa con precisión de forma y medida de piezas brutas macizas en forma de barra mediante presión de la perforación usando un mandril de presión y un carro de rodillo que posee al menos dos cilindros de presión, siendo la pieza bruta calentado de manera determinada antes del proceso de conformación y enfriada a continuación, por lo que se presenta un declive de temperatura deliberado del corazón de la pieza bruta hacia su superficie envolvente; en la zona de conformación el cuerpo hueco en gestión es enfriado para aumentar la resistencia mecánica del material preservando una ductilidad suficiente y el cuerpo hueco es sometido a continuación a un tratamiento térmico con un perfil de temperatura controlado, para aumentar la resistencia mecánica y la tenacidad del material -aquí de aleaciones de hierro- y mejorar la durabilidad. Es decir, se requiere un control de temperatura costoso para la realización del método. Del documento DE 190905038 se conoce un dispositivo de laminación transversal con un dispositivo de mandril, no haciéndose, sin embargo, indicaciones acerca de los parámetros del método como temperatura o duración, respectivamente, el material para operar con el dispositivo de mandril allí descrito para la producción de árboles, para poder producir la parte hueca inventiva. Frente a lo anterior es el objetivo de la invención crear un método para la producción de una parte hueca de simetría rotativa que produce con mayor facilidad partes ligeras de metal dúctil con gran resistencia mecánica . El objetivo se logra inventivamente mediante un método de este género para la producción de una parte metálica hueca de simetría rotativa, en particular un árbol, comprendiendo: preparar material macizo dúctil en forma de barra; calentar el material macizo a una temperatura en el área de 300°C por debajo de la temperatura de forja hasta la temperatura de forja; laminación por cuñas cruzadas del material macizo hasta producir un debilitamiento en la zona del corazón del material macizo rompiéndolo en el proceso; y dos mandriles son introducidos de manera guiada durante la laminación en el centro del material macizo en forma de barra; y un mandril es retirado y el segundo mandril pasa por encima produciendo una parte tubular; así como por una parte hueca de simetría rotativa, laminada por cuñas cruzadas, producida según el método anterior, en particular un árbol, producido según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque es un árbol de transmisión, un árbol de levas, un árbol motor, un árbol de toma de fuerza, un árbol de marcha, un árbol hueco o una pieza bruta para partes conformadas y similares. Perfeccionamientos ventajosos son el resultado de las reivindicaciones dependientes . Debido a que ahora mediante la introducción de los mandriles en una zona de corazón debilitada, en la que la estructura cristalina del material metálico forjable es debilitado a causa del movimiento de aplanado a temperatura aumentada (en el caso de acero en el área de 900-1150°C) es posible lograr una perforación de paso por lo que se vuelve posible producir de manera sencilla con gran precisión una parte hueca de simetría rotativa de pared relativamente gruesa. Este debilitamiento del corazón de la barra durante la laminación con cuñas cruzadas, respectivamente en el efecto de aplanado del mismo, se conoce también como efecto Mannesmann. A causa de la gran presión externa sobre la barra durante la laminación con cuñas cruzadas la capa (envolvente) externa del material en forma de barra es endurecida, lo que facilita la separación de las paredes. Debido a la introducción del mandril se logra una gran precisión de la pieza de trabajo, ya que el material conserva su contorno por las herramientas de moldeo externas, mientras que el endurecimiento que se presenta a causa de la laminación en caliente produce árboles con una capacidad de carga correspondiente. Un número típico de revoluciones de la materia prima hasta el tubo acabado es entre 5 hasta aproximadamente 10 para acero al cromo; después de estas revoluciones los mandriles han producido una perforación de una profundidad suficiente o una perforación de paso, siendo particularmente favorable si los mandriles pasan por encima durante la producción de la perforación. Es conveniente que los mandriles puedan insertarse en el material en forma de barra con una presión externa relativamente baja, lo que permite lograr una perforación recta con una inversión relativamente baja. Los tubos producidos inventivamente mediante la laminación con cuñas cruzadas son de pared más gruesa de las que puedan adquirirse comercialmente y exhiben un endurecimiento a causa de la temperatura aumentada por el tratamiento de laminación. Típica es una temperatura (en acero) de 900-1150°C. Gracias a las paredes externas gruesas del tubo es posible obtener elevaciones y adelgazamientos en la pared mediante laminación transversal, lo que no es posible en los tubos estirados usuales que pueden adquirirse por la vía comercial . Un área de temperatura típica para el método inventivo para aceros es de 900-1100°C, es decir, una temperatura relativamente baja. Esto apoya la solidificación de la envolvente por la laminación. El al menos un mandril puede tener cualquier forma arbitraria, como una forma de diente, una forma hexagonal, un perfil helicoidal, etc. Es una ventaja en esto si en la sección anterior que produce la perforación, se usen preferentemente mandriles casi planos con una presión relativamente baja, como hasta 5 toneladas, para producir una perforación de medidas precisas. El método puede practicarse entonces de manera sencilla para un gran número de piezas, lográndose prácticamente el perfil definitivo gracias al método de moldeo usado, y las piezas de trabajo así producidas esencialmente no requieren de una mecanización posterior. Tanto en la misma pieza de trabajo, gracias al ahorro de material, como también en los costos de producción, es posible lograr ahorros considerables. El árbol hueco reduce el peso de los árboles convencionales de material macizo, preservando, sin embargo, la resistencia mecánica de éstos. Gracias a la introducción de los mandriles el material en el corazón es empujado hacia fuera, obteniéndose una gran precisión de la pieza de trabajo, ya que el material es empujado contra las herramientas de moldeo externas . Es una ventaja que se inserten dos mandriles a lo largo de las caras frontales del material macizo en forma de barra. De esta manera se reduce el camino de un mandril y se logra un tiempo de ciclo mejor. Los mandriles son introducidos en esto sólo hasta un punto en que justamente aún no se tocan. En el curso posterior, un mandril es retirado y el segundo mandril introducido más pasando por una región de traslape. De manera ventajosa es posible introducir los mandriles en forma simultánea. Pero también es posible introducir los mandriles desplazados en el tiempo. Una árbol inventivo típico que es aplicado como árbol principal de transmisión, árbol de contramarcha, tiene un diámetro de aproximadamente 30 a 200mm, preferentemente de 60-150mm- pero desde luego puede realizarse también diámetros mayores o menores. Un espesor típico de pared para árboles se ubica en el área de 0.5 a 200mm, pero la invención de ninguna manera queda limitada a esto. El árbol consiste ventajosamente de una aleación de forja dúctil, respectivamente, forjable como 42Cr o4; 38MnVS6 y aceros AFP similares (aceros endurecidos por precipitación); acero 16MnCrS4, 20MnCr5, 20MoCrS4, una aleación de aluminio o magnesio, respectivamente todos los demás aceros conocidos por el experto. La invención se explica a continuación con más detalle mediante un ejemplo de realización de un árbol hueco, sin estar limitada a éste de manera alguna, así como las figuras 1 a 7 anexas. En estas se muestra: Fig. 1 una sección transversal por un material macizo preparado en forma de barra Fig. 2 una sección transversal le material macizo laminado con cuñas cruzadas durante la laminación por cuñas cruzadas ; Fig. 3 una sección transversal por un árbol durante la laminación por cuñas cruzadas; Fig. 4 una sección transversal por un árbol con dos perforaciones ciegas durante la introducción de los mandriles Fig. 5 una sección transversal por un árbol con una perforación de paso Fig. 6 una vista esquemática de una sección transversal por una máquina de laminación por cuñas cruzadas en el ejemplo de una máquina de mordazas planas con guía de material para asegurar la posición para la aplicación de mandriles. Fig. 7 esquemáticamente una vista lateral de la máquina de laminación por cuñas cruzadas de la Fig. 6. En la Fig. 1 se muestra una barra 1 de material macizo que es calentada a una temperatura de forja. En la Fig. 2 se muestra esquemáticamente cómo ésta es conformada en un árbol con diferentes diámetros, laminado por cuñas cruzadas . Durante la laminación se mueve la barra 1 con grandes fuerzas sobre unas herramientas 12, 14, de manera que el material el la zona 4 exterior es endurecido y el corazón 3 se vuelve quebradizo por el movimiento de aplanar y se rompe. La herramienta 12, 14 moldea la parte externa del árbol 2 a una forma cercana a la definitiva. De esta manera es posible moldear bordes, adelgazamientos etc. Un grosor típico de pared de un árbol así asciende a 5-10mm. La Fig. 3 muestra como de ambas caras frontales del árbol dos mandriles 5, 6, movibles, alojados en forma rotatoria son introducidos en dirección axial en el centro del árbol 2 a lo largo del corazón 3 debilitado por el efecto Mannesmann. Los mandriles 5, 6 son avanzados hasta poco antes de tocarse. Debido a esto, el material del árbol es empujado con más fuerza hacia fuera contra las herramientas 12, 14 en movimiento y obtiene así un contorno externo preciso. La Fig. 4 muestra una sección transversal por el árbol 2 de laminación transversal en la primera modalidad. En ambas caras frontales se ha producido una perforación 7, 8 ciega mediante los mandriles. La Fig. 2 muestra una sección transversal por un árbol 2 de laminación transversal que tiene una forma definitiva producida por un solape de la inserción de los mandriles 5, 6. Para producir esta perforación de paso, un mandril 5, 6 es retirado de la zona de solape de los trayectos de los mandriles, mientras el respectivo otro mandril es insertado más allá de la zona de solape, de manera que se produce una perforación 9 de paso. Para que la perforación de paso quede lisa, es posible volver a retirar el mandril 5 que genera la perforación de paso en una etapa adicional y pasar el primer mandril retirado por encima de la zona de solape . Se crea de esta manera un árbol hueco laminado por cuñas cruzadas, siendo posible imaginarse también diámetros mayores, mismos que dependen del tamaño de la máquina. Medidas típicas de un árbol acabado son un diámetro de 30 a 200mm, preferentemente de 60 a 150mm. Como materia prima se ofrece materiales dúctiles, como aleaciones de forja. Las aleaciones se limitan en esto de ninguna manera a aleaciones de hierro - también es posible aplicar aleaciones no férreas o aleaciones con una proporción de hierro baja, como aluminio dúctil o aleaciones de magnesio. En la Fig. 6 se representa una máquina 10 de laminación por cuñas cruzadas de manera esquemática para comprender el método. Una barra 1 es sujetada por unos soportes 16, 18 de material opuestos entre sí a manera de jaula junto con dos herramientas 12, 14 externas, opuestas entre sí. Las herramientas 12, 14 externas están dispuestas verticalmente con relación a los soportes 16, 18 de material. Una herramienta 12 con el portaherramientas 13 está dispuesta esencialmente de manera estacionaria, mientras que la segunda herramienta 14 se desplaza con el portaherramientas 15 y los soportes 16, 18 de material junto con el material 1 de barra por laminar hacia arriba y abajo, respectivamente, en dos direcciones lineales de ida y vuelta. La pieza de herramienta es atacada por ambos lados por las herramientas 12, 14 con fuerzas muy grandes, de manera que se genera de la parte 1 de barra un árbol 2 laminado por cuñas cruzadas . Por el movimiento de ida y vuelta de la herramienta 14 se endurece la envolvente 4 del árbol, mientras que se transfiere el relieve negativo de la herramienta 12, 14 como forma positiva al árbol 2 y se debilita el corazón del árbol. La Fig. 7 muestra esquemáticamente una vista lateral de esta máquina 10 de laminación por cuñas cruzadas, ejerciendo una herramienta 12, configurada como cuña, unos esfuerzos sobre el árbol 2 y el árbol 2 es conformado por un soporte 16 de material y la herramienta 14. Mientras que se ha descrito la invención detalladamente mediante unas modalidades preferidas es obvio para el experto que existe la posibilidad de las más diversas alternativas y modalidades para llevar a la práctica la invención en el marco del alcance protegido de las reivindicaciones . Lista de símbolos de referencia 1 Material macizo en forma de barra 2 Árbol laminado por cuñas cruzadas 3 Corazón 4 Zona externa 5 Mandril 6 Mandril 7 Perforación ciega 8 Perforación ciega 9 Perforación de paso 10 Máquina de laminación por cuñas cruzadas 12 Herramienta Portaherramientas Herramienta Soporte de material Soporte de material

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para la producción de una parte metálica hueca de simetría rotativa, en particular de un árbol, comprendiendo: -preparar material macizo dúctil en forma de barra; -calentar el material macizo a una temperatura en el área de 300°C, por debajo de la temperatura de forja hasta la temperatura de forja; laminar por cuñas cruzadas del material macizo hasta generar un debilitamiento de la zona de corazón del material macizo rompiendo el mismo; y -dos mandriles son introducidos durante la laminación de manera guiada en el centro del material macizo en forma de barra; y -un mandril es retirado y el segundo mandril pasa por encima produciendo una parte tubular.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque después de la producción de una perforación se realiza una laminación de calibración del diámetro externo y opcionalmente también del diámetro interno para obtener una circunferencia externa circular alisada y opcionalmente de una perforación alisada.

3. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los mandriles son introducidos en forma simultánea.

4. Método según una de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque los mandriles son introducidos a diferentes tiempos.

5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la forma externa del tubo así producido es sometido a laminado transversal produciendo elevaciones y opcionalmente adelgazamientos.

6. Parte hueca de simetría rotativa laminada por cuñas cruzadas, en particular un árbol, producida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque es un árbol de transmisión, un árbol de levas, un árbol motor, un árbol de toma de fuerza, un árbol de marcha, un árbol hueco o una forma previa para componentes de conformación, y similares.

7. Parte hueca de simetría rotativa laminada por cuñas cruzadas, en particular un árbol, según la reivindicación 6, caracterizada porque posee un diámetro de aproximadamente 30 a 200mm, preferentemente de 60-150mm, y con particular preferencia de 50-80mm.

8. Parte hueca de simetría rotativa laminada por cuñas cruzadas, en particular un árbol, según la reivindicación 6-7, caracterizada porque posee un grosor de pared de aproximadamente 0.5-20mmm preferentemente de 5-10mm.

9. Parte hueca de simetría rotativa laminada por cuñas cruzadas, en particular un árbol, según la reivindicación 6-8, caracterizada porque es producida por una aleación de forja dúctil forjable.

10. Parte hueca de simetría rotativa laminada por cuñas cruzadas, en particular un árbol, según una de las reivindicaciones 6-9, caracterizada porque es producida de 42CrMo4, MnVS6 y aceros AFP (aceros endurecidos por precipitación) similares; acero 16 nCrS4, 20MnCr5, 20MoCrS4.

11. Parte hueca de simetría rotativa laminada por cuñas cruzadas, en particular un árbol, según una de las reivindicaciones 6-9, caracterizada porque es producida de una aleación no ferrosa, aleación de aluminio o aleación de magnesio .