ES2207854T3

ES2207854T3 - Procedimiento de revestimiento termico, especialmente para cojinetes lisos.

Info

Publication number: ES2207854T3
Application number: ES98941371T
Authority: ES
Inventors: Udo Schlegel; Vogelsang
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 2004-06-01
Anticipated expiration: 2018-07-20
Also published as: CN1265181A; EP1000258A1; JP2001511501A; WO1999005424A1; KR20010014087A; CN1162624C

Abstract

En el marco de la producción de cojinetes lisos por tratamiento térmico, se produce una oxidación de una parte del material de recubrimiento, debido a la llama de recubrimiento. Para evitar particularmente la formación de aglomerados de óxido, la llamada del quemador está acompañada por una corriente gaseosa que reduce el oxígeno respecto del aire. El gas de enfriamiento utilizado para el quemador (51) es preferentemente nitrógeno (99%). El procedimiento permite preferentemente dota un orificio terminal de biela, con una capa de deslizamiento, el agujero grande de la cabeza de biela (3) es perforado previamente, agrietado de nuevo en función de la tolerancia requerida para el revestimiento. A continuación es enarenado y recubierto por plasma de una capa microporosa de bronce de aluminio. Al inicio de la proyección con plasma, la capa aplicada por plasma se deposita a temperatura elevada, lo que permite obtener una buena fijación de dicha capa depositada por sobre el material en el que se realiza el agujero terminal de la biela, así como una capa depositada por plasma de porosidad reducida. Para evitar que le material en el que se realiza el agujero terminal de la biela se calcine por completo, la temperatura de depósito químico de la capa depositada por plasma se reduce para la zona donde dicha capa será eliminada en el marco de un tratamiento posterior. Después de l recubrimiento con plasma, el agujero terminal de la biela se abre por separación de la caperuza de cojinete (9), la capa depositada por plasma (16) se rompe entonces. La caperuza (9) se rosca de nuevo y la capa de deslizamiento propiamente dicha se termina con una perforación precisa. Para mejorar el volumen de continencia de aceite, la capa depositada por plasma (16) comprende una ranura anular (32). Esta invención se utiliza en motores de combustión interna.

Description

Procedimiento de revestimiento térmico, especialmente para cojinetes lisos.

La invención concierne a un procedimiento para producir un revestimiento según el preámbulo de la reivindicación 1.

En revestimientos térmicos, especialmente el revestimiento con plasma, el material de revestimiento, especialmente un metal, es alimentado en forma de polvo o varilla a una llama, fundido en ésta y depositado sobre un substrato. Puede tener lugar entonces una oxidación de una parte del material de revestimiento, confinándose los óxidos en el revestimiento. Estos óxidos influyen, por un lado, sobre la microdureza del revestimiento y, por otro, forman en éste una porosidad. En parte, esta porosidad puede ser deseable, por ejemplo para la fijación de una película de aceite en un cojinete liso o también sobre superficies de rodadura, y, por otro, las estabilidad del revestimiento puede ser demasiado pequeña debido a la porosidad. La porosidad puede ser influenciada mediante la elección del material de revestimiento y también mediante un tamaño de partículas o una morfología de partículas. La formación de óxidos se produce usualmente por el contenido de oxígeno del aire ambiente. Solamente al trabajar en vacío se bombea el oxígeno hacia fuera y se trabaja en una atmósfera de gas protector. De este modo, en el revestimiento con plasma bajo vacío se excluyen inclusiones de óxido en muy amplio grado.

Sin embargo, en el revestimiento de recintos internos, por ejemplo superficies de rodadura de cilindros y especialmente bujes de bielas, están fuertemente limitadas las posibilidades de variación del proceso, ya que los recintos internos son en general relativamente estrechos, con lo que es relativamente pequeña la libertad del proceso. En particular, en la fabricación de bielas se plantean aún una serie de problemas adicionales. No está indicado aquí un trabajo en vacío, especialmente también a causa de los costes demasiado altos de este procedimiento.

Las bielas que se utilizan actualmente, especialmente para motores de combustión interna, se ejecutan como las llamadas bielas cortadas o como las bielas fracturadas. Se corta o fractura aquí el buje grande de la biela que abraza al cigüeñal. El buje pequeño de la biela no necesita en general ser abierto, ya que se une con el pistón a través de un bulón recto.

Según la carga del cojinete, los bujes de biela se equipan con envueltas de cojinete distintas (cojinetes lisos). Como envueltas de cojinete pueden utilizarse especialmente materiales de envuelta de apoyo que están formados en general por acero C 10 según DIN 17210 o SAE 1010. Las envueltas de cojinete pueden consolidarse en frío según la forma de construcción y el uso. Sobre este material de envuelta de apoyo puede aplicarse la capa de rodadura del cojinete liso propiamente dicha, por ejemplo metal antifricción, bronce de plomo, metal ligero, capas pulverizadas o similares, en función de la carga que ha de esperarse en el cojinete. La ejecución de las envueltas de cojinete puede efectuarse como envuelta de cojinete de tres materiales, de dos materiales o maciza o bien de otra forma. Para que las envueltas de cojinete consigan un asiento firme impecable después del montaje, estas envueltas de cojinete se montan con un pretensado.

Las envueltas de cojinete representan no sólo un factor de costes importante, sino que incluyen también un coste de producción y representan una fuente de errores. Así, por ejemplo, en el montaje se puede olvidar la instalación de una envuelta de cojinete o una mitad de envuelta de cojinete, con lo que se producen daños considerables en el motor.

En el revestimiento de un buje de biela, que usualmente tiene un diámetro en el dominio de milímetros hasta unos pocos centímetros (< 8 cm y especialmente < 6 cm), existe en el revestimiento térmico el problema de que, según el material empleado, se produce una formación de óxido relativamente fuerte, con lo que la porosidad completa de una capa del cojinete puede rebasar perfectamente el 3%. Se pude perjudicar así a la estabilidad del cojinete. Sin embargo, es deseable en principio una pequeña proporción de poros en la superficie de rodadura a causa del volumen de retención de aceite ligado a esto.

Según el procedimiento descrito en US-A-5,592,927 se forma con un soplete de plasma por medio de un gas primario una llama de plasma que acelera, calienta y deposita sobre una superficie interna gotitas de un material de revestimiento oxidable suministradas por un alambre metálico. Una corriente de gas secundaria, que está dirigida radialmente hacia dentro con respecto al eje de la llama, está prevista para un control mejorado del proceso de oxidación. La corriente de gas secundaria se utiliza únicamente para influir sobre el proceso de oxidación de las gotitas aceleradas por el gas primario. Asimismo, se conoce por EP-A-0 250 308 un conjunto de aberturas de salida de gas para descargar un gas flanqueante.

El procedimiento según la invención se basa en el problema de garantizar una conducción y refrigeración simultánea de la llama movida en el revestimiento térmico.

Este problema se resuelve en cuando al procedimiento con las medidas según la reivindicación 1.

Las reivindicaciones subordinadas muestran formas de ejecución preferidas.

En el procedimiento según la invención para el revestimiento térmico de una superficie interna se utiliza un soplete cuya llama de plasma se mueve sobre la superficie interna que ha de revestirse. Esto se efectúa especialmente mediante rotación del soplete, siendo ventajoso que la superficie interna esté construida también con simetría de revolución. La llama de plasma es formada por un arco voltaico encendido eléctrico bajo alimentación de gases de plasma, preferiblemente argón, o una mezcla de argón, helio, nitrógeno e hidrógeno. La temperatura de combustión puede estar aquí especialmente por encima de 10.000ºC, por ejemplo 15.000 a 30.000ºC. En la llama se introduce un material de revestimiento, por ejemplo mediante una alimentación de polvo o mediante un alambre o pasador. Se calienta aquí el material de revestimiento, se acelera hasta, por ejemplo, 400 a 600 m/s y se deposita sobre la superficie interna formando el revestimiento. Según las condiciones de funcionamiento y el material de revestimiento empleado, se efectúa aquí una oxidación parcial del mismo. La llama está flanqueada por una corriente de gas que no es combustible (ausencia de gas combustible), conduciendo o dirigiendo esta corriente de gas preferiblemente a la llama. Esto es ventajoso especialmente cuando la llama se mueve con relativa rapidez, tal como ocurre, por ejemplo, en revestimientos de llama rotativos. Las velocidades de rotación típica son del orden de 10-500 rpm y especialmente 50-300 rpm. Al mismo tiempo, la corriente de gas puede servir también para el enfriamiento de la cabeza del soplete. Según la invención, no se utiliza aquí aire como es usual, sino una corriente de gas con un reducido contenido de oxígeno, estando el contenido de oxígeno por debajo del 18%. El contenido de oxígeno puede tender también a cero, pudiendo utilizarse ventajosamente nitrógeno como corriente de gas, pero también gases nobles como argón. En principio, se pueden utilizar los más diferentes gases inertes. Debido al descenso del contenido de oxígeno, se consigue que en el revestimiento se incluya una menor cantidad de óxidos del material de revestimiento, con lo que disminuye al mismo tiempo la porosidad total del revestimiento.

El procedimiento se aplica de manera especialmente preferida en el revestimiento de un buje de biela.

Según la invención, en un buje de biela - aquí se trata especialmente del buje grande de la biela y eventualmente también de ambos bujes de biela - ya no se puede insertar ventajosamente una envuelta de cojinete, sino que la capa de cojinete se aplica directamente por pulverización térmica sobre el buje de la biela. Como pulverización térmica se utiliza especialmente una pulverización de plasma. Las bielas son especialmente piezas de un motor de combustión interna. Para aumentar la resistencia a la tracción por adherencia de la capa del cojinete se puede asperizar el material del buje de la biela que se ha de revestir, chorreándose este material ventajosamente con líneas de tamiz diferentes. Para aumentar la cantidad de aceite residual sobre la capa del cojinete, ésta puede presentar una ranura y/o es microporosa.

Según la presente invención, antes de la aplicación de la capa del cojinete se efectúa ventajosamente una mecanización del buje de la biela, en la que éste es mecanizado hasta una medida real que está dentro de un rango de tolerancia de una medida nominal. La mecanización se efectúa aquí especialmente con arranque de virutas, por ejemplo mediante mandrilado. Esta mecanización se efectúa de manera especialmente ventajosa en el proceso de fabricación de modo que el buje de la biela con su medida real esté aún dentro del rango de tolerancia de la medida nominal cuando se aplique por pulverización el material del cojinete. Esto significa que, después de la mecanización y antes de la pulverización, no se efectúa ninguna operación que modifique la medida real del buje de la biela hacia fuera de la tolerancia. Las operaciones que pueden realizarse aún entre la mecanización y la pulverización del material del cojinete son, por ejemplo, la asperización de la superficie del buje de la biela, el escariado de los costados de la biela, etc.

El buje de la biela se abre de manera especialmente ventajosa mediante fracturación, utilizándose usualmente los pasos de entallado y rotura. Como ya se ha mencionado, se efectúa especialmente después del proceso de fracturación la mecanización según la invención; como alternativa - pero en particular de manera ventajosa adicionalmente - se efectúa la mecanización del diámetro del buje de la biela incluso antes del proceso de fracturación o la apertura de este buje.

La mecanización del buje de la biela antes de la apertura, especialmente por fracturación, tiene la ventaja de que se puede realizar un proceso de fracturación más limpio que conduce a solamente una pequeña deformación, de modo que el buje de la biela puede ser revestido eventualmente sin una mecanización posterior de arranque de virutas. En la mecanización después de la apertura del buje de la biela es especialmente ventajosa que la capa del cojinete pueda pulverizarse sobre un buje de biela con un diámetro de una pequeña tolerancia conocida, de modo que es posible una aplicación en capa muy fina. A este fin, la mecanización se efectúa ventajosamente hasta una tolerancia de 120 \mum, preferiblemente 75 \mum y en particular 50 \mum. Así, es posible según la invención aplicar el material del cojinete en un espesor promedio (antes de una mecanización posterior) de 100-600 \mum, en particular 150-400 \mum, siendo posibles en un procedimiento de serie desarrollado espesores de capa en la mitad inferior de los rangos indicados. Estos están aproximadamente 50-200 \mum por debajo de los espesores de capa que serían necesarios sin el paso de mecanización según la invención del diámetro del buje de la biela.

En el procedimiento según la invención la erosión de rebajado de la capa de cojinete aplicada se puede dimensionar pequeña con respecto a su espesor de uso, con lo que es suficiente usualmente una erosión en promedio de 100-400 \mum y especialmente 150-250 \mum.

Por consiguiente, se pueden generar ventajosamente con el procedimiento según la invención capas de cojinete en un espesor de uso promedio de 30-200 \mum y especialmente 60-150 \mum (es decir, después de una mecanización posterior de arranque de virutas de la capa de cojinete). Dado que la capa de cojinete contribuye poco a la resistencia del buje de la biela, el procedimiento según la invención con la capa de cojinete especialmente pequeña tiene, aparte de la ventaja de costes anteriormente descrita, la ventaja adicional de que en la sección transversal del material del buje de la biela se puede conseguir un espesor que no se ha podido materializar hasta ahora a iguales dimensiones exteriores del buje de la biela. En la zona del atornillamiento de la tapa de la biela se ha podido lograr en total, por ejemplo, un aumento de espesor de aproximadamente 2,4 mm por lado, más que con todos los demás revestimientos de cojinete liso conocidos.

En el procedimiento según la invención se utilizan de manera especialmente ventajosa las operaciones siguientes:

- mandrilado previo del buje de biela en la biela bruta;

- fracturación del buje de la biela (mediante entallado y rotura);

- mandrilado posterior del buje de la biela nuevamente ensamblado hasta la tolerancia de revestimiento;

- revestimiento con plasma del buje de la biela;

- mandrilado de acabado del revestimiento con plasma hasta la tolerancia del cojinete.

Con esta combinación de pasos de fabricación se consigue un óptimo de resistencia del buje de la biela a costes de fabricación muy bajos. En principio, el procedimiento según la invención puede aplicarse también a bielas cortadas, pero aquí se acepta una desventaja de costes debido al corte de la biela en comparación con la fracturación.

Ventajosamente, en el transcurso de la pulverización térmica, especialmente pulverización de plasma, con temperaturas diferentes se deposita un material de cojinete sobre el substrato. Las temperaturas diferentes pueden conseguirse con las más distintas variaciones de parámetros, pudiendo variarse uno o más parámetros. Los parámetros que se han de variar son especialmente para un aumento de la temperatura, un aumento de la corriente o de la tensión en el soplete, una reducción de la alimentación del gas de refrigeración o del gas portador, un aumento de la alimentación de gas combustible (por ejemplo, hidrógeno), una reducción del caudal del material de cojinete que ha de alimentarse, una reducción del tamaño de partículas del material del cojinete o una variación de la composición del material del cojinete. Para reducir la temperatura de deposición se puede proceder al contrario con uno o más de los parámetros.

La temperatura de aplicación del material del cojinete se hace descender de manera especialmente ventajosa en el transcurso de la pulverización térmica. En principio, se puede elevar de nuevo la temperatura de aplicación en un momento posterior, pero ésta permanece ventajosamente baja. Cuando se erosiona la superficie de la capa de cojinete térmicamente pulverizada, se pulveriza de manera especialmente ventajosa la parte a erosionar de la capa de cojinete a una baja temperatura, efectuándose en caso deseado la erosión hasta una zona de la capa de cojinete que se ha pulverizado a una temperatura más alta. En este procedimiento se puede hacer descender la temperatura de manera especialmente ventajosa hasta que la zona a erosionar de la capa de cojinete contenga una fracción de capa de valor relativamente más bajo que se elimina después de la mecanización posterior de la capa de cojinete.

En el procedimiento según la invención se puede aumentar la temperatura inicial con la que se aplica el material de cojinete sobre el material de la biela de modo que se trabaje con una temperatura de aplicación que sea tan alta que conduciría a un recocido del material de la biela si se aplicara toda la capa de cojinete necesaria con esta temperatura. Se consiguen de este modo una resistencia de adherencia especialmente alta de la capa de cojinete sobre el substrato del buje de la biela y, en caso de que se desee, una porosidad menor en la capa del cojinete.

Las líneas de tamiz diferentes que se utilizan ventajosamente según la invención se denominan también clases de malla, utilizándose según la invención especialmente las clases de malla 16 a malla 230 (16, 18, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 100, 120, 140, 170, 200 y 230). El número de malla indica el número de agujeros por pulgada cuadrada (por 6,45 cm^{2}) en el tamiz empleado. Las distintas líneas de malla, incluyendo tolerancias y espesores del alambre del tamiz, pueden tomarse, por ejemplo, del Handbook of Chemistry and Physics, 64ª edición, 1983/84, CRC Press Inc., Florida, S. F-114.

En el revestimiento térmico de un buje de biela se ha comprobado que las capas de cojinete utilizables, por ejemplo de bronce de aluminio, tienen una alta tensión propia que se incrementa especialmente aplicando el material con sólo una baja porosidad. Se manifiesta a este respecto que son necesarias medidas para aumentar la resistencia de adherencia de la capa de cojinete. Esto se consigue ventajosamente según la invención, aparte de una alta temperatura de aplicación inicial, sometiendo el buje de la biela a un chorreado de arena (chorreado de partículas) con al menos una línea de tamiz fina y al menos una línea de tamiz más gruesa.

La configuración segura para el funcionamiento de bujes de biela requiere un diseño y construcción de los cojinetes seguro frente al desgaste a fin de transmitir las fuerzas del cojinete con seguridad y a temperaturas aún admisibles. Existe seguridad frente al desgaste siempre y cuando las superficies de deslizamiento estén separadas una de otra por una película de lubricante portante (película de aceite). En cojinetes lisos se obtiene esta película de lubricante mediante una sustentación débilmente excéntrica del árbol. El árbol rotativo tiene con ello una acción de bombeo que impulsa el lubricante (aceite de motor) hacia dentro de la rendija de cojinete (excéntrica), estableciéndose la presión del aceite en las rendijas de cojinete convergentes. Es decir, el lubricante es presionado hacia dentro de la sección transversal más estrecha. Se origina de este modo un estado de "lubricación límite" (rozamiento de superficie límite-material de cojinete sobre muñón de árbol) cuando comienza o es muy lento el movimiento de giro del árbol. Un aumento del movimiento de giro hace que la película de aceite participe en la sustentación del muñón del árbol, aun cuando no esté formada todavía una película de aceite coherente. Este es un estado de "rozamiento mixto", es decir rozamiento de superficies límites y rozamiento flotante simultáneos. Este estado se presenta principalmente al arrancar y parar un motor. Un aumento adicional de la velocidad de rotación produce entonces la formación de la capa de película lubricante hidrodinámicamente portante con el espesor de la mitad de la holgura del cojinete. Este estado es el "rozamiento flotante". La holgura del cojinete es aquí usualmente de 15 a 60 \mum.

Mediante el revestimiento con plasma según la invención del buje (grande) de la biela con un material de cojinete correspondiente, especialmente en combinación con microporos y/o una ranura dentro de la capa del cojinete liso, se consigue un alto volumen de retención de aceite dentro del cojinete de la biela, con lo que se reducen el rozamiento y, por tanto, el desgaste de las partes movidas una respecto de otra, especialmente en la lubricación límite y el rozamiento mixto. Se mejora netamente el volumen de retención de aceite mediante la realización de al menos una ranura en el cojinete de la biela, estando configurada de manera especialmente ventajosa esta ranura (o ranuras) en forma de ranuras radiales. Para aumentar aún más la capacidad de retención de aceite se dejan sin mecanizar (al menos en amplio grado) estas ranuras, es decir que se las deja con la estructura superficial áspera producida por la fabricación.

La estructura superficial porosa, pero estable a la presión de la superficie del cojinete liso, que se ha mecanizado ventajosamente con arranque de virutas, y la ranura no mecanizada con estructura superficial muy áspera hacen en cada estado del cojinete, independientemente del movimiento de giro y de la presión del aceite, que se almacene en el cojinete cierta proporción de aceite. Se hace posible así que se recorra ya el estado del rozamiento de superficies límites y del rozamiento mixto a un pequeño número de revoluciones del cigüeñal y se consiga con ello más rápidamente el estado de la lubricación hidrodinámica exenta (casi) de desgaste. Es decir, se mejoran sensiblemente las propiedades de marcha de emergencia en el estado de arranque y de parada del motor, con lo que son posibles mayores cargas del cojinete a iguales dimensiones del mismo.

La invención tiene las ventajas siguientes: Se pueden suprimir las envueltas de cojinete usuales en otros casos en bielas que forman la superficie del cojinete liso, ya que, según la invención, el revestimiento del cojinete puede aplicarse sobre el material de la biela (y no sobre un elemento adicionalmente utilizable). Se suprime así también al mismo tiempo el montaje de las envueltas del cojinete. Debido a la supresión de las envueltas del cojinete y/o debido a la mecanización posterior con arranque de virutas de la capa del cojinete liso según la invención se consigue una reducción de las tolerancias. En los cojinetes de biela usuales se tienen tres tolerancias; la primera tolerancia es la del cigüeñal, la segunda tolerancia viene determinada por la capa de deslizamiento (de las envueltas de cojinete) en la biela y la tercera tolerancia viene determinada por el buje de la biela en el que se inserta la envuelta del cojinete. Mediante el revestimiento y mecanización posterior de la capa de cojinete según la invención se suprime la tercera tolerancia. Además, según la invención, se tiene un mayor espesor de material en la zona de los tornillos, ya que la capa de cojinete aplicada según la invención tiene un espesor menor que el de una envuelta de cojinete; se hacen posibles así también mayores cargas a dimensiones exteriores iguales de la biela. La tercera tolerancia (la tolerancia del buje de la biela) puede dimensionarse muy grande en la presente invención, ya que es compensada por el revestimiento siguiente, que se erosiona hasta la segunda medida de tolerancia, por ejemplo mediante mandrilado de precisión.

Según la invención, la capa de cojinete se aplica ventajosamente por pulverización de modo que, eventualmente después de una erosión de dicha capa, tenga cierta porosidad al menos en la superficie. Esta porosidad se consigue fabricando la capa de cojinete con microporos, que se forman también por medio de inclusiones de óxido que se eliminan durante la mecanización posterior de la superficie de la capa formando microporos libres. La proporción de porosidad en la zona de la superficie de rodadura es ventajosamente de 0,2 a 6% y en particular es de 0,5 a 4%. Además, los microporos están unidos ventajosamente uno con otro, de modo que el volumen de los microporos está formado principalmente por poros cerrados. Estos microporos forman un sistema lubricante hidrodinámico de cámara de micropresión, en donde los microporos se abren, por ejemplo, mediante el proceso de arranque de virutas de la mecanización superficial (por ejemplo, mandrilado de precisión). Los poros dentro de la superficie del cojinete liso sirven aquí como cámaras de retención de aceite, de modo que en el momento del arranque o la marcha por inercia del motor y al comenzar o disminuir la rotación del cigüeñal, presumiblemente por adherencia del aceite del motor procedente de los microporos con el cigüeñal, está disponible aún un volumen de aceite suficiente para la formación de la película lubricante (rozamiento flotante), aun cuando la presión del aceite en el cojinete liso haya disminuido ya o tenga que establecerse primero. Mediante el sistema de cámara de micropresión existente según la invención se puede acortar sensiblemente el rango del rozamiento mixto. De este modo, se incrementan sensiblemente también las propiedades de marcha de emergencia del cojinete, sin introducción de materiales adicionales de cojinete liso, como aleaciones de plomo, estaño o níquel o similares. Ventajosamente, se ajustan en la pulverización térmica el tamaño de los poros y el volumen de éstos según la carga de la superficie de deslizamiento del cojinete. Usualmente, la parte principal del volumen de los poros se encuentra en poros del tamaño de 0,2 a 250 \mum, especialmente 1 a 50 \mum.

El proceso usual en la fabricación de la capa de cojinete según la invención es como sigue: En primer lugar, se limpia la superficie del substrato a revestir (por ejemplo, el buje grande de la biela), liberándola especialmente de grasa. Esto se efectúa, por ejemplo, por medio de vapor caliente. A continuación, se chorrea con arena la superficie del substrato, por ejemplo con Al_{2}O_{3}, pudiendo utilizarse también SiO_{2} o SiC. La presión del chorro es ventajosamente de 3 a 8 bares y especialmente de 4 a 6 bares, trabajándose con granulometrías diferentes. Ventajosamente, se utiliza aquí una granulometría creciente (líneas de tamiz que se hacen más gruesas), es decir que primero se chorrea con arena de un grano más fino y luego con arena de un grano más grueso. De manera muy especialmente ventajosa, se utilizan al menos tres granulometrías diferentes (líneas de tamiz que se hacen más gruesas). Las granulometrías están aquí en el rango de mallas usual, utilizándose para la granulometría fina ventajosamente la malla 80 y menores, especialmente la malla 100 a la malla 230. Para la granulometría media se utiliza ventajosamente un tamaño de grano de malla 100 o mayor, especialmente hasta malla 40 y en especial ventajosamente de malla 80 a malla 45. Para la granulometría gruesa se utiliza ventajosamente un grano de malla 45 o mayor y especialmente de malla 30 o mayor, ventajosamente hasta malla 16 (600 \mum a 1,18 mm de tamaño de tamiz estándar).

Con las diferentes granulometrías en el chorreado con arena se consigue también en la zona de una entalladura, por ejemplo una entalladura de rotura o una ranura, una buena aspereza superficial, lográndose en la zona lisa una estructura superficial con una profundidad de aspereza media RA de aproximadamente 5 a 10 \mum y especialmente 6,5 a 8 \mum, y con RZ de aproximadamente 35 a 60 \mum y en particular 42 a 54 \mum. Con tales asperezas de chorreado con arena se consigue una resistencia a la tracción por adherencia especialmente buena de la capa térmicamente pulverizada sobre la biela.

A continuación, se efectúa un revestimiento de plasma, por ejemplo con una aleación de AlCuFe (bronce de aluminio). Preferiblemente, la capa de cojinete térmicamente pulverizada se fabrica con una porosidad creciente (como alternativa, o adicionalmente, se pueden utilizar también otras medidas reductoras de la temperatura durante la pulverización térmica), obteniéndose en primer lugar una capa con una porosidad pequeña (\leq 2%, especialmente \leq 1%). Es adecuado para esto, por ejemplo, un tamaño de grano del polvo en torno a 38 \mum (malla 400). Este revestimiento inferior se obtiene en un espesor de capa de aproximadamente 100 a 300 \mum, especialmente 200 a 250 \mum. Se genera seguidamente una capa con una porosidad de aproximadamente 2 a 6%, especialmente 2,5 a 4%, utilizándose, por ejemplo, un grano de polvo de un tamaño en torno a aproximadamente 63 \mum (malla 230). El tamaño del grano de polvo se elige aquí de modo que al menos un 40% en peso, especialmente al menos un 50% en peso del polvo sea menor o igual que el tamaño del tamiz estándar, estando ventajosamente al menos un 70% en peso y especialmente al menos un 80% en peso dentro de la clase siguiente y estando también preferiblemente al menos un 90% en peso dentro del doble del diámetro (la mitad del tamaño de malla).

El espesor de capa se elige aquí también en el rango indicado para el revestimiento inferior. Cuando se forma solamente una capa, ésta tiene ventajosamente un espesor de 100 a 600 \mum, especialmente 200 a 400 \mum.

Según la invención, se ha visto que al disminuir la porosidad aumenta la tensión propia de la capa, con lo que existe el riesgo de que la capa se desprenda del buje de la biela. La presente invención hace frente a esto especialmente con los pasos especiales de chorreado con arena, mediante los cuales se consigue una resistencia de adherencia especialmente alta de la capa sobre el buje de la biela. Por otro lado, según la invención, se impide un desprendimiento de la capa por efecto de una tensión propia de ésta demasiado alta aumentando la temperatura de aplicación de la capa. Esto se efectúa, por ejemplo, aumentando la tensión o la corriente en un soplete de plasma. De este modo, la capa se distribuye mejor sobre el substrato (buje de la biela) y se consigue una adherencia mejor. Esto se produce ventajosamente sólo en la medida en que la capa aplicada tiene aún cierta porosidad pequeña, tal como se ha descrito anteriormente. Por otro lado, el aumento de la temperatura de aplicación trae consigo también el riesgo del recocido del substrato, es decir que el substrato puede recalentarse. Esto es problemático especialmente con materiales de hierro. Según la invención, se hace frente a esto nuevamente depositando sólo una capa inferior con la temperatura de aplicación alta. La constitución restante de la capa se efectúa después en estado más frío y especialmente con una mayor porosidad. Cuando esta porosidad mayor es inadecuada para el cojinete liso deseado, esto no resulta problemático según la invención si esta capa más porosa se erosiona durante la mecanización subsiguiente. En este caso, la capa más porosa o la capa aplicada en estado más frío sirve únicamente para la obtención del substrato para una mecanización posterior de tipo mecánico.

La aplicación de las capas de cojinete se efectúa preferiblemente en una operación, es decir que no se interrumpe el proceso de revestimiento. Se efectúa para ello ventajosamente una adaptación automática del polvo y/o los parámetros a fin de conseguir las diferentes porosidades.

La capa inferior del cojinete cubre ventajosamente la ovalización que se produce, por ejemplo, debido a la fracturación de la biela al romper la envuelta del cojinete (ovalización típica 30 a 150 \mum), y, para conseguir un espesor suficiente para una mecanización de repasado posterior, dicha capa inferior puede cubrirse con más capas, especialmente porosas, que pueden aplicarse con un procedimiento técnicamente más sencillo sobre el material del cojinete de la biela. Esta capa a su vez puede ser erosionada sin mayores problemas hasta alcanzar la capa de cojinete liso propiamente dicha (capa poco porosa). Procediendo de esta manera se consigue una compensación de las tensiones propias de la capa, una ausencia de recocido de la biela o sólo un pequeño recocido de ésta y altas resistencias a la tracción por adherencia de la capa del cojinete liso, las cuales son usualmente \geq 20 N/mm^{2} y especialmente \geq 25 N/mm^{2}. Son posibles también resistencias a la tracción por adherencia por encima de 28 N/mm^{2}. Con bronce de aluminio se puede conseguir, por ejemplo, una dureza de capa de aproximadamente 185 HV_{0,3} y superior.

Para capas de cojinete liso sometidas a mayor carga en la biela, especialmente el buje grande de la biela, como las que se presentan principalmente en motores diesel, es ventajoso aumentar la cantidad de aceite residual dentro de la capa del cojinete liso. Esto se efectúa según la invención mediante un aumento del volumen de retención de aceite en estado parado del motor o a un número de revoluciones del motor por debajo del número de revoluciones de marcha en vacío mediante la realización de una o varias ranuras de lubricación en la capa del cojinete liso. De este modo, durante al arranque o la marcha por inercia del motor se recorrerá la zona del rozamiento mixto en un tiempo más corto. Este tiempo más corto es el resultado de un mantenimiento más prolongado o una formación más rápida de la película de deslizamiento, que resulta por adherencia del aceite del motor procedente de los microporos y de la ranura o ranuras con el cigüeñal. Realizando al menos una ranura en la capa del cojinete, especialmente con una superficie algo porosa, se consigue que la película lubricante se mantenga durante "más tiempo", aun cuando la presión del aceite de la bomba haya disminuido ya o se establezca en ese momento. Especialmente ventajoso es el efecto de las ranuras cuando éstas discurren principalmente en dirección radial, es decir, en dirección periférica. Se prefiere especialmente que las ranuras estén cerradas sobre sí mismas, es decir que se trata de una ranura sin fin y especialmente de una ranura sin fin de forma anular. La ranura está configurada ventajosamente en una forma de V o de trapecio, formando los lados de la ranura entre sí un ángulo de preferiblemente 30 a 80º y en particular 45 a 60º. Como profundidad de la ranura es adecuada una profundidad en el rango de 0,2 a 1 mm y especialmente 0,4 a 0,6 mm. El número de ranuras se ajusta preferiblemente a la anchura del cojinete liso, la proporción de soporte del cojinete liso y el volumen de retención de aceite adicional necesario. La forma y la profundidad indicadas de las ranuras se refieren ventajosamente al estado antes de un revestimiento aplicado por pulverización térmica. Como revestimiento aplicado por pulverización térmica se utiliza de manera especialmente preferida la pulverización de plasma.

Preferiblemente, la estructura del substrato se reviste con la capa de deslizamiento antes de la producción de una o más estrías, especialmente con la capa de cojinete compuesta de porosidad diferente que se ha descrito antes. En la mecanización de repasado subsiguiente de la superficie del cojinete no se trabajan de preferencia adicionalmente las ranuras o sólo se trabajan menos, con lo que la estructura de capa áspera (plasma) produce una retención de aceite especialmente buena.

En la pulverización de la capa de cojinete se pulveriza ventajosamente un metal, utilizándose preferiblemente aleaciones metálicas. Asimismo, se utiliza preferiblemente una mezcla de metales diferentes (especialmente aleaciones metálicas). Esta mezcla puede ser, por ejemplo, una mezcla de aluminio y estaño, obteniéndose la mezcla de manera especialmente ventajosa por mezclado de los distintos componentes en forma de polvo. La clasificación del polvo metálico depende, entre otros factores, de los distintos parámetros de pulverización y puede ser fácilmente establecida por el experto mediante series de ensayos. Como materiales del cojinete se utilizan ventajosamente bronces, especialmente bronce de aluminio (aluminio/estaño), pero también bronce de cobre, así como también capas de metal-material blando y/o capas de metal-lubricante sólido. Como material blando se utilizan, por ejemplo, metales blandos, tal como plomo, que están distribuidos en un metal más duro, como, por ejemplo, aluminio aleado (aluminio/cobre/magnesio/cromo). Sin embargo, como materiales blandos se pueden utilizar también otros materiales, como, por ejemplo, fluoropolímeros (por ejemplo, politetrafluoretileno). Como lubricante sólido son adecuados, por ejemplo, compuestos tales como disulfuro de molibdeno, nitrito de boro o grafito.

El material del cojinete se pulveriza de manera especialmente ventajosa con una sobremedida que se somete a continuación a una mecanización posterior de tipo mecánico. Para la mecanización posterior se utiliza, por ejemplo, un bruñido, siendo aquí especialmente adecuado un mandrilado de precisión. En el bruñido se eliminan preferiblemente 20 a 300 \mum y especialmente 50 a 200 \mum del material del cojinete; en el mandrilado de precisión la sobremedida es ventajosamente de 50 a 1.000 \mum y especialmente 100 a 500 \mum.

La capa de cojinete terminada (después de la eliminación de la sobremedida) es preferiblemente de 150 a 800 \mum y especialmente 200 a 500 \mum. Esta capa es considerablemente más delgada que las envueltas de cojinete usuales, cuyo espesor está en el rango de 2,5 mm. Esto significa que en la biela permanece más material (posible una carga mayor) o que las bielas pueden fabricarse con un peso menor.

Según la invención, el buje de la biela que se reviste con el material del cojinete mediante pulverización térmica puede abrirse ventajosamente tan solo después de la aplicación del material del cojinete. Esta forma de proceder se utiliza especialmente cuando se rompe (fractura) el buje de la biela. En este procedimiento se entenderá el buje de la biela (interiormente) con sendas entalladuras en los puntos de fractura deseados. Las entalladuras se producen de manera especialmente ventajosa por medio de un láser, introduciéndose, por ejemplo, un láser de FK en el buje de la biela bajo un ángulo de aproximadamente 45º. Como potencia del láser se utilizan especialmente 5 a 10 kW. La entalladura se produce ventajosamente en una anchura de 0,3 a 0,8 mm y en una profundidad de 0,2 a 0,7 mm. El punto de fractura está dispuesto usualmente en una posición casi centrada en el buje de la biela. Como alternativa, la entalladura puede producirse también mediante erosión o bien con ayuda de una herramienta escariadora, por ejemplo mediante batido.

En el entallado y rotura del buje de la biela se desarrolla el procedimiento ventajosamente de tal manera que primero se entalla el buje de la biela (por ejemplo, con una herramienta, un láser o mediante erosión), luego se aplica el material del cojinete mediante pulverización térmica y a continuación se efectúa la rotura. Mediante este procedimiento se suprime (o se minimiza) la rendija que existe en otros casos en el punto de fractura o entre las distintas envueltas del cojinete. Esta rendija fomenta el desprendimiento de la película de aceite a una carga elevada del motor. Mediante el procedimiento de entallado antes del revestimiento del material del cojinete se consiguen mejores propiedades de lubricación. En ciertas circunstancias, puede efectuarse también una rotura antes del revestimiento del material del cojinete, el cual se vuelve a romper a continuación una vez más (preferiblemente sin entallado).

Cuando se abre por corte el buje de la biela, esto se efectúa antes de la aplicación del material del cojinete mediante pulverización térmica. En este procedimiento se corta el buje de la biela y se escarían individualmente hasta dejarlas lisas las superficies de separación del vástago de biela remanente y de la tapa de la biela. Las partes se ensamblan de nuevo a continuación, se proveen de taladros y roscas y se atornillan una con otra. Ventajosamente, se produce aquí también en el buje de la biela nuevamente ensamblado por atornillamiento una entalladura (en el punto de separación), especialmente antes del revestimiento con el material del cojinete. A continuación, se rompe ventajosamente de nuevo el buje de la biela para separar la capa del cojinete. Cuando la rotura se efectúa aquí de manera demasiado irregular, se tiene que entallar la propia capa del cojinete.

La mecanización anteriormente descrita de la capa del cojinete (bruñido o mandrilado) se efectúa de manera especialmente ventajosa tan sólo después de la apertura del buje de la biela. De este modo, al mismo tiempo que se elimina la sobremedida, se elimina una rebaba en el canto de rotura eventualmente producida al romper la capa del cojinete.

En la biela fabricada según la invención se puede practicar también un canal de aceite en el buje de la misma. Este canal de aceite se taladra ventajosamente en el buje de la biela tan sólo después de aplicar la capa del cojinete y especialmente después de su mecanización de repasado. El canal de aceite puede taladrarse aquí también a través del vástago de la biela hasta el buje opuesto de esta última.

Según la invención, se mecanizan también posteriormente las superficies planas (superficies laterales grandes) de la biela, ventajosamente sólo después de aplicar la capa del cojinete. La mecanización posterior se efectúa aquí preferiblemente mediante pulido de las superficies planas.

En el procedimiento según la invención se antepone ventajosamente al revestimiento un paso de trabajo en el que se asperiza el buje de la biela. Las asperización se efectúa de manera especialmente ventajosa mediante chorreado con arena, pero es posible también un chorreado con un líquido sometido a alta presión. El material del buje, especialmente un acero C 70, se asperiza aquí ventajosamente hasta una profundidad de aspereza media R_{a} de 4 a 30 \mum, especialmente 8 a 12 \mum. A tales profundidades de aspereza medias se consigue una adherencia especialmente buena del material del cojinete sobre el material del buje de la biela.

Para una fabricación especialmente ventajosa de la capa del cojinete en el buje de la biela se cubre al menos una de las superficies planas de este buje con una plantilla que presenta una abertura en la zona del buje de la biela. Esta abertura deberá ser aproximadamente igual al buje de la biela, de modo que, por un lado, el proceso de revestimiento no resulte estorbado por la plantilla y, por otro, se evite ampliamente el revestimiento de la superficie plana en la zona del buje de la biela. Cuando se cubre solamente una superficie plana con la plantilla, la otra superficie plana queda situada ventajosamente sobre una plataforma que, al igual que la plantilla, presenta también una abertura en la zona del buje de la biela.

Según la invención, los bujes de bielas individuales se revisten ventajosamente en una operación. A este fin, varias bielas, ventajosamente 2 a 10 y especialmente 4 a 8, están dispuestas una sobre otra de tal manera que los bujes de biela a revestir forman un cilindro. Puede estar previsto para sobre una plataforma especial un soporte de centrado de las bielas en el que se colocan estas últimas. Ventajosamente, las bielas revestidas prácticamente al mismo tiempo en este procedimiento se conservan como grupo para ser montadas a continuación conjuntamente en un motor de combustión interna. Ventajosamente, todas las bielas (del mismo tipo) de un motor de combustión interna se revisten conjuntamente por colocación de una sobre otras. Cuando esto no es constructivamente posible a causa del número de cilindros (por ejemplo, 12 cilindros), se revisten entonces al menos las bielas superpuestas de una serie de cilindros (6 en el motor V 12). Con este procedimiento se consigue que se monten bielas de la misma calidad en un motor de combustión interna.

Durante la pulverización térmica se hace pasar de manera especialmente ventajosa una corriente de gas a través del buje de la biela, especialmente cuando se revisten varias bielas superpuestas. Como corriente de gas es adecuado especialmente aire acondicionado y depurado. En particular, la corriente de aire deberá estar prácticamente exenta de grasa y humedad y en lo posible en un rango de temperatura prefijado (en torno a aproximadamente 20ºC). La corriente de aire tiene ventajosamente una velocidad de flujo (velocidad de descenso del aire) de 3 a 15 m/s y especialmente 5 a 8 m/s. Con la corriente de gas se expulsa por soplado un exceso de material pulverizado producido durante la operación de pulverización.

La pulverización del material del cojinete se efectúa preferiblemente con una boquilla pulverizadora rotativa que, girando especialmente ya por encima del buje de la biela, se introduce en este buje de biela (o en los bujes de las bielas). Con esta boquilla pulverizadora se consigue un revestimiento especialmente uniforme en el buje de la biela. En el revestimiento del buje de biela según la invención, la boquilla pulverizadora es hecha pasar hacia dentro del buje de la biela y a través de éste con un avance de preferiblemente 0,5 a 20 mm/s, especialmente 2 a 8 mm/s.

Al aplicar la pulverización se aplican de manera especialmente preferida varias capas del material del cojinete sobre el buje de la biela, formándose en particular 4 a 30 capas en el buje de la biela. Las capas se aplican aquí ventajosamente en direcciones diferentes, lo que sirve nuevamente para mejorar la calidad de dichas capas. Esto se consigue en el buje de la biela revistiendo la boquilla pulverizadora este buje durante la entrada en el mismo y durante la salida del mismo, conservando una boquilla pulverizadora rotativa preferiblemente su dirección de rotación.

Según la invención, las bielas se revisten en un proceso de fabricación en serie con el material del cojinete. Es ventajoso a este respecto que se midan al menos bielas individuales de la serie. Se mide aquí especialmente la profundidad de aspereza media R_{a} y/o el propio material del cojinete (por ejemplo, la uniformidad de la distribución del material de cojinete cuando se utiliza una mezcla). Se prefiere especialmente que la medición de las bielas se efectúe de forma no destructiva.

Las características y medidas descritas anteriormente y en lo que sigue se aplican igualmente para los procedimientos y las bielas según la invención.

Se describe seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia a dibujos y ejemplos de ejecución.

Muestran:

La Figura 1, una biela en alzado frontal;

la Figura 2, la biela en alzado lateral;

la Figura 3, una estructura de capas en el buje grande de la biela;

la Figura 4, una tapa de biela con un muñón de cojinete del cigüeñal y una capa de cojinete microporosa;

la Figura 5, la tapa de la biela de la Figura 4 con una ranura de lubricación radial;

la Figura 6, una tapa de biela con varias ranuras de lubricación radiales;

la Figura 7, un soplete de plasma en un buje de biela; y

la Figura 8, el soplete de plasma de la Figura 7 en alzado frontal y en vista en planta.

Los pasos expuestos del procedimiento están forzosamente acoplados uno con otro sólo en parte. En principio, pasos individuales del procedimiento pueden ser suprimidos, complementados, realizados en forma alternativa y/o permutados por otros.

Proceso de fabricación de una biela fracturada

Las bielas usuales 1 (Figuras 1 y 2), como las que se han provisto hasta ahora, por ejemplo, de envueltas de cojinete, por ejemplo de acero C 70, se colocan en una cadena de fabricación. Sigue a esto el pulido previo de las superficies laterales 2. A continuación, se mecanizan previamente los bujes grande y pequeño 3, 4 de la biela, es decir que se llevan a la medida requerida. Esto se efectúa ventajosamente mediante mandrilado. Además, se efectúa la mecanización de los agujeros de atornillamiento para la tapa 9 de la biela en la superficies laterales 2, es decir que se practican taladros 5 y roscas 6.

Para preparar la fracturación se introduce en el buje grande 3 de la biela un láser de FK 7 bajo un ángulo de 45º. Por medio del láser 7 se producen en ambos lados y en el centro del buje grande 3 de la biela sendas entalladuras 8, con una anchura de aproximadamente 0,5 mm y una profundidad de aproximadamente 0,3 a 0,5 mm. Como alternativa, se puede practicar también la entalladura por medio de una herramienta escariadora.

Una vez que se han practicado las entalladuras 8, se reviste con plasma el buje grande 3 de la biela, tal como se describe más abajo. Después de la aplicación de la capa de plasma se fractura el bucle grande 3 de la biela junto con la capa de plasma por medio de un dispositivo de rotura con una fuerza de rotura de aproximadamente 100 kN. Se limpia el punto de rotura (soplado con aire comprimido) y se monta la tapa rota 9 del cojinete de la biela con tornillos 10 con el par de giro previsto. Se monta también el buje pequeño de la biela por encaje a presión de un manguito 11. Seguidamente, se terminan de pulir las superficies planas 12.

El buje grande 3 de la biela y eventualmente también el buje pequeño 4 de ésta se llevan ahora a la medida 16 (Figura 3). Esto se efectúa mediante taladrado de precisión o mandrilado de precisión. A continuación, la biela es sometida a una limpieza completa, medida y clasificada.

Proceso de fabricación de una biela cortada

El proceso de fabricación para una biela cortada es sustancialmente igual al proceso anteriormente descrito, pero el buje de la biela se separa ya por corte después del escariado de las superficies laterales, las superficies de cabeza y los asientos de los tornillos. Después del corte se escarían individualmente las superficies de separación en el vástago de la biela y en la tapa de ésta. Sigue luego un paso de lavado, después del cual se somete el buje pequeño de la biela a una mecanización previa y a una mecanización de acabado. Se introducen ahora los tornillos de la tapa haciendo taladros y roscas en las superficies laterales. Las superficies de separación en el vástago y la tapa de la biela se someten a un pulido de acabado y se lavan una vez más, y se monta la tapa de la biela sobre el vástago de ésta. A continuación, se taladra (mandrilado) el buje de la biela hasta la tolerancia de revestimiento. La superficie de corte es entallada nuevamente con un láser de FK y a continuación el buje grande de la biela es provisto de la capa de cojinete, que después se rompe nuevamente.

Algunos pasos de fabricación, como, por ejemplo, el encaje a presión de la envuelta de cojinete 11 en el buje pequeño de la biela 4, pueden efectuarse en puntos diferentes del proceso general, por ejemplo ya también antes del revestimiento con plasma.

Estructura del soplete de plasma

Para el revestimiento interior de cavidades se utiliza un soplete 51 (Figura 6 y 7) que está suspendido en forma giratoria de modo que su llama 52 describa un círculo. El eje de giro se coloca aquí de modo que la llama 52 tenga una distancia óptima respecto del buje 3 de la biela. El soplete 51 es un soplete de plasma que presenta en torno a un cátodo 53 un ánodo 54 de forma anular, y entre éstos tiene lugar una descarga 155. Asimismo, el soplete 51 tiene dispuestas entre el cátodo 53 y el ánodo 54 unas aberturas de salida 55 a través de las cuales circula un gas de plasma, por ejemplo hidrógeno con argón como gas portador. El gas de plasma es inflamado por la descarga 55 y forma la llama 52, en la que se incorpora a través de una alimentación de polvo 57 un polvo metálico 56 junto con argón como gas portador. En la llama 52 reina una temperatura de aproximadamente 20.000ºC. El polvo metálico se deposita como la capa de plasma 15. Para revestir todo el buje 3 de la biela, varios de los cuales pueden estar situados uno sobre otro, el soplete 51 puede ser además trasladable hacia arriba o hacia abajo. Preferiblemente, el soplete 51 describe varias veces una espiral en el buje 3 de la biela.

Asimismo, están previstas en el soplete 51 unas aberturas de salida de gas 58 a través de las cuales circula un gas 60 para refrigerar el soplete 51 y para dirigir la llama 52, la cual, sin esta alimentación de gas, se curvaría demasiado debido a la velocidad de rotación del soplete 51 (aproximadamente 200 rpm).

Debido a la circulación de un gas 60 por las aberturas de salida 58, que tiene un contenido de oxígeno por debajo del que presenta el aire, se consigue una reducción de la formación de óxidos del polvo metálico 56 y, correspondientemente, en el revestimiento 15. Utilizando nitrógeno (>99%) se reduce en aproximadamente un 50% la formación de óxido en el revestimiento. De este modo, se consigue especialmente una reducción de acumulaciones de óxido del revestimiento, con lo que se obtiene una distribución más fina de los poros y de los poros de óxido. Además, se reducen fuertemente los efectos negativos de microturbulencias en la llama 52 durante el revestimiento en el componente semejante a un tubo. Sin embargo, se reduce también al mismo tiempo insignificantemente la microdureza del revestimiento 16 debido a la reducida proporción de acumulaciones de óxido. Una estimación visual del contenido de porosidad total no muestra diferencias significativas con excepción de la reducción ya mencionada de zonas ricas en óxido (racimos de óxido).

Proceso de fabricación en el revestimiento con plasma del buje grande de la biela

Para el revestimiento con plasma se lavan las bielas y se desengrasa el buje grande de las mismas con vapor caliente, y después se seca éste hasta quedar prácticamente libre de humedad residual. Las bielas así tratadas previamente se apilan una sobre otra en cantidades de 4 a 8 unidades, con lo que los bujes grandes de las bielas están situados concéntricamente sobre una abertura correspondiente de una plataforma especial. Las bielas se alinean y fijan entonces ventajosamente por medio del buje pequeño previamente mecanizado de la biela y el vástago de esta última o las superficies laterales de ella. Las plataformas cargadas llegan a través de una zona de preparación a una unidad de chorreado con arena en la que se lleva el buje grande de la biela mediante chorreado con arena a una profundidad de aspereza media R_{a} de aproximadamente 8 a 12 \mum. A continuación, se trasladan las bielas a una estación de limpieza y se sopla o barre con aire comprimido la superficie chorreada. Las bielas previamente tratadas se trasladan finalmente a la estación de plasma en la que se reviste (Figura 3) el buje grande de las mismas con un soplete de plasma rotativo en un espesor de capa de 15 a aproximadamente 0,5 mm de un bronce de aluminio. Las bielas revestidas llegan después a una zona de refrigeración, de la cual las bielas refrigeradas son recogidas por la plataforma especial y alimentadas al puesto de mecanización adicional anteriormente descrito.

Las bielas fabricadas según la invención tienen la ventaja de que no contienen ninguna envuelta de cojinete en el buje grande de las mismas y, por tanto, se suprimen también el propio montaje de una envuelta de cojinete y la realización de ranuras de retención o el desbarbado de las envueltas de cojinete. De este modo, la aplicación de la capa de plasma resulta competitiva en cuanto a costes. Además, se incrementa la seguridad de montaje en las bielas revestidas con plasma, ya que no pueden omitirse envueltas de cojinete durante el montaje.

Las bielas según la invención tienen en el buje grande de las mismas una mayor anchura de alma en la zona de la fijación de la tapa del cojinete, ya que la capa de plasma tiene solamente un espesor de alrededor de 0,3 mm después de la mecanización posterior, pero una capa de cojinete representa 2,5 mm. Es posible así una mayor carga de la biela para motores sometidos a mayor carga y/o un ahorro de peso. Además, se suprime la rendija entre dos mitades de envuelta de cojinete, en la que comienza a desprenderse la película de aceite bajo una carga mayor. Las bielas fabricadas según la invención tienen así mejores propiedades de lubricación.

Proceso de aplicación

Como ya se ha descrito en los procesos de fabricación anteriormente expuestos, la limpieza de la superficie a revestir, provista de ranuras radiales, puede efectuarse con vapor caliente. Se consigue así una ausencia de grasa de prácticamente el 100%. La asperización de la superficie del substrato (material de hierro, por ejemplo C 70) se efectúa mediante un tratamiento de chorreado múltiple con arena de Al_{2}O_{3} a una presión del chorro de aproximadamente 4 a 6 bares y con granulometría creciente: Una primera operación de chorreado para la entalladura de rotura erosionada en la biela fracturada o en la biela cortada con una granulometría de \phi 0,063 a 0,15 mm (mallas 230 a 100). Una segunda operación de chorreado para la superficie del substrato y la ranura radial con una granulometría de \phi 0,18 a 0,35 mm (mallas 80 a 45) y una tercera operación de chorreado para la superficie del substrato y la ranura radial con una granulometría de \phi 0,6 a 1,1 mm (mallas 30 a 16). Como paso de trabajo adicional sigue el revestimiento de plasma con una aleación de aluminio-cobre-hierro, pudiendo utilizarse, por ejemplo, un bronce de aluminio con 5 a 15% de aluminio, 1 a 5% de hierro, 1 a 4% de cobalto y 0,5 a 4% de manganeso, especialmente 9 a 12% de aluminio, aproximadamente 2% de manganeso, aproximadamente 2 a 2,5% de cobalto y aproximadamente 3 a 4% de hierro. Se efectúa un primer revestimiento de plasma con un espesor de capa de aproximadamente 200 a 250 \mum con un tamaño de grano de polvo del material de revestimiento de, en promedio, aproximadamente 38 \mum, ajustándose una porosidad en la capa \leq1% con los parámetros de aplicación, referido al soplete empleado en cada caso. Sin interrupción, se continúa el revestimiento con un grano de polvo algo más grueso (\phi aproximadamente 65 \mum), formándose de nuevo un espesor de capa de 200 a 250 \mum. Los parámetros de la instalación se ajustan aquí de modo que se consiga una porosidad en el rango de 1,5 a 3,5%.

Esta clase de revestimiento puede realizarse también en cojinetes sin ranuras radiales.

Proceso de fabricación de una biela cortada con ranuras radiales

En lo que sigue se describe todo el proceso de fabricación; como ya se ha mencionado, según el plan de trabajo, algunos pasos de trabajo pueden ser suprimidos, permutados, complementados o sustituidos por otros.

Después del suministro de las bielas brutas, se colocan éstas sobre una cadena de fabricación en la que se efectúan un pulido previo y un escariado de las superficies planas 12. A continuación, se escarían las superficies laterales 2, las superficies de cabeza y los asientos de los tornillos y se divide el buje grande de la biela. Sigue luego un escariado de las superficies de separación 30 y del buje grande 3 de la biela, mecanizándose individualmente el vástago de la biela y la tapa 9 de ésta. Después del lavado de las partes se realiza un mecanizado previo y un mecanizado de acabado del buje pequeño 4 de la biela y se cortan los taladros y roscas para los tornillos 10 de la tapa de la biela. En el buje pequeño 4 de la biela se introduce a presión, se aprieta y se bisela el manguito cojinete 11. La superficie de separación 30 del vástago de la biela y de la tapa 9 de ésta son sometidas a un pulido de acabado y se lava el conjunto una vez más.

Seguidamente, se aprieta la tapa 9 de la biela sobre el vástago de ésta hasta el par de giro prefijado, se mandrila el buje de la biela hasta la tolerancia de revestimiento y -utilizando ranuras radiales 32 - se practican las ranuras en el buje grande de la biela, por ejemplo mediante fresado o torneado.

Para producir una apertura posterior de la capa de plasma 15 ó 16 se practica una entalladura de rotura en el buje grande de la biela, por ejemplo mediante erosión o láser. Sigue luego el revestimiento con plasma del buje grande de la biela.

En caso necesario, según la clase de biela, se puede taladrar un canal de aceite (desde el buje grande hasta el buje pequeño de la biela a través del vástago de ésta), y esto puede hacerse en motores de gasolina y se hace casi siempre en motores de combustión interna diesel.

La capa de plasma aplicada 15 es fracturada soltando los tornillos 10 de la tapa de la biela, y esto se realiza ya frecuentemente - según el revestimiento de plasma - por efecto de la tensión propia de la capa de plasma 15. Se desmonta la tapa 9 de la biela y se limpia el lugar de rotura, por ejemplo mediante soplado. A continuación, se monta de nuevo la tapa 9 de la biela y se aprietan los tornillos 10 de la misma hasta su par de giro. Se bisela el buje grande de la biela en ambos lados y, según la alternativa, se rompen (redondean) los cantos de las ranuras radiales.

Seguidamente, se someten las superficies planas 12 a un pulido de acabado, se termina de perforar el buje pequeño 4 de la biela y se termina de mandrilar el buje grande 3 de la biela para obtener la superficie de rodadura propiamente dicha 35 y dejar al descubierto los microporos 33 en la capa de cojinete 16. Después de un proceso de lavado adicional, se miden y clasifican las bielas, eligiéndose preferiblemente dos clases de tolerancia.

Las bielas así fabricadas se desmontan en la línea de montaje y se montan en la línea de montaje sobre el cigüeñal 34 de un motor de combustión interna.

Después del revestimiento con plasma del buje grande de la biela y eventualmente el taladrado del canal de aceite se puede biselar ya también el buje grande de la biela en ambos lados y, según la alternativa, se pueden romper los cantos de las ranuras radiales. Sigue luego el pulido de acabado de las superficies planas, se termina de taladrar el buje pequeño de la biela y se termina de mandrilar el buje grande de la biela. Después de lavar y medir las bielas con clasificación se efectúa, en particular directamente en la línea de montaje, la fracturación de la capa de plasma soltando los tornillos de la tapa de la biela. Se retira la tapa de la biela y se limpia el sitio de rotura mediante, por ejemplo, soplado. Se monta después la biela sobre el cigüeñal del motor de combustión interna.

Ventajosamente, se prevé en la biela un seguro contra giro de la tapa, por ejemplo mediante un ligero decalaje de los taladros para los tornillos de la tapa de la biela, a fin de que los dientes producidos en la capa de plasma durante su fracturación vuelvan a ser guiados idénticamente uno hacia otro.

Proceso de fabricación de una biela fracturada

Se coloca la biela bruta (material, por ejemplo, C 70) sobre la cadena de fabricación y se la somete a un pulido previo, puliéndose de plano los costados laterales. Se realiza la mecanización previa de los bujes grande y pequeño de la biela y la mecanización de los agujeros para los tornillos de la tapa del cojinete (taladrado y tallado de rosca) como se ha descrito anteriormente. Según la clase de cojinete, se practican, en caso deseado, una o varias ranuras radiales en el buje grande de la biela, por ejemplo mediante fresado o torneado. A continuación, se entalla el buje grande de la biela, por ejemplo con un láser de FK, que se introduce bajo 45º en el buje grande de la biela; potencia del láser aproximadamente 7 kW. Se practica entonces en ambos lados una entalladura de apenas unos 2 mm de anchura y apenas 0,5 mm de profundidad en el centro del buje grande de la biela. La entalladura puede practicarse también por medio de una herramienta escariadora o por erosión. Se fractura el buje de la biela mediante un dispositivo de rotura con una fuerza de rotura de aproximadamente 100 kN. Se retira la tapa del cojinete de la biela y se limpia el sitio de rotura, por ejemplo mediante aire comprimido. Se vuelve a montar seguidamente la tapa del cojinete de la biela y se aprietan los tornillos de dicha tapa hasta su par de giro. A continuación, se taladra el buje grande de la biela hasta la medida del revestimiento, se lava éste y se le reviste de plasma, y se introduce a presión el manguito cojinete en el buje pequeño de la biela. Se bisela el buje grande de la biela en ambos lados, se someten los costados de la biela a un pulido de acabado y se someten los bujes grande y pequeño de la biela a un taladrado de precisión y un mandrilado de precisión, respectivamente. A continuación, se realizan una limpieza completa (lavado) y una medición y clasificación de la biela. Se desmonta la biela en la línea de montaje y se la monta sobre el cigüeñal de un motor de combustión interna.

La fracturación de la capa de plasma, especialmente soltando los tornillos de la tapa de la biela, puede efectuarse directamente en la línea de montaje o bien en un momento anterior. Después de la fracturación de la capa de plasma, es recomendable limpiar (soplar) el sitio de rotura de la tapa de la biela.

Proceso de producción del revestimiento de plasma

Se lava la biela y se desengrasa al menos el buje grande de la misma con vapor caliente y a continuación se la seca hasta un contenido de humedad residual lo más pequeño posible. Se apilan varias bielas sobre una plataforma especial una sobre otra concéntricamente al buje grande de la biela (en general, 4 a 8 bielas). La fijación puede efectuarse aquí a través del buje pequeño de la biela y el vástago de ésta o bien a través de las superficies laterales. La plataforma especial cargada es introducida y posicionada por medio de una zona neutra en una unidad de chorreado con arena. Se chorrea con arena el buje grande de la biela con las clasificaciones de arena anteriormente descritas hasta una profundidad de aspereza media de aproximadamente 6,5 a 8 \mum. A continuación, se introduce la plataforma especial con las bielas chorreadas con arena en una estación de limpieza en la que se sopla o barre con aire comprimido la superficie chorreada. Asimismo, se introduce la plataforma especial en la estación de plasma, en la que se reviste con plasma el buje grande de la biela primero con una capa de bronce de aluminio de poros pequeños y a continuación con una capa de poros algo más grandes, también de bronce de aluminio, en un espesor total de 0,5 mm. Las bielas revestidas pasan a una zona de refrigeración para, después de la refrigeración, ser retiradas de la plataforma y llevadas a un sitio de mecanización posterior.

La presente invención tiene la ventaja de que se puede prescindir de las envueltas de cojinete y su montaje, así como de las ranuras de retención y el desbarbado de las mismas. Se incrementa así la seguridad de montaje. Mediante el revestimiento de plasma se obtiene una anchura de alma mayor (diámetro menor del buje de la biela) en la zona de la fijación de la tapa del cojinete, dado que frente al espesor de las envueltas de cojinete de aproximadamente 2,5 mm se tiene una capa de plasma de menos de 0,5 mm. Es posible así una mayor carga de la biela en motores sometidos a cargas más altas y también cierto ahorro. Además, se suprime la rendija entre dos mitades de envuelta de cojinete, la cual, debido a la construcción, puede conducir en ciertas circunstancias a un desprendimiento de la película de aceite. Con el revestimiento de plasma se consiguen mejores propiedades de lubricación. Al mismo tiempo, se reducen las tolerancias, ya que se suprime una clase de tolerancia debido al revestimiento de plasma. Se consigue así una marcha mejor del motor debido a menores tolerancias de fabricación. Debido a la utilización de ranuras radiales en el revestimiento de plasma se consigue una carga mayor del cojinete y una reducción del tiempo de rozamiento mixto. El sistema de cámaras de micropresión mejora los coeficientes de rozamiento, especialmente en combinación con una o varias ranuras. Las ranuras pueden ser revestidas también con un material de cojinete liso distinto, el cual aparece sustancialmente sólo en las ranuras después de una mecanización del revestimiento con arranque de virutas. Tales materiales de cojinete pueden ser a base de plomo, estaño o bien níquel. Resultan posibles así también mayores cargas o duraciones de los cojinetes.

Claims

1. Procedimiento para el revestimiento térmico de una superficie interior, especialmente un buje de biela o una pared de cilindro, por medio de una llama movida, especialmente rotativa, que es formada por un soplete y que está flanqueada por una corriente de gas no combustible que tiene un contenido de oxígeno de menos de 18% en volumen, siendo acelerado un material de revestimiento oxidable, calentado por la llama y depositado sobre la superficie interior del revestimiento, caracterizado porque la corriente de gas no combustible es descargada en la dirección de salida de la llama, junto a esta última, desde aberturas de salida de gas separadas por fuera de las aberturas de salida de flujo del soplete.

2. Procedimiento para producir un revestimiento sobre una superficie interior, especialmente un buje de biela o una pared de cilindro, mediante pulverización térmica, caracterizado porque se aplica por pulverización térmica sobre una capa inferior térmicamente pulverizada al menos una capa de mayor porosidad.

3. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la porosidad del revestimiento es de 0,2 a 10%, especialmente 0,5 a 4%.

4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se lleva el revestimiento, por eliminación de una parte del mismo, a un espesor promedio de uso, preferiblemente de 30 a 800 \mum, especialmente 60 a 150 \mum.

5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque está prevista una eliminación de, en promedio, 100 a 400 \mum, especialmente 150 a 250 \mum, de una parte del revestimiento.

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se produce el revestimiento en un espesor, antes de una erosión de eliminación, de 100 a 600 \mum, especialmente 150 a 400 \mum.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se fomenta una pequeña inclusión, en el revestimiento, de óxidos del material de revestimiento ajustando un pequeño contenido de oxígeno en la corriente de gas.

8. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la corriente de gas contiene, como gas no combustible, sustancialmente nitrógeno y/o argón.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la corriente de gas contiene \geq 10% en volumen y especialmente \geq 5% en volumen de oxígeno.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la corriente de gas que flanquea la llama dirige a esta última.

11. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la superficie interior es cilíndrica o de forma tubular.

12. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el revestimiento tiene una porosidad inferior al 7%, especialmente inferior al 3% en la superficie, incluyendo una porosidad formada por óxidos del material de revestimiento.

13. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, antes de aplicar el revestimiento, se trabaja el diámetro del buje de la biela con una tolerancia hasta una medida nominal.

14. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se efectúa una mecanización del revestimiento con arranque de virutas.

15. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se mandrila el buje de la biela.

16. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rebajado del revestimiento térmicamente pulverizado se efectúa con arranque de virutas.

17. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, antes de aplicar el revestimiento térmicamente pulverizado, se asperiza la superficie interior, especialmente el buje de la biela, con un chorro de partículas.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque el buje de la biela se asperiza hasta una profundidad de aspereza media R_{a} de 4 a 30 \mum, especialmente 6 a 12 \mum.

19. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se asperiza el revestimiento por medio de pulverización de plasma.

20. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se aplica como revestimiento un metal, especialmente una aleación metálica.

21. Dispositivo de revestimiento de plasma con un soplete (51) con aberturas de salida (55) para un gas de plasma, con el cual se puede formar una llama (52), así como con una alimentación de polvo (57) para un polvo metálico que ha de incluirse en la llama (52), caracterizado porque por fuera de las aberturas de salida (55) están previstas aberturas de salida de gas (58) a través de las cuales puede descargarse, paralelamente al eje de la llama (52), un gas que tiene un contenido de oxígeno inferior al del aire, para guiar y refrigerar la llama, y que flanquea a la llama (52).

22. Dispositivo según la reivindicación 21, caracterizado porque el soplete (51) puede ser trasladado de arriba abajo durante su uso.

23. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 21 a 22, caracterizado porque el soplete (51) está suspendido en forma giratoria.

24. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 21 a 23, caracterizado porque el soplete (51) describe una espiral durante su uso.