ES2709497T3 - Procedimiento para mejorar la calidad de las superficies de cigüeñales - Google Patents

Procedimiento para mejorar la calidad de las superficies de cigüeñales Download PDF

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Abstract

Procedimiento para mejorar la calidad de las superficies de cojinetes de bancada y de elevación de cigüeñales de fundición de acero, mediante mecanizado de las superficies de los asientos de cojinete de los cojinetes de bancada y de elevación en cigüeñales, en particular tras un mecanizado por arranque de virutas de las superficies con un corte indeterminado mediante esmerilado o acabado, caracterizado porque se irradian las superficies con un haz láser, de tal manera que, con este haz láser, se genera una capa marginal martensítica de una profundidad de entre 0,01 mm y 0,10 mm y puliéndose con rodillo las superficies así sometidas al láser con una herramienta de pulido con rodillo.

Description

DESCRIPCION
Procedimiento para mejorar la calidad de las superficies de ciguenales
La invencion se refiere a un procedimiento para mejorar la calidad de las superficies en cojinetes de bancada y de elevacion de ciguenales de fundicion de acero, mediante mecanizado de las superficies de los asientos de cojinete de los cojinetes de bancada y de elevacion en ciguenales, en particular tras un mecanizado por arranque de virutas de las superficies con un corte indeterminado mediante esmerilado o acabado.
Un procedimiento de este tipo se conoce, por ejemplo, por el documento US2009/0116921A1.
Los ciguenales para motores de combustion de turismos son piezas fabricadas a gran escala en tiradas de millones de piezas. Los ciguenales de acero lubricados se utilizan en el sector de los ciguenales sometidos a altas cargas, por ejemplo en motores diesel. Los ciguenales de fundicion de acero, que han de ser de fabricacion muy economica, cubren el sector de los motores sometidos a carga normal. El avance en el desarrollo de los motores lleva a mayores fuerzas de gas y, con ello, a ciguenales sometidos a mayores cargas, siendo las dimensiones de los cojinetes inferiores por motivos de consumo de energfa (termino clave "downsizing"). La capacidad portante de los cojinetes de los ciguenales de fundicion de acero se agota cada vez mas.
En los cojinetes, en particular en los cojinetes de biela, la superficie del material de fundicion apenas es todavfa adecuada para altas cargas de cojinete espedficas. Durante el funcionamiento de los cojinetes se abren unas denominadas tapas sobre las esferas de grafito incorporadas en el material de fundicion -llamados "esferolitos"- que danan los casquillos de cojinete liso de la superficie de rodamiento complementaria. Los cojinetes sometidos a altas cargas funcionan, en parte, en el ambito de la friccion combinada y el apagado de los motores -habitual en veldculos modernos- en el estado sin carga (ciclos de arranque-parada) desgasta adicionalmente los cojinetes. Las hendiduras de cojinete durante el funcionamiento de los motores se situan, en cifras, en el intervalo de hasta por debajo de 1 pm. Esto explica la demanda de una mayor precision de forma y de una rugosidad minima. Los cojinetes sometidos a altas cargas tienen una gran precision de forma y requieren, debido a la afinidad qmmica con el metal de los casquillos de cojinete, una superficie martensftica y una rugosidad de superficie muy reducida. Una superficie de rodamiento de cojinete templada ofrece ventajas en el transporte y en la manipulacion del ciguenal y ventajas con respecto a la capacidad portante del cojinete. Para aprovechar estas ventajas, solo es necesaria una profundidad de temple muy reducida del orden de 1/l0 mm.
La microestructura de superficie de las superficies de rodamiento de cojinete del material GJS se caracteriza por esferolitos. Si, ahora, durante el mecanizado se cortan estos esferolitos en el grano ligado, por ejemplo mediante esmerilado, aparecen las denominadas envolventes de chapa, tambien llamadas "tapas". Por tapas se entienden los delgados restos metalicos que quedan al cortar esferolitos en la superficie. Bajo carga, estas pueden desprenderse y se produce un comportamiento de desgaste notablemente superior de la superficie de rodamiento de cojinete. Gracias a la retirada de la tapa, las partfculas desprendidas posteriormente en el estado instalado y sometido a carga del ciguenal ya no pueden danar las superficies de rodamiento de cojinete.
El procedimiento de acabado con cinta, presente por lo general en el tren de fabricacion de los ciguenales para el mecanizado de cojinetes, se realiza por regla general en dos fases, con grano mas grueso para eliminar tapas y con grano mas fino para reducir la rugosidad de superficie. Con un acabado con cinta no es posible, sin embargo, debido al procedimiento de actuacion, eliminar del todo las tapas sobre los esferolitos proximos a la superficie.
De ello se desprende el objetivo de la presente invencion, de aumentar la calidad de las superficies las superficies de rodamiento de cojinete de los cojinetes de bancada y de elevacion de ciguenales de fundicion de acero, templados o no templados, tras el esmerilado o acabado de las superficies de rodamiento de cojinete y aumentar asf la vida util de los motores de combustion.
Este objetivo se consigue eliminando la tapa sobre la superficie de las superficies de rodamiento de cojinete con un laser. Al irradiar la superficie de las superficies de rodamiento de cojinete se evaporan o funden las tapas, situadas sobre incrustaciones de grafito. De este modo se retiran las tapas y se liberan las incrustaciones de grafito. Al mismo tiempo, el haz laser genera sobre la matriz ferntica-perlftica del material de base una delgada capa templada. El mecanizado por laser puede realizarse en un procedimiento de una sola fase, siendo suficiente con una eliminacion de tapas y un temple simultaneos. Asimismo es posible un procedimiento en dos fases, en el que el temple se realiza tras la retirada de las tapas.
La reduccion de la rugosidad de las tapas eliminadas con el laser y, a continuacion, en las superficies templadas de capa delgada de las superficies de rodamiento de cojinete se realiza mediante pulido con rodillo. Se trata de un procedimiento economico y respetuoso con el medioambiente -en comparacion con el acabado con cinta en aceite-. La superficie sometida a laser se deforma y pule a alta presion por una herramienta en forma de cilindro compuesta de metal duro.
Las superficies pulidas con rodillo se caracterizan por profundidades de rugosidad reducidas y no presentan picos sobresalientes. Mediante el pulido con rodillo tampoco se generan, por ejemplo, superficies agresivas, por lo que el desgaste en la fase de rodaje del motor es menor. Por lo tanto, esta fase de rodaje del motor se reduce y disminuye igualmente el desgaste de cojinete. Los casquillos de cojinete liso de la superficie de rodamiento complementaria tienen, por consiguiente, una vida util mas prolongada.
A continuacion se describe mas detalladamente la invencion en un ejemplo de realizacion. Muestran, a escala aumentada en cada caso,
- la Fig. 1, una subarea esmerilada,
- la Fig. 2, una subarea sometida a laser, y
- la Fig. 3, una subarea pulida con rodillo,
de una superficie de un cojinete de bancada o de elevacion de un ciguenal de fundicion de acero.
El esmerilado o el acabado con cinta de superficies de rodamiento de cojinete se conoce suficientemente por el experto en la tecnica en cuestion. Lo mismo sucede con los equipos para someter a laser y pulir con rodillo las superficies de rodamiento de cojinete, de modo que puede prescindirse de una descripcion detallada de tales equipos en el marco de la presente invencion. Resulta esencial que se trate de equipos habituales en el mercado, que o bien estan presentes en una unica maquina o bien estan previstos por sf solos o bien combinados en varias maquinas. La preferencia por una maquina o maquina combinada determinada depende del numero de piezas que haya que mecanizar en cada caso.
Al irradiar con el haz laser se genera, a la vez, una capa marginal martensftica en la zona de la superficie de rodamiento de cojinete irradiada. Mediante la modificacion de los parametros de laser puede generarse sobre la superficie irradiada una delgada capa marginal martensttica de profundidad predefinida, de entre 0,01 mm y 0,10 mm.
Aplicando el procedimiento de acuerdo con la invencion se aumenta la calidad de las superficies de las superficies de rodamiento de cojinete de cojinetes de bancada y de elevacion de ciguenales de fundicion de acero, templados o no templados, tras el esmerilado o acabado de las superficies de rodamiento de cojinete y se aumenta asf tambien la vida util de los motores de combustion.

Claims (1)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para mejorar la calidad de las superficies de cojinetes de bancada y de elevacion de ciguenales de fundicion de acero, mediante mecanizado de las superficies de los asientos de cojinete de los cojinetes de bancada y de elevacion en ciguenales, en particular tras un mecanizado por arranque de virutas de las superficies con un corte indeterminado mediante esmerilado o acabado, caracterizado porque se irradian las superficies con un haz laser, de tal manera que, con este haz laser, se genera una capa marginal martensftica de una profundidad de entre 0,01 mm y 0,10 mm y puliendose con rodillo las superficies asf sometidas al laser con una herramienta de pulido con rodillo.
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