BRPI0615600A2

BRPI0615600A2 - processo, linha de produção e peça bruta de pistão para produzir um pistão de configuração inteiriça para motores de combustão, bem como pistão para motores de combustão

Info

Publication number: BRPI0615600A2
Application number: BRPI0615600-2A
Authority: BR
Inventors: Joao Lester Garcia; Heraldo Carlos Furquim
Original assignee: Thyssenkrupp Metalurgica Campo Limpo Ltda
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2011-05-24
Also published as: EP1919643A1; DE102005041000B4; DE102005041000A1; WO2007025799A1; US8572843B2; US20090013531A1

Abstract

PROCESSO, LINHA DE PRODUçãO E PEçA BRUTA DE PISTãO PARA PRODUZIR UM PISTãO DE CONFIGURAçãO INTEIRIçA PARA MOTORES DE COMBUSTãO, BEM COMO PISTãO PARA MOTORES DE COMBUSTãO. A presente invenção refere-se a um processo, bem como uma linha de produção equipada que permitem a produção de peças brutas de pistão (R) com medidas próximas às medidas finais que no decurso da usinagem terminal somente precisam ser usínadas com remoção de aparas em reduzida extensão. Isto será logrado pelo fato de que o eixo do pistão (KS) da peça bruta de pistão (R) é produzido segundo o processo de prensagem de fluxo inverso. Por outro lado, de acordo com a invenção, já na peça bruta do pistão (R), por uma operação de deformação, é produzida uma gamela cóncava (H). Para este fim está prevista uma ferramenta de forja especial, a qual, depois de produzida a haste do pistão (KS) age sobre a peça bruta dopistão (R) de uma maneira tal que no mais tardar na subsequente configura-ção do fundo de pistão (8) passa a ser formada a referida gamela oca (H). Desta maneira será lograda uma redução nítida do peso de um pistão pro- duzido de acordo com a invenção, comparado com pistões forjados convencionalmente produzidos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO,LINHA DE PRODUÇÃO E PEÇA BRUTA DE PISTÃO PARA PRODUZIRUM PISTÃO DE CONFIGURAÇÃO INTEIRIÇA PARA MOTORES DECOMBUSTÃO, BEM COMO PISTÃO PARA MOTORES DE COMBUSTÃO".

A presente invenção refere-se a um processo para produzir umpistão de configuração inteiriça para motores de combustão, possuindo umahaste de pistão, um fundo de pistão sustentado pela haste do pistão bemcomo ao menos uma gamela oca, perfilada na face circunferencial do pistão,através de forja e acabamento final. Da mesma maneira a presente invençãoabrange uma linha de produção para a concretização de um processo destanatureza, uma peça bruta de pistão produzida de modo inteiriço em proces-so de forja para produzir um pistão para motores de combustão e um pistãocorrespondente já acabado.

Normalmente pistões para motores de combustão são produzi-dos através de processos de fundição ou de forja. A produção segundo atécnica de fundição apresenta vantagem de permitir a produção de pistõesde configuração complexa com reduzido peso. Não obstante deve-se aceitarneste caso considerável esforço para a produção. Isto aplica-se especial-mente quando como material básico tiver que ser utilizado material de açopara produzir pistões adequados para solicitações especialmente elevadas.

Pistões forjados de aço, na dependência do seu tamanho e dasua finalidade de utilização podem ser configurados tanto em forma inteiriçacomo também composta de duas ou de várias partes. No caso dos pistõesde várias seções, por exemplo, de duas ou várias seções unidas, as diferen-tes seções comumente serão de tal modo interligadas através de processosde união adequados com fecho devido à força e forma que resistem a forçasque ficam expostas no emprego prático. Para esta finalidade adaptam-se,por exemplo, um processo de solda ou atarraxamento convencional doscomponentes individuais do pistão.

Um exemplo de pistão de várias seções para o motor de com-bustão passou a ser conhecido do documento DE 102 44 513 A1. Por umlado, este pistão apresenta uma seção superior forjada de aço onde sãoconfigurados uma cavidade de combustão, uma parede anelar e um canalfrigorígeno configurado a exemplo de uma gamela oca. Por outro lado, o pis-tão possui uma seção inferior que compõe o eixo do pistão que sustenta aparte superior do pistão e no qual são configurados cubos para receber umpino de pistão que interliga o pistão com uma biela. Para produzir este pistãoa parte superior do pistão e a parte inferior do pistão serão pré-moldadas emetapas de trabalhos separadas através de processos de forja e em seguidaserão sujeitas ao acabamento final com remoção de aparas. O acabamentofinal da seção superior do pistão abrange no caso também a usinagem comremoção de aparas dos seguimentos de parede que limitam o canal frigorí-geno através dos quais é produzida seqüencialmente uma união com fechode material por meio de solda fraca ou solda forte, produzindo a ligação coma seção inferior do pistão.

Uma construção de várias seções desta natureza embora possi-bilite uma perfilação complexa de um pistão. Além dos problemas resultan-tes da multiplicidade de componentes com relação à viabilidade de aplicaçãode carga, o esforço de produção correlato é considerado.

A produção consoante a técnica de forja de um pistão inteiriçopara motores de combustão, comumente é produzida inicialmente uma peçabruta do pistão que finalmente será acabada em um processo de usinagemcom remoção de aparas. Todas as concavidades a serem configuradas naface circunferencial do pistão, como para economia de peso, para aprimoraro comportamento de deformação ou gamelas ocas atuantes como canaisfrigorígenos, serão comumente somente produzidas pelo processo de remo-ção de aparas.

Um exemplo para produção desta natureza de um pistão inteiri-ço está descrito no documento DE 100 13 395 A1. De acordo com o proces-so ali descrito, inicialmente será forjada uma peça bruta do pistão, partindode uma peça bruta para forja semelhante a um pino, um chamado bilhete, epartindo de um dos seus lados frontais é perfilada uma concavidade, ou se-ja, um recorte, cuja parede externa passa a constituir a haste da peça brutado pistão. Em seguida, será perfilado por meio de perfuração um recortedentro da parede da haste do pistão. Com este fim uma fresa ou um cinzelgiratório é aplicado pelo lado e pela parte externa sobre a face circunferenci-al da peça bruta do pistão.

Não obstante das vantagens logradas pela perfilação inteiriçaem comparação com uma configuração de várias seções, pistões inteiriçosproduzidos de forma tradicional apresentam a desvantagem de que normal-mente são mais pesados do que pistões similares, produzidos segundo atécnica de fundição. Além disso, o esforço técnico de acabamento na usina-gem com remoção de aparas é elevado isto já que na região da coroa confi-gurada na borda circunferencial do fundo do pistão e da haste do pistão tor-na-se necessário remover grandes quantidades de aparas a fim de produziro formato final necessário. Este elevado esforço de acabamento resulta emelevados custos de produção.

Partindo do estado da técnica mencionado, o objetivo da presen-te invenção residiu em criar um processo e uma linha de produção permitin-do a produção a custo vantajoso dos pistões inteiriços, empregando o pro-cesso de forja. Além disso, deve-se possível propor uma peça bruta de pis-tão forjada e inteiriça, que pode ser produzida a custo vantajoso, bem comoum pistão com acabamento final, igualmente podendo ser produzido a custovantajoso.

Com relação ao processo para produzir o pistão de configuraçãointeiriça para os motores de combustão, que apresenta uma haste de pistão,um fundo de pistão sustentado pela haste de pistão bem como ao menosuma gamela oca, perfilada lateralmente em uma face circunferencial do pis-tão, por meio de forja e usinagem final, esta tarefa foi solucionada pelo fatode que, de acordo com a invenção, o processo da forja abrange as seguintesetapas de trabalho:

- por meio de um cunho, e empregando o princípio da prensa-gem de fluxo inverso, em uma peça bruta de forja, partindo de um de seuslados frontais, é perfilada uma concavidade, cuja parede externa, formadapor um fluxo de material contrário à direção atuante do cunho, passa a com-por a haste do pistão;

- em seguida, uma ferramenta de forja que configura a gamelaoca passa a atuar sobre a face circunferencial da peça bruta de forja providada gamela oca;

- partindo do outro lado frontal da peça de forja, através de umaoperação de recalque e preservando a ação da ferramenta de forja que con-figura a gamela oca, será perfilado o fundo do pistão.

De modo correspondente, foi solucionada a tarefa acima men-cionada com relação a uma linha de produção para um pistão de configura-ção inteiriça para motores de combustão, apresentando uma haste de pis-tão, um fundo de pistão sustentado pela haste de pistão bem como ao me-nos uma gamela oca, perfilada lateralmente em uma face circunferencial dopistão, pelo fato de que de acordo com a invenção, esta linha de produção

- apresenta um dispositivo de forja, previsto no lado frontal deuma peça bruta de forja e destinado à perfilação de uma concavidade, apre-sentando este dispositivo um cunho que possui uma seção de cunho, dis-posta em sentido central, a qual, por ocasião de um curso de forja, penetrana peça bruta a ser forjada, sendo que este componente de cunho está en-volto por uma fenda anelar, de maneira que o material da peça bruta de for-ja, por ocasião de um curso de forja, penetra na fenda anelar, de acordo como princípio da prensagem de fluxo inverso, contrário à direção do curso docunho, e

- apresenta um outro conjunto de forja que abrange um receptá-culo para a peça bruta forjada perfilada no primeiro conjunto de forja, umaferramenta de forja que configura uma gamela oca, um conjunto reguladorpara aplicação da ferramenta de forja que configura a gamela oca na facecircunferencial na peça bruta de forja, mantida pelo receptáculo, bem comoapresentando um cunho para configurar o fundo do pistão através de recal-que da peça bruta forjada partindo de seu lado frontal oposto à concavidade.

O processo preconizado pela presente invenção e a linha deprodução configurada consoante a invenção permitem a produção de peçasbrutas de pistões próximas das dimensões finais, as quais, no decurso dausinagem terminal, apenas requerem uma usinagem com remoção de apa-ras em reduzida extensão. Por um lado isto é logrado pelo fato de que a has-te do pistão da peça bruta do pistão é produzida por prensagem de fluxo in-verso. Neste processo de deformação, O material da peça bruta de forja fluicontrário à direção do curso do cunho de forja aplicado para a deformação,penetrando em uma fenda de configuração adequada, de maneira que é lo-grada uma fidelidade especialmente elevada de forma.

Por outro lado, de acordo com a invenção, já na peça bruta dopistão será produzida uma gamela oca através de uma operação de defor-mação. Para este fim está prevista uma ferramenta de forja especial, a qual,após a produção da haste do pistão, age sobre a peça bruta do pistão deuma maneira que no mais tardar na moldagem seqüencial do fundo do pis-tão passa a formar a referida gamela oca. A perfilação de acordo com a in-venção, que já se realiza no decurso da forja, da gamela oca possibilita umanítida redução do peso de um pistão produzido de acordo com a invenção,comparado com os pistões forjados produzidos segundo processos conven-cionais, já que a peça bruta formada existente não mais precisa abraçar ovolume existente na região da gamela oca. Além disso, o esforço para pro-dução da gamela oca é reduzido a um nível mínimo já que no decurso dausinagem final com remoção de aparas, na região da gamela oca, somentese torna necessário remover apenas reduzidas quantidades de material.

Na concretização do processo de acordo com a invenção a fer-ramenta de forja que configura a gamela oca poderá ser empregada de talmaneira que passa a perfilar a gamela oca por um deslocamento ativo dematerial na peça bruta forjada. Para este fim, a ferramenta de forja respecti-va pode perfilar a gamela oca diretamente na face circunferencial da peçabruta forjada, através de uma operação de deformação correspondente, an-tes de ser produzido o fundo do pistão. Durante a perfilação do fundo do pis-tão, a ferramenta que produz a gamela oca permanecerá então na sua posi-ção de produção de configuração de maneira que a forma da gamela ocatambém permanece preservada durante a operação de deformação realiza-da para a produção do fundo do pistão.Uma configuração especialmente vantajosa no sentido técnicode produção em relação a processo de acordo com a invenção, a qual per-mite adicionalmente forjar peças brutas de pistões cujas dimensões diver-gem apenas em extensão mínima do formato terminal e final do pistão a serproduzido, é caracterizada pelo fato de que a peça bruta forjada, após a pro-dução da haste do pistão e antes da atuação da ferramenta de forja que con-figura a gamela oca, apresenta na região da haste do pistão um diâmetromaior do que no seu segmento até então ainda não deformado, de maneiraque a ferramenta de forja que configura a gamela oca pode ser aplicada naregião da transição entre a haste do pistão e do segmento até então nãodeformado da peça bruta forjada, sem que sejam necessárias maiores for-ças sobre a peça bruta a ser forjada. No recalque seqüencial realizado paraprodução do fundo do pistão, o material recalcado da peça bruta forjada a-justa-se à ferramenta de forja mantida na sua posição anteriormente ocupa-da, de maneira que na peça bruta do pistão já forjada é configurada umagamela oca que corresponde com especial exatidão às dimensões da ferramenta.

Caso na perfilação na haste do pistão for necessário vencer in-tensos graus de deformação, mostrou ser conveniente que a perfilação daconcavidade da haste do pistão se realize em ao menos dois estágios. Paraeste fim, a concavidade pode, por exemplo, ser pré-moldada em um estágioprecursor, mediante configuração da haste do pistão, poderá ser perfiladoem caráter final pelo emprego do processo da prensagem de fluxo inverso.De modo correspondente poderá ser conveniente em uma linha de produçãode acordo com a invenção do conjunto de forja, tendo em vista a perfilaçãoda concavidade na peça bruta de forja, aplicar previamente um conjunto deforja para a pré-perfilação da concavidade.

Uma peça bruta de pistão forjado e configurado inteiriço de a-cordo com a invenção para a produção de um pistão para motores de com-bustão, provido de uma haste de pistão, um fundo de pistão sustentado pelahaste de pistão bem como ao menos uma gamela oca lateralmente perfiladaem uma face circunferencial da peça bruta do pistão, caracteriza-se pelo fatode que a gamela oca diverge de uma medida adicional de usinagem de nomáximo 4 mm da medida final correspondente do pistão a ser produzido apartir da peça bruta. Em uma peça bruta de pistão produzida desta maneira,o esforço para a usinagem terminal com remoção de aparas é reduzido paraum nível mínimo. Na dependência das respectivas precisões de acabamentoexigida, na região da gamela oca poderá até mesmo ser dispensada total-mente a usinagem seqüencial com remoção de aparas. De modo preferido,no caso, a proximidade das dimensões terminais da peça bruta do pistãoproduzida de acordo com a invenção será restrita não apenas à região dagamela oca, ao contrário, será vantajosa quando também o seu diâmetro naregião da haste do pistão apresente uma divergência correspondente a umaadição na usinagem de no máximo de 3 mm da medida final correspondentedo pistão a ser produzidos a partir da peça bruta. Da mesma maneira é van-tajoso que na peça bruta do pistão de acordo com a invenção, o fundo dopistão apresente uma divergência correspondente a uma adição de usina-gem de no máximo de 4 mm em relação à medida final correspondente dopistão a ser produzido a partir da peça bruta.

Pistões de acordo com a invenção para motores de combustãoque são produzidos a partir de uma peça bruta produzida por forja de modointeiriço e uma haste de pistão, um fundo de pistão sustentado pela haste depistão, bem como apresentando uma gamela oca ao menos lateralmenteconfigurada em uma face circunferencial do pistão, são caracterizados pelofato de que o decurso das fibras da estrutura na superfície da gamela ocacorresponde ao traçado de fibras apresentado pela peça bruta forjada antesda usinagem final em uma distância máxima de 3 mm da superfície de suagamela oca. Baseado na grande proximidade das dimensões de uma peçabruta de pistão de acordo com a invenção e produzida, em relação às medi-das finais do pistão que deverá ser produzido a partir desta peça bruta, nausinagem final torna-se necessário apenas remover uma reduzida quantida-de de material especialmente na região da gamela oca. De modo correspon-dente, a estrutura do pistão apresenta nesta região um traçado de fibras, noqual as fibras posicionadas mais próximas da superfície da peça bruta dopistão estão seccionadas pela usinagem com remoção de aparas ou estãointerrompidas.

Em seguida a invenção será explicitada em base de um desenhoque representa um exemplo de execução. As figuras apresentam esquema-ticamente em um corte longitudinal:

Figuras 1a, 1b um conjunto de forja para pré-moldagem de uma peça brutade forja em duas posições de serviço;

Figuras 2a-2d um conjunto de forja para perfilação da haste do pistão emquatro posições de serviço;

Figura 3 uma peça bruta para forja em uma etapa intermediária daprodução;

Figuras 4a-4b um conjunto de forja para forjar a gamela oca e o fundo dopistão;

Figura 5 uma peça bruta de pistão que acaba de ser forjada.

O conjunto de forja V1 representado nas Figuras 1a, 1b, desti-nado à deformação de uma concavidade A em uma peça bruta de forja Scilíndrica consistindo em aço para forja, apresenta uma matriz 1, na qual es-tá perfilada uma concavidade 2 aberta para cima e destinada à peça brutade forja S. Na sua região inferior, a concavidade 2 apresenta um segmento2a, no qual o diâmetro da concavidade 2 corresponde ao diâmetro da peçabruta para forja S. Em direção ascendente segue-se ao segmento 2a umsegmento 2b, alargado a semelhança de uma concha, de maneira que o di-âmetro de abertura da concavidade 2 é maior do que o diâmetro da peçabruta para forja S.

Além disso, o conjunto de forja V1 apresenta um cunho 3 que émovimentado para um curso de forja a partir de uma posição inativa, previstaacima da matriz 1, na direção da matriz 1. No seu lado voltado na direção damatriz 1, o cunho 3 porta uma espiga de estampagem 4 pré-arqueada econvexa, disposta concêntrica em relação à concavidade 2 da matriz 1.

No fundo da matriz 1 está assentada a cabeça de um expulsor,com a qual a peça bruta forjada S, após a pré-moldagem da concavidade A,é expulsa do receptáculo 2 da matriz 1.Para a pré-moldagem da concavidade A, a peça bruta forjada Scilíndrica, aquecida para temperatura de forja e obtida pelo seccionamentode uma barra não representada, será introduzida no receptáculo 2 na matriz1 (Figura 1a). Em seguida o cunho 3 realiza um curso de forja, no qual a es-piga de estampagem 4 penetra na peça bruta de forja S a partir do seu ladofrontal, voltado na direção do cunho 3. O segmento da peça bruta de forja S,previsto no segmento 2b da matriz 2 superior alargado, passa a ser alargadode tal modo que sua face circunferencial encosta na face interna do segmen-to 2b e pela espiga de estampagem é produzida uma perfilação prévia Av daconcavidade A na peça bruta de forja S (Figura 1 b).

O conjunto de forja V2 representado nas Figuras 2a-2d para aforja final da concavidade A abrange também uma matriz 5 que apresentaum receptáculo 6a perfilado no retentor 6 para a peça bruta de forja S pré-moldada no dispositivo V1. A altura e o diâmetro do receptáculo 6a corres-pondem à altura e ao diâmetro do segmento não deformado da peça brutade forja S.

Além disso, o conjunto de forja V2 está provido de um cunho 7, oqual, no seu lado voltado na direção da matriz 5, apresenta uma espiga deestampagem 8 disposta concentricamente em relação à abertura do recep-táculo 6a, e pré-arqueado na sua ponta e na seção restante de formato cilín-drico. A forma externa da ponta de espiga de estampagem 8 corresponde àforma interna da concavidade A a ser produzida na peça bruta de forja S.

A espiga de estampagem 8 está envolta por um anel 9, igual-mente integrado no cunho 7 e alinhado concentricamente para com a espigade estampagem 8, sendo que o diâmetro de abertura deste anel 9 é maiordo que o diâmetro externo do segmento cilíndrico da espiga de estampagem8. Simultaneamente o diâmetro de abertura do anel 9 e o diâmetro externodo segmento cilíndrico da espiga de estampagem 8 são maiores do que odiâmetro do segmento da peça bruta de forja S não deformado, integrado noreceptáculo 6a. Desta maneira, entre o anel e a espiga de estampagem 8 éformada uma fenda anelar 10 aberta na direção da matriz 5, cujo diâmetrotambém é maior do que o diâmetro do segmento não deformado da peçabruta de forja S.

No seu segmento que se salienta além da fenda anelar 10 nadireção da matriz 6, está perfilado no anel 9 um degrau 11 de maneira que odiâmetro de abertura do anel 9 nesta região é mais uma vez alargado com-parado com seu diâmetro de abertura na região da fenda anelar 10. O diâ-metro de abertura do anel 9, alargado na região do degrau 11, está ajustadoao diâmetro externo do retentor 6 de configuração cilíndrica, de maneira queo anel 9 com sua região de diâmetro alargada envolve lateralmente o reten-tor 6 quando o cunho 7 tiver alcançado a posição terminal do curso de forja.

A altura da fenda anelar 10 é maior do que o curso de forja Hrealizado pelo cunho 7. Simultaneamente o curso de forja e a posição dodegrau 11 do anel 9 são dimensionados de tal forma que, com o cunho 7 naposição terminal do curso de forja existe uma distância entre a face do de-grau do anel 9 situada entre o lado frontal do retentor 6. Desta maneira, naregião do degrau 11, com o cunho 7 na posição terminal do curso de forja, éformado um compartimento 12 circunferencial e anelar na direção da fendaanelar 10 e na direção da peça bruta de forja S integrada no receptáculo 6ado retentor 6.

Na deformação da peça bruta de forja S, o compartimento 12serve para receber material excedente/existente na região pré-moldada napeça bruta de forja S, a fim de assegurar um enchimento seguro na fendaanelar 10, volume este que, todavia, não pode ser acolhido pelo volume dafenda anelar 10. Nestas configurações de pistões, nas quais a fenda anelar10 na forja da peça bruta de forja S é enchida seguramente com o materialsem a presença de material excedente, pode se dispensar a configuração docompartimento 12 e correspondentemente a perfilação do colar K na peçabruta de forja S.

Para o processo de forja final da concavidade A, a peça bruta deforja S, pré-moldada no dispositivo V1, será posicionada com sua parte nãodeformada dentro do receptáculo 6a do retentor 6, de maneira que o seg-mento da peça bruta de forja S, alargado na deformação, está posicionadolivremente sobre o retentor 6 (Figura 2a). Em seguida o cunho 7 realiza umcurso de forja, no qual a ponta da espiga de estampagem 8 penetra no pré-molde Av da concavidade A, deslocando inicialmente para o lado o materialdo segmento pré-moldado da peça bruta de forja S até que encontre a faceinterna do anel 9 (Figura 2b).

Tendo em vista que o material da peça bruta de forja S agoranão mais pode desviar lateralmente, fluirá de acordo com o princípio daprensagem de fluxo inverso, correspondentemente contrário à direção docurso X do cunho 7 dentro da fenda anelar 10 até que esteja totalmente en-chida. Simultaneamente o material da peça bruta de forja S preenche ocompartimento 12 (Figura 2c). Desta maneira, na perfilação final da concavi-dade A surge na peça bruta de forja S além da concavidade A, uma haste decilindro KS cilíndrica, formada pelo material que penetrou na fenda anelar 10e que, como parede externa, envolve a concavidade A. Simultaneamente apeça bruta de forja S após a perfilação final da concavidade A da região dapassagem da haste do eixo KS até o segmento até então não deformado dapeça bruta de forja S, possui um colar K circunferencial, formado dentro docompartimento 12 que se salienta lateralmente além da haste de pistão KS.Para expulsar a peça bruta forjada do receptáculo 6a do retentor 6, está no-vamente previsto um expulsor, cuja cabeça está assentada no fundo do re-ceptáculo 6a (Figura 2d).

Os conjuntos de forja V1 e V2 podem, conjuntamente, ser partede uma prensa de forja aqui não representada.

Após a configuração da concavidade A, o colar K será secciona-do da peça bruta de forja S em um conjunto de remoção de rebarbas aquinão representado. A peça bruta forjada S depois obtida, e liberta do colar K,está mostrada na Figura 3. O conjunto para cortar o colar K da peça brutaforjada S pode fazer parte de uma segunda prensa de forja, a qual abrangeadicionalmente um conjunto de forja V3, previsto para forja final da peça bru-ta de pistão R a ser deformada a partir da peça bruta de forja S.

O conjunto de forja V3 apresenta uma espiga de retenção 14,montada em uma placa básica 13, cujo formato é ajustado ao formato daconcavidade A perfilada na peça bruta de forja S. Simultaneamente a alturada espiga de retenção 14 é maior do que a altura da haste de pistão KS.

Além disso, o conjunto de forja V3 apresenta duas ferramentasde forja 15,16 para configurar uma gamela oca H na peça bruta de pistão Ra ser produzida. Estas ferramentas de forja 15, 16 são configuradas em for-mato de semiconcha e podem ser movimentadas por um mecanismo regula-dor 17, 18 desde uma direção lateral contra a espiga de retenção 14, de ma-neira que na sua posição de trabalho envolvem a circunferência da espigade retenção 14, pretendendo a peça bruta de forja S a espiga de retenção14. As ferramentas de forja 15, 16 portam na sua face interna, alocada a es-piga de retenção 14, uma saliência 19 de alinhamento horizontal que se es-tende por toda a largura, ou seja, toda a circunferência da respectiva faceinterna em sentido radial. A profundidade na qual a saliência 19 avança dian-te da face interna das ferramentas de forja 15, 16, corresponde, no caso, àprofundidade da gamela Kue, a qual é configurada na perfilação da concavi-dade A na região do lado externo da peça bruta de forja S na passagem doseu segmento não deformado na direção do segmento deformado. Ao mes-mo tempo, tanto o formato da livre extremidade da saliência 19, como tam-bém a sua altura sobre a placa básica 13, são de tal modo dimensionadosque com a peça bruta de forja S aplicada com a concavidade A sobre a es-piga de retenção 14 e com as ferramentas de forja 15, 16 na operação deserviço, as suas saliências 19 encostam de forma alinhada na gamela Kue.

O formato transversal da saliência 19 corresponde, no caso, ao formatotransversal da gamela oca H a ser perfilada na peça bruta de pistão R. Pormeio de um degrau 20, que se salienta no pé das ferramentas de forja 15,16na direção da espiga de retenção 14, as faces internas e as saliências 19das ferramentas de forja 15, 16 são mantidos na posição de serviço em umadistância para com a espiga de retenção 14 que corresponde ao respectivodiâmetro externo teórico da haste de pistão KS e do fundo de pistão B. Si-multaneamente a altura do degrau 20 acima da placa básica 13 é de tal mo-do dimensionada que a altura existente entre o degrau 20 e a saliência 19corresponde na altura teórica da haste de pistão KS.

Para o recalque da peça bruta de forja S, o dispositivo V3 a-brange finalmente um cunho 22 que é sustentado por um jugo 23, estandoconcentricamente alinhado em relação à espiga de retenção 14. No seu ladofrontal voltado na direção da espiga de retenção 14, o cunho 22 possui sali-ências pelas quais será determinado o formato das gamelas do comparti-mento combustor M a serem perfiladas no fundo do pistão B.

Para o processo de forja final da peça bruta do pistão R, a peçabruta de forja S, com as ferramentas de forja 15, 16 posicionadas distantesda espiga de retenção 14 e com o cunho 22 na posição inativa, será posicio-nada com sua concavidade A sobre a espiga de retenção 14, de maneiraque o componente não deformado da peça bruta de forjas aponta livrementena direção do cunho 22. Em seguida, as ferramentas de forja 15, 16 serãomovidas para a sua posição de trabalho, na qual são forçadas contra a peçabruta de forja S existente na espiga de retenção 14, de maneira que o eixode pistão KS acabado de ser perfilado é mantido na posição definida e assaliências 19 encontram-se alinhadas na gamela Kue na passagem para aseção não deformada da peça bruta de forja S (Figura 4a).

Em seguida o jugo 23 juntamente com o cunho 22 realizará umcurso de forja, pelo qual a seção até então não deformada da peça bruta deforja S será recalcada mediante configuração do fundo do pistão B da peçabruta de pistão R na direção da espiga de retenção 14. No caso, o materialda parte até então não deformada da peça bruta de forja S agora recalcadoserá posicionado nas saliências 19 de maneira que na região da passagemdo eixo de pistão KS para o fundo do pistão B, a gamela oca H será configu-rada com medidas precisas Figura 4b).

Após o término do curso de forja, o cunho 22 e as ferramentasde forja 15, 16 serão recuados para a sua posição inativa, de maneira que apeça bruta de pistão R que acaba de ser forjada (Figura 5) poderá ser remo-vida do dispositivo V3.

As dimensões da peça bruta de pistão R que acaba de ser forja-da diverge na região da base da gamela oca H em um volume adicional deusinagem Z1 de apenas 3 mm, na região da passagem da gamela oca H nadireção das faces circunferenciais limítrofes do fundo de pistão B, ou seja,da haste de pistão KS1 em um volume adicional de usinagem Z2 de apenas2 mm, na região das faces circunferenciais da haste de pistão KS em umvolume adicional de usinagem Z3 também de apenas 2 mm na região daface frontal do fundo de pistão B, em um volume adicional de usinagem Z3igualmente de apenas 2 mm e na região da face circunferencial do fundo depistão B em um volume adicional de usinagem Z3 novamente de apenas 3mm em relação às medidas finais do pistão, aqui não representado, a serproduzido finalmente a partir da peça bruta de pistão R. A seqüencial usina-gem terminal com remoção de aparas da peça bruta de pistão R verifica-sede forma conhecida com conjuntos de usinagem convencionais.

Os dispositivos V1, V2e V3 bem como os conjuntos necessáriospara uma usinagem terminal com remoção de aparas fazem parte de umalinha de produção aqui não representada mais detalhadamente, na qual sãoproduzidos pistões já usinados em caráter final a partir de peça bruta de forjaS. Para este fim a linha de produção além dos conjuntos de forja aqui apre-sentados V1, V2 e V3 e dos conjuntos já mencionados para usinagem termi-nal com remoção de aparas, podem abranger dispositivos eventualmentenecessários para tratamento térmico e limpeza.

Tendo em vista que, de acordo com a invenção, o processo daforja da peça bruta de forja S na perfilação da concavidade A no conjunto deforja V1 é realizado de tal maneira que a gamela Kue na região da passa-gem entre a região não deformada até o término da usinagem no dispositivoV1 e da haste do pistão KS da peça bruta de forja S é formada a gamelaKue, pode em seguida ser simultaneamente com perfilação do fundo do pis-tão B a gamela oca H. Além das vantagens de uma alta proximidade dasdimensões terminais e da fidelidade de forma, desta maneira, comparadocom a forma convencional da produção, poderá ser poupada ao menos umaetapa de trabalho que até então era necessária para perfilar a gamela ocadentro da peça bruta do pistão. No resultado, a invenção possibilita destamaneira maior produtividade pelo encurtamento dos tempos de curso commenores perdas de temperatura dos componentes de forja.Relação Numérica de Componentes

V1 Conjunto de Forja

1 Matriz

2 Receptáculo

2a Segmento inferior do receptáculo 2

2b Segmento alargado em formato de concha do receptáculo 2

3 Cunho

4 Espiga de Estampagem

V2 ConjuntodeForja

5 Matriz

6 Retentor

6a Receptáculo do Retentor 6

7 Cunho

8 Espiga de Estampagem

9 Anel

10 Fendaanelar

11 Degrau

12 Compartimento

X Direção do curso do cunho 7

V3 Conjunto de Forja

13 Placa Básica

14 EspigaRetentora

15,16 FerramentasdeForja

17,18 MecanismosReguIadores

19 Saliência

20 Degrau

22 Cunho

23 Jugo

A Concavidade

Av Pré-molde da Concavidade A

H Gamela Oca

K ColarKue Gamela na passagem entre a seção não deformada e deformada dapeça bruta de forja S após a produção da concavidade A.

KS Haste de Pistão

M Gamelas do Compartimento de Combustão

R Peça Bruta de Pistão

S Peça Bruta de Forja

Claims

1. Processo para produção de um pistão de configuração inteiri-ça para motores de combustão, possuindo uma haste de pistão (KS), umfundo de pistão (B) sustentado pela haste de pistão (KS), bem como ao me-nos uma gamela oca (H)1 perfilada lateralmente em uma face circunferencialdo pistão na região de passagem da haste de pistão (KS) para o fundo depistão (B), por meio de forja e trabalhos de usinagem finais, caracterizadopelo fato de que a forja abrange as seguintes etapas de trabalho:- por meio de um cunho (7) e utilizando o princípio da prensa-gem de" fluxo invèrso, em uma peça bruta de forja (S), pãrtindó"po~rurTrclê"seus lados frontais, é perfilada uma concavidade (A), cuja parede externa,formada por um fluxo de material contrário à direção de atuação do cunho(7), forma a haste (KS) do pistão;- em seguida, uma ferramenta de forja (15, 16) que configura agamela oca (H), passa a atuar sobre a face circunferencial da peça bruta deforja (S) que deverá receber a gamela oca (H);- partindo do outro lado frontal da peça bruta de forja (S), pormeio de uma operação de recalque e conservando a ação da ferramenta deforja (15, 16) que configura a gamela oca (H), será configurado o fundo dopistão (B).

2. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden-tes, caractérizado pelo fato de que a ferramenta de forja (15, 16) que confi-gura a gamela oca (H) realiza a perfilação da gamela oca (H) por desloca-mento de material na peça bruta de forja (S).

3. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden-tes, caracterizado pelo fato de que após a produção da haste do pistão (KS)e antes da atuação da ferramenta de forja (15, 16) que configura a gamelaoca (H), a peça bruta de forja (S) apresenta na região da haste de pistão(KS) um diâmetro maior do que no seu segmento até então ainda não de-formado.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que a ferramenta de forja (15, 16) que configura a gamela oca (H) éaplicada na região da passagem entre a haste de pistão (KS) e do segmen-to, até então não deformado, da peça bruta de forja.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden-tes, caracterizado pelo fato de que a perfilação da concavidade (A) realiza-se ao menos em duas etapas.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que a concavidade (A) é pré-moldada em um primeiro pré-estágio eem seguida, mediante configuração na haste do pistão (KS), será acabadade ser moldada pelo emprego da prensagem do fluxo inverso.

7. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden-tes, caracterizado pelo fato de que um colar (K), formado na peça bruta deforja (S) no decurso da perfilação da concavidade (A), é cortado antes daforja final da peça bruta do pistão (R).

8. Linha de produção para produzir um pistão de configuraçãointeiriça para motores de combustão que compreende uma haste de pistão(KS), um fundo de pistão (B), sustentado pela haste de pistão (KS)1 bemcomo ao menos uma gamela oca (H), lateralmente configurada na face cir-cunferencial do pistão,- com um conjunto de forja (V2) destinado a perfilar a concavi-dade (A) no lado frontal de uma peça bruta de forja (S), conjunto este quepossui um cunho (7) em posição central e que por ocasião de um curso deforja possui uma seção do cunho (8) que penetra na peça bruta de forja (S),estando envolto por uma fenda anelar (10) de maneira que o material da pe-ça bruta de forja (S) penetre por ocasião de um curso de forja, de acordocom o princípio da prensagem de fluxo inverso, contrário à direção do cursodo cunho (7), dentro da fenda anelar (10), e- com um outro conjunto de forja (V3) que possui um receptáculo(14) para a peça bruta de forja (S) configurada do primeiro conjunto de forja(V2), uma ferramenta de forja (15, 16) configurada como gamela oca (H),conjunto regulador (17, 18) para aplicação da ferramenta de forja (15, 16)que configura a gamela oca (H) em uma face circunferencial da peça brutade forja (S), retida pelo receptáculo (14) bem como um cunho (22) para con-figurar o fundo do pistão (B) por meio de recalque da peça bruta de forja (S)1partindo do seu lado frontal oposto à concavidade (A).

9. Linha de produção de acordo com a reivindicação 8, caracte-rizada pelo fato de que o conjunto de forja (V2) para perfilar a concavidade(A) na peça bruta de forja (S) é precedida por um conjunto de forja (V1) parapré-moldagem da concavidade (A).

10. Linha de produção de acordo com a reivindicação 8 ou 9,caracterizada pelo fato de que abranger um conjunto para cortar um colar(K) perfilado na peça bruta de forja (S) no primeiro conjunto de forja (V1).

11. Peça bruta de pistão (R) forjada e inteiriça para produção deum pistão para motores de combustão, com uma haste de pistão (KS)1 umfundo de pistão (B) sustentado pela haste de pistão (KS), bem como umagamela oca (H) ao menos lateralmente em uma face circunferencial da peçabruta de pistão (R)1 caracterizada pelo fato de que a gamela oca (H) divergepor um volume adicional de usinagem máximo de 4 mm da medida final cor-respondente do pistão a ser produzido a partir da peça bruta de pistão (R).

12. Peça bruta de pistão de acordo com a reivindicação 11, ca-racterizada pelo fato de que o seu diâmetro na haste do pistão (KS) divergecom um volume adicional máximo de 3 mm da medida final correspondentedo pistão a ser produzido da peça bruta de pistão (R).

13. Peça bruta de pistão de acordo com a reivindicação 11 ou-12, caracterizada pelo fato de que o fundo do pistão (B) diverge em um vo-lume adicional de usinagem máximo de 4 mm da medida final corresponden-te do pistão a ser produzido a partir da peça bruta do pistão (R).

14. Pistão para motores de combustão produzido a partir de umapeça bruta de pistão (R) fabricada por forja de modo inteiriço, com uma has-te de pistão, um fundo de pistão sustentado pela haste de pistão bem comoao menos uma gamela oca lateralmente perfilada em uma face circunferen-cial do pistão, caracterizado pelo fato de que o traçado das fibras da estrutu-ra na superfície da gamela côncava corresponde ao traçado de fibras apre-sentado pela peça bruta de forja antes da usinagem final em uma distânciamáxima de 3 mm da superfície de sua gamela côncava.