BR112018013918B1

BR112018013918B1 - Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins

Info

Publication number: BR112018013918B1
Application number: BR112018013918-1A
Authority: BR
Inventors: Francisco Larrucea De La Rica; Virginia Manso Rodríguez
Original assignee: Cie Automotive, S.A.
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2021-10-13
Also published as: BR112018013918A2; US11311929B2; EP3466558A4; EP3466558A1; WO2017203066A1; EP3466558B1; ES2879898T3; US20200038939A1

Abstract

o dispositivo para aliviar o peso de componentes de veículos compreende uma usinagem (10) composta de um trilho (11) onde é formado o componente e uma pluralidade de corpos deslocáveis (1a, 1b), que são deslocáveis entre uma posição inicial e uma posição final, de maneira que na posição final uma extremidade de cada corpo deslocável (1a, 1b) penetra no trilho (11) da usinagem para formar uma cavidade para aliviar o peso em um componente do veículo (10), caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos ditos corpos deslocáveis (1b) é deslocável lateralmente. permite realizar o alívio do peso de uma maneira mais simples e produtiva do que nos sistemas conhecidos atualmente. isto é conseguido porque os corpos deslocáveis não interferem entre si durante seu movimento, de maneira que esse processo de alívio pode ser realizado em um processo de forja de um só golpe.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins de motores de veículos.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[002] Nas últimas décadas, os fabricantes de automóveis e de componentes automotivos se viram obrigados a cumprir restrições ambientais cada vez mais rígidas na hora de desenvolver seus produtos. A pressão, por parte tanto social como dos governos, para melhorar a eficiência energética e os níveis de emissões dos veículos é um fator que tem um impacto imenso no setor.

[003] Por outro lado, existe uma pressão enorme dentro do setor automobilístico para reduzir custos, o que implica tomar medidas em todas as etapas da cadeia de valor de um produto.

[004] A chave para enfrentar este desafio é a redução de peso: quanto menor é um veículo, menos potência ele requer para ser acelerado e menos energia requer para manter uma velocidade constante, e, além disso, menos custo de matéria-prima o fabricante do produto tem que enfrentar.

[005] Os novos motores de combustão interna devem ter muita potência, pouco consumo de combustível, tamanho pequeno e deverão ser, na medida do possível, inofensivos para o meio ambiente. Por exemplo, os virabrequins têm uma influência importante sobre o rendimento do motor por serem o componente responsável pela geração de potência, por isso sua relação resistência/peso é fundamental.

[006] Entre os processos de conformação de metais, a forja é considerada a mais idônea para a fabricação de virabrequins. Em geral, a estampagem a altas temperatura de forja é o processo que dá melhores resultados. Este processo é capaz de produzir componentes de alta qualidade a custo moderado. A forja oferece alta resistência em relação ao peso, tenacidade e resistência à fadiga e ao impacto, fatores importantes no design de virabrequins e em seu rendimento.

[007] Para definir o processo de forja, em primeiro lugar é necessário dimensionar o calço do material a forjar. Para dimensionar o calço é necessário definir o fator de carga, que corresponde a um coeficiente obtido pela multiplicação do volume da peça para prever as perdas de material na rebarba. Una vez definido este fator, é realizado um dimensionamento prévio do calço.

[008] Além disso, é necessário saber em quantos golpes a peça será forjada. Para isso, é usada uma norma para definir se é utilizado um golpe (forma final), dois golpes (forma prévia e final), três golpes (duas prévias e final) ou quatro golpes (três prévias e final).

[009] É conhecido um procedimento para a fabricação de um virabrequim a partir do documento US 2014/0318310 A1. Neste documento, é descrito um procedimento para a diminuição de peso de virabrequins durante o processo de forja sem que seja produzida uma degradação na resistência do virabrequim.

[010] O caso proposto neste documento consiste em um virabrequim com uma cavidade formada em cada módulo do virabrequim no lado em que se encontram os moentes. Estas cavidades são formadas por meio de uma série de corpos deslocáveis que penetram no molde do equipamento durante um processo de conformação em forja. Isto se deve ao fato de essa peça costumar estar chanfrada e, deste modo, o acesso dos corpos deslocáveis que produzem as cavidades é mais simples do que em um plano que era perpendicular ao eixo de rotação do virabrequim.

[011] Além disso, o fato de que esta seja uma das zonas da peça com maior acúmulo de material faz com que seja a parte otimizada onde realizar as cavidades, já que eliminar material ali terá um menor impacto sobre a rigidez da peça do que em outras zonas da mesma, nas quais a rigidez seria degradada em maior medida.

[012] O procedimento descrito neste documento analisa o problema para um virabrequim plano de 4 cilindros e 8 contrapesos. Os corpos deslocáveis aproveitam a inclinação das zonas exteriores das pás onde estão os moentes para penetrar na peça de maneira praticamente perpendicular, algo que, em outra zona do virabrequim, seria impossível devido a problemas de espaço na usinagem.

[013] Este documento propõe uma solução na qual existem duas topologias de cavidades no virabrequim. A primeira apresenta uma área de contato maior e menor profundidade de penetração no virabrequim, sendo que a segunda é o caso contrário, a superfície de contato é menor com uma maior profundidade no virabrequim.

[014] Com esta solução, é possível que os dois corpos deslocáveis que penetram no virabrequim em cada moente tenham a mesma inclinação em relação ao plano médio do corte transversal do moente.

[015] O motivo para que exista essa diferença de geometria entre as duas cavidades é o seguinte: pode ser observada uma separação muita fina em relação ao tamanho das cavidades a serem realizadas entre as duas fundições. Trata-se de um meio de passagem de óleo que faz parte do circuito de refrigeração do grupo motor. O óleo passa do eixo através de um orifício até a superfície do moente através de outro orifício.

[016] O problema principal de fazer ambas as cavidades com a mesma geometria é que pelo menos uma das duas invadiria o espaço ocupado pelo meio de passagem do óleo, algo que não deve ocorrer.

[017] Duas pás são unidas por seu moente correspondente antes de os corpos deslocáveis penetrarem na peça para formar as cavidades. As duas pás deixam de se encontrar em uma distância A (igual ao comprimento do moente) para se encontrar a uma distância B praticamente nula que, problemas estruturais à parte, impediria o correto giro e funcionamento do virabrequim.

[018] Em uma representação gráfica do nível de deformação lateral dos contrapesos pode-se observar como o deslocamento apresenta uma relação linear em relação ao nível de folga entre a pré-conformação e a usinagem de até 0,5 mm e uma relação com uma inclinação aproximadamente 4 vezes superior a partir de 0,5 mm, por isso é um fator de alta relevância.

[019] Por outro lado, para realizar um procedimento como o descrito neste documento é necessário seguir uma ordem específica na formação das cavidades, para que os corpos deslocáveis que vão penetrar não colidam entre si durante o processo.

[020] Por isso, o procedimento e o dispositivo descritos neste documento têm o problema da interferência entre os corpos deslocáveis se é desejado realizar o processo em um só golpe.

[021] Em consequência, o objetivo da presente invenção é proporcionar um procedimento e um dispositivo para calibrar e aliviar o peso de componentes de automóveis com uma maior produtividade do que com os procedimentos e dispositivos conhecidos atualmente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[022] Com o procedimento e o dispositivo da invenção, é possível solucionar os inconvenientes citados, apresentando outras vantagens que serão descritas a seguir.

[023] O dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins de acordo com a presente invenção é definido na reivindicação 1, e compreende uma usinagem composta de um molde onde é formado o componente e uma pluralidade de corpos deslocáveis, que são deslocáveis entre uma posição inicial e uma posição final, de maneira que na posição final uma extremidade de cada corpo deslocável penetra no molde da usinagem para formar uma cavidade para aliviar o peso de um virabrequim, e pelo menos um dos ditos corpos deslocáveis é deslocável lateralmente.

[024] De modo vantajoso, pelo menos um ou todos os corpos deslocáveis compreendem uma porção rebaixada perto da dita extremidade que forma a cavidade para aliviar o peso, definindo a dita porção rebaixada uma porção saliente na dita extremidade, sendo a dita porção saliente quem forma a dita cavidade, deslocando os corpos em diagonal em relação ao molde de usinagem.

[025] Além disso, os corpos deslocáveis estão montados de forma vantajosa sobre algumas cunhas com um plano inclinado, deslocando os corpos em diagonal em relação ao molde da usinagem.

[026] Ademais, pelo menos dois dos ditos corpos deslocáveis estão montados sobre uma peça intermediária, que por sua vez está montada sobre uma das ditas cunhas.

[027] Para permitir o dito deslocamento na diagonal, pelo menos alguns dos ditos corpos deslocáveis compreendem uma superfície inclinada complementar ao plano inclinado das ditas cunhas.

[028] De modo vantajoso, a dita porção saliente e a dita porção rebaixada apresentam algumas beiras arredondadas.

[029] De acordo com duas modalidades alternativas, a dita porção saliente pode ser substancialmente em forma de semicírculo em uma vista em planta baixa, ou a dita porção saliente pode ser substancialmente em forma de retângulo com seus lados menores curvados em uma vista em planta baixa, em função do tipo de corpo deslocável.

[030] De modo vantajoso, um tipo de corpos deslocáveis, que estão montados sobre a dita peça intermediária, compreendem seus respectivos biseis, estando os ditos corpos deslocáveis substancialmente em contato entre si através destes biseis, e, ademais, o bisel de cada corpo deslocável está disposto na extremidade da dita porção saliente.

[031] De acordo com uma modalidade preferencial, a dita usinagem compreende um postiço inferior no qual estão montados os corpos deslocáveis e um postiço superior, sendo o dito postiço superior deslocável em relação ao dito postiço inferior e sendo o conjunto dos ditos postiços inferior e superior deslocáveis em relação a um chassi do dispositivo.

[032] Além disso, as ditas cunhas estão vantajosamente montadas de maneira fixa no chassi do dispositivo, de maneira que o movimento do conjunto de ditos postiços inferior e superior provoca o deslocamento dos corpos deslocáveis de sua posição inicial até sua posição final.

[033] Para voltar à sua posição inicial, cada corpo deslocável está vantajosamente associado a uma mola, que pressiona o corpo deslocável até sua posição inicial.

[034] Com o dispositivo de acordo com a presente invenção é possível obter um componente para veículos com um peso mais leve, podendo ser realizados a calibragem e o alívio de peso de uma maneira mais simples e produtiva que nos sistemas conhecidos atualmente.

[035] Isto é conseguido com o dispositivo de acordo com a presente invenção porque os corpos deslocáveis não interferem entre si durante seu movimento, de maneira que esse processo de calibragem e de alívio de peso pode ser realizado em um processo de forja de um só golpe.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[036] Para uma melhor compreensão do que foi exposto, estão anexos alguns desenhos onde, de forma esquemática e somente a título de exemplo não limitativo, há a representação de um caso prático de modalidade.

[037] A figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva do dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins de acordo com a presente invenção;

[038] As figuras 2 e 3 são vistas em perspectiva de dois tipos de corpos deslocáveis que são utilizados pelo dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins de acordo com a presente invenção;

[039] A figura 4 é uma vista em planta baixa esquemática de um virabrequim indicando a posição inicial dos corpos deslocáveis do dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins de acordo com a presente invenção; e

[040] A figura 5 é uma vista em planta baixa esquemática de um virabrequim indicando a posição final dos corpos deslocáveis do dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[041] Em primeiro lugar, deve ser indicado que esta modalidade preferencial é descrita em relação a um virabrequim para o motor de um veículo.

[042] Como foi indicado anteriormente, em um virabrequim é vantajoso eliminar material nos chanfros contíguos a cada moente. Isso porque se trata de zonas pouco solicitadas no nível de tensões, que não têm nenhum tipo de funcionalidade.

[043] O dispositivo de acordo com a presente invenção compreende uma usinagem 10, formada por um postiço inferior 12 e um postiço superior (não mostrado nas figuras), tal como será descrito posteriormente. A dita usinagem 10 define um molde 11, com a forma do componente que será fabricado, tal como um virabrequim 14.

[044] Para a formação de algumas cavidades no componente, o dispositivo de acordo com a presente invenção compreende uma pluralidade de corpos deslocáveis 1a, 1b, que podem se deslocar entre uma posição inicial (figura 4) na qual os ditos corpos deslocáveis 1a, 1b estão fora do dito molde 11, e uma posição final (figura 5) na qual uma das extremidades de cada corpo deslocável 1a, 1b está no interior do molde 11 para formar as ditas cavidades quando o componente 14 é fabricado.

[045] No caso dos virabrequins, o componente 14 tem duas tipologias de chanfros. Por esse motivo, é necessário projetar dois tipos de cavidades, adaptando- as à forma de cada chanfro e, por isso, o dispositivo de acordo com a presente invenção compreenderá dois tipos de corpos deslocáveis, identificados respectivamente por meio das referências 1a e 1b, ou seja, alguns primeiros corpos deslocáveis 1a e alguns segundos corpos deslocáveis 1b.

[046] Os ditos primeiros corpos deslocáveis 1a são deslocáveis longitudinalmente ao longo de seu eixo longitudinal e os ditos segundos corpos deslocáveis 1b são deslocáveis lateralmente, ou seja, perpendicularmente em relação a seu eixo longitudinal.

[047] Nas figuras 2 e 3 é apresentado um primeiro corpo deslocável 1a e um segundo corpo deslocável 1b, respectivamente.

[048] Em ambos os casos, o corpo deslocável 1a, 1b compreende uma porção rebaixada 2 perto de uma extremidade do corpo. Esta porção rebaixada 2 define uma porção saliente 3, que é a que forma a cavidade no componente 14.

[049] Como pode ser apreciado na figura 2, no caso do primeiro corpo deslocável 1a, a dita porção saliente 3 tem uma forma em planta substancialmente retangular com seus lados menores curvados, sendo que no caso do segundo corpo deslocável 1b, a porção saliente 3 tem uma forma em planta substancialmente semicircular. Além disso, em ambos os casos as beiras são arredondadas, para evitar cantos vivos.

[050] No caso dos primeiros corpos deslocáveis 1a, eles estão colocados tal como apresentado nas figuras. Os primeiros corpos deslocáveis 1a estão montados sobre algumas cunhas 4 para o movimento em diagonal dos primeiros corpos deslocáveis 1a, tal como será descrito a seguir. Para isso, os primeiros corpos deslocáveis 1a compreendem uma superfície inclinada 6 que está em contato com a cunha 4.

[051] Por sua parte, de acordo com a modalidade representada, dois segundos corpos deslocáveis 1b estão colocados em uma posição central tal como apresentado nas figuras. Esses segundos corpos deslocáveis 1b estão montados em uma peça intermediária 5, que por sua vez está montada em uma cunha 4. Na posição inicial (figura 4), os ditos segundos corpos deslocáveis 1b estão substancialmente em contato entre si por meio de um bisel 7, sendo que na posição final (figura 5) estão separados.

[052] A montagem do dispositivo de acordo com a presente invenção é realizada da seguinte maneira. Em primeiro lugar, é realizada a montagem de um postiço inferior 12 de calibragem.

[053] A seguir, são montadas algumas molas 15 que devolvem os corpos deslocáveis 1a, 1b à sua posição inicial. Na sequência são montados os corpos deslocáveis 1a, 1b e a peça intermediária 5 na sua posição.

[054] Depois são montados alguns fechos do postiço inferior 12 e uma placa de desgaste 17, que serve para proporcionar rigidez ao conjunto. Por último é colocado o conjunto sobre um chassi 16 com as cunhas 4 integradas.

[055] O processo de calibragem, que é o que é realizado por meio do dispositivo de acordo com a presente invenção, é a última operação no processo de fabricação de um virabrequim. Deve ser indicado que antes deste processo de calibragem, durante o qual o peso do virabrequim é calibrado e aliviado, são realizadas outras etapas, que não são descritas no presente documento porque são evidentes para o especialista na matéria e não fazem parte da presente invenção.

[056] O processo de calibragem e alívio do peso do componente é o seguinte. Em primeiro lugar, o postiço superior abaixa até fazer contato com o postiço inferior 12 (que até esse momento encontrava-se imóvel) e fechar o dispositivo, trancando o componente 14. A partir desse ponto, ambos os postiços são deslocados até embaixo de maneira solidária como um único bloco.

[057] Este movimento em bloco é possível graças ao fato de o postiço inferior 12 estar colocado sobre um grupo de cilindros (não representados nas figuras), que fazem a função de mola e permitem esse efeito.

[058] O postiço inferior 12 leva presos com as molas os corpos deslocáveis, que penetram nos chanfros do virabrequim citados anteriormente, formando as cavidades.

[059] É possível dividir o movimento desses corpos deslocáveis em duas partes: - Movimento em relação à usinagem: as molas que prendem os corpos deslocáveis à usinagem e restringem seu movimento em relação à mesma ao plano XY (considerando que o conjunto do postiço superior e inferior é deslocado no eixo Z). - Movimento em relação ao eixo de coordenadas absoluto: durante o movimento do conjunto, cada corpo deslocável desliza sobre uma cunha 4 que se encontra imóvel. Estas cunhas 4 fazem com que os corpos deslocáveis 1a, 1b sejam movidos de maneira diagonal. O componente vertical desse movimento é igual ao movimento dos postiços, e o componente horizontal do movimento é igual ao movimento em relação à usinagem.

[060] Quando as cavidades estiverem conformadas, os cilindros fazem com que o conjunto dos postiços volte à sua posição inicial. As molas 15 que prendem os corpos deslocáveis 1a, 1b também os colocam de volta na sua posição inicial.

[061] Apesar de ter sido feita referência a uma modalidade específica da invenção, é evidente para um técnico no assunto que o dispositivo descrito é suscetível a numerosas variações e modificações, e que todos os detalhes mencionados podem ser substituídos por outros tecnicamente equivalentes, sem sair do escopo de proteção definido pelas reivindicações adjuntas.

Claims

1. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, caracterizado pelo fato de que compreende uma usinagem (10) composta de um molde (11) onde é formado o componente e uma pluralidade de corpos deslocáveis (1a, 1b), que são deslocáveis entre uma posição inicial e uma posição final, de maneira que na posição final uma extremidade de cada corpo deslocável (1a, 1b) penetra no molde (11) da usinagem para formar uma cavidade para aliviar o peso de um virabrequim (10), em que: pelo menos um dos ditos corpos deslocáveis (1b) é deslocável lateralmente em relação ao eixo longitudinal do corpo, em que pelo menos um ou todos os corpos deslocáveis (1a, 1b) estão montados sobre cunhas (4) com um plano inclinado, deslocando os corpos (1a, 1b) na diagonal em relação ao molde (11) de usinagem (10), e em que dois corpos deslocáveis lateralmente (1b) estão montados sobre uma peça intermediária (5), que por sua vez está montada sobre uma das ditas cunhas (4).

2. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um ou todos os corpos deslocáveis (1a, 1b) compreendem uma porção rebaixada (2) perto da dita extremidade que forma a cavidade para aliviar o peso, definindo a dita porção rebaixada (2) uma porção saliente (3) na dita extremidade, sendo a dita porção saliente (3) a que forma a dita cavidade.

3. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um ou todos os corpos deslocáveis (1a) compreendem uma superfície inclinada (6) complementar ao plano inclinado das ditas cunhas (4).

4. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita porção saliente (3) apresenta beiras arredondadas.

5. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a dita porção rebaixada (2) apresenta beiras arredondadas.

6. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita porção saliente (3) é em forma de semicírculo em uma vista em planta baixa.

7. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a dita porção saliente (3) é em forma de retângulo com seus lados menores curvados em uma vista em planta baixa.

8. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um ou os dois corpos deslocáveis (1b) montados sobre a dita peça intermediária (5) compreendem seus respectivos biseis (7), estando os ditos corpos deslocáveis (1b) em contato entre si através desses biseis (7).

9. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o bisel (7) está disposto na extremidade com a dita porção saliente (3).

10. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita usinagem (10) compreende um postiço inferior (12) no qual estão montados os corpos deslocáveis (1a, 1b) e um postiço superior, sendo o dito postiço superior deslocável em relação ao dito postiço inferior (12) e sendo o conjunto dos ditos postiços inferior (12) e superior deslocáveis em relação a um chassi (16) do dispositivo.

11. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as ditas cunhas (4) estão montadas de maneira fixa no chassi (16) do dispositivo, de maneira que o movimento do conjunto de ditos postiços inferior (12) e superior provoca o deslocamento dos corpos deslocáveis (1a, 1b) de sua posição inicial até sua posição final.

12. Dispositivo para calibrar e aliviar o peso de virabrequins, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada corpo deslocável (1a, 1b) está associado a uma mola (15), que pressiona o corpo deslocável (1a, 1b) de volta para a sua posição inicial.