BRPI0711305A2

BRPI0711305A2 - Dispositivo para forja de objetos do tipo bucha bem como uma peça forjada com ele produzida

Info

Publication number: BRPI0711305A2
Application number: BRPI0711305-6A
Authority: BR
Inventors: Ernst-Peter Schmitz; Peter Kolbe
Original assignee: Schneider Gesenkschmiede
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2011-11-22
Also published as: DE102006020861A1; US20090301165A1; DE102006020861B4; MX2008014093A; US8302447B2; WO2007128264A1

Abstract

DISPOSITIVO PARA FORJA DE OBJETOS DO TIPO BUCHA BEM COMO UMA PEçA FORJADA COM ELE PRODUZIDA. A presente invenção refere-se a um dispositivo para forja de peças do tipo bucha com: um mandril de molde C superior; um anel de molde A exterior; um mandril de molde B inferior; um dispositivo de ejeção com: um ejetor G superior para ejeção pelo mandril de molde O superior; um ejetor H inferior para ejeção pelo mandril de molde B inferior; eventualmente dispositivos de sustentação para o molde com um anel de armação D inferior para a região inferior do anel de molde A exterior e alojamento de mandril de molde F para a região superior do anel de molde A exterior e um pé de fixação E para sustentação do mandril de molde B inferior, pelo qual é ativável um ejetor H inferior.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA FORJA DE OBJETOS DO TIPO BUCHA BEM COMO UMA PEÇA FORJADA COM ELE PRODUZIDA"

A presente invenção refere-se a um dispositivo para forja de ob- jetos do tipo bucha, como pistão de aço, a um processo para produção de peças forjadas do tipo bucha bem como a uma peça forjada assim produzida.

Peças forjadas do tipo bucha, como pistões para motores de combustão interna, são freqüentemente peças forjadas produzidas de ligas de ferro, especialmente de aços. Elas são ao menos parcialmente forjadas a quente. Uma aplicação especialmente freqüente dessas peças do tipo bucha é em motores de combustão interna. Mas essas buchas também são usuais para outras mais diversas aplicações, de modo que a invenção de modo al- gum está restrita à produção de pistões para motores de combustão interna, embora seja explicada detalhadamente a seguir com base em pistões para motores de combustão interna, referindo-se contudo em geral a peças do tipo bucha de material forjável.

Até então, pistões para motores de combustão interna são forja- dos em dois estágios, sendo que a peça em bruto de pistão inicialmente é introduzida em um dispositivo de pré-gravação e ali forjado um semi-produto, que é forjado pronto em um dispositivo de gravação final em uma etapa sub- seqüente.

Como pistões requerem um elevado grau de deformação, para o enchimento das peças de gravação são freqüentemente usinados com co- xins de rebarbas. Assim os longos trajetos de fluxo do material a ser forjado são uniformemente distribuídos nos estágios de deformação.

O procedimento, até então com essencialmente dois estágios de forja e as alterações de temperatura (resfriamento) que assim ocorrem e da resistência de deformação então crescente, coloca estreitos limites à espes- sura de camisa de pistão e ao comprimento de camisa de pistão alcançá- veis. Mas hoje é desejável, pelos mais diversos motivos, que se obtenham mínimas espessuras de parede de pistão com máximo comprimento de ca- mísa de pistão. Isso leva a um menor peso, a um melhor comportamento de dilatação térmica e a uma longa condução na bucha. Essa pequena espes- sura de parede desejada deve ser alcançada com comprimento de camisa de pistão tão grande quanto possível apenas por uma gravação muito pro- funda e só é realizável através de maior medição.

Tal procedimento demanda energia, pois devem ser previstas ao menos duas estações de forja. Devido ao resfriamento das peças forjadas entre as estações devem ser tomadas medidas para seu impedimento, que requerem dispêndio de manipulação adicionais.

Portanto, há necessidade de um processo de forja mais rápido e mais simples para objetos do tipo bucha, dispositivos apropriados para isso bem como pistões assim produzidos.

Um outro problema quando da forja de objetos do tipo bucha em matrizes é a vida útil da ferramenta. Devido às profundas gravações, longas vias de fluxo, altas pressões internas de ferramenta, rápido resfriamento por aplicação de lubrificante, é limitada a vida útil do mandril de molde "B" inferi- or e do anel de molde exterior, da bucha de forja "A". Uma troca ou recondi- cionamento da ferramenta ou partes da mesma conduz a tempos de parali- sação no processo de produção, que tornam dispendiosa a execução do processo. Ferramentas como essas são caras e devem ter manutenção para se manterem reduzidos os tempos de paralisação por reparação ou substitu- ição da ferramenta.

Constitui, portanto, objetivo da invenção evitar as desvantagens dos conhecidos processos de forja para peças forjadas do tipo bucha.

O objetivo é alcançado, de acordo com a invenção, por um dis- positivo com as características da reivindicação 1, por um processo com as características da reivindicação 4 bem como pela peça forjada do tipo bucha com as características da reivindicação 7. Outras configurações vantajosas decorrem das reivindicações dependentes.

Pelo dispositivo de acordo com a invenção é possível obter a partir de peças em bruto, em uma só etapa de forja, peças forjadas do tipo bucha de pequena espessura de parede, com longa camisa de pistão, com boa capacidade de enchimento de molde e com longa vida útil de ferramenta.

Um dispositivo de acordo com a invenção para forja de peças do tipo bucha apresenta:

- um molde com um mandril de molde C superior, um anel de molde A exterior e um mandril de molde B inferior

- um dispositivo de ejeção com um ejetor G superior para ejeção pelo mandril de molde C superior e um ejetor H inferior para ejeção pelo mandril de molde B inferior

- eventualmente dispositivos de apoio para o molde com um anel de armação D inferior para a região inferior do anel de molde A exterior e um alojamento de mandril de molde F para a região superior do anel de molde A exterior

e

- um pé de fixação E para apoio do mandril de molde B inferior, pelo qual é ativável um ejetor H inferior.

A condução de temperatura é um ajuste essencial quando da deformação de peças quentes. É importante que a temperatura da peça transformada a quente seja regulada rapidamente e de modo tão uniforme quanto possível, para que ocorra a compactação a frio do novo molde e seja evitada a deformação da peça por tensões de temperatura descontroladas durante o resfriamento fora do molde. Para tanto, segundo a invenção, pode ser previsto resfriar o mandril de molde B interior, que, devido ao fato de a - presentar muito material e ficar disposto no interior da ferramenta, tende termicamente a resfriamento mais lento do que os outros componentes da ferramenta. Para essa finalidade podem ser previstos canais de resfriamento para fluido de resfriamento, como líquidos ou gases. Dependendo das con- dições de tamanho do molde empregado e da capacidade térmica dos mate- riais é conveniente um resfriamento desse tipo. Também é possível solucio- nar esse problema mediante seleção de outro material do mandril de molde, que apresente outra condutibilidade térmica. Outra possibilidade reside em resfriar o mandril de molde, que devido à sua grande condutibilidade térmica deriva rapidamente calor, mediante resfriamento de pé de fixação E e/ou do ejetor H inferior indiretamente através de derivação de calor. Tais dispositi- vos de resfriamento, contudo, podem também ser previstos em outras partes do molde.

Uma particularidade da invenção reside na combinação da uni- dade de levantamento e extração. Devido ao fato de que na gravação do mandril de molde C superior está previsto um cone de extração alfa-nega- tivo, a peça forjada é seguramente levantada da ferramenta. Um desliza- mento de volta da peça em bruto de forja para dentro do molde de forja é impedido pelo ejetor H, que é ativável pelo pé de fixação E. Pela cooperação dos ejetores superior e inferior podem ser evitadas marcas de ejetor e de- formações de molde por ação unilateral de força.

O processo de acordo com a invenção para forjar peças forjadas do tipo bucha inclui:

- colocação de uma peça em bruto prensada;

- fechamento do molde de mandril de molde superior e inferior e anel de molde em um curso de forja com deformação da peça em bruto prensada;

- abertura do molde e ativação de ao menos um ejetor; - ejeção da peça forjada.

Para melhor administração do calor especialmente com peças forjadas maiores é preferível que o mandril de molde inferior e a peça forjada que se encontra acima sejam resfriados depois da deformação antes de sua abertura.

De preferência, segundo a invenção, o ejetor superior só é ati- vado depois de atingido o ponto morto superior da prensa de deformação, em que o dispositivo de acordo com a invenção é de preferência empregado, sendo assim possível uma segura remoção da peça de trabalho pronta.

Pelo fluxo de material ininterrupto e uniformemente rápido, pos- sibilitado segundo a invenção, é produzido um molde uniforme e cheio até os mínimos raios e, com isso, uma peça forjada de medida muito precisa. As- sim se evitam falhas de forja e muitos acabamentos. De preferência, antes da inserção da peça em bruto prensada, ao menos uma parede interna do molde é revestida com agente Iubrifican- te/separador, sendo assim promovido o fluxo de material e facilitada a remo- ção da peça forjada.

Uma peça forjada típica, do tipo bucha, segundo a invenção, por exemplo, de 42CRMo4, aços de têmpera por precipitação, aços com ato teor de cromo, que é apropriada especialmente como pistão de motor para moto- res de combustão interna, apresenta um comprimento de camisa entre 60 mm e 160 mm e uma espessura de parede entre 6 mm e 12 mm.

Devido ao fato de que a ferramenta apresenta uma gravação profunda com mínima inclinação de queda, uma região interna resfriada bem como armação, de maneira surpreendente pode ser evitado o emprego de uma segunda etapa de forja para peças do tipo bucha com uma relação de comprimento para diâmetro externo da ordem de grandeza de 0.5 m: 1, o que reduz muito fortemente o dispêndio de produção.

Os aspectos acima e outros aspectos ficam claros para o espe- cialista com base nos desenhos em apenso e na descrição detalhada a se- guir de formas de execução, às quais contudo, de modo algum, devem se restringir a invenção. Aí mostram:

figura 1a - uma vista de um corte longitudinal por uma forma de execução de uma peça forjada do tipo bucha, produzida com a ferramenta de deformação da figura 2;

figura 1b - uma vista de um corte longitudinal defasado em 90 0 pela forma de execução de uma peça forjada segundo a figura 1a, do tipo bucha, produzida com a ferramenta de deformação da figura 2;

figura 2 - uma vista explodida de uma ferramenta de deformação segundo uma forma de execução da invenção;

figura 3 - uma vista em detalhe de um corte pelo mandril de mol- de da ferramenta de deformação da figura 2 e

figura 4 - uma vista em detalhe de um corte pelo mandril de mol- de superior da ferramenta de deformação da figura 2;

figura 5 - um esquema de processo do processo de forja de a- cordo com a invenção; e

figura 6 - as duas etapas na deformação da peça prensada para o pistão com uma ferramenta de moldar de acordo com a invenção.

Na figura 1 está representada uma peça forjada do tipo bucha, produzida de acordo com a invenção, aqui um pistão 10 para motores de combustão interna. Um pistão desse tipo para motores de combustão interna de aço 42CrMo4 apresenta, por exemplo, as seguintes medidas: o compri- mento da camisa de pistão 14 importa ao menos em cerca de 0,5 vezes o diâmetro externo do pistão cerca de 135 mm. A espessura da parede lateral de pistão 11 se situa na faixa de cerca de 1/6 do diâmetro externo do pistão. Em um pistão de motor típico para motores de combustão interna feito de 42CrMo4, o comprimento de camisa de pistão importa em 60 a 85 mm, a espessura de parede lateral de pistão em 6 a 10 mm e o diâmetro externo de pistão em 115 a 140 mm. Em outras formas de execução, por exemplo, co- mo pistão 10 para motores navais ou motores de acionamento para instala- ções de produção de energia, dependendo do material, são usuais outras medidas, como é de conhecimento do especialista na respectiva área técni- ca. As espessuras de parede especiais dependem então acentuadamente do material empregado e das funções do pistão.

Um processo segundo a invenção apropriado para a produção desse pistão 10 é executado em uma ferramenta de moldar da figura 2, co- mo representado esquematicamente em corte longitudinal com uma peça moldada situada dentro da mesma. A ferramenta apresenta um mandril de molde C superior, cuja configuração especial facilita acentuadamente a de- formação de uma peça bruta em uma etapa. Pelo mandril de molde C supe- rior pode ser deslocado para fora um ejetor G superior, que pode remover uma peça moldada que se encontra na gravação. Pode então ser também conveniente um ângulo de queda alfa na gravação do mandril de molde C superior para a ejeção pelo ejetor G após encerramento do curso, o assim chamado ângulo de extração.

A ferramenta inferior do molde de forja, que forma juntamente com o mandril de molde superior a gravação para forjar a peça do tipo bu- cha, é formada pelo mandril de molde B inferior bem como pelo anel de mol- de A exterior, entre os quais é moldada a parede de bucha no comprimento e espessura desejados.

O mandril de molde B inferior é de tal maneira projetado que é móvel por um ejetor H inferior, que pode ser redondo, mas também moldado, que pode ser ativado pelo pé de fixação E, relativamente ao anel de molde A exterior e, assim, é facilitada uma remoção da peça forjada da ferramenta inferior, na medida em que é evitado um deslizamento de volta da peça em bruto de forja. A combinação de ejetores H, G superior e inferior reduz mar- cas de ejetor na peça moldada bem como deformação da peça forjada gra- ças a uma boa distribuição de força durante a ejeção.

De preferência, em torno do anel de molde A exterior se encon- tra um anel de armação D, que sustenta lateralmente a ferramenta de mol- dar inferior. Esse anel de armação pode consistir de outro material que não o das próprias ferramentas de moldar, pois não precisa satisfazer os requisitos feitos a propriedades de ferramentas, como pequena abrasão, etc. Assim, pode ser empregado um material de baixo preço, de modo que quando da troca de ferramenta apenas o anel de molde A exterior e os dois mandris de molde CeB precisam ser trocados, o que facilita consideravelmente a ma- nutenção da ferramenta em um dispositivo de forjar.

O alojamento de mandril de molde F anular sustenta a periferia do mandril de molde C superior e forma com o mesmo a parte superior do molde.

A ferramenta de forjar é fechada pelo pé de fixação E, que sus- tenta o mandril de molde inferior e, graças ao ejetor H correndo nele, possi- bilita um movimento do mandril de molde B inferior.

Um processo de acordo com a invenção para forjar uma peça forjada do tipo bucha decorre como segue: uma peça em bruto prensada é fornecida aquecida à temperatura de deformação por um dispositivo automá- tico e posicionada no molde de forja aberto entre o mandril de molde C supe- rior, repuxado, e o mandril de molde B inferior no anel de molde A exterior. Isso é possível quando ambos os ejetores estão repuxados. Em seguida, o molde é fechado em um curso de forja, sendo ambos os mandris de molde movidos um na direção do outro, a peça prensada em brito é pressionado contra as paredes de gravação do molde e deformada. Naturalmente, o mol- de pode ser previamente ciclicamente revestido com meios de separação de molde de maneira usual, como é comum na área em questão e do conheci- do do técnico. Pressões de gás no molde podem ser derivadas por medidas de ventilação usuais, como perfurações de ventilação I, sendo também re- movidos lubrificantes e seus resíduos. A disposição da perfuração de venti- lação de modo algum está restrita ao mandril de molde inferior e pode ser variada em correspondência aos requisitos, como fica evidente para o técnico.

Graças às unidades de levantamento e extração móveis é pos- sível levantar precisamente a peça forjada da ferramenta, sendo isso promo- vido, de maneira especial, por um ângulo de cone de extração alfa-negativo na gravação do mandril de molde C superior.

Caso seja previsto um resfriamento de mandril de molde, ele deve começar antes da ejeção da peça forjada, para ser mantida a geome- tria deformada.

Tendo sido a invenção detalhadamente descrita com base em formas de execução preferidas, fica claro ao técnico que são possíveis as mais diversas alternativas e formas de execução para realização da inven- ção no âmbito de proteção das reivindicações. Listagem de Referências

A anel de molde exterior

B mandril de molde inferior

C mandril de molde superior

D anel de armação para região inferior de A

E pé de fixação

F alojamento de molde

G ejetor superior

H ejetor inferior

alfa ângulo de extração da gravação de C

I abertura de ventilação

K canal de resfriamento

10 pistão

11 parede lateral de pistão

12 comprimento de camisa de pistão

Claims

1. Dispositivo para forja de peças do tipo bucha segundo um processo em um estágio com as características das reivindicações 6 a 10 com um molde para forja de uma peça em bruto prensada para uma peça forjada pronta em uma única etapa de forja, que apresenta: - um mandril de molde C superior, - um anel de molde A exterior - um mandril de molde B inferior - um dispositivo de ejeção com: - um ejetor H inferior para ejeção pelo mandril de molde B inferi- or; - um ejetor G superior para ejeção pelo mandril de molde C su- perior; e - um pé de fixação E para apoio do mandril de molde B inferior, pelo qual é ativável o ejetor H inferior, sendo que os mandris de molde CeB quando da forja podem ser deslocados para dentro do anel de molde A com a peça em bruto pren- sada que aí se encontra e assim deformar a mesma por forja e pelos ejeto- res G, H ativáveis pelos mandris de molde CeBa peça forjada é em segui- da desenformável.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de apoio é provido de um anel de armação inferior para a região inferior do anel de molde A exterior.

3. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que é previsto um dispositivo de apoio com um alojamento de mandril de molde F, que sustenta a periferia do mandril de molde C exterior.

4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que o mandril de molde B inferior apresenta dispositivo de resfriamento, como canais de meio de resfriamento K.

5. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que na gravação do mandril de molde C supe- rior está previsto um ângulo de extração negativo com ângulo a.

6. Processo para forjar em um só estágio peças forjadas do tipo bucha em um molde, especialmente pistões, com - colocação de uma peça em bruto prensada em uma única gra- vação de molde, que é formada por um anel de molde A exterior, um mandril de molde B inferior e um mandril de molde C superior; - fechamento do molde; - deformação da peça em bruto prensada no molde; - abertura do molde e ativação de ao menos um ejetor; e - ejeção da peça forjada.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o anel de molde A exterior de um anel de armação D é sustenta- do lateralmente.

8. Processo de acordo com reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que um alojamento de mandril de molde F sustenta a periferia do mandril de molde C superior.

9. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações -6 - 8, caracterizado pelo fato de que a peça em bruto prensada é produzida por recalque.

10. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações -6 - 9, caracterizado pelo fato de que o mandril de molde B inferior é resfriado por canais de resfriamento.

11. Processo de acordo com pelo menos uma das reivindicações -6 -10, caracterizado pelo fato de que um ejetor superior no mandril de molde C superior só é ativado depois de atingido o ponto morto superior da prensa de deformação.

12. Peça forjada do tipo bucha, especialmente pistão de motor para motores de combustão interna de qualquer tipo, produzida por um pro- cesso como definido em qualquer uma das reivindicações 6-10, caracteri- zada por: um comprimento de camisa entre 40 mm e 160 mm; de prefe- rência 60 - 85 mm e uma espessura de parede entre 4 mm e 12 mm, de preferência 6 a 8 mm.

13. Peça forjada do tipo bucha de acordo com a reivindicação -12, produzida de um material selecionado do grupo consistindo em -42CrMo4, aços de têmpera por precipitação, aços com alto teor de cromo.