ES2202276T3 - Procedimiento para la produccion de un bloque de cilindros para un motor de combustion interna. - Google Patents
Procedimiento para la produccion de un bloque de cilindros para un motor de combustion interna.Info
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Abstract
Procedimiento para la producción de un bloque de cilindros para un motor de combustión interna, en el cual por lo menos una camisa de cilindro (10) se dispone dentro de un molde y dentro del molde se cuela un material a base de aluminio y se enfría, de modo que la camisa de cilindro (10) quede incorporada al bloque de cilindros y dicha camisa de cilindro (10) está realizada en un material a base de aluminio y presenta unas protuberancias (12) que funden en contacto con el material fundido que se ha colado dentro del molde dispuesto sobre su superficie exterior, caracterizado porque dichas protuberancias (12) están formadas como nervios longitudinales.
Description
Procedimiento para la producción de un bloque de
cilindros para un motor de combustión interna.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la producción de un bloque de cilindros para un
motor de combustión interna de automóvil. Más concretamente, la
invención se refiere a un procedimiento en el cual por lo menos una
camisa de cilindro está dispuesta en un molde y un material a base
de aluminio se cuela dentro del molde y se enfría de tal manera
que la camisa de cilindro se incorpora al bloque de cilindros.
En una solución conocida, las camisas de
cilindros se construyen de hierro colado, u otro material, cuyo
punto de fusión es considerablemente más alto que el del material a
base de aluminio que forma el bloque de cilindros. En este caso no
existe riesgo de daño para las camisas de cilindros al colar el
material destinado a formar una vez solidificado, el bloque de
cilindros.
Soluciones técnicas más avanzadas prevén el uso
de camisas de cilindros construidas de un material a base de
aluminio, tal como, por ejemplo, aleaciones de aluminio
hipereutécticas o aleaciones compuestas de aluminio reforzadas con
partículas cerámicas (carburo de silicio, alúmina, fibras
cerámicas, etc.). Con referencia a las camisas de cilindros de
hierro colado, las camisas de aluminio presentan la ventaja de ser
más ligeras en peso y permitir la construcción de un motor que
consume menos aceite, puesto que las camisas de aluminio tienen un
coeficiente de dilatación más próximo al de los pistones de
aluminio. Por este motivo, durante el funcionamiento de un motor de
combustión interna dotado de camisas de aluminio, es menor la
variación del huelgo entre el pistón y la superficie interior de la
correspondiente camisa.
La producción de bloques de cilindros con camisas
de cilindro incorporadas por fundición presenta varios problemas.
Las camisas de cilindros normalmente producidas por extrusión
suelen presentar una capa exterior de alúmina debido a la oxidación
del material a base de aluminio en presencia de oxígeno. No puede
obtenerse un enlace metalúrgico entre las camisas de cilindros y
el bloque de cilindros si se incorporan al material fundido
destinado a formar el bloque camisas recubiertas de una capa de
alúmina, debido a que esta capa de alúmina (cuya temperatura de
fusión es considerablemente más alta que la de las aleaciones de
aluminio) forma una barrera entre las camisas de cilindros y el
material que forma el bloque de cilindros. Con la barrera de
alúmina, el enlace entre la camisa de cilindro y el bloque de
cilindros es exclusivamente mecánico, mientras que sería deseable un
enlace metalúrgico que afecte por lo menos a una parte de la
superficie de contacto entre la camisa de cilindro y el cuerpo del
bloque de cilindros.
El solicitante experimentó un procedimiento
consistente en la eliminación de la capa de alúmina mediante
torneado inmediatamente antes de introducir las camisas de cilindro
en el molde. Sin embargo, este procedimiento introduce un coste
adicional correspondiente a la operación de torneado. Además la
experiencia demuestra que, sin la capa de alúmina, las camisas de
cilindros pueden dañarse al colar el material fundido destinado a la
formación del bloque. Concretamente en la proximidad de los
canales de colada del molde se apreció la formación de puntos de
fusión localizados en las camisas.
El documento
DE-A-197 53017 da a conocer un
procedimiento de producción de un bloque de cilindros mediante la
colada del bloque de cilindros sobre una camisa de cilindros
dotada de protuberancias circunferenciales.
El propósito de la presente invención es la
descripción de un procedimiento para la producción de un bloque de
cilindros con camisas de aluminio que no son afectadas por los
problemas indicados y que permite la creación de un enlace
metalúrgico a lo largo de por lo menos una parte de la superficie
de contacto entre la camisa y el bloque de cilindros.
Según la presente invención, dicho propósito se
alcanza por medio de un procedimiento cuyas características se
describen en la reivindicación principal.
Esta invención se explicará más claramente por la
siguiente descripción detallada que hace referencia, como ejemplo
no limitativo, a los dibujos adjuntos en los cuales:
- la figura 1 es una vista lateral esquemática de
una camisa de cilindro según la presente invención,
- la figura 2 es una vista parcial según indica
la flecha II de la figura 1,
- la figura 3 es un detalle a mayor escala de la
zona señalada con la flecha III de la figura 2, y
- la figura 4 es un vista esquemática en sección
transversal que ilustra parte de la camisa de cilindros según la
presente invención incorporada en un bloque de cilindros.
Haciendo referencia a las figuras, la referencia
numérica 10 indica una camisa de cilindro según la presente
invención. La camisa 10 está realizada en un material a base de
aluminio, tal como, por ejemplo, aleación de aluminio
hipereutéctica, material compuesto de una matriz metálica a base
de aluminio, por ejemplo reforzado con partículas o fibras
cerámicas.
Sobre la superficie exterior de la camisa 10 se
forma una pluralidad de protuberancias 12, que se extienden en
dirección longitudinal por toda la longitud de la camisa, formando
respectivamente unos nervios equidistantes y paralelos. La camisa 10
se obtiene por extrusión según un procedimiento conocido.
La forma y dimensiones de las protuberancias 12
se determinan de modo que fundan cuando entren en contacto con el
aluminio fundido a la temperatura de colada (\cong 730ºC).
Preferentemente, cada una de las protuberancias 12 presenta una
forma más estrecha por la base, es decir, en la proximidad de la
superficie exterior de la camisa 10, que por la parte superior. La
finalidad de esta sección más estrecha es constituir una zona
preferente de fusión en la cual se inicia la fusión de las partes
salientes. La superficie exterior de la camisa 10 está cubierta
por una capa de óxido de aluminio que se forma espontáneamente por
contacto con el oxígeno. La capa de óxido de aluminio constituye una
barrera térmica que protege la camisa 10 del riesgo de sufrir
daños durante la colada del material a base de aluminio en estado
líquido destinada a la formación del bloque de cilindros. La capa
de alúmina sobre las protuberancias no impide la fusión de las
mismas, puesto que la superficie de contacto de cada protuberancia
con el material fundido es extensa y presenta un punto de inicio
de la fusión cuyo espesor es limitado. Una vez que las
protuberancias 12 se han fundido por el material líquido colado
en torno a la camisa 10, la parte de la raíz, indicada con la
referencia numérica 14 en la figura 3, se encuentra desprovista de
la capa de alúmina y en correspondencia con estas zonas se crea un
enlace metalúrgico entre la camisa 10 y el material a base de
aluminio que constituye el bloque de cilindros, indicado con la
referencia numérica 16 en la figura 4.
La figura 4 ilustra esquemáticamente la zona de
contacto entre una camisa 10 y el material que constituye el
bloque de cilindros, después de la colada y solidificación de dicho
material. Las protuberancias 12 se indican con línea de trazos
puesto que han fundido en contacto con el material colado. La
línea de trazos indicada con el número 18 en la figura 4
representa esquemáticamente la capa de alúmina que forma una barrera
de protección térmica entre la camisa 10 y el material 16. Entre
la camisa de cilindro 10 y el bloque de cilindros 16, se formará
un enlace mecánico, con una holgura inferior a 20 micras, en las
zonas en donde permanece la capa de alúmina. Por el contrario, en
las zonas en las que se hallaban presentes las protuberancias 12
se establece un enlace metalúrgico que determina una estrecha
compenetración del material.
El objetivo es obtener un enlace metalúrgico
entre la camisa de cilindro y el cárter durante el proceso de
fundición.
La geometría de las protuberancias es tal que
asegura que cuando las mismas entran en contacto con el aluminio
fundido se ablandan y deforman. El óxido de aluminio (alúmina)
presente sobre la superficie de las protuberancias es frágil y no
puede deformarse. En consecuencia, la alúmina se agrieta y se
separa por efecto de dicha deformación. Por tanto, el aluminio
fundido entra en contacto con la aleación de aluminio de la camisa
(por debajo del óxido) lo que favorece la formación de un enlace
metalúrgico.
Preferentemente, la superficie total de las zonas
en las cuales se requiere la formación de un enlace metalúrgico se
encuentra en el intervalo entre el 5% y el 50% de la superficie
exterior total de la camisa 10. Preferiblemente, para facilitar la
fusión de las protuberancias 12, dichas protuberancias tienen una
altura h dentro del intervalo del 30% y del 60% del espesor S de
la camisa 10 y una sección más estrecha cuyo espesor t se encuentra
comprendido dentro del intervalo del 40% y el 80% de la altura h. La
forma más estrecha por la base de las protuberancias 12 que por la
parte superior es ventajosa puesto que en caso de no producirse la
fusión de las protuberancias 12 se obtiene un anclaje mecánico
entre la camisa 10 y el bloque de cilindros 16.
Claims (4)
1. Procedimiento para la producción de un bloque
de cilindros para un motor de combustión interna, en el cual por
lo menos una camisa de cilindro (10) se dispone dentro de un molde
y dentro del molde se cuela un material a base de aluminio y se
enfría, de modo que la camisa de cilindro (10) quede incorporada
al bloque de cilindros y dicha camisa de cilindro (10) está
realizada en un material a base de aluminio y presenta unas
protuberancias (12) que funden en contacto con el material fundido
que se ha colado dentro del molde dispuesto sobre su superficie
exterior, caracterizado porque dichas protuberancias (12)
están formadas como nervios longitudinales.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichas protuberancias (12) presentan
un perfil más estrecho por su parte inferior que por su parte
superior.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque cada una de dichas protuberancias (12)
presenta una altura h cuyo valor está comprendido en un intervalo
entre el 30% y el 60% del espesor (S) de la camisa de cilindro
(10).
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque cada una de dichas protuberancias (12)
presenta una sección en la raíz (14) cuyo espesor (t) está incluido
dentro del intervalo entre el 40% y el 80% de la altura (h) de la
protuberancia.
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