BRPI0613128A2 - processo para o processamento com levantamento de aparas de virabrequins e dispositivo para a execução desse processo - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA O PROCESSAMENTO COM LEVANTAMENTO DE APARAS DE VIRABREQUINS E DISPOSITIVO PARA A EXECUçãO DESSE PROCESSO. A presente invenção refere-se a um processo para o processamento com levantamento de aparas de vírabrequins, durante o qual os processamentos da largura de mancal e do colar de óleo devem ser executados ao mesmo tempo, sendo que para isso é empregada uma fresa externa em forma de disco com várias ferramentas de corte (10,14), das quais uma parte serve para o processamento de uma base de mancal do virabrequim e a outra parte serve para o processamento de um colar de óleo adjacente à base de mancal. De acordo com a invenção, em função da dimensão atual é selecionado um ângulo de ajuste (K) para a ferramenta de corte para o processamento do colar de óleo, no qual a espessura efetiva de apara h~max~ para cada inserção de corte é limitada a um valor máximo predeterminável. Além disso, a invenção se refere a um dispositivo para a execução desse processo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA O PROCESSAMENTO COM LEVANTAMENTO DE APARAS DEVIRABREQUINS E DISPOSITIVO PARA A EXECUÇÃO DESSE PROCESSO".

A presente invenção refere-se a um processo para o processa-mento com levantamento de aparas de virabrequins, durante o qual o pro-cessamento da largura de mangai e do colar de óleo é executado sucessi-vamente ou ao mesmo tempo, sendo que para isso se emprega uma fresaexterna em forma de disco com várias ferramentas de corte, das quais umaparte serve para o processamento de uma base de mancai do virabrequim ea outra parte serve para o processamento de um colar de óleo contíguo àbase de mancai. A invenção se refere ainda a um dispositivo para a execu-ção do processo com uma fresa externa em forma de disco, em cuja perife-ria estão dispostas inserções de corte fixadas por aperto tangencialmente elateralmente.

O processamento de virabrequins é complicado porque o vira-brequim, devido ao seu comprimento, é uma peça bruta instável, que apre-senta áreas excêntricas e simétricas quanto à rotação, as quais têm que serprocessadas como áreas de cobertura do mancai de elevação e como áreasde sanca, incluindo-se o colar de óleo. Segundo o estado da técnica, para oprocessamento de virabrequins já foram propostos vários processos, taiscomo torneamento, fresagem interna, remoção por torneamento, remoçãopor torneamento rotativo ou fresagem externa, dos quais a fresagem externaé empregada freqüentemente. Para se poder produzir economicamente vira-brequins em grandes quantidades de peças em tempos curtos de processa-mento, é proposto por exemplo no EP 0 830 228 B1 um processo de fresa-gem, no qual o processamento com levantamento de aparas é executadocom uma fresa externa a velocidades de mais do que 160 m/min, com es-pessura de corte na faixa de 0,1 mm a 0,3 mm e com uma extensão reduzi-da do arco de corte da fresa externa que carrega inserções de corte. Para oprocessamento do mancai de elevação são empregadas inserções de cortepositivas fixadas tangencialmente por aperto. Essa assim chamada fresa dealta velocidade de virabrequins tem consideráveis vantagens quanto a cus-tos, pois o tempo de processamento dos virabrequins pôde ser considera-velmente reduzido. No entanto, para os custos de processamento tambémsão decisivos outros fatores, a saber, a resistência ao desgaste das inser-ções de corte que não estão em discussão aqui, devido ao qual são deter-minados os tempos de duração dos cortes, e o tempo de compasso, isto é, aseqüência das diversas etapas de levantamento de aparas, bem como aquantidade dos cortes que são aplicados por cada etapa de levantamento deaparas.

Segundo o estado da técnica, as áreas de cobertura de mancaide elevação (largura do mancai) e o colar de óleo são processados por meiode ferramentas de corte que se sucedem, sendo que em função da dimen-são do virabrequim só é possível realizar uma espessura de corte através doavanço. Em alguns casos, no entanto, o raio de quina a ser produzido é me-nor do que a dimensão do colar de óleo, fato este que leva a que em deter-minadas regiões de corte seja cortada uma maior espessura máxima de a-para, o que leva a um maior desgaste correspondente das respectivas inser-ções de corte. Uma sobrecarga de cortes (cantos de corte) de cada inserçãode corte inutiliza essa inserção de corte, de tal modo que independentemen-te do estado de desgaste dos cortes de outras inserções de corte é necessá·;ria uma substituição de ferramenta que influencia decisivamente os temposde compasso e, conseqüentemente, os custos de processamento por cadavirabrequim.

Portanto, a invenção tem como objetivo apresentar um dispositi-vo e um processo, nos quais sejam minimizadas as forças de corte parapoupar as inserções de corte que estão fixadas lateralmente por aperto.

Esse objetivo é alcançado por meio de um processo de acordocom a reivindicação 1, respectivamente por meio de um dispositivo de acor-do com a reivindicação 3.

De acordo com a invenção, em função da dimensão atual dovirabrequim é selecionado um ângulo de ajuste κ para a ferramenta de cortepara o processamento do colar de óleo, no qual a espessura efetiva de apa-ra hmax para cada inserção de corte é limitada a um valor máximo predeter-minável. Para tanto, as inserções de corte fixadas lateralmente por apertoestão dispostas de modo ajustável quanto ao ângulo de ajuste, por exemplo,em assim chamados cassetes de ferramenta.

Segundo um desdobramento do processo de acordo com a in-venção, para reduzir ainda mais a espessura efetiva de apara aumenta-se aquantidade das ferramentas de corte para o processamento do colar de óleo,de preferência duplicando-a, o que em resultado leva a uma diminuição pelametade da espessura máxima efetiva de apara.

As vantagens desse processo, bem como do dispositivo, consis-tem no aumento da assim chamada quantidade estável e também em umaredução dos custos no sentido de uma minimização dos custos por cadapeça produzida. O processo de fresagem pode ser ajustado com segurançaindependentemente da situação de dimensão e, em especial, as espessurasefetivas de apara, que tem que ser suportada por cada ferramenta, podemse igualar uma à outra, de tal modo que as ferramentas de corte ativas sobreo suporte, isto é, sobre a fresa externa em forma de disco, possam ser solici-tadas por carga uniformemente. No conjunto, todo o processo de levanta-mento de aparas é otimizado no que se refere ao que foi predeterminadopelo virabrequim a ser processado. Em especial, as inserções de corte Iate-rais que servem para a formação do colar de óleo podem ser inseridas, res-pectivamente ajustadas, no suporte de ferramenta em função da dimensãoatual do virabrequim sob um ângulo de ajuste, de tal modo que a cada ope-ração de levantamento de aparas seja alcançado um valor hmax etf predeter-minável. Se for aumentada a quantidade dos gumes ativos para o proces-samento do colar de óleo, é possível minimizar correspondentemente a lar-gura efetiva de apara. Nas regiões onde a inserção de corte lateral fixadapor aperto, devido ao ângulo de ajuste, já alcance uma medida efetiva pe-quena hmax, não é necessário nenhum gume adicional.

Os custos da ferramenta são compostos por vários componen-tes. A eles pertencem especialmente os custos de ferramenta que são de-terminados também pelos tempos de duração, além dos custos de produçãopuros. Além disso também entram os tempos de processamento, bem comoos custos para re-equipagem de ferramentas. As assim chamadas placas decorte reversíveis possuem vários gumes úteis, cuja quantidade, no entanto,é limitada construtivamente. Nesse sentido, a quantidade das arestas decorte é limitada a quatro no caso de uma inserção de corte como a mencio-nada ao início.

Para viabilizar possibilidades mais amplas de processamentocom um perfil de aresta de corte, propõe-se uma inserção de corte lateralfixada por aperto, na qual pelo menos um par das arestas de corte são con-figuradas em forma escalonada e a qual apresenta duas seções convexas,bem como uma seção côncava entre estas, sendo que a seção convexa ex-terna chega a uma medida angular de 180°

Devido a uma forma desse tipo de aresta de corte é possívelcortar perfis escalonados tais como, por exemplo, um colar de óleo de umvirabrequim, sendo que ao mesmo tempo também podem ser modeladosuma sanca, o colar de óleo e também as quinas de mancai de pino, respec-tivamente um ponto inferior.

Desdobramentos da inserção de corte serão descritos a seguir.

Nesse sentido, de preferência cada dois pares das arestas decorte são configurados em forma escalonada, de tal modo que a inserção decorte, com uma rotação de 180e em torno de um eixo transversal seja simé-trica em rotação ou seja simétrica a uma área de seção transversal. No total,desse modo, resultam quatro arestas de corte congruentes, as quais podemser usadas sucessivamente.

Para a estabilização da aresta de corte é prevista uma faceta aolongo da aresta de corte, faceta esta que está disposta, de preferência, sobum ângulo de faceta (negativo) de -152 e/ou com uma largura de faceta de0,1 até 0,2 mm.

O ângulo de apara empregado, especialmente o ângulo de apa-ra contíguo à faceta situa-se em 0- até 209, sendo que de preferência ele éescolhido com 105 positivos.

Para um melhor apoio da inserção de corte no assento de placa,a inserção de corte possui, na região central, áreas laterais planas respecti-vamente perpendiculares às áreas de base planas.

Como já foi mencionado ao início, o raio de curvatura da arestade corte pode ser escolhido de tal modo que com essa aresta de corte é cor-tado, em uma operação, um perfil escalonado na medida final desejada. Es-pecialmente para o processamento de virabrequins, para isso o raio de cur-vatura na região côncava da aresta de corte é escolhido com 1,5 ± 0,1 mm ena região convexa da aresta de corte sobre um lado é escolhido com 1,5 ±0,1 mm e sobre o outro lado com 1,4 ± 0,1 mm. De acordo com a invenção,no entanto, também podem ser empregados outros raios de curvatura dearestas de corte.

Igualmente, de preferência, pode-se escolher uma configuraçãode inserção de corte, na qual a tangente em comum às regiões convexasforma com a área de base um ângulo de 35Q ± 5Q.

Segundo uma outra configuração da invenção, a região de ares-ta de corte que chega a 180- transita, através de um segmento linear de a-resta de corte, para a área de base contígua, sendo que esse segmento dearesta de corte forma com a área de base um ângulo de < 59.

Por fim, segundo uma configuração preferencial da invenção, asseções de aresta de corte convexa e a côncava estão inclinadas em um ân-guio de até 209, de preferência de 10Q, em relação ao eixo central longitudi-nal da inserção de corte.

Outras formas de execução da invenção, bem como suas vanta-gens, resultam, a seguir, das explicações em relação aos desenhos. Mostrase:

A figura 1: um esboço básico de uma vista parcial de seçãotransversal de um virabrequim com duas ferramentas de processamento;

figura 2: uma vista de seção transversal de uma seção de vira-brequim com o perfil inicial, com o perfil a ser produzido e com os efeitos doângulo de ajuste sobre a espessura efetiva de apara;

figura 3: a dependência da dimensão, respectivamente da es-pessura de apara, em função do ângulo de ajuste;figura 4: uma outra representação do perfil de produção otimiza-do segundo a presente invenção;

figura 5: uma vista de cima sobre uma inserção de corte dispostalateralmente;

figura 6: uma vista lateral (com uma vista de cima sobre os perfisde aresta de corte) da inserção de corte segundo a figura 5;

figura 7: uma representação ampliada de um perfil de aresta decorte da inserção de corte;

figura 8: uma vista parcial em corte na região de uma aresta decorte da inserção de corte;

figura 9: uma vista lateral de uma outra inserção de corte.Segundo o estado da técnica, são conhecidas as assim chama-das fresas externas em forma de disco, as quais apresentam, em suas peri-ferias, ferramentas de corte fixadas tangencialmente e radialmente por aper-to, as quais podem ser respectivamente empregadas para a produção daárea de cobertura de mancai de elevação, do assim chamado colar de óleo,inclusive da sanca contígua ou de um ponto inferior.

Segundo o estado da técnica conhece-se o procedimento de seexecutar sucessivamente as diferentes operações de corte por meio de fre-sas respectivamente separadas, sendo que para cada operação de levanta-mento de aparas a fresa externa, cujo eixo de rotação situa-se paralelo aoeixo de rotação e ao eixo longitudinal do virabrequim, é aproximada radial-mente em direção ao virabrequim no local de processamento. O virabrequim,bem como a fresa externa são colocados ambos em rotação, sendo que avelocidade de rotação da fresa é consideravelmente maior do que a do vira-brequim. De preferência, a direção de rotação do virabrequim, bem como dafresa, é igual durante o processamento. Por meio de diferentes velocidadesde rotação é possível, no decorrer de uma operação de fresagem, produzircada ponto de cobertura de um mancai de elevação, respectivamente umcolar de óleo completo.

A figura 1 mostra uma vista parcial de seção transversal de umvirabrequim com três inserções de corte, das quais as inserções de corte 9 e10 com seus gumes principais ativos 11 determinam o perfil do raio de canto12, bem como da área de cobertura 13. Além disso, a figura 1 mostra umainserção de corte 14, que é empregada para a produção da área de sanca15, bem como do raio de canto 16 do colar de óleo. As inserções de corte 9,10 e 14 estão dispostas, além de outras placas de corte correspondente-mente configuradas, sobre uma fresa externa que está disposta de modomóvel tanto axialmente na direção da seta dupla 17, quanto também radial-mente na direção da seta dupla 18. A figura 2 mostra três curvas sobrepos-tas, a saber, uma primeira curva com o raio de canto 12, uma segunda curva19 com o raio de canto R, que corresponde ao colar de óleo a ser produzido,e uma terceira curva 20 que representa uma seção transversal através dovirabrequim a ser trabalhado com dimensão excedente. Especialmente noscasos em que o raio de canto é menor do que a dimensão do colar de óleo,necessita-se automaticamente para determinadas regiões de corte de umaconfiguração completa da espessura de apara máxima para a produção. Nafigura 2 são mostrados diferentes pontos hmax 1, hmaX2 e hmaX3, os quais setratam respectivamente de valores efetivos. De acordo com o ângulo tan-gencial ajustado Ki ou K2 resulta respectivamente uma medida de nivelamen-to diferente H. Isso se deve ao fato de que, diferentemente do caso de umaaresta de corte configurada linearmente, a medida hmax se modifica de acor-do com o ângulo de ajuste. Trajetórias correspondentes de curva podem serdeduzidas da figura 3, onde a trajetória de hmax está registrada na curva 21em relação ao ângulo de ajuste κ. A segunda curva 22 mostra a dimensãorespectivamente em função do ângulo de ajuste das inserções de corte.

O objetivo da presente invenção consiste em ajustar o ângulo deajuste das inserções de corte no caso de uma dimensão conhecida, de talmodo que a espessura efetiva de apara seja equiparada, isto é, que sejamevitados valores de pico em determinadas regiões de corte. Como se podededuzir da figura 2, ângulos de ajuste diferentes sempre levam obrigatoria-mente a diferentes espessuras efetivas de apara hmax. Lá onde é alcançadaa espessura de apara predeterminada, é previsto, de acordo com uma confi-guração preferencial do processo de acordo com a invenção, que a quanti-dade dos gumes, isto é, a quantidade das inserções de corte, seja duplicada,de tal modo que com um avanço constante, a espessura de apara é reduzi-da pela metade. Nas regiões assinaladas na figura 2 e na figura 4 por Iimax 3,respectivamente Iimax3a, é suficiente uma quantidade mínima de gumes de-vido à pequena potência de levantamento de aparas necessária.

Para a definição de qual magnitude deve ser escolhida para amedida de distância H1 que resulta das seções de áreas que se estendemradialmente, isto é, verticalmente à direção axial, há o raio R da curva 19assinalado na figura 2, o qual determina qual valor hmax está presente em umponto determinado, pois esse raio, bem como a dimensão antes do início doprocessamento de levantamento de aparas são conhecidos, e por meio doajuste diversificado do ângulo de ajuste κ pode-se obter uma espessura deapara essencialmente uniforme, a qual oscila em no máximo 30% em tornode um valor predeterminável. Por meio dessa providência são evitadas so-brecargas individuais de força de corte das arestas de corte discretas, de talmodo que o tempo de duração de todo o conjunto das inserções de corte,que é determinado pelo "elo mais fraco", pode ser aumentado.

Para a produção do perfil de acordo com a curva 23, também sepode empregar uma inserção de corte 10, que seja pré-prensada e sinteri-zada, mas que não tenha sido retocada. A placa 14 empregada para o cortedo perfil 19 precede a placa 10 tanto axialmente, quanto radialmente, de talmodo que essa inserção de corte deva ser retificada com precisão de perfil.

Nas figuras de 5 a 8 é mostrada uma inserção de corte quesubstitui as inserções de corte 10 e 14 fixadas lateralmente por aperto, por-que devido às suas arestas de corte configuradas em forma escalonada elapode cortar o perfil completo da sanca e do colar de óleo até o raio de canto12 em um movimento radial de aproximação. Depois da rotação da inserçãode corte em 180Q também podem ser produzidas estocadas inferiores.

A inserção de corte mostrada nas figuras de 5 a 8 possui duasáreas de base 110, 111 planas dispostas paralelamente uma à outra, asquais são atravessadas por uma perfuração contínua 112. Essa perfuraçãoserve para alojar um parafuso de aperto, por meio do qual a inserção de cor-te é fixada radialmente, respectivamente lateralmente, em uma fresa de dis-co. As áreas de base 110, 111 transitam, em suas arestas mais curtas, paraáreas frontais arredondadas, as quais se encontram limitadas respectiva-mente lateralmente por arestas de corte. As arestas de corte são configura-das em forma escalonada e consistem em duas seções convexas de arestade corte 113 e 114, bem como em uma seção côncava de aresta de corte 15situada entre elas. Os raios Ri e R3 para as seções convexas de aresta decorte podem ser da mesma dimensão, como por exemplo 1,5 mm, ou podemser diferentes. O correspondente vale também para o raio R2 da seção côn-cava de aresta de corte.

A inserção de corte possui uma faceta 116 que se estende aolongo das seções de aresta de corte 113 a 115. Essa faceta encontra-se in-clinada sob um ângulo de faceta a de -15Q. O ângulo de apara b tambémresultante da figura 8 comporta + 109. A largura de faceta situa-se, por e-xemplo, em 0,15 mm.

Na região central, respectivamente perpendicularmente às áreasde base planas 110 e 111, são previstas áreas laterais 117,118.

Na forma especial mostrada nas figuras, a tangente em comum119 das seções de aresta de corte 113 e 114 forma com a área de base 110,respectivamente 111, um ângulo de cerca de 35Q. Na figura 7 observa-seainda uma tangente 20, que se encontra aplicada à seção terminal da seçãode aresta de corte 113 na transição para a respectiva área de base. Essatangente forma com a área de base um ângulo de cerca de 4°

De acordo com a reprodução na figura 5, as arestas de corte113 a 115 estão inclinadas em relação ao eixo central longitudinal 121 dainserção de corte com um ângulo de inclinação c que, de preferência, écomporta até 10Q.

A inserção de corte possui no total quatro arestas de corte quepodem ser usadas ativamente, com as quais podem ser processados espe-cialmente perfis de colar de óleo em forma escalonada, sendo que as se-ções terminais 122 ou 123, dependendo da direção de fixação por aperto dainserção de corte, servem para a produção do perfil de sanca.A inserção de corte mostrada na figura 9 difere da inserção decorte das figuras de 5 a 8 no essencial devido ao fato de que ela não é simé-trica em rotação em relação a um eixo, mas sim em relação ao plano de se-ção transversal 200. Desse modo resultam uma área de base mais longa210 e uma área de base mais curta 211. Além disso, os raios convexos R3' eR1' com cerca de 2,3 mm, no caso de um raio côncavo R2' abaixo de 0,5mm, são selecionados diferentemente de acordo com uma outra finalidadede levantamento de aparas.

A inserção de corte descrita anteriormente pode apresentar, so-bre a área de apara, elementos de moldagem de apara e elementos de dire-cionamento de apara sob a forma de rebaixos ou de elevações. A inserçãode corte é constituída por um metal duro ou por um material de Cermet queeventualmente também pode ser revestido. Materiais típicos de revestimentosão carbureto, nitridos, óxidos dos metais de IVa a Via, bem como oxido dealumínio, mas também revestimentos de diamante.

Claims (12)

1. Processo para o processamento com levantamento de aparasde virabrequins, durante o qual os processamentos da largura de mancai edo colar de óleo devem ser executados ao mesmo tempo, sendo que paraisso é empregada uma fresa externa em forma de disco com várias ferra-mentas de corte (10, 14), das quais uma parte serve para o processamentode uma base de mancai do virabrequim e a outra parte serve para o proces-samento de um colar de óleo adjacente à base de mancai, caracterizadopelo fato de que em função da dimensão atual é selecionado um ângulo deajuste (κ) para a ferramenta de corte para o processamento do colar de óleo,no qual a espessura efetiva de apara hmax para cada inserção de corte é limi-tada a um valor máximo predeterminável.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que para reduzir ainda mais a espessura efetiva de apara aumenta-se a quantidade das ferramentas de corte para o processamento de colar deóleo, de preferência duplicando essa quantidade.

3. Dispositivo para a execução do processo como definido nareivindicação 1 ou 2, com uma fresa externa em forma de disco, em cujaperiferia estão dispostas inserções de corte (10, 14) fixadas por aperto tan-gencialmente e lateralmente, caracterizado pelo fato de que o ângulo de a-juste (κ) das inserções de corte fixadas lateralmente por aperto é ajustávelde modo variável.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que estão dispostas inserções de corte laterais, com duas áreasde base planas (110, 111; 210, 211) dispostas paralelamente uma à outra,as quais são penetradas por uma perfuração (112) para alojar um parafusode aperto e as quais, em suas arestas mais curtas, transitam para áreasfrontais arredondadas, as quais estão limitadas lateralmente por arestas decorte, sendo que no mínimo um par das arestas de corte é configurado emforma escalonada e apresenta duas seções convexas (113, 114) e uma se-ção côncava (115) entre estas, sendo que a seção convexa externa (113)alcança uma medida angular de 1809.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de que respectivamente dois pares das arestas de corte (113 a115) são configurados em forma escalonada, de tal modo que a inserção decorte disposta lateralmente, no caso de uma rotação de 180Q em torno deum eixo transversal, seja simétrica em rotação ou simétrica em relação auma área de seção transversal.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracteriza-do pelo fato de que ao longo da aresta de corte das inserções de corte fixa-das por aperto está disposta uma faceta (116), de preferência sob um ângulode faceta negativo (a) de -15Q e/ou com uma largura de faceta de 0,1 a 0,2mm.

7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 4 a 6,caracterizado pelo fato de que o ângulo de apara (b) das inserções de cortefixadas lateralmente por aperto ao longo das arestas de corte (113, 114, 115, 122,123) comporta de 0Q a 20Q, de preferência 10°.

8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 4 a 7,caracterizado pelo fato de que na região central, respectivamente perpendi-cularmente às áreas de base planas (110, 111), acham-se configuradas á-reas laterais planas (117,118).

9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 4 a 8,fcaracterizado pelo fato de que o raio de curvatura (R2) das inserções de cor-te fixadas lateralmente por aperto na região côncava (115) das arestas decorte comporta 1,5 ± 0,1 mm e na região convexa (113, 114) das arestas decorte comporta de um lado 1,5 ±0,1 mm e do outro lado 1,4 ± 0,1 mm.

10. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 4 a 9,caracterizado pelo fato de que a tangente (19) em comum aplicada às regi-ões convexas (113, 114) forma com a área de base (110, 111) um ângulo de 359 ± 5Q.

11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 4 a 10,caracterizado pelo fato de que a região de aresta de corte que alcança 1809sobre um segmento essencialmente linear de aresta de corte (122) formacom a área de base (110, 111) um ângulo de < 5°

12. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 4 a 11,caracterizado pelo fato de que as seções côncavas e convexas de aresta decorte (113, 114, 115) das inserções de corte fixadas lateralmente por apertoestão inclinadas em relação ao eixo central longitudinal (121) da inserção decorte com um ângulo (a) de até 209, de preferência 10Q.