ES2318687T3 - Procedimiento y dispositivo para endurecer cigueñales. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales, que presenta las siguientes etapas: Facilitar, por lo menos, un elemento laminador para aplicar, al menos, una fuerza en la pieza a mecanizar; Facilitar, por lo menos, un elemento de apoyo para apuntalar la pieza a mecanizar en contra de una fuerza aplicada por un elemento laminador; Movimiento del, por lo menos, un elemento laminador y/o del, por lo menos, un elemento de apoyo de modo que el, por lo menos, un elemento de apoyo y/o el, por lo menos, un elemento laminador realicen un movimiento mutuo y/o con respecto a una pieza a mecanizar, caracterizado porque dicho movimiento presenta una componente lineal.

Description

Procedimiento y dispositivo para endurecer cigüeñales.

El presente invento se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para laminar en profundidad (deep rolling) cigüeñales en los radios de enlace de los muñones de apoyo según el preámbulo de la reivindicación 1 o bien de la 8. Semejante procedimiento o bien dispositivo se conoce por el documento EP 213 256 B.

La laminación profunda es un procedimiento para endurecer la película de laminación por medios mecánicos. El efecto de la laminación profunda se basa, en especial, en que se introducen tensiones residuales de compresión en la película de laminación de la pieza bruta mecanizada, en que se consigue un aumento de la resistencia por conformación, así como que se garantiza un bruñido de la superficie y una eliminación de microentalladuras. La combinación de esos tres efectos físicos hace especialmente eficaz la laminación profunda.

En la laminación profunda, se introduce en la pieza a mecanizar una determinada fuerza de laminación profunda y, dado el caso, variable por medio de los cilindros de laminación profunda, que se han conformado como parte de una herramienta de laminación profunda. Para ello, los cilindros de laminación profunda ruedan sobre la pieza a mecanizar rotativa.

La laminación profunda tiene lugar preferiblemente en la zona de elasticidad de la curva de Young. La laminación profunda tiene lugar de modo especialmente preferido por ejecuciones repetidas de distintos procesos de laminación profunda. La laminación profunda se ha manifestado ventajosamente con respecto al tratamiento superficial con, por ejemplo, tratamiento térmico o tratamiento por láser. Así, pues, la laminación profunda produce una resistencia a la fatiga sensiblemente incrementada de las piezas mecanizadas en comparación con los tratamientos superficiales convencionales y ocasiona además una resistencia a la torsión mejorada, lo que lo que no es posible o sólo lo es insuficientemente con los tratamientos superficiales convencionales.

Gracias a la laminación profunda, se puede evitar, en especial, una fatiga del material debida a esfuerzos mecánicos cíclicamente pulsantes o alternantes, un efecto de entalladura por variaciones de sección transversal, transiciones de arista viva y estrías de mecanizado, un efecto de entalladura por tensiones residuales del proceso de acabado y fisuras por tensión debidas a la introducción de fuerzas externas. Este tipo de problemas puede presentarse en una multiplicidad de aparatos técnicos como, por ejemplo, en la ingeniería mecánica general, en la construcción de motores, en la construcción de engranajes, en vehículos mecánicos, terrestres, acuáticos y aéreos, etc. La laminación profunda se utiliza, en especial, para el endurecimiento de la película de laminación de zonas críticas de cigüeñales como se emplean, por ejemplo, en el sector de los vehículos automóviles.

Así, pues, la laminación de precisión representa una tecnología de acabado para la mejora de la resistencia funcional de cigüeñales sometidos a grandes esfuerzos. Al mismo tiempo, sirve, en especial, para mejorar la estabilidad de los cigüeñales que, por consiguiente, pueden utilizarse, por ejemplo, en motores con aumento de carga. Cigüeñales con condiciones operativas mejoradas permiten también la realización de motores más compactos con densidades de potencia elevadas. Por la laminación profunda, se producen, en especial, tensiones residuales de compresión en las gargantas de los cigüeñales, que dan lugar preferiblemente a la elevación del límite de la resistencia a la fatiga por vibraciones de los cigüeñales y, por consiguiente, a una elevación significativa de la duración.

Procedimientos así como dispositivos correspondientes para llevar a cabo tales procedimientos se conocen en el estado actual de la técnica.

Así, el documento DE-C-3037688 se refiere a un procedimiento para laminar en profundidad cigüeñales en los radios de enlace de los muñones de apoyo, laminándose en profundidad con diferentes fuerzas de laminado mediante un ángulo de rotación de 360º de la pieza a mecanizar. Para ello se utilizan cilindros de laminación profunda, que se apoyan, por un lado, en las gargantillas del codo del cigüeñal y, por otro, en las ranuras de rodadura de cada anillo de rodadura, que giran sobre pernos por medio de rodamientos.

El documento EP-B-0215179 se refiere a una máquina de laminación profunda o bien a una bruñidora para laminar, por lo menos, las superficies dispuestas excéntricamente en una pieza a mecanizar. La máquina presenta elementos de apoyo en forma de cilindros y elementos laminadores, que ruedan justamente sobre la pieza a mecanizar para aplicar las fuerzas sobre ella.

El documento EP-B-0213526 se refiere a un mecanismo para laminar en profundidad y con bruñido cigüeñales con, al menos, un aparato de laminación móvil, que cada uno contiene un soporte de herramienta con, al menos, un elemento laminador y un soporte de herramienta con, al menos, un elemento de apoyo, así como, al menos, otro aparato de laminación adicional, siendo soportados los aparatos de laminación por un montante superponible en un carro. Los elementos laminadores o bien los elementos de apoyo se configuran en forma de cilindros según el documento EP-B-02313256.

Según el procedimiento conocido en el estado actual de la técnica, dos elementos laminadores en forma de cilindros con un cilindro de apoyo forman, en cada caso, una unidad de laminación profunda. Es decir, dos cilindros laminadores, que ruedan sobre la pieza a mecanizar y le aplican fuerzas, son soportados conjuntamente por un cilindro de apoyo, por medio del cual se introducen las fuerzas de laminación en los cilindros laminadores. En este caso, se ha manifestado como especialmente desventajosos que, por ejemplo, en caso de desgaste de únicamente uno de los cilindros laminadores, también se provoque un desgaste correspondiente en el cilindro de apoyo, lo que hace necesario el reemplazo de una unidad completa.

También las inexactitudes de la pieza a mecanizar dan lugar a desequilibrios de fuerzas en la unidad de laminación profunda, ya que los pares de fuerzas de laminación se inician por medio de los dos cilindros laminadores en el cilindro de apoyo. Tales inexactitudes dan lugar, por ejemplo, a una fuerza elevada, que se introduce en el cilindro de apoyo por medio de un cilindro de laminación profunda, mientras que el segundo cilindro de laminación profunda introduce únicamente una fuerza menor en otro lugar del cilindro de apoyo. Una carga diferencial del cilindro de apoyo de este tipo hace necesaria la aplicación de fuerzas de compensación elevadas. Estas últimas aumentan, a su vez, el desgaste y disminuyen la duración de la unidad de laminación profunda.

Existe especialmente el peligro de que el daño de un cilindro de laminación profunda dé lugar a la parada o al agarrotamiento de una unidad de laminación profunda. Existe además el peligro de que un lugar dañado de un cilindro de laminación profunda entre en contacto repetidamente, por su configuración de simetría rotativa, con el cigüeñal a mecanizar. Esto da lugar a un lugar de daño continuo aplicado repetidamente sobre el cigüeñal. Por semejantes daños en el cilindro de laminación profunda o bien en el cigüeñal, existe el peligro de que no se introduzcan tensiones residuales en el cigüeñal, tal como se describió anteriormente o bien que las tensiones residuales ya introducidas se vuelvan a perder. A ello se añade el posible daño de la pieza a mecanizar.

También el momento del desgaste de un cilindro de laminación profunda puede percibirse durante el funcionamiento de la unidad sólo insuficientemente más allá de un nivel crítico.

Una mecanización satisfactoria y fiable de cigüeñales no es posible, por consiguiente, o no lo es suficientemente con el procedimiento conocido en el estado actual de la técnica. Esto vale, en especial, en lo que se refiere a los elevados costes, que son causados por los defectos descritos en la producción en masa de cigüeñales en el sector de la automoción.

Es, por consiguiente, misión del presente invento superar los inconvenientes del estado actual de la técnica. En especial, es misión del presente invento facilitar un elemento de laminación mejorado, un dispositivo mejorado así como un procedimiento mejorado para laminar en profundidad los radios de enlace de los cigüeñales.

El problema o los problemas del presente invento se resuelve o se resuelven, respectivamente, por medio del elemento de laminación, el dispositivo así como el procedimiento según las reivindicaciones.

El presente invento se refiere a un procedimiento para laminar en profundidad los radios de enlace de los cigüeñales según la reivindicación 1. Con ella, se proporciona, al menos, un elemento laminador para aplicar, al menos, una fuerza en la pieza a mecanizar así como, al menos, un elemento de apoyo para apuntalar la pieza a mecanizar contra una fuerza de laminación profunda aplicada por el elemento laminador. Se mueven además el, por lo menos, un elemento de laminación y/o el, por lo menos, un elemento de apoyo de tal modo que una pieza a mecanizar, dispuesta entre ellos, y el, por lo menos, un elemento laminador realicen un movimiento relativo mutuo, que presente una componente lineal. El movimiento relativo entre la pieza a mecanizar y el, por lo menos, un elemento laminador comprende preferiblemente básicamente una componente lineal o bien consiste básicamente en una componente lineal. La pieza a mecanizar y el, por lo menos, un elemento laminador se mueven en la misma dirección preferiblemente con velocidad diferente a lo largo de dicha componente lineal.

El, al menos, un elemento laminador y/o el, al menos, un elemento de apoyo se mueven preferiblemente también o bien alternativamente de tal modo que el, al menos, un elemento de apoyo y el, al menos, un elemento laminador realicen un movimiento mutuo relativo, que presente una componente lineal. El movimiento relativo entre el, por lo menos, un elemento de apoyo y el, por lo menos, un elemento laminador comprende preferiblemente básicamente una componente lineal o bien se compone básicamente de una componente lineal. El, por lo menos, un elemento de apoyo y el, por lo menos, un elemento laminador se mueven a lo largo de dicha componente lineal preferiblemente en direcciones opuestas.

En el procedimiento según el invento para laminar en profundidad los radios de enlace de los cigüeñales, la pieza a mecanizar, dispuesta entre el, por lo menos, un elemento de apoyo y el, por lo menos, un elemento laminador, lleva a cabo un movimiento con una componente rotativa. Según una forma de realización preferida, el, al menos, un elemento laminador y/o el, al menos, un elemento de apoyo se mueven a lo largo de una trayectoria con una componente lineal y componente rotativa, siendo la componente lineal preferiblemente mayor y de modo especialmente preferido sensiblemente mayor que la componente rotativa.

El, por lo menos, un elemento laminador y/o el, por lo menos, un elemento de apoyo preferiblemente no rotan, especialmente no lo hacen alrededor de su propio eje.

El presente invento se refiere además a un elemento laminador para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales. Un elemento de laminación semejante se adapta o bien se configura preferiblemente como elemento laminador en el procedimiento según el invento para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales. El elemento laminador según el invento presenta una superficie de contacto sensiblemente recta para aplicar, al menos, una fuerza de laminación profunda en un cigüeñal. Para ello, el elemento laminador se conforma preferiblemente alargado, o sea, que se extiende en la dirección de un eje longitudinal. La superficie de contacto sensiblemente recta del elemento laminador se extiende preferiblemente en una dirección longitudinal del elemento laminador, de forma especialmente preferida sensiblemente paralela al eje longitudinal del elemento laminador.

La superficie de contacto sensiblemente recta del elemento laminador se configura preferiblemente, al menos parcialmente, ligeramente cóncava y/o convexa y precisamente en el plano, en el que queda el eje longitudinal del elemento laminador y que corta preferiblemente la superficie de contacto del elemento laminador de modo sensiblemente perpendicular.

La superficie de contacto del elemento laminador no se configura preferiblemente circularmente. El elemento laminador o bien la superficie de contacto del elemento laminador no se configura preferiblemente en forma de cilindro ni/o con simetría de rotación.

La superficie de contacto del elemento laminador tiene preferiblemente una longitud de aproximadamente 0,1 mm o de entre unos 0,1 mm y unos 5 mm, preferiblemente de unos 0.3 mm y entre unos 0,3 mm y unos 2 mm, de modo especialmente preferido de unos 0,5 mm y entre unos 0,5 mm y unos 1,5 mm y de modo aún más preferido de aproximadamente 1 mm.

El elemento laminador presenta preferiblemente una superficie de contacto con un radio de laminación profunda de unos 0,5 mm o de entre unos 0,5 mm y unos 5 mm, preferiblemente de aproximadamente 1 mm o de entre aproximadamente 1 mm y unos 3 mm y de modo especialmente preferido de unos 1,5 mm y de entre unos 1,5 mm y unos 2 mm. Este radio de laminación profunda queda preferiblemente en un plano, que se extiende sensiblemente de modo aproximadamente perpendicular al eje longitudinal del elemento laminador así como sensiblemente de modo aproximadamente perpendicular a la superficie de contacto del elemento laminador.

El presente invento se refiere además a un dispositivo para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales según el procedimiento del invento. El presente invento se refiere también a un dispositivo para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales con un elemento laminador según el invento.

El dispositivo según el invento para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales presenta preferiblemente, por lo menos, un elemento laminador para aplicar, al menos, una fuerza de laminación profunda en la pieza a mecanizar, así como, por lo menos, un elemento de apoyo para apuntalar la pieza a mecanizar contra la fuerza aplicada por el elemento laminador. El, al menos, un elemento laminador y/o el, al menos, un elemento de apoyo se han configurado preferiblemente, en este caso, de modo que presenten una superficie de contacto sensiblemente recta para aplicar la, por lo menos, una fuerza de laminación profunda en el cigüeñal o bien para apuntalar la pieza a mecanizar.

El dispositivo según el invento presenta preferiblemente medios para generar entre el, por lo menos, un elemento laminador y la pieza a mecanizar un movimiento relativo con una componente lineal. El dispositivo también presenta preferiblemente medios para generar entre el, por lo menos, un elemento laminador y el, por lo menos, un elemento de apoyo un movimiento relativo con una componente lineal.

Para ello, el presente invento presenta preferiblemente medios, que se han configurado para generar un movimiento relativo semejante, que consta básicamente una componente lineal o bien consta básicamente de una componente lineal. El dispositivo según el invento presenta además medios para el movimiento relativo mutuo del, por lo menos, un elemento laminador y del, por lo menos, un elemento de apoyo a lo largo de una componente lineal.

El dispositivo se ha configurado preferiblemente de modo que una pieza a mecanizar, dispuesta entre el, al menos, un elemento laminador y el, al menos, un elemento de apoyo, realice un movimiento con una componente rotativa. El dispositivo según el invento se ha configurado preferiblemente además de modo que una pieza a mecanizar, dispuesta entre el, al menos, un elemento laminador y el, al menos, un elemento de apoyo, realice un movimiento con una componente rotativa y una componente lineal.

El dispositivo según el invento presenta preferiblemente además medios para mover el, por lo menos, un elemento laminador y/o el, por lo menos, un elemento de apoyo a lo largo de un trayectoria con una componente lineal y una componente rotativa, siendo la componente lineal preferiblemente mayor y de modo especialmente preferido sensiblemente mayor que la componente de rotación. Según una forma de realización preferida, el, por lo menos, un elemento laminador y/o el, por lo menos, un elemento de apoyo no pueden rotar, especialmente no puede rotar alrededor de su propio eje.

El presente invento se ha mostrado especialmente tirando a ventajoso porque posibilita una aplicación de fuerza optimizada y fiable en la pieza a mecanizar. Minimiza además preferiblemente el riesgo de desgaste de la herramienta y de la pieza a mecanizar. Permite además preferiblemente una aplicación de fuerza variable en la pieza a mecanizar así como también una mecanización de geometrías más complejas en piezas a mecanizar bien en cigüeñales, como, por ejemplo, cigüeñales para motores en V con disposición en V más estrecha (aproximadamente del V-10 de Volkswagen). El presente invento permite además preferiblemente una aplicación independiente y/o una regulación de la fuerza de laminación de una herramienta individual o bien de elemento laminador individual. De ese modo, se puede conseguir preferiblemente no sólo un fuerza variable o bien modificable a lo largo del ciclo de mecanizado, sino también que tenga lugar un ajuste de fuerza individual para cada radio de enlace a mecanizar.

Se muestra ventajosamente además el hacer posible una mecanización solamente por un lado como, por ejemplo, la mecanización de únicamente un lado de un asiento de cojinete independientemente del otro lado del asiento de cojinete. También se posibilita preferiblemente la mecanización de cojinetes más estrechos por el presente invento. El presente invento permite preferiblemente un buen equilibrio o bien una mecanización optimizada de radios de enlace fresados sin exactitud.

Preferiblemente, resulta ventajoso además que el elemento laminador presente una superficie de contacto sensiblemente más larga por la configuración recta, de la que cada punto sólo hace contacto limitadamente con la pieza a mecanizar durante la utilización. Un daño en la herramienta no se transfiere, por consiguiente, y sólo ligeramente, a la pieza a mecanizar. En este caso, se ha de tener en cuenta que, en el estado actual de la técnica, un defecto del cilindro de laminación profunda de 2/10 de la dimensión teórica sirve como límite para un mecanizado fiable en el proceso de laminación profunda. Mayores defectos dan lugar a un desplazamiento de material en la pieza a mecanizar hasta parar o bien inmovilizar el cilindro de laminación profunda. Esto da lugar a una inutilización de la pieza a mecanizar, así como de la herramienta y hace necesarias reparaciones más amplias y operaciones de sustitución. Estos inconvenientes se superan preferiblemente con el presente invento.

Según una forma de realización preferida del invento, se emplea únicamente un elemento de apoyo para cada asiento de cojinete, que según una forma de realización preferida se ha configurado asimismo como elemento de apoyo alargado o lineal, presentando preferiblemente una anchura de acuerdo con la anchura del cojinete del cigüeñal. Según otra forma de realización preferida más, se emplean dos elementos de apoyo simétricos rotativamente o bien circulares para cada asiento de cojinete, que se apoyan giratoriamente por medio de un cabezal de apoyo de cilindros y que presentan asimismo preferiblemente una anchura de acuerdo con la anchura del asiento del cojinete.

Para conseguir el movimiento relativo entre el elemento laminador y la pieza a mecanizar, se mueve preferiblemente únicamente el elemento de apoyo o el elemento laminador. Se provoca preferiblemente el movimiento relativo entre el elemento laminador y la pieza a mecanizar únicamente por un movimiento del elemento de apoyo. Puesto que la anchura del asiento del cojinete se ensancha por efecto de la fuerza durante la mecanización por laminación profunda aproximadamente 1/20 hasta aproximadamente 1/10, resulta una modificación angular de la herramienta. Un ajuste correspondiente de la herramienta se resuelve mejor en una herramienta estacionaria, de modo que resulta ventajosa una aplicación de movimiento por el cilindro de apoyo solamente. En especial, cada asiento de cojinete se ensancha por la laminación profunda de aproximadamente 0,05 mm a aproximadamente 0,1 mm. En un cigüeñal para un motor de cuatro cilindros, o sea un cigüeñal con ocho asientos de cojinete, esto significa un ensanchamiento de aproximadamente 0,4 mm a 1 mm para el conjunto del cigüeñal.

Como se explicó al principio, también es posible realizar la mecanización por laminación profunda de modo que sólo tenga lugar un movimiento de rotación de la pieza a mecanizar, o de modo que tenga lugar una combinación de un movimiento de rotación y un movimiento lineal de la pieza a mecanizar. En este caso, se muestra ventajosamente el mecanizado con un movimiento lineal de la pieza a mecanizar preferiblemente apuntando a que durante el mecanizado se puede medir mejor la excentricidad del cigüeñal. Esto posibilita un ajuste en tiempo real de las fuerzas de laminación para minimizar la excentricidad.

El presente invento se describe en combinación con la laminación profunda de los radios de enlace de cigüeñales. Se entiende, no obstante, que el invento no se limita a ese caso de aplicación.

A continuación, se describe el presente invento por medio de formas de realización preferidas a modo de ejemplo haciéndose referencia a los dibujos adjuntos. Para ello, la descripción, a modo de ejemplo siguiente, se refiere así como la precedente a todos las áreas del presente invento, en especial, el procedimiento según el invento, el dispositivo según el invento así como de igual modo el elemento laminador según el invento, sin que se haga diferencia explícitamente entre ellos. Las figuras muestran:

Figura 1 una representación esquemática de un detalle de una vista en planta desde arriba sobre un elemento laminador según el invento en un dispositivo según el invento al laminar un asiento de cojinete de cigüeñal;

Figura 2 una representación esquemática ampliada de un detalle de una vista en planta desde arriba sobre dos elementos laminadores según el invento en la mecanización de dos radios de enlace opuestos de un codo de cojinete de cigüeñal;

Figura 3 una representación esquemática de un detalle de un alzado lateral de un dispositivo según el invento con una herramienta según el invento así como con un elemento de apoyo durante el mecanizado de un cigüeñal;

Figura 4 una representación esquemática de un detalle de un alzado lateral de un dispositivo según el invento con una herramienta según el invento así como con dos elementos de apoyo durante la mecanización de un cigüeñal;

Figura 5 un alzado lateral de una herramienta preferida según el invento, y

Figura 6 una representación esquemática ampliada de un detalle de una vista en planta desde arriba sobre un elemento laminador según el invento durante la mecanización de un cigüeñal.

La figura 1 muestra una vista en planta desde arriba sobre dos herramientas o bien elementos 1 laminadores según el invento para endurecer la película de laminación y, en especial, para laminar en profundidad, preferiblemente cigüeñales 2 o bien radios 5 de enlace de codos 3 de cigüeñales (representados sólo en detalle en este caso). En la figura 1, se han representado dos elementos 1 laminadores, a saber, uno para la mecanización de un radio 5_{L} de enlace (elemento 1_{L} laminador) izquierdo en el dibujo y uno para mecanizar un radio 5_{R} de enlace (elemento 1_{R} laminador) representado a la derecha en el dibujo. El cigüeñal 2 presenta un codo 3, con un asiento 4 de cojinete, así como radios 5 de enlace previstos en la transición a la zona restante del cigüeñal, de los que, en particular, el izquierdo en el dibujo se designa como radio 5_{L} de enlace y el derecho en el dibujo, como radio 5_{R} de enlace.

Se ha representado además un elemento 6 de apoyo para apuntalar la pieza 2 a mecanizar en contra de una fuerza de laminación profunda aplicada por el, cuando menos, un elemento 1 laminador.

La figura 3 muestra una vista parcial en sección de la representación esquemática según la figura 1 a lo largo de la sección A-A'. La figura 4 muestra una representación de una forma de realización alternativa preferida, representada sensiblemente de acuerdo con la figura 3, estando formado el elemento 6 de apoyo por dos elementos 9 de apoyo en forma de cilindros, que se han dispuesto sobre un cabezal 10 de apoyo de los cilindros.

Tal como se ha representado, el elemento 1 laminador según el invento presenta una superficie 7 de contacto, que se ha configurado de modo sensiblemente recto. La superficie 7 de contacto sirve para aplicar, por lo menos, una fuerza de laminación profunda en una pieza a mecanizar, en este caso en un radio 5 de enlace de un cigüeñal 2. La superficie 7 de contacto se ha configurado preferiblemente de modo sensiblemente recto y se extiende también preferiblemente de modo sensiblemente paralelo a un eje A longitudinal del elemento laminador. Durante la laminación profunda de los radios de enlace del cigüeñal, se produce un movimiento relativo entre el elemento 1 laminador y la pieza a mecanizar o bien el cigüeñal 2, ejecutando el cigüeñal un movimiento rotativo alrededor de su eje B longitudinal y rodando linealmente sobre la superficie 7 de contacto sensiblemente recta del elemento 1 laminador. En este caso, depende preferiblemente, en especial, del movimiento relativo entre pieza 2 a mecanizar y elemento 1 laminador.

Según una forma de realización preferida del invento, el elemento 1 laminador realiza un movimiento lineal sensiblemente en dirección de su eje A longitudinal, ejecutando la pieza 2 a mecanizar o bien el cigüeñal 2 un movimiento circular o bien rotativo alrededor del eje B longitudinal.

Adicionalmente, el cigüeñal 2 ejecuta asimismo en un forma de realización preferida según el invento un movimiento lineal en una dirección paralela al movimiento lineal del elemento 1 laminador. Según otra forma de realización preferida del invento, la herramienta o bien el elemento 1 laminador es estacionaria y únicamente la pieza 2 a mecanizar o bien el cigüeñal ejecuta un movimiento rotativo alrededor de su eje B longitudinal así como un movimiento lineal a lo largo de la superficie de contacto del elemento 1 laminador.

Se ha representado además un elemento 6 de apoyo (véase la figura 3), que según una forma de realización preferida del invento presenta una superficie 8 de apoyo o bien de contacto lineal o bien recta. El elemento 6 de apoyo se ha configurado preferiblemente alargado y se extiende a lo largo de un eje C longitudinal, habiéndose configurado la superficie 8 de apoyo preferiblemente de modo básicamente más o menos paralelamente al eje C longitudinal del elemento 6 de apoyo. Tal como se puede deducir de la vista en planta desde arriba de la figura 1, la anchura del elemento 6 de apoyo o bien de la superficie 8 de apoyo del elemento 6 de apoyo corresponde sensiblemente a la anchura del asiento 3 de cojinete del cigüeñal 2.

En un proceso de laminación profunda de acuerdo con un procedimiento según el invento, el cigüeñal 2 se apoya mediante, por lo menos, un elemento 6 de apoyo, que recibe las fuerzas de laminación profunda aplicadas por el, al menos, un elemento 1 laminador. Para ello, la superficie 4 del cojinete del codo 3 del cigüeñal 2 queda adosada a una superficie 8 de contacto del elemento 6 de apoyo.

En el proceso de laminación profunda, tiene lugar preferiblemente un movimiento lineal del elemento 6 de apoyo sensiblemente a lo largo del eje C longitudinal (véase la figura 3). Según un forma de realización preferida del presente invento, el elemento 1 laminador está fijo durante el proceso de laminación profunda, es decir, no ejecuta movimiento lineal alguno. Por medio del elemento 6 de apoyo y gracias a su movimiento lineal, se produce preferiblemente un movimiento rotativo del cigüeñal 2 sensiblemente a lo largo del eje C longitudinal o bien de la superficie 7 de contacto de tal modo que el cigüeñal 2 ruede sobre el elemento 1 laminador, de lo cual resulta asimismo un movimiento lineal o bien longitudinal del cigüeñal 2, rodando los radios 5 de enlace del asiento 3 de cojinete del cigüeñal 2 sobre la superficie o bien las superficies 7 de contacto del elemento o de los elementos 7 laminadores.

Según la forma de realización preferida del invento representada en la figura 4, el elemento 1 laminador realiza un movimiento lineal en su dirección longitudinal, por el cual se provoca un movimiento rotativo del codo 3 o bien del cigüeñal 2 alrededor de su eje longitudinal. El cigüeñal o bien el codo 3 del cigüeñal se apoya, a su vez, en dos elementos 9 de cilindros de apoyo o bien de sus superficies 20 de apoyo, que se han previsto en un cabezal 10 de apoyo de cilindros. Según esta forma de realización del invento, el cigüeñal 2 no realiza preferiblemente movimiento lineal alguno. Como se ha explicado para el elemento 6 de apoyo, los elementos 9 de apoyo también presentan preferiblemente una anchura correspondiente aproximadamente a la anchura del codo 3 del cigüeñal. Preferiblemente, los elementos 9 de apoyo están apoyados giratoriamente alrededor de sus ejes D sobre un cabezal 10 de apoyo de cilindros.

La figura 2 muestra una vista ampliada de dos elementos 1 laminadores según el invento, que para distinguirlos mejor se designarán, a continuación, como elemento 1_{L} laminador izquierdo y elemento 1_{R} laminador derecho. No obstante, esta diferenciación se refiere únicamente a la disposición de los elementos laminadores con respecto a los correspondientes radios 5_{L} y 5_{R} de enlace izquierdo y derecho de los codos 3 de un cigüeñal, de los cuales se ha designado el radio de enlace izquierdo en el dibujo como radio 5_{L} de enlace y el derecho, como radio 5_{R} de enlace.

Según la forma de realización preferida según la figura 2 representada a modo de ejemplo, que corresponde básicamente a la mostrada en la figura 1, un elemento 1 (aquí 1_{L}, 1_{R}) laminador según el invento presenta superficies 7 de contacto sensiblemente recta para aplicar, por lo menos, una fuerza de laminación profunda a un cigüeñal 2. En este caso, la superficie 7 de contacto se ha configurado de forma recta, es decir, se extiende básicamente a lo largo del eje A (aquí A_{L}, A_{R}) longitudinal del elemento 1 (aquí 1_{L}, 1_{R}) laminador.

El perfil de la superficie 7 de contacto de un elemento 1 laminador según el presente invento en una vista en planta desde arriba según la figura 2, o sea, transversalmente al eje A longitudinal o bien transversalmente a la extensión recta de la superficie 7 de contacto, corresponde básicamente a la configuración geométrica del asiento 5 (aquí 5_{L}, 5_{R}) del cojinete o bien corresponde a éste. En este caso, también se puede recurrir preferiblemente a geometrías conocidas en el estado actual de la técnica.

Una superficie 7 de contacto de un elemento 1 laminador según el invento presenta preferiblemente un radio, que corresponde básicamente al radio de enlace del codo del cigüeñal. Según una forma de realización preferida, el radio de la superficie 7 de contacto es igual o menor que el correspondiente radio del cigüeñal. Según una forma de realización preferida, el radio R_{7} de la superficie 7 de contacto queda en la zona de entre unos 0,5 mm y unos 5 mm, preferiblemente de entre aproximadamente 1 mm y 3 mm y de modo especialmente preferido de entre aproximadamente 1,5 mm y 2 mm. Según una forma de realización especialmente preferida del invento, el radio R_{7} es de aproximadamente 1,5 mm para un radio R_{5} de enlace de unos 2 mm.

La figura 6 muestra una representación esquemática ampliada de un detalle de una vista en planta desde arriba sobre un elemento 1 laminador según el invento en la región de la superficie 7 de contacto durante o bien antes y después de la mecanización de un cigüeñal 2 (véanse las figuras 1 y 2). La línea W_{1} continua muestra la posición de la herramienta 1 o bien de su superficie 7 de contacto antes de la laminación profunda. En la forma de realización preferida mostrada a modo de ejemplo, la superficie 7 de contacto presenta un radio R_{7} de aproximadamente 1,5 mm. La línea W_{2} de trazos muestra la posición de la herramienta 1 o bien de su superficie 7 de contacto tras la laminación profunda. También tras el proceso de laminación profunda, la superficie 7 de contacto presenta un radio R_{7} de aproximadamente
1,5 mm.

La línea K continua representa el contorno del cigüeñal 2 incluido el radio R_{5} de enlace. En la forma de realización preferida mostrada a modo de ejemplo, el cigüeñal 2 presenta en la zona del radio 5 de enlace un radio R_{5} de unos
2 mm.

El diámetro a modo de ejemplo del asiento 4 de cojinete antes de un mecanizado de rectificación del mismo (dado el caso antes y después de laminación profunda) se ha designado en la figura 6 como diámetro \diameterA. El diámetro a modo de ejemplo del asiento 4 de cojinete tras un mecanizado de rectificación, o sea, la dimensión final del asiento 4 de cojinete, se ha designado en la figura 6 como diámetro \diameterE. Los dos diámetros \diameterA y \diameterE representados representan casos extremos, a modo de ejemplo, del diámetro del asiento de cojinete antes y después, respectivamente, de la mecanización de rectificado, referidos a la excentricidad del cojinete como consecuencia de, por ejemplo, las tolerancias de mecanizado o de acabado. La diferencia máxima entre el diámetro \diameterA antes del mecanizado de rectificado y el diámetro \diameterE tras el mecanizado de rectificado es, por ejemplo, de aproximadamente entre 0,8 y 0,9 mm.

La distancia p en la figura 6 es la deformación del radio 5 de enlace como consecuencia de la operación de laminación profunda. Tras la laminación profunda, se ha modificado, por consiguiente, el contorno del cigüeñal 2, como se ha representado como línea K, en la región del radio 5 de enlace y corresponde sensiblemente al contorno de la superficie 7 de contacto de la herramienta 1 en la posición tras la laminación profunda según la representación de la línea W_{2}. La distancia p queda preferiblemente en el entorno de entre unos 0,05 mm y unos 0,5 mm y es preferiblemente de aproximadamente 0,2 mm. Como se ha representado en la figura 6, el ángulo \alpha formado por el vector de la fuerza de laminación y la perpendicular a la superficie del cojinete, que produce el elemento 1 laminador mediante la superficie 7 de contacto en la pieza 2 a mecanizar, es de preferiblemente unos 25 a 45º, de modo especialmente preferido de unos 30 a 35º. Esto es preferiblemente de modo especialmente ventajoso para aplicar tensiones residuales de compresión de primer grado en la zona correcta y/o para reducir tensiones residuales de tercer grado y conseguir, con ello, una mejor estructura cristalina dirigida a la estructura cristalina ideal.

Como se ha representado en la figura 2, la herramienta según el invento presenta preferiblemente dos zonas laterales, de las que la primera zona 11 lateral está enfrentada en funcionamiento a un flanco 12 del cigüeñal. La segunda zona 13 lateral queda en la cara opuesta al flanco 12 del cojinete 2, que se extiende del radio 5 de enlace a mecanizar. Preferiblemente, la zona 11 lateral queda retranqueada con respecto al radio 5 de enlace a mecanizar o bien con respecto a la zona 7 de la superficie de contacto para minimizar un riesgo de colisión de la zona 11 lateral con el flanco 12 del cigüeñal.

Se garantiza esto según una forma de realización preferida por un desplazamiento lateral entre la zona 14 exterior de la superficie 7 de contacto y la región 11 de superficie lateral, que se garantiza, por ejemplo, configurando la superficie 7 de contacto como una región 15 saliente (compárese con la figura 2) y/o configurando de forma inclinada la región 11 lateral (compárese con la figura 1) con respecto al flanco 12 del cigüeñal.

Según una forma de realización preferida del invento, el elemento laminador presenta una segunda región 13 lateral, que se ha configurado para hacer contacto con un segundo elemento laminador.

Según una forma de realización preferida del invento, la región 13 de la superficie lateral presenta una configuración sensiblemente convexa, que forma una región 6 de contacto.

Esto posibilita una disposición según el invento de dos elementos 1_{L}, 1_{R} laminadores de acuerdo con la representación de la figura 1 o bien de la figura 2. Gracias a la previsión de dos elementos 1_{L}, 1_{R} laminadores según el invento, se hace posible la mecanización simultánea de dos radios 5 de enlace opuestos de un codo 3 de un cigüeñal 2. La aplicación de las fuerzas de laminación en el elemento 1 laminador según el invento tiene lugar por medios apropiados en una región 17 de aplicación de fuerza, que preferiblemente se ha previsto básicamente en la región del elemento 1 laminador opuesta a la superficie 7 de contacto con respecto al eje longitudinal del elemento 1 laminador.

En el mecanizado representado o bien en el mecanizado simultáneo de dos radios 5_{L}, 5_{R} de enlace representado, el presente invento permite prever dos fuerzas F_{L}, F_{R} de laminación profunda preferiblemente independientes, en cada caso, en el elemento 1_{L}, 1_{R} laminador. Esto permite preferiblemente ajustar exactamente la fuerza de laminación profunda necesaria para el respectivo radio 5_{L} o bien 5_{R} de enlace. Esto permite además un ajuste óptimo de las fuerzas de laminación profunda para el caso particular de mecanización, como puede ser necesario, por ejemplo, por las imprecisiones de acabado en la mecanización previa de los radios de enlace. En este caso, las fuerzas F_{L} y F_{R} se pueden ajustar preferiblemente independientemente una de otra.

La zona 16 de contacto en la región 13 lateral del elemento 1 laminador según el invento se ha configurado preferiblemente de tal modo que permita un ajuste angular automático de la superficie 7 de contacto con respecto al radio 5 de enlace. Esto se manifiesta preferiblemente de forma ventajosa, en especial, en el caso de imprecisiones de acabado del cigüeñal o bien en el de distancias mutuas cambiantes de los radios 5_{L}, 5_{R} de enlace por la mecanización de la laminación profunda.

La configuración de la geometría de la sección transversal del elemento 1 laminador depende preferiblemente del caso particular, dependiendo, en especial, de la configuración de una superficie de contacto sensiblemente recta. La forma de la sección transversal de un elemento laminador preferido (compárense las figuras 1 y 2) es básicamente rectangular, triangular u ovalada.

Como puede deducirse del alzado lateral de la herramienta o bien del elemento 1 laminador del invento según la figura 5, el elemento 1 laminador presenta preferiblemente una forma sensiblemente alargada y se extiende a lo largo de un eje A longitudinal. La superficie 7 de contacto del elemento 1 laminador se ha configurado preferiblemente de forma recta y se extiende sensiblemente de modo preferiblemente paralelo al eje A longitudinal. No obstante, es importante preferiblemente que únicamente la superficie 7 de contacto se encuentre, durante la mecanización de un radio de enlace de un cigüeñal, de tal modo en contacto con el cigüeñal, que la necesaria fuerza F de laminación profunda pueda ser aplicada en el cigüeñal. Un dispositivo según el invento para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales presenta, para ello, medios o bien mecanismos apropiados, que provoquen una conducción o bien fuerza de apriete adecuada del elemento laminador. Según una forma de realización preferida del invento, el dispositivo según el invento se ha dispuesto o bien se ha realizado el procedimiento según el invento de modo que el movimiento lineal del elemento 1 laminador se lleve a cabo paralelamente o bien en la dirección de la orientación de la superficie 7 de contacto.

Tal como puede desprenderse de la representación esquemática según la figura 5, la superficie 7 de contacto del elemento laminador según el invento puede configurarse, al menos parcialmente, cóncava y/o convexamente según el alzado lateral de la misma. Esto se ha indicado mediante las líneas 7' o bien 7'' de trazos en la figura 5. La superficie 7 de contacto del elemento 1 laminador no se ha configurado preferiblemente de forma circular ni simétricamente rotativa.

La superficie de contacto del elemento laminador presenta preferiblemente una longitud L de entre aproximadamente 0,1 m y unos 5 m, preferiblemente de entre aproximadamente 0,3 m y unos 2 m, de modo especialmente preferido de entre aproximadamente 0,5 m y aproximadamente 1,5 m y, de modo aún más preferido, de aproximadamente 1 m.

La relación de la longitud L de la superficie 7 de contacto a la diferencia entre los dos puntos extremos de la superficie de contacto, según la dirección perpendicular o bien sensiblemente perpendicular al eje A longitudinal de la herramienta indicada en este caso por T, tiende preferiblemente, en especial en caso de configuración recta de la superficie de contacto, hacia infinito. Según otras formas de realización preferidas más del invento, la relación de L a T queda en el entorno de entre aproximadamente 4/1 e infinito, de modo aún más preferido de entre aproximadamente 8/1 y 1000/1, de modo aún más preferido de entre 20/1 y 500/1, de modo todavía aún más preferido de entre 30/1 y 100/1, y de modo aún más preferido entre aproximadamente 50/1 y 50/1.

Se consigue preferiblemente mediante la longitud L de la superficie 7 de contacto recta una duración especialmente larga de la herramienta según el invento. En especial, por la rodadura del radio 5 de enlace a mecanizar sobre la superficie 7 de contacto, cada punto de la superficie 7 de contacto conecta con sólo un número limitado de veces con el radio 5 de enlace. El desgaste de la herramienta resulta limitado, en consecuencia. De ello, se deriva preferiblemente una duración prolongada de la herramienta, lo que da lugar a una disminución de los tiempos de parada del dispositivo de laminación profunda causados, por ejemplo, por sustitución de la herramienta etc. y, por consiguiente, a un ahorro de tiempo y de costes en el mecanizado de cigüeñales. Además, un dañado del radio 5 de enlace y/o de la superficie 7 de contacto se relaciona sólo un número limitado de veces por etapa de mecanizado con la superficie respectivamente opuesta, a saber, con la superficie 7 de contacto o con la superficie superior del radio 5 de enlace, lo que da lugar a una disminución de la influencia negativa de los daños correspondientes en la pieza a mecanizar y/o en la herramienta.

La mecanización tiene lugar preferiblemente de acuerdo con un procedimiento según el invento por movimientos relativos lineales repetitivos o bien alternativos entre la pieza a mecanizar y la herramienta. Un movimiento completo de sobrelaminado de la herramienta sobre la pieza a mecanizar (ida y vuelta) provoca preferiblemente un coeficiente de sobrelaminado de aproximadamente 12 (el cigüeñal rota 12 veces, realiza, pues, 12 revoluciones, de las cuales 6 por cada carrera de la herramienta, o sea, un movimiento de ida o de vuelta), en el caso de una longitud superficial de herramienta o bien de contacto de aproximadamente 1 m y un codo de cigüeñal mecanizado de un diámetro de unos 50 mm. Tal como se ha tratado más arriba, el movimiento relativo entre la herramienta y la pieza a mecanizar puede ser generado por la propia herramienta y/o por el elemento de apoyo. Preferiblemente, precisa aproximadamente de 1 a 6 movimientos de sobrelaminado completos relativamente entre la herramienta y la pieza a mecanizar. Un número mayor de sobrelaminados por etapa de mecanizado resulta preferiblemente en un gasto de fuerza reducido por sobrelaminado, lo que da lugar nuevamente a una mejora de la resistencia de la laminación profunda del cigüeñal mecanizado. Esto resulta ventajoso, en especial, en cigüeñales para utilizar en motores Diesel de elevados pares de giro. Preferiblemente, tienen lugar dos sobrelaminados completos relativamente entre la herramienta y la pieza a mecanizar. En cigüeñales previstos para la utilización en motores Diesel, tienen lugar preferiblemente aproximadamente de 3 a 4 sobrelaminados completos relativamente entre la herramienta y la pieza a mecanizar con una fuerza de laminación profunda reducida.

Claims (22)

1. Procedimiento para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales, que presenta las siguientes etapas:

Facilitar, por lo menos, un elemento laminador para aplicar, al menos, una fuerza en la pieza a mecanizar;

Facilitar, por lo menos, un elemento de apoyo para apuntalar la pieza a mecanizar en contra de una fuerza aplicada por un elemento laminador;

Movimiento del, por lo menos, un elemento laminador y/o del, por lo menos, un elemento de apoyo de modo que el, por lo menos, un elemento de apoyo y/o el, por lo menos, un elemento laminador realicen un movimiento mutuo y/o con respecto a una pieza a mecanizar, caracterizado porque dicho movimiento presenta una componente lineal.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde el movimiento relativo entre el, al menos, un elemento de apoyo y el, al menos, un elemento laminador comprende básicamente una componente lineal o bien consta básicamente de una componente lineal.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, donde el, al menos, un elemento de apoyo y, al menos, un elemento laminador se mueven en sentidos opuestos a lo largo de la componente lineal.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, donde la pieza a mecanizar dispuesta entre el, al menos, un elemento de apoyo y el, al menos, un elemento laminador realiza un movimiento con una componente rotativa.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, donde la pieza a mecanizar dispuesta entre el, por lo menos, un elemento de apoyo y el, por lo menos, un elemento laminador realiza un movimiento con una componente rotativa y una componente lineal.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa del movimiento del, por lo menos, un elemento laminador y/o del, por lo menos, un elemento de apoyo a lo largo de un trayectoria con una componente lineal y una componente rotativa, siendo la componente lineal preferiblemente mayor y de modo especialmente preferido esencialmente mayor que la componente rotativa.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, donde el, al menos, un elemento laminador y el, al menos, un elemento de apoyo no rotan alrededor del eje propio.

8. Elemento laminador para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales, en especial según un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el elemento laminador presenta básicamente una superficie de contacto recta para aplicar, por lo menos, una fuerza de laminación profunda a un cigüeñal.

9. Elemento laminador según la reivindicación 8, donde la superficie de contacto sensiblemente recta del elemento laminador se extiende en una dirección longitudinal del elemento laminador y se ha configurado, por lo menos, parcialmente cóncava y/o convexa a lo largo de dicha dirección longitudinal.

10. Elemento laminador según la reivindicación 8 ó 9, donde la superficie de contacto del elemento laminador no se ha configurado circularmente.

11. Elemento laminador según la reivindicación 8, 9 ó 10, donde la superficie de contacto del elemento laminador presenta una longitud de aproximadamente 0,1 m a aproximadamente 5 m, preferiblemente de aproximadamente 0,3 m a aproximadamente 2 m, de modo especialmente preferido de aproximadamente 0,5 m a aproximadamente 1,5 m y de modo aún más preferido de aproximadamente 1 m.

12. Elemento laminador según una de las reivindicaciones 8 a 11, donde la superficie de contacto del elemento laminador presenta un radio de laminación profunda de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 5 mm, preferiblemente de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 3 mm y de modo especialmente preferido de aproximadamente 1,5 mm a aproximadamente 2 mm.

13. Dispositivo con un elemento laminador, según una de las reivindicaciones 8 a 12, para endurecer piezas a mecanizar según un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.

14. Dispositivo para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales, en especial según un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, con un elemento laminador según una de las reivindicaciones 8 a 13.

15. Dispositivo para laminar en profundidad los radios de enlace de cigüeñales, en especial según las reivindicaciones 13 y 14, con, por lo menos, un elemento laminador y, por lo menos, un elemento de apoyo para apuntalar la pieza a mecanizar en contra de la fuerza aplicada por el elemento laminador, habiéndose configurado el, por lo menos, un elemento laminador y/o el, por lo menos, un elemento de apoyo de modo que presente una superficie de contacto sensiblemente recta para aplicar la, por lo menos, una fuerza de laminación profunda en el cigüeñal o bien para apuntalar la pieza a mecanizar.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 15, donde el dispositivo presenta medios para generar entre el, al menos, un elemento laminador y la pieza a mecanizar y/o el, al menos, un elemento de apoyo un movimiento relativo con una componente lineal.

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 16, donde el dispositivo presenta medios para generar entre el, al menos, un elemento laminador y la pieza a mecanizar y/o el, al menos, un elemento de apoyo un movimiento relativo, que comprende básicamente una componente lineal o bien consiste básicamente en una componente lineal.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 17, donde el dispositivo presenta medios para mover el, al menos, un elemento laminador y el, al menos, un elemento de apoyo a lo largo de una componente lineal en sentidos contrarios.

19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 18, donde el dispositivo se ha configurado de tal modo que una pieza a mecanizar dispuesta entre el, por lo menos, un elemento laminador y el, por lo menos, un elemento de apoyo realiza un movimiento con una componente rotativa.

20. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 19, donde el dispositivo se ha configurado de tal modo que una pieza a mecanizar dispuesta entre el, al menos, un elemento laminador y el, al menos, un elemento de apoyo realice un movimiento con una componente rotativa y una componente lineal.

21. Dispositivo según una de las reivindicaciones 14 a 20, donde el dispositivo presenta medios para mover el, por lo menos, un elemento laminador y/o el, por lo menos, un elemento de apoyo a lo largo de una trayectoria con una componente lineal y una componente rotativa, siendo la componente lineal preferiblemente mayor y preferiblemente sustancialmente mayor que la componente rotativa.

22. Dispositivo según una de las reivindicaciones 13 a 21, donde el, al menos, un elemento laminador y/o el, al menos, un elemento de apoyo no es rotativo/no son rotativos alrededor del propio eje.