ES2208161T3 - Procedimiento para formar un sitio de fisuracion inicial para la fracturacion de un componente hecho de un acero al carbono. - Google Patents

Procedimiento para formar un sitio de fisuracion inicial para la fracturacion de un componente hecho de un acero al carbono.

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Abstract

Procedimiento de formación de un sitio de fisuración inicial para fracturar un componente hecho de una acero al carbono, en el que, para poner en marcha una fracturación deliberada, se genera un sitio de fisuración inicial (4, 4¿) por medio de energía de radiación (rayo láser, rayo de electrones) y se generan al menos por tramos a lo largo de un lado del plano de fracturación (5, 5¿) desde la superficie (6, 6¿) del componente, por fusión, evaporación y/o soplado, unas depresiones a manera de agujeros ciegos de forma de embudo separadas unas de otras por almas, y por corte de depresiones contiguas de forma de embudo se logran unas puntas de alma próximas a la superficie con sección transversal respectiva fragilizada hasta la dureza del vidrio por enfriamiento brusco propio para formar fisuras de temple como fisuras iniciadoras que sirven para la fracturación, caracterizado porque el componente (1, 1¿) consiste en un acero al carbono con C < 0, 5%, el componente (1, 1¿) se templa primero en su superficie al menos en la zona del sitio de fisuración inicial (4, 4¿), y a continuación se taladran por medio de láser las depresiones de forma de embudo del sitio de fisuración inicial (4, 4¿).

Description

Procedimiento para formar un sitio de fisuración inicial para la fracturación de un componente hecho de un acero al carbono.
La invención se refiere, según el preámbulo de la reivindicación 1, a un procedimiento para formar un sitio de fisuración inicial para fracturar un componente hecho de un acero al carbono, en el que, para poner en marcha una fracturación deliberada, se genera un sitio de fisuración inicial por medio de energía de radiación (rayo láser, rayo de electrones), generándose al menos por tramos a lo largo de un lado del plano de fracturación desde la superficie del componente, por fusión, evaporación y/o soplado, unas depresiones a manera de agujeros ciegos de forma de embudo separadas una de otra por almas, y lográndose por corte de depresiones contiguas de forma de embudo unas puntas de alma próximas a la superficie con sección transversal respectiva fragilizada hasta la dureza del vidrio por enfriamiento brusco propio para formar fisuras de temple como fisuras iniciadoras que sirven para la fracturación.
Un procedimiento de esta clase es conocido por el documento WO 97/22430, según el cual en un componente, por ejemplo una biela, hecho de un acero al carbono se funde por medio de taladrado o perforación con láser la zona del borde de cada depresión a manera de agujero ciego y se enfrían rápidamente estas zonas de borde, especialmente en las zonas solapadas en las puntas de las almas, mediante evacuación de calor hacia el material circundante, así como eventualmente mediante el soplado o insuflado con aire y/u oxígeno, transformándose la estructura del acero al carbono empleado con aproximadamente 0,5 a 0,85% de C en martensita.
Esta transformación de la estructura en martensita, al menos en las puntas de las almas, da como resultado una alta fragilización en toda su sección transversal, con la consecuencia de que, debido a las altas tensiones de temple en las puntas de las almas, se forman automáticamente unas fisuras de temple que, con una iniciación de fractura deliberada en el componente, sirven de fisuras iniciadoras de las cuales parte la iniciación de la fractura para cortar y separar un tramo del componente.
La invención se basa en el problema de mostrar para un componente a base de un acero al carbono de baja aleación, con un contenido de carbono inferior al 0,5%, una posibilidad para poder aplicar el procedimiento conocido también para estos aceros al carbono.
Este problema se resuelve con la reivindicación 1, concretamente por el hecho de que en un componente a base de un acero al carbono con C < 0,5% se realiza primero un temple superficial al menos en la zona del sitio de fisuración inicial y a continuación se generan las depresiones de forma de embudo del sitio de fisuración inicial.
El procedimiento se ejecuta ventajosamente haciendo que, con una profundidad de temple de aproximadamente 0,2 a 0,8 mm, las depresiones presenten cada una de ellas una profundidad comprendida entre 0,4 y 0,9 mm. Por tanto, con esta ejecución se logran perforaciones de láser dentro de la profundidad de temple y también depresiones que sobrepasan la profundidad de temple, según que se deban formar fisuras iniciadoras únicamente en las puntas de las almas por medio de fisuras de temple o bien se deban generar fisuras iniciadoras en toda la altura de las almas por medio de fisuras de temple.
El procedimiento se aplica, por ejemplo, preferiblemente en un anillo de mando mecánico que en un motor de pistones alternativos sirve, en el mecanismo de propulsión del cigüeñal, como una excéntrica dispuesta giratoria de un sistema de variación de carrera para obtener una relación de compresión variable (\varepsilon). Una excéntrica de esta clase es conocida, por ejemplo, por el documento DE 43 16 719 A1.
Además, el procedimiento según la invención se aplica preferiblemente en un anillo de mando mecánico que en un motor de pistones alternativos controlado por válvulas coopera, en un sistema de control de las válvulas dotado de un dispositivo de mando para efectuar una variación controlable del período de apertura de las válvulas, con un balancín de empuje regulable, tal como se desprende de la solicitud de patente alemana DE 198 25 307 A1.
Con el procedimiento según la invención para fabricar un anillo de mando se logra para cada uno de los anillos de mando una fabricación ventajosa en técnicas de producción y en costes debido a que el respectivo anillo de mando consistente en un acero de cementación con C < 0,35, después de una premecanización con arranque de virutas, incluyendo conformaciones adicionales, es cementado en todos los lados hasta una profundidad de 0,2 a 0,4 mm, porque seguidamente se taladran por medio de láser pulsado sitios de fisuración inicial diametralmente dispuestos en el ánima de soporte de cada anillo de mando y se fragilizan las puntas de las almas hasta la dureza del vidrio, y porque sigue luego a la mecanización de acabado, con predicción de cotas para deformaciones de fracturación permanentes, una fracturación en una sola etapa del respectivo anillo de mando.
Ejecuciones técnicas de fabricación adicionales de los anillos de mando están indicadas en las demás reivindicaciones subordinadas.
Se describe la invención con referencia a ejemplos de ejecución representados en el dibujo. Muestran:
las figuras 1 y 2, un anillo de mando para un dispositivo de mando de un controlador de válvulas, y
la figura 3, un anillo de mando configurado como anillo excéntrico para disponerlo entre un muñón de elevación de un cigüeñal y una biela para variar la relación de compresión.
Los anillos de mando 1 y 1' mostrados en las figuras 1 y 3 están formados de un acero al carbono con un contenido de carbono C < 0,5%, preferiblemente < 0,35%. Ambos anillos de mando 1 y 1' pueden presentar una superficie de deslizamiento interna 2, 2' y/o una superficie de apoyo y deslizamiento externa 3, 3' y han de construirse en dos piezas para disponerlos sobre un árbol no liso, no mostrado. Para la construcción en dos piezas se prefiere la fracturación a causa del posicionamiento mutuo más sencillo.
Punto de partida para la fracturación es el procedimiento conocido por el documento WO 97/22430 para formar un sitio de fisuración inicial para fracturar un componente hecho de un acero al carbono, en el que, para la puesta en marcha deliberada de la fractura, se genera un sitio de fisuración inicial 4, 4' por medio de energía de radiación, por ejemplo rayo láser o rayo de electrones, generándose al menos por tramos a lo largo de un lado del plano de fracturación 5, 5' desde la superficie 6, 6' del componente, por fusión, evaporación y/o soplado, unas depresiones a manera de agujeros ciegos de forma de embudo separadas una de otra por almas, y lográndose por corte de depresiones contiguas de forma de embudo unas puntas de alma próximas a la superficie con sección transversal respectiva fragilizada hasta la dureza del vidrio por enfriamiento brusco propio para formar fisuras de temple como fisuras iniciadoras que sirven para la fracturación.
Para la aplicación de este procedimiento en los anillos de mando 1 y 1' con un acero al carbono de C < 0,5% para la fragilización hasta la dureza del vidrio de al menos las puntas de las almas se propone según la invención un temple superficial.
Como modo de proceder especialmente ventajoso se ha visto en ensayos que el componente o el respectivo anillo de mando 1, 1' se templa primero superficialmente al menos en la zona del sitio de fisuración inicial 4, 4' y a continuación se taladran las depresiones de forma de embudo de los sitios de fisuración inicial 4, 4' por medio de láser. Para una profundidad de temple preferida de aproximadamente 0,2 a 0,5 mm las depresiones perforadas con láser pueden presentar entonces cada una de ellas una profundidad comprendida entre 0,4 y 0,9 mm. Con una combinación correspondiente de profundidad de temple y profundidad de la respectiva depresión perforada con láser, se obtiene así una configuración en la que la depresión está fragilizada en su superficie en toda la profundidad hasta las puntas de las almas o bien al menos están fragilizadas las puntas de las almas con la dureza del vidrio. La correlación antes citada de profundidad de temple y profundidad de las depresiones perforadas con láser se ajusta sensiblemente, entre otros factores, según las secciones transversales a fracturar.
Además, se propone que el respectivo anillo de mando 1, 1' consistente en un acero de cementación con C < 0,35% sea cementado en 9 por todos los lados hasta una profundidad de 0,2 a 0,4 mm después de una premecanización con arranque de virutas, incluyendo configuraciones adicionales, como, por ejemplo, muñones de guía 7 o taladros de encaje 8, a continuación se taladren en el ánima de soporte 2, 2' de cada anillo de mando 1, 1' por medio de láser pulsado unos sitios de fisuración inicial 4, 4' diametralmente dispuestos y se fragilicen las puntas de las almas hasta la dureza del vidrio por enfriamiento brusco propio a través del material circundante, y luego siga a la mecanización de acabado, con predicción de cotas para deformaciones de fracturación permanentes, una fracturación en una sola etapa del anillo de mando correspondiente 1, 1'. Por lo demás, las puntas de las almas están tan ahondadas que no sean alcanzadas por la mecanización final.
Asimismo, se propone para cada anillo de mando 1, 1' que cada anillo de mando fracturado 1, 1' provisto de superficies de deslizamiento interior y exterior 2, 2' presente en función del material unas superficies de fracturación 10, 10' con una aspereza mínima que sobrepase la mitad de la holgura de soporte de 0,025 a 0,035 mm, y que después de la fracturación las respectivas partes fracturadas 11, 11' de los anillos de mando se ensamblen nuevamente y se presionen una contra otra para asentar la estructura de la fractura. Se estabilizan así las superficies de fracturación 10, 10'. Con la relación descrita más arriba entre la aspereza mínima de las superficies de fracturación 10, 10' y la respectiva holgura de soporte seleccionada se pretende asegurar que las partes 11, 11' de los anillos de mando solicitadas por una presión de aceite lubricante permanezcan mutuamente posicionadas en grado suficiente con relación a la respectiva holgura de soporte y se puedan ahorrar así de manera ventajosa medidas adicionales.
Por último, cada anillo de mando 1, 1' lubricado a presión puede estar dispuesto con su superficie de deslizamiento externa 3' en un soporte también fracturado, como, por ejemplo, una biela o un balancín de empuje, de tal manera que bajo una presión de aceite lubricante que actúa radialmente hacia fuera sobre las partes 11, 11' de los anillos de mando, estas partes, después de un montaje sobre un respectivo árbol 12 mostrado, por ejemplo, en la figura 2, se unan fijamente una con otra, al menos por tramos, a lo largo de las superficies de fracturación 10, 10' para evitar una apertura de las superficies de fracturación 10, 10' que resulte nociva para las superficies de soporte 2, 2'. Como unión firme puede estar prevista, por ejemplo, soldadura por medio de láser o pegadura.
En un motor de pistones alternativos controlado por válvulas el anillo de mando 1 sirve, en un controlador de válvulas con un dispositivo de mando, para la variación controlable del período de apertura de las válvulas, cooperando el anillo de mando 1 con un balancín de empuje regulable, tal como se ha propuesto en la solicitud de patente alemana 198 25 307.
Por el contrario, en un motor de pistones alternativos el anillo de mando 1' sirve, en el mecanismo propulsor del cigüeñal, como una excéntrica dispuesta giratoria para la variación controlada de la carrera con miras a obtener una relación de compresión variable \varepsilon, tal como se ha propuesto en la solicitud de patente alemana DE-A 43 16 719.
El procedimiento para formar un sitio de fisuración inicial según la reivindicación 1 se ha explicado preferiblemente con ayuda de componentes de forma anular, pero no está limitado a estos componentes.

Claims (7)

1. Procedimiento de formación de un sitio de fisuración inicial para fracturar un componente hecho de una acero al carbono,
- en el que, para poner en marcha una fracturación deliberada, se genera un sitio de fisuración inicial (4, 4') por medio de energía de radiación (rayo láser, rayo de electrones) y
- se generan al menos por tramos a lo largo de un lado del plano de fracturación (5, 5') desde la superficie (6, 6') del componente, por fusión, evaporación y/o soplado, unas depresiones a manera de agujeros ciegos de forma de embudo separadas unas de otras por almas, y
- por corte de depresiones contiguas de forma de embudo se logran unas puntas de alma próximas a la superficie con sección transversal respectiva fragilizada hasta la dureza del vidrio por enfriamiento brusco propio para formar fisuras de temple como fisuras iniciadoras que sirven para la fracturación,
caracterizado porque
- el componente (1, 1') consiste en un acero al carbono con C < 0,5%,
- el componente (1, 1') se templa primero en su superficie al menos en la zona del sitio de fisuración inicial (4, 4'), y
- a continuación se taladran por medio de láser las depresiones de forma de embudo del sitio de fisuración inicial (4, 4').
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, para una profundidad de endurecimiento de aproximadamente 0,2 a 0,8 mm, las depresiones presentan cada una de ellas una profundidad comprendida entre 0,4 y 0,9 mm.
3. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por
- su aplicación a un anillo de mando mecánico (1') que
- en el mecanismo propulsor del cigüeñal de un motor de pistones alternativos sirve como una excéntrica giratoria de un sistema de variación de carrera para obtener una relación de compresión variable (\varepsilon) (por ejemplo, DE 43 16 719 A1).
4. Procedimiento según una o más de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por
- su aplicación a un anillo de mando mecánico (1) que
- en un controlador de válvulas de un motor de pistones alternativos controlado por válvulas, con un dispositivo de mando para efectuar una variación controlable del período de apertura de las válvulas, coopera con un balancín de empuje regulable (DE 198 25 307 A1).
5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 4 para fabricar un anillo de mando, caracterizado porque
- el respectivo anillo de mando (1, 1') constituido por un acero de cementación con C < 0,35% es sometido a cementación por todos los lados hasta una profundidad de 0,2 a 0,4 mm después de una premecanización con arranque de virutas, incluyendo conformaciones adicionales,
- a continuación se taladran en el ánima de soporte (2, 2') de cada anillo de mando (1, 1') unos sitios de fisuración inicial diametralmente dispuestos (4, 4') por medio de láser pulsado y se fragilizan las puntas de las almas hasta la dureza del vidrio, y
- sigue luego a la mecanización de acabado, con predicción de cotas para deformaciones de fracturación permanentes, una fracturación en una sola etapa del respectivo anillo de mando (1, 1').
6. Procedimiento según la reivindicación 5 para fabricar un anillo de mando, caracterizado porque
- cada anillo de mando fracturado (1, 1') provisto de una superficie de deslizamiento interior y/o una superficie de deslizamiento exterior (2, 2'; 3, 3') presenta en función del material unas superficies de fracturación (10, 10') con una aspereza mínima que sobrepasa aproximadamente la mitad de la holgura de soporte (0,025 a 0,035 mm), y
- después de la fracturación se vuelven a ensamblar y se presionan una contra otra las respectivas partes fracturadas (11, 11') del anillo de mando para asentar la estructura de fracturación.
7. Procedimiento según las reivindicaciones 5 y 6 para fabricar una anillo de mando, caracterizado porque
- cada anillo de mando (1, 1') lubricado a presión se dispone con su superficie de deslizamiento exterior (3, 3') en un soporte fracturado (biela, balancín de empuje) y
- bajo una presión del aceite lubricante que actúa radialmente hacia fuera sobre las partes (11, 11') del anillo de mando se unen éstas firmemente (soldadura, pegadura) una con otra al menos por secciones, después de su montaje, a lo largo de las superficies de fracturación (10, 10').
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