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MX2012014564A - Proceso para manufacturar una pieza de trabajo metalica formada con armadura. - Google Patents

Proceso para manufacturar una pieza de trabajo metalica formada con armadura.

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MX2012014564A
MX2012014564A MX2012014564A MX2012014564A MX2012014564A MX 2012014564 A MX2012014564 A MX 2012014564A MX 2012014564 A MX2012014564 A MX 2012014564A MX 2012014564 A MX2012014564 A MX 2012014564A MX 2012014564 A MX2012014564 A MX 2012014564A
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MX
Mexico
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metal
welding
reinforcement
Prior art date
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MX2012014564A
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Ernst-Peter Schmitz
Peter Kolbe
Thomas Koerner
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Schneider Gesenkschmiede
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Abstract

La invención se refiere a un proceso para manufacturar una pieza de trabajo metálica formada con armadura, siendo que la armadura tiene propiedades diferentes que el material de la pieza de trabajo metálica, incluyendo el proceso las etapas de: proporcionar una pieza en bruto (1) de armadura; proporcionar una pieza en bruto de trabajo (2) básica; disponer la pieza en bruto de armadura sobre la pieza en bruto de trabajo; unir mediante soldadura la sección de superficie de la pieza en bruto de trabajo (2) y la pieza en bruto (1) de armadura, creando mediante ello una pieza en bruto con una sección (3) de superficie armada; y formar la pieza en bruto resultante con una sección (3) de superficie armada, produciendo de esta manera un contorno de pieza de trabajo de forma aproximadamente neta mediante un proceso que se selecciona del grupo que comprende: forjar, recalcar, electro-recalcar, extrusión, siendo que todos los procesos mencionados se llevan a cabo en el intervalo de temperatura frío o templado o caliente, produciendo mediante ello una pieza de trabajo (4) metálica armada formada de forma casi neta, y a una pieza de trabajo metálica armada.

Description

PROCESO PARA MANUFACTURAR UNA PIEZA DE TRABAJO METALICA FORMADA CON ARMADURA DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se refiere a un proceso para manufacturar una pieza de trabajo metálica formada con armadura de piezas en bruto de metal soldadas una con otra, y en particular de aleaciones de metal maleables, siendo que la armadura tiene propiedades diferentes que el material básico de la pieza de trabajo. La invención también se refiere a piezas de trabajo que se manufacturan utilizando este proceso, tales como por ejemplo pistones armados. De esta manera es posible que a un material básico se le aplique permanentemente un material con una resistencia mejorada a las condiciones del entorno, como un revestimiento o armadura protectora, al menos en parte.
La presente invención se refiere en particular a pistones de acero. Sin embargo, también es adecuada para ruedas de engrane, poleas/discos, impulsores, válvulas de disco con movimiento vertical, engranes cónicos, coronas dentadas, pistones, partes de válvula, émbolos de bomba y partes de bomba de pistón.
Especialmente en la ingeniería automotriz se le está dando una mayor importancia a los componentes que tienen una larga vida útil y una construcción ligera, de manera que se puede minimizar el consumo de combustible, reduciendo de esta manera las emisiones de CO2 por abajo de limites cada vez más estrictos. Aunque las piezas de trabajo de acero satisfacen los requisitos de alta estabilidad, no siempre son resistentes a la oxidación. Los metales ligeros, en especial las aleaciones de aluminio satisfacen los criterios de peso necesarios en un alto grado. Sin embargo son menos robustos y reaccionan con relativa facilidad con los componentes de los combustibles diesel. Otras áreas de aplicación pueden incluir partes en las cuales la carga ocurre principalmente en (sus) áreas periféricas. Los ejemplos típicos incluyen las poleas/discos de transporte altamente cargadas con ejes de rodillos, ruedas de engrane, discos de válvula, impulsores, coronas dentadas, engranes cónicos, etc., que solamente en sus áreas externas se someten a un mayor grado de carga que en su centro, lo cual puede deberse al medio en que operan (por ejemplo para hojas de mezcladora o transportador) o a la carga mecánica, como por ejemplo con las catarinas.
Por lo tanto es un problema de la presente invención evitar las desventajas de la técnica anterior y desarrollar un proceso para manufacturar piezas de trabajo armadas de aleaciones metálicas, garantizando de esta manera excelentes propiedades mecánicas en tanto que al mismo tiempo son energéticamente más eficientes y cuidadosas del medio ambiente, y en consecuencia más económicas que las tecnologías conocidas. Otro problema de la invención es el de desarrollar una pieza de trabajo que tiene las propiedades mecánicas necesarias para satisfacer los requerimientos de carga extrema en el área armada.
De conformidad con la invención, este problema se resuelve mediante un proceso que tiene las propiedades citadas en la reivindicación 1 o una pieza de trabajo manufacturada de acuerdo a este proceso. Los perfeccionamientos adicionales se pueden derivar de las reivindicaciones subordinadas.
De conformidad con la invención, el proceso para manufacturar piezas de trabajo metálicas formadas, tales como partes forjadas con armadura soldada o forjada que exhiben diferentes propiedades que la parte de metal básica de la pieza de trabajo comprende: proporcionar una pieza en bruto de armadura; proporcionar una pieza en bruto de una pieza de trabajo básica; disponer la pieza en bruto de armadura sobre la pieza en bruto de la pieza de trabajo básica; soldar una sección de superficie de la pieza en bruto de la pieza de trabajo y la pieza en bruto de armadura, creando mediante ello una pieza en bruto con una sección de superficie armada; y formar la pieza en bruto armado resultante, produciendo de esta manera un contorno de parte exterior en su forma final mediante un proceso que se selecciona del grupo que comprende: forjar, recalcar, electro-recalcado, extrusión, siendo que todos los procesos precedentemente mencionados se llevan a cabo en el intervalo de temperatura fría, templada o caliente, produciendo mediante ello una pieza de trabajo básica armada formada a una forma aproximadamente neta.
Puede ser necesario que la armadura comprenda un metal que es capaz de resistir cargas mecánicas más altas que la pieza en bruto de la pieza de trabajo básica. Esto es aplicable en particular a las superficies que están expuestas a elevadas cargas mecánicas, tales como válvulas, ruedas de engrane y lo similar.
Sin embargo también puede ser deseable que la armadura comprenda un metal que es más resistente químicamente que la pieza en bruto de la pieza de trabajo básica, por ejemplo en el revestimiento interior de pistones de un motor de combustión interna, en donde los compuestos que se crean durante la combustión pueden provocar la corrosión de acero, por ejemplo.
El proceso de soldadura para aplicar la armadura preferiblemente se selecciona del grupo que comprende soldadura por fricción, soldadura por inducción, procesos de soldadura WIG, MAG de haz de electrones o láser.
Las piezas de trabajo armadas típicas que se pueden manufacturar de conformidad con el proceso de la invención comprenden, por ejemplo, ruedas de engrane, poleas/discos, , impulsores, válvulas de disco de movimiento vertical, engranes cónicos, coronas dentadas, pistones y partes de válvula o émbolos de bomba. Típicamente, la pieza de trabajo básica armada es un pistón de acero armado para un motor de combustión interna, cuya intención es evitar la oxidación del material. Para este propósito la armadura se puede seleccionar por ejemplo de estelita, acero resistente a cargas elevadas o de alto contenido de elementos de la aleación. Otra aplicación sería como parte de una bomba de pistón .
La formación conjunta de la pieza de trabajo básica y la armadura se puede efectuar mediante forjado, recalcado o extrusión en el estado frío, templado o caliente .
Mediante el proceso de conformidad con la invención es posible hacer piezas de trabajo de aleaciones que tienen las propiedades mecánicas de una parte forjada clásica, tal como un pistón, una válvula o una leva, en tanto que exhiben las propiedades superficiales (químicas) de otros materiales. Por lo tanto, el proceso de conformidad con la invención comprende el número más bajo posible de etapas de proceso, incluidos los procesos de calentamiento, para obtener material sustancialmente de una aleación de metal básica que tiene elevados valores mecánicos característicos pero que también exhibe por ejemplo la resistencia necesaria a los gases de combustión de combustible en las modernas cámaras de combustión de pistones, que están sujetas a cargas elevadas. De esta manera es posible obtener considerables ahorros en energía, costos de proceso y materiales, así como una vida útil prolongada, logrando de esta manera no solamente ventajas económicas pero también reducir de manera importante la contaminación ambiental.
De conformidad con una forma de realización, previamente al proceso de forjado o formado la pieza de trabajo se puede calentar a una temperatura específica en el intervalo de 450-580°C. El calentamiento intermedio permite permanecer dentro de una ventana de temperatura de ± 5°C, de manera que se puede asegurar una mayor conflabilidad del proceso.
Al usar la invención con partes de aluminio, la aleación de aluminio es una aleación de aluminio maleable, en particular una aleación AIMgSi o AIMgSiCu. Utilizando esta aleación maleable de acuerdo al proceso de la invención, es posible obtener piezas de trabajo con propiedades mecánicas particularmente buenas, en particular alta resistencia y elongación. Además, es favorable llevar a cabo el proceso de desmoldeo a la temperatura de formación. Mediante esto no será necesario un calentamiento intermedio adicional. La pieza de trabajo de conformidad con la invención puede por lo tanto estar constituida sustancialmente de una aleación AIMgSi o AIMgSiCu a la que se le debe proporcionar una armadura aplicando el proceso descrito de acuerdo a la invención. Sin embargo también es posible usar aleaciones de titanio maleables y aleaciones de metal ligero similares, de manera que la pieza de trabajo es especialmente bien adecuada para componentes de construcción ligera y vehículos motorizados altamente cargados, en tanto que permiten una reducción considerable de costo y peso en comparación con las partes forjadas convencionales. El proceso de conectar las partes metálicas por vía de soldadura por fricción es bien conocido. En particular se conoce, por ejemplo por el documento DE 32 05 183 Al, como aplicar mediante soldadura por fricción un material de alta temperatura a una superficie completa de un disco de válvula altamente cargado de una válvula de disco de movimiento vertical.
La calidad de una parte de metal construida se puede mejorar con el fin de satisfacer requisitos especiales, siendo que la parte manufacturada también es muy económica en lo referente a los costos de material. Aquí, si los materiales de la pieza de trabajo básica y la armadura difieren con respecto a la aleación, la parte metálica de la armadura puede comprender una aleación dura o de alta resistencia, tal como acero de alta temperatura (para una definición de aleación de alta resistencia, ver "Stahlschlüssel" 2007, Editorial Stahlschlüssel Wegst 2007) , una aleación de titanio, una aleación de aluminio, una aleación de acero inoxidable u otro metal, en tanto que para la pieza de trabajo básica se puede usar un metal inferior/más blando/químicamente menos resistente o menos costoso, que por ejemplo también puede tener propiedades auto-lubricantes. Se debe entender que las aleaciones de piezas de trabajo no solamente comprenden aleaciones de acero o aluminio, sino que también aleaciones de titanio o magnesio, aleaciones de calcio o combinaciones de estas. Se debe entender que las características mencionadas en lo precedente y que todavía se deberán explicar a continuación no se restringen al uso en las combinaciones mencionadas, respectivamente, sino que también se pueden usar en combinaciones diferentes de los componentes iniciales.
A continuación la invención se describirá con mayor detalle utilizando el ejemplo de un pistón para un motor de combustión interna con interior armado y con referencia a la figura anexa. Sin embargo, de ninguna manera se limita a este ejemplo. En este muestran: Figura 1 el comienzo del proceso de soldadura, siendo que los dos componentes iniciales que se deberán conectar se alinean mutuamente previamente al proceso de conexión; y una pieza en bruto soldada con una sección de superficie armada que resulta de esto, y Figura 2 una pieza de trabajo armada con forma aproximadamente neta que se formó en una parte de pistón de forma aproximadamente neta con un golpe de forja.
Las figuras 1 y 2 ilustran la producción de una parte de pistón forjada, armada, de conformidad con el proceso de la invención. La figura 1 muestra las dos partes iniciales, es decir la pieza en bruto 1 de armadura, el cual en este caso es un lingote de acero, y la pieza en bruto 2 de la pieza de trabajo básica, que aquí tiene el mismo diámetro externo que la pieza en bruto 2 de la pieza de trabajo básica. Ambas piezas en bruto 1, 2 ahora se disponen relativamente una a otra alineando los ejes longitudinales de las piezas en bruto, y se sueldan formando una superficie de soldadura. Ahora, el ensamble de metal soldado de esta manera se forma forjando el producto semiacabado soldado que comprende la parte material y la armadura, obteniéndose de esta manera una conexión final, también de ajuste de forma entre ambas piezas en bruto en la parte forjada armada formada.
Mediante esto se crea una conexión segura y firme entre la armadura y la pieza de trabajo básica. Un lingote típico para la parte de pistón consiste en una aleación de hierro. Un material adecuado puede ser un acero de herramienta de forja, tal como los aceros de trabajo en caliente 1,2367,: 1,2714, 1,2344, en tanto que un material de armadura típico sería un acero de alto contenido de elementos de la aleación, tal como Nimonic u otra aleación de acero inoxidable, que puede ser un acero X, pero también estelita u otra aleación que se puede soldar a la pieza de trabajo básica, así como otros materiales obvios conocidos para el experto en el ramo.
En tanto que la invención se describió mediante formas de realización preferidas, para las personas expertas en el ramo para las cuales se destina esta invención serán evidentes otros diseños y formas de realización alternativas para llevar a la práctica la invención según se define en las reivindicaciones anexas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso para manufacturar una pieza de trabajo metálica formada con armadura, en donde la armadura tiene propiedades diferentes que el material de la pieza de trabajo básica, caracterizado porque incluye las etapas de: proporcionar una pieza en bruto de armadura; proporcionar una pieza en bruto de trabajo básica; disponer la pieza en bruto de armadura sobre la pieza en bruto de trabajo básica; unir mediante soldadura la sección de superficie de la pieza en bruto de trabajo y de la pieza en bruto de armadura, creando mediante ello una pieza en bruto con una sección de superficie armada; y formar la pieza en bruto resultante con una sección de superficie armada, produciendo de esta manera un contorno de pieza de trabajo de forma casi neta mediante un proceso que se selecciona del grupo que comprende: forjar, recalcar, electro-recalcado, extrusión, siendo que todos los procesos mencionados se llevan a cabo en el intervalo de temperatura frío o templado o caliente, produciendo mediante ello una pieza de trabajo básica armada de forma casi neta.
2. El proceso según se reclama en la reivindicación 1, caracterizado porque la armadura comprende un metal que puede resistir cargas mecánicas más altas que la pieza en bruto de trabajo básica.
3. El proceso según se reclama en la reivindicación 1, caracterizado porque la armadura comprende un metal que es químicamente más resistente que la pieza en bruto la pieza de trabajo básica.
4. El proceso según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el proceso de soldadura se selecciona del grupo que comprende soldadura por fricción, soldadura por inducción, proceso de soldadura IG, MAG, de haz de electrones o láser.
5. Una pieza de trabajo metálica armada producida de conformidad con el proceso según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada en que se selecciona de ruedas de engrane, poleas, impulsores, válvulas de disco con movimiento vertical, engranes cónicos, coronas dentadas, pistones, partes de válvula, émbolos de bomba.
6. La pieza de trabajo metálica armada según se reclama en la reivindicación 5, caracterizada porque es un pistón de acero armado para un motor de combustión interna.
7. La pieza de trabajo metálica armada según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, caracterizada porque es una parte armada para una bomba de pistón.
8. La pieza de trabajo metálica armada según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque la armadura se selecciona de estelita, acero con alta capacidad de carga o de alto contenido de elementos de la aleación.
9. La pieza de trabajo metálica armada según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizada porque se forma mediante forjado, recalcado, extrusión.
10. La pieza de trabajo metálica armada según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizada porque se forma en el estado caliente o templado .
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