ES2221459T3 - Procedimiento para la fabricacion de una pieza sintetizada con la subsiguiente conformacion del semielaborado. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de una rueda dentada o anillo dentado mediante conformación de un semielaborado a partir de un polvo de metalurgia de los polvos, el cual es sinterizado a continuación, en el que en una primera etapa se forma, mediante moldeado por compresión a partir de polvo de metalurgia de los polvos, mediante herramientas de compresión guiadas axialmente, el semielaborado con una forma básica de pieza cuya geometría corresponde esencialmente a la forma final de la pieza, salvo zonas parciales de los dientes, los cuales presentan en las herramientas de compresión de la primera etapa unas geometrías que no se pueden formar o que se pueden formar sólo con dificultad, y en al menos otra etapa, con la ayuda de herramientas de conformación separadas, mediante conformación sin arranque de virutas, en el semielaborado son conformadas bajo presión a su forma final las zonas parciales de los dientes no formadas definitivamente en la primera herramienta de compresión en cuanto asu forma, de manera que el semielaborado no sinterizado obtiene la forma final de pieza y a continuación el semielaborado es sinterizado en su forma final de pieza para dar la pieza acabada.

Description

Procedimiento para la fabricación de una pieza sintetizada con la subsiguiente conformación del semielaborado.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una pieza sinterizada a partir de material en forma de polvo, en especial a partir de polvo para metalurgia de los polvos, en el que la pieza presenta un dentado exterior y/o interior.

La fabricación de piezas sinterizadas mediante compactación de un polvo metalúrgico y sinterización consiguiente es fundamentalmente conocida. Al compactar el polvo para dar un denominado semielaborado es importante, por un lado, conseguir una compactación uniforme del polvo y, por el otro, estructurar la geometría de la pieza de tal manera que la conformación se pueda llevar a cabo con herramientas de compresión lo más sencillas posibles, existiendo además la exigencia de que el semielaborado compactado se pueda desmoldar también de la matriz. Sin embargo, en muchas ocasiones las exigencias funcionales impuestas a la geometría de la pieza acabada no se pueden hacer realidad mediante un proceso de compresión cuando, por ejemplo, existen destalonamientos, ranuras o contornos exteriores que discurren transversalmente respecto de la dirección de compactación, los cuales no permiten una compactación uniforme. Los problemas se pueden resolver, en parte, gracias a que la pieza acabada es unida a partir de dos o varios elementos parciales compactados y sinterizados para sí o se genera, mediante compactación y sinterización, una pieza en bruto la cual, a continuación, debe ser acabada de procesar en un proceso de conformación con arranque de virutas. Una estructuración de una pieza a partir de varios elementos parciales no se puede siempre hacer realidad. Un procesamiento con arranque de virutas de una pieza sinterizada finalmente resulta muy costoso, en especial en caso de fabricación en serie.

Por la publicación DE-A-196 36 524 se conoce un procedimiento para la fabricación de prototipos en el cual se forma, con la ayuda de una herramienta de compresión, en un proceso básico de conformación de al menos una etapa, a partir polvo de metal que contiene plastificador, un semielaborado como forma básica de la pieza bajo la acción de la presión y/o el calor, la cual corresponde únicamente de forma aproximada a la forma final de la pieza. En al menos un proceso de conformación adicional, con retirada de material o conformación de material, el semielaborado adquiere entonces una primera forma de pieza y a continuación es sinterizado. El prototipo generado de esta manera es estudiado, y ello con respecto a necesarias modificaciones de la forma, para tener en cuenta las influencias del proceso de sinterización con vistas a su adecuación a la utilización mecánica prevista. Al mismo tiempo es interesante en especial la reducción de la cantidad de material, es decir un adelgazamiento de la forma. Dado que, por regla general, el primer prototipo fabricado de esta manera no satisface todas las exigencias, se fabrica en otro paso, de nuevo a partir de la herramienta de compresión existente, un semielaborado el cual es retocado, sinterizado finalmente y vuelto a estudiar de acuerdo con los conocimientos extraídos del estudio. Con ello es posible realizar, con sólo una matriz, paso a paso, la necesaria forma final de la pieza y fabricar entonces, de acuerdo con la muestra final obtenida, las herramientas de compresión necesarias para una fabricación en serie.

Con el fin de conectar, para la fabricación de una pieza sinterizada, un proceso de conformación ya desde el punto de vista de la técnica de compresión con el proceso básico de conformación, en la publicación EP 826 449 se describe un procedimiento en el cual, con varios troqueles de compresión guiados uno tras otro, se forma un semielaborado con su forma final en una herramienta de compresión a partir de material en forma de polvo, donde ya durante la compactación se pueden formar contornos de sección transversal con diferentes grosores de material como, por ejemplo, bujes y llantas. La condición previa es que la pieza no presente en su geometría ningún destalonamiento, de manera que tras la compactación se pueda retirar de nuevo de la herramienta de compresión.

Básicamente este procedimiento se puede utilizar sin embargo para cualquier geometría sin destalonamientos cuando la herramienta de compresión está correspondientemente adaptada a los contornos. De todos modos se ha demostrado que únicamente en cuerpos con superficies las cuales están orientadas esencialmente perpendiculares respecto de la dirección de movimiento de la herramienta de compresión se puede alcanzar una compactación uniforme. Tan pronto como la pieza que se desea fabricar presenta geometrías que difieren de esta condición básica el procedimiento descrito choca contra sus límites técnicos.

En especial en los cantos o resaltos de la pieza que hay que fabricar pueden aparecer, debido a la reducida fluidez del polvo, zonas con densidad de material reducida las cuales, una vez finalizada la sinterización, pueden dar lugar a defectos del material tales como grietas o roturas. De igual manera pueden producirse sobreesfuerzos y con ello roturas en los puntos de la herramienta de compresión expuestos de esta manera.

En piezas cuyos contornos o geometrías presentan este tipo de zonas parciales, las cuales no se pueden fabricar con una herramienta de compresión guiada axialmente, se requiere o bien una herramienta de compresión partida, complicada, por ejemplo también con así denominadas resbaladeras laterales o, tras el proceso básico de conformación, resulta necesario llevar a cabo un procesamiento separado. En el caso del procesamiento con arranque de virutas se generan, con arranque de virutas, las correspondientes geometrías y destalonamientos en la pieza para alcanzar la forma final de pieza deseada.

Por la publicación GB-A-2 051 639 se conoce un procedimiento para la fabricación de husillos roscados en el cual en primer lugar se compacta, a partir de polvo de metal sinterizado, un semielaborado con la forma de un cuerpo cilíndrico y se sinteriza a continuación. Seguidamente se aplica la rosca mediante conformación de la superficie exterior del cilindro del cuerpo cilíndrico sinterizado con la ayuda de un rodillo de compresión donde, en la zona de los pasos de rosca, la superficie es notablemente compactada. La barra roscada o perno así obtenido puede ser sinterizada a continuación.

Por la publicación CH-A-335 196 se conoce un procedimiento para la fabricación de anillos de proyectiles a partir de polvo de hierro, en el cual el anillo es compactado y sinterizado previamente y con posterioridad es recompactado para el ajuste de una densidad definida y es de nuevo sinterizado. Dado que los anillos de proyectil están formados como anillos cilíndricamente lisos, la recompactación da lugar únicamente a una calibración, con el fin de evitar en la medida de lo posible una compactación de estructura demasiado grande.

La invención se plantea el problema de crear un procedimiento que evite las desventajas descritas con anterioridad.

El problema se resuelve mediante el procedimiento para la fabricación de una pieza a partir de polvo de metalurgia de los polvos indicado en la reivindicación 1. Este procedimiento ofrece, para un gran número de geometrías, la ventaja de que el semielaborado para la forma básica de la pieza se puede fabricar en una herramienta de compresión correspondientemente simplificada, concebida para una compactación uniforme. Resulta adecuado cuando la forma básica de pieza es lo más cercana posible, en cuanto a su geometría, a la geometría de la forma final de pieza. La forma final de pieza especial es generada, a continuación, mediante al menos una conformación adicional separada de las zonas parciales afectadas del semielaborado con la ayuda de otra herramienta conformadora.

Gracias a que las zonas parciales que hay que conformar son cargadas con presión en herramientas de conformación separadas, se pueden recompactar todavía zonas que en el primer paso de compactación habían sido menos compactadas. Al mismo tiempo es posible - sin arrancar material- conformar geometrías que en el primer paso de compactación no se pueden o sólo se pueden formar con dificultad, en zonas parciales de la forma básica de pieza. Las herramientas de conformación están dotadas con medios de presión y contrapresión. En estás formas de proceder se puede transmitir una porción de presión isostática de tal manera sobre zonas parciales que haya que conformar que sea posible una conformabilidad, incluso para materiales muy quebradizos. Mediante la conformación de las zonas parciales afectadas del semielaborado se fabrica una forma final de pieza que puede ser sinterizada a continuación.

Con la correspondiente geometría de la pieza resulta posible incluso aumentar aún, en las zonas parciales, mediante la conformación subsiguiente, la densidad de material y conseguir así una resistencia adicional en estas zonas parciales en la pieza sinterizada final.

Como perfeccionamiento del procedimiento según la invención, la conformación puede tener lugar mediante compactación y/o rodada entre discos planos. La compactación puede llevarse a cabo, en especial, de forma escalonada donde los contornos individuales, tales como destalonamientos, son generados en la forma final de la pieza en cada caso al menos mediante una etapa de conformación.

Según la invención está previsto también que la profundidad de conformación se aumente de manera escalonada. Con ello se consigue poder suministrar un mayor trabajo de conformación sin destrucciones de la estructura del material.

En otro perfeccionamiento ventajoso del procedimiento está previsto que el semielaborado sea, antes de al menos una conformación, sinterizado previamente para aumentar la resistencia verde. Esta unión del material de polvo, en polvo y comprimido, designada como sinterización previa se lleva a cabo, preferentemente, a una temperatura más baja que la sinterización final que conduce a la forma final de la pieza. La sinterización previa se lleva al mismo tiempo a cabo de manera que sea posible aún otro trabajo de conformación más en la pieza. Mediante la sinterización previa se consigue que la estructura interna de la pieza en bruto se conserve ampliamente en las zonas formadas ya de manera definitiva durante la conformación de zonas parciales y que se pueda aplicar para la conformación una presión mayor sobre estas zonas parciales.

Según la invención, la pieza puede ser calibrada como semielaborado antes de una sinterización y/o como pieza endurecida tras una sinterización. En especial está previsto también realizar al menos una parte del trabajo de conformación mediante la calibración. Mediante esta calibración se puede mejorar cualitativamente la superficie de la pieza, aunque también la estructura. Es en especial posible eliminar rebabas y/o cantos puntiagudos o afilados.

La invención se explica con mayor detalle sobre la base de los dibujos esquemáticos. En los dibujos las figuras muestran:

la Fig. 1, como pieza acabada, un piñón con dientes abovedados,

la Fig. 2, el llenado de la matriz para la fabricación del piñón según la Fig. 1,

la Fig. 3, una vista frontal de un troquel de conformación para la fabricación de la pieza según la Fig. 1,

la Fig. 4, un primer paso de compactación,

la Fig. 5, la forma del semielaborado formado en el paso de compactación según la Fig. 4,

la Fig. 6, el semielaborado según la Fig. 5 en la herramienta de compresión mediante realización de la conformación,

la Fig. 7, la herramienta de compresión según la Fig. 6 en posición de conformación,

la Fig. 8, en perspectiva, un anillo dentado,

la Fig. 9, una ampliación de una sección para un diente del anillo dentado según la Fig. 8,

la Fig. 10, una vista superior sobre la sección según la Fig. 9,

la Fig. 11, un semielaborado para un anillo dentado con dentado interior destalonado tras el primer paso de compactación,

la Fig. 12, una proyección desenvuelta del dentado interior en el semielaborado según la Fig. 1,

la Fig. 13, el dentado interior en la vista según la Fig. 12 tras la conformación,

la Fig. 14, el proceso de compresión de conformación correspondiente a la Fig. 13.

En la Fig. 1 se representa, en sección longitudinal, un piñón 1 que presenta un cuerpo de base 2 cilíndrico está dotado en un extremo con un dentado exterior 3. Como se aprecia en la Fig. 1, los dientes 4 del dentado exterior 3 están formados como un así denominado dentado espiral. La pieza se ha fabricado, mediante procedimiento de sinterización, a partir de un polvo de metalurgia de los polvos. La Fig. 1 muestra la pieza en el estado final sinterizado.

En las Figs. 3, 4, 6 y 7 se representa con mayor detalle el procedimiento para la fabricación de la pieza según la Fig. 1 sobre la base del desarrollo del trabajo en la herramienta de compresión.

Como se puede apreciar en la Fig. 3, la herramienta de compresión consta esencialmente de una matriz 5 que comprende esencialmente el contorno exterior, un troquel inferior 6 y un troquel de conformación 7 superior. El troquel inferior 6 se desciende para el llenado en primer lugar una medida determinada y el espacio de molde así formado es llenado con polvo 8 de metalurgia de los polvos. A continuación se hace descender el troquel de conformación 7, cuyo contorno exterior 9 corresponde esencialmente al contorno interior 10 de la zona superior de la matriz 5. La Fig. 3 muestra una vista frontal del troquel de conformación 7.

Como se puede apreciar en la Fig. 4, en la siguiente etapa de trabajo se introduce el troquel de conformación 7 en la matriz 5 y al mismo tiempo se desplaza el troquel inferior 6 hacia arriba, de manera que el troquel de conformación y el troquel inferior son conducidos uno contra otro y compactan al mismo tiempo la carga de polvo sólo agitada para dar un semielaborado 1.1 sólido. El cuerpo de base 2 cilíndrico recibe con ello ya su forma final, mientras que los dientes 4 del dentado exterior 3 presentan en su zona 4.1 inferior, debido a la correspondiente conformación de la matriz 5, ya el desarrollo de diente espiral, mientras que la zona 4.2 superior presenta el contorno de un dentado recto normal.

La forma intermedia del semielaborado fabricado de esta manera se puede apreciar en la Fig. 5. Aquí se puede reconocer también que, tras elevar el troquel de conformación 7, el semielaborado 1.1 puede ser expulsado de la matriz 5 por el troquel inferior 6, dado que no existe ningún destalonamiento.

Como se puede apreciar en la Fig. 6, el semielaborado 1.1 es insertado, en una segunda etapa de trabajo, en una matriz 5.1 la cual presenta un troquel inferior 6.1, y cuyo espacio de molde está formado esencialmente por un espacio de molde de diente 11.1 el cual corresponde, en cuanto a su geometría, a la zona 4.1 en el semielaborado (Fig. 2).

Una herramienta de compresión 5.2 superior en forma de matriz está dotada con un espacio de molde de diente 11.2 que está formado de manera idéntica a la zona 4.1 en el semielaborado (Fig. 5) y el cual sirve para conformar de tal manera la zona 4.2 en el semielaborado, formado todavía como dentado recto, que esta zona de diente obtenga el contorno final reproducido en la Fig. 1. A la herramienta 5.2 superior en forma de matriz está asignado un troquel interior 12 de manera que el troquel inferior 6.1 y el troquel interior 12, al juntar la totalidad de la disposición de herramientas, se puedan guiar de tal manera que, salvo la conformación del dentado exterior, no tengan lugar desplazamientos relativos entre las dos herramientas 5.1 y 5.2. Esta situación de compresión está representada en la Fig. 7.

Si se compara la geometría del troquel de conformación 7, como resulta de las Figs. 2 y 3, entonces se puede reconocer sin más que las zonas de diente 4.2 no se pueden formar, de la manera indicada, con un troquel de conformación sencillo dado que éste escaparía en puntas en forma de lengüeta, de manera que no se dan ni las necesarias presiones de compactación ni la necesaria estabilidad de la herramienta. Sorprendentemente se ha demostrado que mediante este procedimiento de compresión de varias etapas la geometría de diente en sí complicada, como se puede deducir de la Fig. 1, se puede llevar a cabo con gran precisión y compactación uniforme del polvo, cuando el semielaborado es conformado parcialmente mediante una herramienta de conformación similar a una matriz, que comprende el dentado sólo preformado en esta zona 4.2 y hace posible la aplicación de grande fuerza de compresión y, en su caso, también además una redensificación del semielaborado en la zona del dentado exterior.

Sorprendentemente se ha demostrado que es posible una conformación de este tipo de zonas parciales de un semielaborado en sí ya compactado finalmente y que, con respecto a la densidad de material y la precisión de la forma, conduce a resultados muy buenos.

A continuación se representan otros ejemplos de piezas que se pueden fabricar ventajosamente de acuerdo con el procedimiento según la invención. La Fig. 8 muestra, en perspectiva, un anillo 13 con un dentado exterior 14, como el que se utiliza por ejemplo en cuerpos de acoplamiento en un cambio de velocidades. Como permite reconocer ya la Fig. 8, aunque más aún la vista en perspectiva ampliada de la Fig. 9 y la vista superior de la Fig. 10, los dientes 15 individuales del dentado exterior 14 no están formados como dientes rectos usuales sino que presentan una forma geométrica complicada. Los flancos de diente 15.1 están formados como superficies envolventes, si bien están situadas sin embargo - como muestra la Fig. 10 - formando un ángulo entre sí. La superficie frontal 16 es al mismo tiempo de superficie rectilínea mientras que la superficie frontal 17 es formada por dos zonas de superficie 17.1 que discurren inclinadas entre sí si bien son de superficie plana.

Dado que la superficie de la herramienta de compresión necesaria para la fabricación de esta pieza está orientada perpendicularmente respecto del eje A de la pieza, es decir, los troqueles de compresión necesarios son guiados en la dirección del eje A, se puede apreciar en especial en la Fig. 10 que un dentado de este tipo no se puede formar, debido al destalonamiento existente, con un troquel de moldeado por compresión sencillo. También durante la fabricación de esta pieza se puede proceder de tal manera que en un primer paso de formación se formen el cuerpo anular y el dentado exterior con las superficies frontales 17.1, de manera que las superficies laterales 15.1 que vienen a continuación estén formadas todavía como "dentado recto". En el segundo paso de conformación se da lugar entonces de nuevo, con una herramienta en forma de matriz, en el semielaborado ya comprimido, a la formación definitiva de los flancos de dientes 15.1, donde no se forma únicamente la inclinación mutua en dirección axial, sino también las superficies envolventes.

En la Fig. 11 está representada, como ejemplo de estructuración adicional, un semielaborado 18 para un anillo con un dentado interior. El semielaborado representado en la Fig. 11 se fabrica como forma básica de la pieza de manera análoga al procedimiento explicado sobre la base de las Fig. 2 y 4. En la representación en sección según la Fig. 11 está representado en un cuerpo anular 18.1 únicamente un diente 19 del dentado interior en una vista lateral y en la Fig. 12 están representados varios dientes 19 en una proyección desenvuelta del dentado interior. Un semielaborado contorneado de esta manera se puede fabricar como forma básica de la pieza en un primer paso de compactación de forma análoga a la representación según las Fig. 2 y 4, incluido el contorneado especial de los dientes 19.

El ejemplo de utilización representado aquí a título de ejemplo necesita, sin embargo, una forma de diente con destalonamientos, como se representa en la Fig. 13. Esta forma de diente ya no se puede generar mediante un proceso de compresión puro debido a los destalonamientos 20 situados a ambos lados sobre el flanco de diente. Esto es posible, sin embargo, de acuerdo con el procedimiento según la invención, mediante un proceso de conformación el cual es posible - como indica la Fig. 14 - mediante una laminación o rodada entre discos planos. Para ello el semielaborado 18 se sujeta sobre un contraelemento 21 que puede rotar, por ejemplo sobre un cilindro o un anillo de apoyo. Los destalonamientos 20 son fabricados entonces mediante conformación, con una herramienta de rodada 22 correspondientemente formada como elemento de presión, la cual durante el giro del contraelemento 21 rueda sobre la superficie interior del dentado. Por motivos de la técnica de representación, los destalonamientos 20 están representados en la Fig. 13 más ampliados. En la utilización práctica se trata al mismo tiempo de depresiones únicamente pequeñas respecto de las zonas contiguas de los flancos de diente.

De acuerdo con el procedimiento según la invención se pueden formar también otros destalonamientos y estructuraciones los cuales no se pueden fabricar mediante el proceso de compresión "clásico". Estas son prácticamente todas las conformaciones para las cuales son necesarias fuerzas de compresión las cuales discurren, esencialmente, de manera transversal respecto de la dirección de compactación, que son necesarias para la fabricación de la forma básica de la pieza, por ejemplo según las Figs. 3 y 4.

Claims (5)

1. Procedimiento para la fabricación de una rueda dentada o anillo dentado mediante conformación de un semielaborado a partir de un polvo de metalurgia de los polvos, el cual es sinterizado a continuación, en el que en una primera etapa se forma, mediante moldeado por compresión a partir de polvo de metalurgia de los polvos, mediante herramientas de compresión guiadas axialmente, el semielaborado con una forma básica de pieza cuya geometría corresponde esencialmente a la forma final de la pieza, salvo zonas parciales de los dientes, los cuales presentan en las herramientas de compresión de la primera etapa unas geometrías que no se pueden formar o que se pueden formar sólo con dificultad, y en al menos otra etapa, con la ayuda de herramientas de conformación separadas, mediante conformación sin arranque de virutas, en el semielaborado son conformadas bajo presión a su forma final las zonas parciales de los dientes no formadas definitivamente en la primera herramienta de compresión en cuanto a su forma, de manera que el semielaborado no sinterizado obtiene la forma final de pieza y a continuación el semielaborado es sinterizado en su forma final de pieza para dar la pieza acabada.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la conformación de las zonas parciales tiene lugar mediante compactación y/o rodada entre discos planos.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la conformación tiene lugar de forma escalonada obteniéndose los contornos individuales, en especial destalonamientos en la forma final de pieza en cada caso al menos mediante una etapa de conformación.

4. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el semielaborado es, antes de al menos una conformación, sinterizado previamente para aumentar la resistencia verde.

5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la pieza es calibrada como semielaborado antes de una sinterización y/o como pieza endurecida tras una sinterización.