ES2276005T3 - Dispositivo y metodo para mecanizado de bielas de conexion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para mecanizado de bielas (15) de conexión de acero, comprendiendo cada una, una barra (2), y una cabeza (3) de biela que a su vez comprende una primera parte (6) conectada de manera integrada a la barra (2), una segunda parte (7) conectada a dicha primera parte (6), un ojo (4), y una superficie (5) anular interior que define el ojo (4); comprendiendo el dispositivo (16) un primer elemento (23) de tracción que se inserta dentro del ojo (4) y tiene una primera superficie (24) de empuje que se acopla con dicha superficie (5) anular en la primera parte (6) y sustancialmente en forma de un sector cilíndrico que tiene un radio de curvatura respectivo, un segundo elemento (28) de tracción que se inserta dentro del ojo (4) y tiene una segunda superficie (29) de empuje que se acopla con dicha superficie (5) anular en la segunda parte (7) y sustancialmente en forma de un sector cilíndrico que tiene un radio de curvatura respectivo, y un medio (30) accionador que separa dicho primer y dicho segundo elemento (23; 28) de tracción para romper la segunda parte (7) alejándola de la primera parte (6); comprendiendo el dispositivo (16) una superficie (22) de soporte que soporta la barra (2) y un asiento (26) para alojar la segunda parte (7); estando el primer y el segundo elemento (23, 28) de tracción fijados a la superficie (22) de soporte y al asiento (26), respectivamente; estando el dispositivo (16) caracterizado porque el radio de curvatura de la primera superficie (24) de empuje es menor que el radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje.
Description
Dispositivo y método para mecanizado de bielas
de conexión.
La presente invención se refiere a un
dispositivo y a un método para mecanizado de bielas de conexión
según el preámbulo de las reivindicaciones 1 a 8. Tal dispositivo y
tal método se dan a conocer en el documento
DE-C-19841027.
La presente invención puede usarse de manera
ventajosa para el mecanizado de bielas de conexión de acero poco
cementado, al que se refiere la siguiente descripción meramente a
modo de ejemplo.
Aquí y de aquí en adelante, se entiende que las
bielas de conexión de acero poco cementado significan bielas de
conexión hechas de acero cementado con una profundidad de la capa
cementada de menos de ocho milímetros.
Las bielas de conexión hechas de acero poco
cementado se han propuesto para permitirles resistir mejor la
tensión impuesta por los motores de combustión modernas.
El mecanizado de bielas de conexión de acero
poco cementado, sin embargo, plantea varios problemas, debido,
principalmente, a la relativamente alta "ductilidad" residual
de este tipo de material.
Una biela de conexión normalmente comprende una
barra, y una cabeza de biela que a su vez comprende un ojo
delimitado por una superficie anular interior de la cabeza de
biela. Para encajar la biela de conexión al motor y así insertar el
cigüeñal a través del ojo, la cabeza de biela normalmente se
divide en dos partes, una primera que sigue sujeta a la biela, y la
segunda que se separa para formar la llamada caperuza.
La cabeza de biela normalmente se corta, o
preferentemente, se rompe mediante tracción en las dos partes.
El documento WO95/28573 da a conocer un proceso
para la separación por fractura de la cubierta del cojinete de una
disposición de cojinetes múltiples, en particular en cárteres de
motores de combustión interna.
Ya que la caperuza debe finalmente reconectarse
a la primera parte en el montaje, las superficies de contacto entre
la caperuza y la primera parte deben acoplarse con tanta precisión
como sea posible para reducir la formación, durante el
funcionamiento del motor, de tensión y/o deformación que puede
dañar la biela de conexión u otras partes del motor.
Por esta razón, la rotura deber ser tan
"frágil", es decir, dar como resultado una deformación
inelástica tan pequeña, como sea posible. En conexión con esto, es
importante observar que cualquier deformación, incluso aunque no
sea en la zona de la rotura, puede aun así contribuir al fallo y
tensión durante el funcionamiento del motor.
La rotura normalmente se hace usando un
dispositivo que comprende dos elementos de tracción, que, en uso,
se insertan dentro del ojo y se tira de ellos separándolos para
separar la caperuza de la primera parte de la cabeza de biela. Los
elementos de tracción tienen respectivas superficies de empuje con
la forma de un sector cilíndrico, y que se acoplan con dicha
superficie anular y tienen sustancialmente idénticos ángulos de
curvatura.
Aunque durante mucho tiempo se usaba para el
mecanizado de bielas de conexión acero de relativamente alto
contenido de carbono, hasta el momento los intentos de aplicar el
dispositivo mencionado anteriormente a bielas de conexión de acero
poco cementado han obtenido como resultado roturas de
"fragilidad" relativamente pobre y, por lo tanto, en partes
inadecuadas sustancialmente para el uso en motores de combustión
modernos.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un dispositivo para mecanizado de bielas de conexión
de acero, diseñado para eliminar los inconvenientes anteriormente
mencionados, y que al mismo tiempo sea barato y fácil de
producir.
Según la presente invención, se proporciona un
dispositivo para mecanizado de bielas de conexión de acero, según
la reivindicación 1.
La presente invención también se refiere a un
método para mecanizado de bielas de conexión de
acero.
acero.
Según la presente invención, se proporciona un
método de mecanizado de bielas de conexión de acero, según la
reivindicación 8.
Una realización no restrictiva de la invención
se describirá a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que
acompañan, en los que:
la figura 1 muestra una vista en planta de una
biela de conexión según la presente invención;
la figura 2 muestra una sección longitudinal de
un detalle de la biela de conexión de la figura 1;
la figura 3 muestra una vista en planta de una
biela de conexión desde la que se forma la biela de conexión de la
figura 1;
la figura 4 muestra una vista en perspectiva,
con partes eliminadas para mayor claridad, de una realización del
dispositivo según la presente invención;
la figura 5 muestra una sección lateral del
dispositivo de la figura 4;
la figura 6 muestra una vista en planta de
partes del dispositivo de la figura 4.
En referencia a las figuras 1 y 2, el número 1
indica en conjunto una biela de conexión de acero poco cementado
que comprende una barra 2; y una cabeza 3 de biela que tiene a su
vez una abertura cilíndrica u ojo 4, que tiene un eje longitudinal
4a sustancialmente transversal a la barra 2, se define lateralmente
mediante una superficie 5 anular, y aloja una parte de un
cigüeñal.
La cabeza 3 de biela se divide en dos partes:
una primera parte 6 integrada en la barra 2; y una caperuza 7
desmontable. La primera parte 6 tiene forma de silla y se bifurca en
dos tramos 8, teniendo cada uno un extremo 9 respectivo; y la
caperuza 7 también tiene forma de silla, y se bifurca en dos tramos
10, teniendo cada uno un extremo 11 respectivo.
Cada extremo 9 se agarra a un extremo 11
respectivo mediante un perno 11a relativo, de manera que la parte 6
y la caperuza 7 definen el ojo 4. La cabeza 3 de biela también
comprende dos ranuras 12 formadas en los bordes exteriores de los
extremos 9 y 11 y que se extienden paralelas al eje 4a.
En variaciones no mostradas, las ranuras 12 se
pueden formar en los bordes interiores inferiores y/o superiores de
los extremos 9 y 11.
Los extremos 9 y 11 incluyen superficies
situadas en dos planos 13 y 14 de rotura y formadas por rotura
"frágil" de una biela 15 de conexión (figura 3) en la que se
han formado ranuras 12 de antemano. Los planos 13 y 14 de rotura
son coplanarios, y se sitúan sustancialmente en un plano diametral
(no mostrado) del ojo 4 transversal sustancialmente a la barra 2 y
a través de las ranuras 12.
En realizaciones adicionales no mostradas, los
planos 13 y 14 de rotura pueden estar en un ángulo uno respecto a
otro y/o no necesitan situarse en dicho plano diametral.
La biela 15 de conexión (figura 3) es
sustancialmente idéntica a la biela 1 de conexión, siendo la única
diferencia que la cabeza de biela 3 no tiene ranuras 12 y está
formada de una pieza, es decir con la parte 6 integrada en la
caperuza 7.
En referencia a las figuras 4 y 5, el número 16
indica en conjunto un dispositivo para producir la biela 1 de
conexión a partir de la biela 15 de conexión, y que comprende una
plataforma 17 con forma de paralelepípedo rectangular que soporta
dos columnas 18 y 19 en extremos opuestos. Las columnas 18 y 19
tienen forma de paralelepípedo sustancialmente y se conectan
mediante una guía 20 horizontal que comprende dos cilindros 21 de
desplazamiento (sólo se muestra uno) que se extienden
longitudinalmente con respecto a la plataforma 17.
La columna 18 se define en la parte superior por
una superficie 22 de soporte para soportar la barra 2 y la primera
parte 6, y que tiene un pasador 23 de tracción fijado en forma de
semicilindro vertical. El pasador 23 de tracción se inserta dentro
del ojo 4 y se define lateralmente mediante una superficie 24 de
empuje en forma de un sector cilíndrico y que se acopla con la
superficie 5 anular de la primera parte 6.
El dispositivo 16 también comprende un carro 25
que puede desplazarse a lo largo de la guía 20 horizontal y que
tiene un asiento 26 para alojar la caperuza 7. El asiento 26 tiene
una superficie 27 de soporte coplanaria sustancialmente a la
superficie 22 y para soportar a la caperuza 7, y se encaja con un
pasador 28 de tracción en forma de un semicilindro verti-
cal.
cal.
El pasador 28 de tracción se encaja íntegramente
en el carro 25, se inserta dentro del ojo 4, y se define
lateralmente mediante una superficie 29 de empuje en forma de un
sector cilíndrico y que se acopla con la superficie 5 anular de la
caperuza 7.
Como se muestra claramente en la figura 6, la
superficie 24 de empuje tiene un radio de curvatura menor al de la
superficie 29 de empuje. En realizaciones preferidas, el radio de
curvatura de la superficie 5 anular es mayor o igual al de la
superficie 29 de empuje. Más específicamente, el radio de curvatura
de la superficie 5 anular está comprendido preferiblemente entre el
100% y el 110% del radio de curvatura de la superficie 29 de
empuje.
Preferiblemente, el radio de curvatura de la
superficie 24 de empuje está comprendido entre el 80% y el 99%, en
particular entre el 92% y el 98%, del radio de curvatura de la
superficie 29 de empuje. Las realizaciones particularmente
preferidas son aquellas en las que el radio de curvatura de la
superficie 24 de empuje es el 97% del radio de curvatura de la
superficie 29 de empuje.
El dispositivo 16 también comprende una unidad
30 accionadora para separar los pasadores 23 y 28 de tracción, y
que comprende dos cilindros 31 hidráulicos horizontales conectados
en la parte delantera al carro 25 por medio de una brida 32, y
soportados en la parte posterior mediante una abrazadera 33
encajada en la columna 19.
El dispositivo 16 también comprende una fuente
34 de láser conocida (mostrada esquemáticamente) para hacer las
ranuras 12.
En el uso real, la biela 15 de conexión se
posiciona de tal manera que los pasadores 23 y 28 de tracción se
insertan dentro del ojo 4, la caperuza 7 se aloja dentro del
asiento 26, y la barra 2 se soporta sobre la superficie 22 y se
orienta paralela sustancialmente a la guía 20 horizontal.
Para aumentar la fragilidad del acero poco
cementado de la biela 15 de conexión, la biela 15 de conexión se
enfría preferiblemente usando métodos conocidos, por ejemplo
mediante inmersión de ésta en nitrógeno líquido antes de que se
monte en el dispositivo.
Una vez que la biela 15 de conexión está
montada, la fuente 34 de láser se activa mediante una unidad 35 de
control (mostrada esquemáticamente en la figura 4) para formar
ranuras 12.
En este punto, la unidad 30 accionadora se pone
en funcionamiento (también mediante la unidad 35 de control) para
mover el carro 25 hacia la columna 19. Al mismo tiempo, los
pasadores 23 y 28 de tracción se separan en una dirección paralela
sustancialmente a la barra 2, y las superficies 24 y 29 de empuje
se acoplan con la superficie 5 anular hasta que se consigue la
rotura "frágil" de la cabeza 3 de biela a lo largo de los
planos 13 y 14 de rotura.
En conexión con esto, debería indicarse que,
durante la tracción mediante los pasadores 23 y 28 de tracción, la
configuración geométrica particular de los pasadores 23 y 28 de
tracción mantiene una concentración relativamente alta de tensiones
mecánicas en los planos 13 y 14 de rotura. En particular, estando
conectada a la barra 2, la primera parte 6 es más rígida que la
caperuza 7, reduciendo así la deformación inelástica de la cabeza 3
de biela y, en particular, de las superficies 9 y 11 de empuje.
Una vez que la caperuza 7 se separa de la cabeza
3 de biela, la biela 1 de conexión puede mecanizarse, es decir
rectificarse y pulirse de una manera conocida.
Claims (14)
1. Dispositivo para mecanizado de bielas (15) de
conexión de acero, comprendiendo cada una, una barra (2), y una
cabeza (3) de biela que a su vez comprende una primera parte (6)
conectada de manera integrada a la barra (2), una segunda parte (7)
conectada a dicha primera parte (6), un ojo (4), y una superficie
(5) anular interior que define el ojo (4); comprendiendo el
dispositivo (16) un primer elemento (23) de tracción que se inserta
dentro del ojo (4) y tiene una primera superficie (24) de empuje
que se acopla con dicha superficie (5) anular en la primera parte
(6) y sustancialmente en forma de un sector cilíndrico que tiene un
radio de curvatura respectivo, un segundo elemento (28) de
tracción que se inserta dentro del ojo (4) y tiene una segunda
superficie (29) de empuje que se acopla con dicha superficie (5)
anular en la segunda parte (7) y sustancialmente en forma de un
sector cilíndrico que tiene un radio de curvatura respectivo, y un
medio (30) accionador que separa dicho primer y dicho segundo
elemento (23; 28) de tracción para romper la segunda parte (7)
alejándola de la primera parte (6); comprendiendo el dispositivo
(16) una superficie (22) de soporte que soporta la barra (2) y un
asiento (26) para alojar la segunda parte (7); estando el primer y
el segundo elemento (23,28) de tracción fijados a la superficie
(22) de soporte y al asiento (26), respectivamente; estando el
dispositivo (16) caracterizado porque el radio de curvatura
de la primera superficie (24) de empuje es menor que el radio de
curvatura de la segunda superficie (29) de empuje.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que dicho medio (30) accionador separa dicho primer y dicho
segundo elemento (23; 28) de tracción en una dirección paralela
sustancialmente a la barra.
3. Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 2,
en el que dicha superficie (5) anular tiene un radio de curvatura
mayor que el radio de curvatura de la segunda superficie (29) de
empuje.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, y que comprende una fuente (34) de láser para formar
al menos una ranura (12) en dicha cabeza (3) de biela, entre dicha
primera y dicha segunda parte (6; 7).
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que el radio de curvatura de la primera
superficie (24) de empuje está comprendido entre el 80% y el 99%
del radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, en el que el radio de curvatura de la primera superficie
(24) de empuje está comprendido entre el 92% y el 98% del radio de
curvatura de la segunda superficie (29) de empuje.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, en el que el radio de curvatura de la primera superficie
(24) de empuje es el 97% del radio de curvatura de la segunda
superficie (29) de empuje.
8. Método para mecanizado de bielas (15) de
conexión de acero, comprendiendo cada una, una barra (2), y una
cabeza (3) de biela que a su vez comprende una primera parte (6)
conectada de manera integrada a la barra (2), una segunda parte (7)
conectada a dicha primera parte (6), un ojo (4), y una superficie
(5) anular interior que define el ojo (4); comprendiendo el método
una etapa de tracción en la que se transmite un movimiento de
retroceso relativo a una primera superficie (24) de empuje
sustancialmente en forma de un sector cilíndrico y que se acopla
con dicha superficie (5) anular en la primera parte (6), y a una
segunda superficie (29) de empuje sustancialmente en forma de un
sector cilíndrico y que se acopla con dicha superficie (5) anular
en la segunda parte (7), para romper la segunda parte (7)
alejándola de la primera parte (6); estando el método
caracterizado porque dicha primera y dicha segunda superficie
(24; 29) de empuje tienen cada una un respectivo radio de
curvatura; siendo el radio de curvatura de la primera superficie
(24) de empuje menor que el radio de curvatura de la segunda
superficie (29) de empuje.
9. Método según la reivindicación 8, en el que
el movimiento de retroceso relativo de dicha primera y dicha
segunda superficie (24; 29) de empuje es en una dirección paralela
sustancialmente a la barra (2).
10. Método según la reivindicación 8 ó 9, y que
comprende una etapa de ranurado para formar al menos una ranura
(12) en dicha cabeza (3) de biela, entre dicha primera y dicha
segunda parte (6,7); precediendo dicha etapa de ranurado a dicha
etapa de trac-
ción.
ción.
11. Método según la reivindicación 10, en el que
dicha ranura se forma por medio de un rayo láser.
12. Método según una de las reivindicaciones 8 a
11, en el que dicha superficie (5) anular tiene un radio de
curvatura mayor que el radio de curvatura de la segunda superficie
(29) de empuje.
13. Método según una de las reivindicaciones 8 a
12, en el que el radio de curvatura de la primera superficie (24)
de empuje está comprendido entre el 92% y el 98% del radio de
curvatura de la segunda superficie (29) de empuje.
14. Método según una de las reivindicaciones 8 a
13, y que comprende una etapa de enfriamiento para enfriar la biela
(15) de conexión; precediendo dicha etapa de enfriamiento a dicha
etapa de tracción.
Applications Claiming Priority (2)
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