ES2267734T5

ES2267734T5 - Método de fabricación de ruedas de engranaje perfiladas a partir de piezas brutas de metal en polvo

Info

Publication number: ES2267734T5
Application number: ES01915575.3T
Authority: ES
Inventors: Christopher John Cole
Original assignee: STACKPOLE INTERNAT POWDER METAL ULC; STACKPOLE INTERNATIONAL POWDER METAL ULC
Current assignee: STACKPOLE INTERNAT POWDER METAL ULC; STACKPOLE INTERNATIONAL POWDER METAL ULC
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: GB2360825A; GB2360825B; DE60119915T3; US7137312B2; ES2267734T3; EP1268102B2; DE60119915T2; ATE327064T1; DE60119915D1; US20040221453A1; WO2001074514A1; AU4265901A; EP1268102A1; GB0007819D0; EP1268102B1

Description

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DESCRIPCIÓN

Método de fabricación de ruedas de engranaje perfiladas a partir de piezas brutas de metal en polvo

[0001] La invención se refiere a ruedas de engranaje, y en particular al perfilado de ruedas de engranaje a partir de piezas brutas metálicas en polvo. Tiene aplicación especialmente en ruedas para su uso en 5 cajas de cambio de vehículos a motor, incluyendo coches de pasajeros y motocicletas.

[0002] Las ruedas de engranaje se han fabricado convencionalmente a partir de fundiciones de acero sobre las que se tallaba un engranaje dentado recto o helicoidal. Se han propuesto ruedas de engranaje formadas a partir de piezas brutas metálicas en polvo pero solamente para aplicaciones de trabajo relativamente ligero. Sin embargo, y tal como se describe en nuestra patente europea n° 0 552 272, a la

10 que hacernos referencia, recientemente se ha conseguido utilizar engranajes fabricados a partir de piezas brutas metálicas en polvo para trabajo más pesado.

[0003] Antes de la presente invención, las ruedas con dos engranajes axialmente adyacentes formados sobre las mimas se fabricaban normalmente en dos piezas separadas, con un engranaje siendo cortado sobre un cuerpo unitario qua incluye el cubo de la rueda y con el otro engranaje siendo cortado sobre un

15 anillo independiente, que posteriormente se acopla en el cubo de la rueda, típicamente mediante un ajuste par contracción. Se observará que no es posible cortar engranajes axialmente adyacentes de diferentes tamaños en el mismo cuerpo unitario.

[0004] La patente estadounidense nº 5.366.363 que constituye la base del preámbulo de la reivindicación independiente 1, da a conocer una técnica pulvimetalúrgica para obtener una rueda de engranaje con

20 engranajes axialmente adyacentes. La rueda se moldea y después de ser sinterizada se acaba en la misma matriz. También se hace referencia a la especificación alemana n° 31 40 189 A.

[0005] DE3325037C1 revela un método de fabricación de una rueda que tiene dos engranajes formados sobre la misma, que comprende preparar una pieza bruta con un primer engranaje formado toscamente sobre la misma mediante compresión y sinterización de una masa moldeada de polvo sustancialmente

25 metálico, montar la pieza en bruto para su rotación sobre un primer eje, disponer una matriz con el primer engranaje de manera que permita el movimiento de dicha matriz en acoplamiento con dicho engranaje y perfilar el primer engranaje sobre la pieza en bruto rotando la pieza en bruto en acoplamiento de tipo engranaje con dicha matriz, montándose la matriz para su rotación sobre un segundo eje sustancialmente paralelo al primer eje.

30 [0006] La presente invención sigue la definición de la reivindicación 1. Naturalmente, el método de fabricación puede ser controlado según criterios específicos para la pieza en bruto y para los engranajes a conformar sobre la misma. Debe tenerse en cuenta que respecto del método de varias piezas mencionado anteriormente, según la invención, es posible no solo perfilar estos engranajes en un cuerpo unitario, sino que también es posible hacerlo de tal modo que se puede reducir la separación axial entre

35 los engranajes respecto de lo que anteriormente era posible. Específicamente, en una rueda perfilada según la invención no es necesaria la ranura anular entre los engranajes.

[0007] Una técnica preferida para la etapa de perfilado de los métodos según la invención es la dada a conocer en nuestra patente europea n° 0 552 272, mencionada anteriormente. Así, las zonas de los dientes, los pies de diente y los flancos de los engranajes formados sobre la pieza en bruto metálica en 40 polvo normalmente se endurecen superficialmente para establecer la densificación en el intervalo del 90 al 100 por cien hasta una profundidad de por lo menos 380 micras. La densidad en el núcleo; inferior a las zonas densificadas, es sustancialmente uniforme, usualmente alrededor del 90 por ciento. Normalmente la profundidad de la densificación está en el intervalo entre 380 y 500 micras. Hemos descubierto que se obtiene poca ventaja adicional cuando la profundidad de densificación sobrepasa 45 1000 micras. La densidad en la superficie es sustancialmente el 100% y permanece en valores de

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densidad no inferiores al 90%, por lo menos hasta la profundidad mínima especificada. El ritmo de reducción de la densidad con la profundidad normalmente es por lo menos lineal, es decir, la densidad mínima en las zonas endurecidas es directamente inversamente proporcional a la profundidad. Usualmente, la densidad será significativamente mayor que su valor mínimo por lo menos en las zonas más próximas a la superficie. Normalmente, el ritmo de reducción de densidad es muy bajo en la superficie y aumenta uniformemente hacia la máxima profundidad de las zonas endurecidas. Así, la densidad puede variar en función del cuadrado o una potencia superior de la profundidad.

[0008] Los polvos metálicos utilizados en engranajes según la invención se seleccionan de acuerdo con la aplicación final, y pueden comprender tipos de aceros de baja aleación similares a los utilizados en la fabricación de engranajes de alto rendimiento de otras formas de metal. Los polvos pueden ser hierro elemental mezclado con aditivos de aleación o pueden ser polvos totalmente prealeados. Los polvos totalmente prealeados típicos son de una composición como AISI 4600 y sus derivados. Los polvos mezclados tienen la ventaja de ser más compresibles, permitiendo alcanzar mayores densidades en la etapa de compactación. Además, el uso de polvos mezclados permite obtener composiciones a la medida de la aplicación específica. Por ejemplo, los polvos elementales se pueden mezclar con un lubricante para, después de sinterizado, obtener engranajes de baja aleación de composiciones similares a los tipos SAE 4100, SAE 4600, y SAE 8600. Las adiciones de polvos elementales al hierro base pueden incluir carbono, cromo, molibdeno, manganeso, níquel, cobre y vanadio. También las cantidades de los aditivos varían según las diferentes aplicaciones, pero normalmente no son superiores al 5 por ciento en peso en cada caso. Una composición de mezcla de polvos preferida para engranajes según la invención tiene la siguiente composición en peso:

Carbono 0,2%

Cromo 0,5%

Manganeso 0,5%

Molibdeno 0.5%

siendo el resto hierro y las inevitables impurezas.

[0009] Se reconocerá que el uso de cromo, molibdeno y manganeso en la formación de una pieza en bruto metálica en polvo sinterizada requiere un proceso de sinterizado que pueda minimizar su oxidación. Un proceso preferido usado en esta invención es el sinterizado a altas temperatura de hasta 1.350°C en una atmósfera de hidrógeno/nitrógeno muy seca, por ejemplo con un punto de rocío de -40°C. Esto proporciona la ventaja adicional de mejorar todavía más las propiedades mecánicas y de reducir los niveles de oxígeno a aproximadamente 200 ppm. Los polvos de adición de aleación utilizados en engranajes según la invención tienen preferentemente tamaños de partícula en el intervalo de 2 a 10 micras. Generalmente, los tamaños de partículas en este intervalo pueden obtenerse mediante el molido fino de ferroaleaciones en una atmósfera inerte adecuada. El evitar la oxidación de los polvos de aleación fácilmente oxidables en la etapa de molido puede ser crítico para la obtención de los niveles de densificación mencionados anteriormente.

[0010] Las ruedas de engranaje del tipo al que se refiere el método de esta invención principalmente tienen normalmente diferentes engranajes formados sobre las mismas, es decir, engranajes que tienen diferentes diámetros y/o diferente número de dientes. Normalmente, uno de los engranajes será un engranaje helicoidal y el otro un engranaje recto, siendo el diámetro del engranaje helicoidal mayor que el diámetro del engranaje recto.

[0011] A continuación, se describe la invención a modo de ejemplo y haciendo referencia a los dibujos esquemáticos que acompañan, donde:

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La Fig. 1 es una vista en perspectiva de una rueda de engranaje; La Fig. 2 es una vista lateral de la rueda de engranaje de la Fig. 1; La Fig. 3 es una vista en sección ampliada mostrando detalles de los dientes en los engranajes adyacentes en la rueda de las Figs. 1 y 2;

5 La Fig. 4 es una vista en planta de un diente recto mostrado en la Fig.3; La Fig. 5 muestra una disposición de la pieza en bruto de rueda y de las matrices de perfilado al inicio de un método según al invención; La Fig. 6 es una vista de extremo axial de la disposición de la Fig. 4, y La Fig. 7 muestra las matrices de las Figs. 4 y 5 engranadas con la pieza en bruto de rueda de

10 engranaje durante el proceso de perfilado.

[0012] La rueda mostrada en la Figura 1 es un cuerpo unitario formado en metal en polvo. Consiste en un cubo 2, sobre el que se forma mediante perfilado un engranaje helicoidal 4 y un engranaje recto 6. Como puede verse, el diámetro del engranaje helicoidal es mayor que el del engranaje recto y se forma entre los dos engranajes una ranura anular 8.

15 [0013] Las Figs. 3 y 4 muestran algunos detalles de los dientes en una rueda de engranaje, y en particular ilustran la ranura anular 8 entre los dos engranajes. Esto se muestra con el fin de demostrar cómo las ruedas de engranaje pueden duplicar las ruedas existentes. Sin embargo, se observara que gracias a que los dos engranajes se forman por perfilado sobre la pieza en bruto unitaria, la extensión axial de la ranura se puede reducir en gran medida, si no totalmente eliminada.

20 [0014] Otra ventaja de la fabricación por perfilado especialmente del engranaje recto de la realización mostrada es la capacidad de crear un estrechamiento axial inverso sobre el diente. Esto se muestra en la Figura 4 y se observará que la obtención de cualquier estrechamiento inverso de este tipo sobre el diente de un engranaje cortado per medios convencionales sería un proceso extremadamente laborioso, ciertamente no adecuado para técnicas de producción en serie.

25 [0015] La Fig. 5 muestra las posiciones relativas de la pieza en bruto de rueda de engranaje y dos matrices de perfilado 10, 12 en una máquina de perfilado adaptada para aplicar la invención, y las Figs. 6 y 7 muestran vistas de extremo de esta disposición. Cuando se aplica el método, la pieza en bruto se sujeta axialmente sobre un eje y debe observarse que en los procesos de la invención con el acoplamiento simultáneo de las matrices de perfilado con los engranajes desplazados axialmente, se

30 crea una fuerza de giro o momento que actúa sobre la pieza en bruto en un eje perpendicular al eje de la pieza en bruto.

[0016] Las Figs. 6 y 7 muestran sensores 14 montados sobre la periferia de cada matriz de perfilado, y de cada engranaje formado toscamente en la pieza en bruto de rueda de engranaje. El objetivo de estos sensores es localizar la posición de los dientes sobre el elemento respectivo, y asegurar que están

35 debidamente desalineados cuando la matriz engrana los respectivos dientes de la rueda. Este dispositivo es especialmente importante en el método de la presente invención, donde las matrices respectivas deben engranar funcionalmente con dos engranajes separados axialmente.

[0017] En un método según la invención, la matriz helicoidal 10 normalmente se pone primero en contacto con engranaje estático o con juego con el engranaje helicoidal que en la realización mostrada es

40 el de mayor diámetro de los dos engranajes. El paso siguiente es el engranaje estático o con juego de la otra rueda de matriz 12 con la sección del engranaje recto de la pieza en bruto. Una vez se ha establecido el engranaje adecuado, el perfilado puede seguir en líneas generales del modo descrito en nuestras especificaciones de patente previas mencionadas anteriormente.

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Claims

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Reivindicaciones

1.Un método para fabricar una rueda que tiene dos engranajes axialmente adyacentes formados sobre la misma, comprendiendo la preparación de una pieza en bruto con el primer engranaje y el segundo (4, 6) conformados toscamente sobre la misma en relación axialmente adyacente, mediante compresión y

5 sinterizado de una masa moldeada de polvo sustancialmente metálico; CARACTERIZADO POR LOS PASOS DE montar la pieza en bruto (2) para que gire sobre un primer eje; disponer una matriz respectiva (12, 10) con cada uno de dichos primer y segundo engranaje (4, 6) de modo que permita el movimiento de dichas matrices (12, 10) engranadas con dichos engranajes (4,6); y

10 perfilar los engranajes (4, 6) sobre la pieza en bruto (2) mediante el giro de la pieza en bruto ajustada por engranaje con dichas matrices respectivas (12, 10) montadas para girar sobre un segundo y un tercer eje sustancialmente paralelos al primer eje, el acoplamiento de las matrices (12, 10) con la pieza en bruto (2) siendo simultáneo durante al menos una parte del proceso de perfilado.

15 2.Un método según la reivindicación 1, en el que el engrane de las matrices (12, 10) con la pieza en bruto (2) se controla según criterios específicos para la pieza en bruto (2) y para los engranajes (4, 6) a conformar sobre la misma.
3.Un método según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en el que el segundo y tercer eje se encuentran 20 en lados opuestos del primer eje.
4.Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde cada matriz (12, 10) es avanzada en engrane flojo con su respectiva forma de engranaje antes de comenzar el proceso de perfilado.

25 5.Un método según la reivindicación 4, donde cada matriz (12, 10) es avanzada de manera separada en engrane flojo con su respectiva forma de engranaje (4, 6).
6.Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde uno de los engranajes (4, 6) 30 es un engranaje helicoidal y el otro es un engranaje recto.
7.Un método según la reivindicación 6, donde el engranaje helicoidal tiene un número de dientes mayor al del engranaje recto.

35 8.Un método según la reivindicación 7, donde el diámetro de cresta del engranaje recto es mayor que el diámetro de pie del engranaje helicoidal.
9.Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde un diente en cada uno de los engranajes (4, 6) está desalineado con un diente en la matriz respectiva antes del acoplamiento.

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10. Un método según la reivindicación 9, donde un diente en uno de los engranajes (4, 6) es desalineado con un diente de la matriz asociada (12, 10) y dicha matriz (12, 10) es acoplada a continuación con el engranaje respectivo (4, 6) y un diente del otro engranaje es llevado a una desalineación con respecto a un diente en su matriz respectiva (12, 10) y dicha matriz (12, 10) es

45 acoplada entonces con el otro engranaje (4, 6).

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