ES2222561T3 - Aparato y procedimiento de tratamiento por laser de la pared de un cilindro de un motor de combustion interna. - Google Patents
Aparato y procedimiento de tratamiento por laser de la pared de un cilindro de un motor de combustion interna.Info
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- F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
- F16J10/04—Running faces; Liners
Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN APARATO Y UN PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO CON LASER DE LOS CILINDROS, POR EJEMPLO LOS DE UN MOTOR DE COMBUSTION INTERNA. SE CARACTERIZA POR QUE COMPRENDE UN ESPEJO PLANO (1) COLOCADO EN EL INTERIOR DE UN CILINDRO (2) SOBRE UN SOPORTE (6) INCLINADO EN UN ANGULO DETERMINADO CON RESPECTO AL EJE (X X ) DEL CILINDRO (2) Y MEDIOS DE ENLACE (15) ENTRE EL ESPEJO (1) Y EL SOPORTE (6) QUE PUEDAN SER EXCITADOS POR UN CIRCUITO DE MANDO (16) PARA PROVOCAR PEQUEÑOS DESPLAZAMIENTOS DEL ESPEJO (1) CON RESPECTO AL SOPORTE (6). LA INVENCION TIENE APLICACION EN EL AMBITO DEL AUTOMOVIL.
Description
Aparato y procedimiento de tratamiento por láser
de la pared de un cilindro de un motor de combustión interna.
La presente invención se refiere a un aparato y a
un procedimiento de tratamiento por láser de la superficie de una
pared de alisamiento de un cilindro por ejemplo los de un motor de
combustión interna, en particular de vehículo automóvil.
Tal aparato y tal procedimiento tienen como
objetivo efectuar una operación de acabado de las superficies
internas de los cilindros del bloque de cilindros para garantizar el
compromiso entre la estanqueidad y el agarrotamiento de la cámara
de combustión de cada cilindro a lo largo de todo a carrera del
pistón en el interior de éste.
Se conoce la técnica de bruñido que utiliza una
herramienta abrasiva comúnmente denominada "bruñidora"
constituida por piedras o abrasivos diamantados que permiten un
mecanizado de precisión de la superficie de la pared de alisamiento
del cilindro correspondiente para dar a este cilindro sus
dimensiones finales. La bruñidora produce en la superficie
mecanizada, por la combinación de sus movimientos relativos de
rotación alrededor del eje del cilindro, de traslación según este
eje, y en su caso, de expansión cuando esta bruñidora es expansible,
impresiones o trazas de bruñido que tienen el aspecto de surcos que
se cruzan. Estos surcos realizados sobre el conjunto de la
superficie de la pared de alisamiento del cilindro determinan
condiciones de retención del lubricante constituido por aceite, las
cuales son importantes para la obtención de las prestaciones
deseadas de los motores térmicos y la reducción de la contaminación
generada por estos. También es posible mejorar el estado de
superficie de la pared de alisamiento del cilindro por el añadido de
una etapa de acabado por bruñido llamada "meseta".
También se conoce según los documentos DE 295 06
005 y DE 43 16 012 la utilización de haces láser para efectuar la
última etapa de mecanizado de precisión de las superficies de
escariados de cilindros de un motor de combustión interna.
Sin embargo, estas técnicas conocidas de
mecanizado de precisión tienen como mayor inconveniente, el no
dominar completamente y de manera simultánea, la profundidad, el
paso y la posición de los surcos en las paredes internas de los
cilindros.
La presente invención tiene como objetivo
eliminar el inconveniente anterior proponiendo un aparato de
tratamiento por láser de la superficie de una pared de alisamiento
de un cilindro, por ejemplo los de un motor de combustión interna,
en particular de vehículo automóvil para un mecanizado de precisión
de esta superficie, que comprende un espejo plano dispuesto en el
interior del cilindro para dirigir el haz del láser hacia la pared
de alisamiento del cilindro, estando el espejo dispuesto sobre un
soporte inclinado con un ángulo determinado respecto del eje del
cilindro y que se caracteriza porque los medios de conexión entre
el espejo y el soporte se pueden excitar mediante un circuito de
mando para permitir microdesplazamientos del espejo respecto del
soporte y realizar de este modo en la pared de alisamiento del
cilindro surcos que definen impresiones que tienen características
de formas cerradas, por ejemplo circulares, elipses o
rectangulares, y con una profundidad que constituye depósitos de
retención de lubricante adaptados a las condiciones de carga del
cilindro.
Preferiblemente, los medios de conexión
comprenden elementos piezoeléctricos y el circuito de mando
proporciona a cada elemento piezoeléctrico una tensión de mando de
deformación de este elemento.
Los elementos piezoeléctricos son tres y están
dispuestos sobre el soporte a 120º unos de otros.
El soporte del espejo forma parte de un conjunto
motorizado que le permite un desplazamiento en rotación alrededor
del eje del cilindro y un desplazamiento en traslación según este
eje.
Este conjunto motorizado comprende un árbol, del
cual un extremo en el interior del cilindro soporte el soporte del
espejo y dos motores eléctricos, preferiblemente con servo mando
mecánicamente conectados al otro extremo del árbol situado en el
exterior del cilindro para que uno de los motores arrastre en
rotación el árbol y el otro motor lo desplaza en traslación.
El aparato comprende también un circuito de mando
digital de los dos motores eléctricos para coordinar los
desplazamientos conjugados en rotación y en traslación del árbol
que lleva el soporte del espejo para realizar las impresiones de
formas variadas adaptadas a las condiciones de carga del
cilindro.
Una cabeza óptica, alojada parcialmente en el
cilindro, recibe el haz láser mediante una fibra óptica para
localizarlo sobre el espejo y está montada pivotante sobre un eje de
pivoteo para permitir su inclinación respecto del eje del
cilindro.
Preferiblemente, se prevé un motor eléctrico para
accionar el pivoteo de la cabeza de focalización y se acciona
mediante el circuito de mando digital anteriormente mencionado que
gestiona también el funcionamiento del circuito de mando de
excitación de los elementos piezoeléctricos.
El ángulo de inclinación de la cabeza de
focalización se sitúa en una horquilla que va hasta
aproximadamente 30º por una y otra parte del cilindro.
Según otra realización, el espejo de reenvío se
aloja en una parte de extremo de una cabeza óptica de focalización
del haz láser sobre el espejo que está inclinado formando un ángulo
determinado respecto del eje del cilindro para dirigir el haz láser
radialmente al cilindro a través de una ventana de la parte de
extremo de la cabeza óptica y se fija a esta parte de extremo por
medios de conexión que se pueden excitar mediante un circuito de
mando para permitir microdesplazamientos del espejo respecto de la
parte de extremo y, de este modo, del punto de impacto del haz
láser sobre la superficie de la pared de alisamiento para realizar
sobre esta superficies surcos que definen impresiones que tienen
características de formas cerradas, por ejemplos circulares,
elipses o rectangulares, y con una profundidad que constituyen
depósitos de retención de lubricante adaptados a las condiciones
de carga.
Los medios de conexión comprenden elementos
piezoeléctricos y el circuito de mando proporciona a cada elemento
piezoeléctrico una tensión de mando de deformación de este
elemento.
Ventajosamente, el ángulo de inclinación del
espejo de reenvío es de 45º.
El aparato comprende además un conjunto
motorizado que permite desplazar la cabeza óptica en traslación
según el eje del cilindro y desplazar la parte de extremo en
rotación alrededor de este eje respecto del cuerpo de la cabeza
óptica.
Preferiblemente, el circuito de mando es un mando
digital programado para controlar los medios de conexión del espejo
de reenvío y el conjunto motorizado para realizar las impresiones
de formas variadas adaptadas a las condiciones de carga del
cilindro.
La cabeza óptica comprende una lente de
focalización montada en un soporte mediante traviesas internas que
posicionan la lente a una distancia focal predeterminada del espejo
y un medio de ajuste preciso de la posición axial del soporte de la
lente respecto del cuerpo de la cabeza óptica.
Ventajosamente, el medio de ajuste comprende una
herramienta en forma de botón de mando dotado de un dedo que se
puede introducir en un agujero radial de la parte de extremo de la
cabeza óptica y que se termina con una patilla que coopera con una
ranura del soporte de la lente para desplazar axialmente el soporte
girando el dedo introducido en el agujero radial mediante el botón
demando.
La cabeza óptica comprende también un conducto
dispuesto en el cuerpo de ésta última para encaminar un gas
añadido, tal como el nitrógeno o el argón, en la ventana de la
parte de extremo de la cabeza óptica a la altura de esta
ventana.
La cabeza óptica comprende además medios de
enfriamiento internos que permiten mantener la temperatura del
espejo en un valor determinado.
Preferiblemente, el láser es del tipo YAG y
funciona en modo continuo o en modo desconectado y el mando digital
efectúa la sincronización de la fuente láser en modo
desconectado.
La invención se refiere también a un
procedimiento de tratamiento por láser de la superficie de una
pared de alisamiento o mandrinado de un cilindro, por ejemplo los
de un motor de combustión interna, particularmente de vehículo
automóvil para un mecanizado de precisión de esta superficie, que
consiste en reflejar el haz del láser sobre la superficie de la
pared de alisamiento del cilindro por un espejo plano dispuesto
sobre un soporte inclinado que forma un ángulo determinado respecto
del eje X-X' del cilindro, y que se caracteriza
porque consiste en excitar de manera controlada medios de conexión
entre el soporte y el espejo para que efectúe microdesplazamientos
respecto del soporte de manera que el haz del láser se desplace
respecto de la superficie de escariado del cilindro, teniendo el
haz una intensidad que permite realizar sobre la superficie de la
pared de alisamiento del cilindro surcos que definen impresiones
que tienen características de formas cerradas, por ejemplos
circulares, en forma de elipses o rectangulares, y con una
profundidad que constituyen depósitos de retención de lubricante
adaptados a las condiciones de fricción y de temperatura que puede
soportar la superficie de la pared de alisamiento del cilindro.
Las impresiones tienen formas diferentes de un
lugar a otro de la superficie de la pieza.
En el caso de una pared de alisamiento de un
cilindro de motor de combustión interna, las impresiones tienen
formas diferentes de arriba abajo de la superficie de la pared de
alisamiento del cilindro y las impresiones superiores almacenan
más lubricante que las impresiones inferiores.
Un mismo surco puede tener una profundidad
diferente y las impresiones pueden yuxtaponerse para formar una red
de circulación del lubricante.
La invención se entenderá mejor y otros
objetivos, características, detalles y ventajas de ésta aparecerán
más claramente en la siguiente descripción explicativa con
referencia a los dibujos anexos ofrecidos únicamente a título de
ejemplo que ilustran dos realizaciones de la invención y en los
cuales:
La figura 1 es un esquema sinóptico del aparato
de tratamiento conforme a la invención.
La figura 2 representa esquemáticamente en
desarrollo un detalle de la superficie mecanizada de una pared de
alisamiento de un cilindro de motor térmico y que muestra los
diferentes perfiles de impresiones realizadas por el haz láser.
La figura 3 es una vista en corte ampliada según
la línea III-III de la figura y que muestra un
perfil del surco de una imprenta de diferente profundidad.
La figura 4 representa otra realización del
aparato de tratamiento de la invención.
La figura 5 es una vista en corte según la línea
V-V de la figura 4 y que muestra un sistema de
enfriamiento del espejo del aparato de tratamiento de la figura
4.
La figura 6 es una vista ampliada de la parte
enmarcada en VI de la figura 4.
La figura 7 es una vista superior según la
flecha VII de la figura 6 y que representa de manera detallada una
parte del espejo de reenvío alojado en el aparato de la figura
4.
Respecto de la figura 1, el aparato de la
invención que permite un tratamiento por láser de las superficies
de paredes de escariados de los cilindros de un motor de
combustión interna comprende un espejo plano 1 dispuesto en el
interior del cilindro 2 para dirigir el haz F procedente de una
fuente láser 3 hacia la pared de alisamiento 2a del cilindro 2 para
efectuar un mecanizado de precisión de la superficie de esta pared
como se verá más adelante.
El haz láser se puede transportar por fibra
óptica en lo que se refiere al láser YAG o directamente cuando la
fuente es del tipo excímero hacia la cabeza óptica 4 que penetra
parcialmente en este cilindro. Esta cabeza permite focalizar el haz
láser sobre el espejo de reenvío 1. La cabeza óptica 4 está montada
sobre un eje de pivoteo que permite su inclinación respecto del eje
longitudinal X-X' del cilindro 2 en una posición
angular determinada comprendida entre aproximadamente 0º y 30º de
una y otra parte de este eje.
El espejo 1, que tiene preferiblemente una
inclinación de 45º respecto del eje X-X' del
cilindro 2, está dispuesto sobre la cara inclinada de un mismo
valor de un soporte 6 que forma parte de un conjunto motorizado que
permite al soporte 6 desplazarse en rotación alrededor del eje
X-X' y en traslación según este eje.
El conjunto motorizado comprende un árbol 7
dispuesto sensiblemente de manera coaxial al eje
X-X' y cuyo extremo situado en el interior del
cilindro 2 soporta el soporte 6 del espejo 1. Este conjunto
comprende también dos motores eléctricos 8, 9 conectados
mecánicamente al otro extremo del árbol 7 situado en el exterior del
cilindro 2 para que el motor eléctrico 8 pueda arrastrar en
traslación según el eje X-X', el árbol 7 y que el
motor eléctrico 9 pueda arrastrar en rotación este árbol alrededor
del eje X-X'. Más precisamente, el motor eléctrico
8 arrastra en rotación, mediante un engranaje 10, un tornillo
sinfín 11 sobre el cual está montado el árbol 7 de manera que una
rotación del tornillo sinfín 11 provoca el desplazamiento
correspondiente en traslación de este árbol. El motor eléctrico 9
arrastra en rotación el árbol 7 alrededor del eje
X-X' mediante otro engranaje 12.
Se prevé un circuito de mando digital 13 para
accionar los dos motores eléctricos con servo mando 8, 9, para
coordinar los desplazamientos conjugados en traslación y en rotación
del árbol 7 y por consiguiente del espejo 1. El circuito 13 acciona
además otro motor eléctrico 14 de mando del pivoteo de la cabeza
óptica de focalización 4 con una inclinación deseada.
El espejo 1 está montado sobre la pared inclinada
del soporte 6 mediante medios de conexión 15 que se pueden
excitar para permitir desplazamientos muy pequeños del espejo 1 y
determinar de este modo diversas formas de las impresiones sobre la
pared de alisamiento del cilindro correspondiente. Preferiblemente,
estos medios de conexión comprenden elementos piezoeléctricos
situados entre el espejo 1 y la pared inclinada del soporte 6,
siendo estos por ejemplo tres y estando dispuestos a 120º los unos
de los otros, y se prevé un circuito electrónico de mando 16 para
proporcionar a cada elemento piezoeléctrico 15 una señal de tensión
de excitación que deforma el elemento piezoeléctrico para
garantizar los microdesplazamientos del espejo 1. El circuito
electrónico 16, que se activa por el circuito de mando digital 13,
está situado por supuesto en el exterior del cilindro 2 y está
conectado eléctricamente a los elementos piezoeléctricos 15 por un
cable eléctrico 17 que atraviesa el tornillo sinfín 11 y por
consiguiente el árbol 7 para desembocar en los elementos
piezoeléctricos 15 a través de la pared inclinada del soporte 6.
La figura 2 muestra impresiones que pueden
realizarse por el haz láser en contacto con la pared del cilindro y
que se obtienen por una combinación de los movimientos relativos de
la cabeza óptica 4 y del espejo de reenvío 1 efectuados bajo el
control del circuito de mando digital 13. Se constata de este modo
que el aparato de la invención permite obtener el efecto de
"estructuración" sobre la pared de alisamiento del cilindro 2
dominando a la vez la profundidad, el paso y la posición de los
surcos con la posibilidad de obtener una profundidad diferente P1,
P2 en un mismo surco S como se ha representado en la figura 3 y
también obtener formas diferentes de perfil teniendo en cuenta la
velocidad de desplazamiento del pistón en el cilindro. De este modo,
la figura 2 muestra que la zona superior I de la pared interna del
cilindro 2 se puede tratar por el láser del aparato de la invención
según un perfil determinado que permite almacenar tanto lubricante
(aceite) como sea posible, la zona sensiblemente mediana II de esta
pared se puede tratar según otro perfil para almacenar menos
lubricante que en la zona I y la zona inferior III de esta pared se
puede tratar también según otro perfil diferente para almacenar
menos lubricante que las dos otras zonas. Dicho de otro modo, el
aparato de tratamiento de la invención permite en particular la
realización de las diferentes formas de impresiones en cualquier
lugar deseado de la pared interna del cilindro. De este modo, las
características de forma y de volumen (profundidad de los surcos) de
las impresiones que constituyen los depósitos de retención de
lubricante intervienen directamente en las condiciones de
lubricación y de fricción derivadas del contacto entre el segmento
de un pistón y la camisa del cilindro e influyen en el rendimiento
global del motor. La modificación de las características de estos
depósitos en función de la altura de la pared de alisamiento del
cilindro permite adaptarse a las condiciones de presión y de
velocidad generadas por el movimiento relativo del pistón en el
cilindro. La figura 2 muestra que las impresiones se pueden
yuxtaponer para constituir una red de circulación de lubricante. El
circuito de mando digital 13 se puede programar para realizar a gran
velocidad configuraciones de diversas formas de las impresiones
adaptadas a las condiciones de carga de cada cilindro del motor.
Preferiblemente, el láser es del tipo YAG y puede
funcionar, bien en modo continuo, bien en modo desconectado. En este
último caso, el circuito de mando digital 13 efectúa la
sincronización de la fuente láser.
Las figuras 4 a 7 representan una segunda
realización del aparato de tratamiento por láser de la superficie
de una pared de alisamiento de un cilindro de motor de combustión
interna
El aparato según esta segunda realización está
dispuesto para realizar sobre la superficie de la pared de
alisamiento 2a del cilindro 2 surcos que definen impresiones
idénticas a las impresiones de la figura 2 realizadas por el
aparato descrito en la figura 1.
Los elementos del aparato de la segunda
realización idénticos a los del aparato de la primera realización
y/o que cumplen las mismas funciones que los que llevan las mismas
referencias numéricas.
Según esta segunda realización, el espejo de
reenvío 1 está alojado en una parte de extremo 4a de la cabeza
óptica 4 que se sumerge al menos parcialmente en el cilindro 2 y
se inclina formando un ángulo determinado, por ejemplo de 45º,
respecto del eje X-X' del cilindro 2 para dirigir el
haz láser F procedente de la fuente láser (no representada en la
figura 4) radialmente hacia la pared de alisamiento 2a del cilindro
2 a través de una ventana 4b realizada radialmente en la parte de
extremo 4a de la cabeza óptica 4.
El espejo 1 se fija en la parte de extremo 4a
mediante medios de conexión 15 que, como en la primera realización,
están constituidos por elementos piezoeléctricos situados entre el
espejo 1 y las paredes correspondientes de la parte de extremo 4a y
que pueden ser excitados por un circuito electrónico de mando
idéntico al circuito 16 de la primera realización para deformar
cada elemento piezoeléctrico 15 y efectuar microdesplazamientos del
espejo 1. El circuito electrónico de mando se activa mediante el
circuito de mando digital 13 de la figura 1 y se conecta
eléctricamente a los elementos piezoeléctricos 15 por un cable
eléctrico (no representado). El espejo 1 está preferiblemente
montado en un soporte que forma una casilla 18 desmontable de la
parte de extremo 4a de la cabeza óptica 4.
La cabeza óptica 4 que permite garantizar el
camino óptico de la fuente láser al espejo de reenvío 1 comprende
una lente de colimación 19 fijada en la parte superior de la cabeza
y una lente de focalización 20 fijada en un soporte 21 fijado en la
parte de extremo 4a de la cabeza 4, como se verá más adelante. La
lente de focalización 20 se fija en el soporte 21 mediante dos
traviesas respectivamente superior 22 e inferior 23 situadas por una
y otra parte de la lente 20 y topando con resaltes opuestos del
soporte 21. La elección de las longitudes de las dos traviesas 22,
23 permite determinar la distancia o la longitud focal del haz
láser F sobre la pared de alisamiento 2a del cilindro 2.
Se garantiza un ajuste más fino o más preciso del
punto focal de la lente 20 mediante una herramienta conforma de
botón de mando 24 que comprende un dedo central 25 que sobresale de
ésta y que se termina mediante una patilla 26 descentrada respecto
del dedo 25. El dedo 25 se puede introducir en un agujero radial
4c realizado a través de la pared lateral de la parte de extremo
inferior 4a de la cabeza óptica 4 para que la patilla 26 pueda
penetrar en una ranura 21. En posición introducida de la patilla 26
en la ranura 21a y girando en un sentido o en otro el botón de
mando 24, el soporte 21 se puede desplazar axialmente según el eje
X-X' hacia arriba o hacia abajo, para precisamente
ajustar la distancia focal de la lente 20. Una vez efectuado este
ajuste, el soporte 21 se inmoviliza en la parte de extremo 4a por
cualquier medio apropiado de por sí conocido, por ejemplo por un
tornillo de bloqueo (no representado) que atraviesa la pared
lateral de la parte de extremo 4a y cuyo extremo libre penetra en
un escariado conjugado del soporte 21.
Se prevé un conjunto motorizado (no representado)
para permitir un desplazamiento del cuerpo 4d de la cabeza óptica 4
en traslación según el eje X-X' del cilindro y
desplazar en rotación la parte de extremo 4a respecto del cuerpo 4d
alrededor del eje X-X', mediante un rodamiento de
bolas 27 interpuesto entre la parte 4a y el cuerpo 4d.
El circuito de mando digital se programa para
controlar los medios de conexión piezoeléctricos 15 del espejo 1 y
el conjunto motorizado así como la fuente láser para desplazar el
haz F cuyos puntos de impacto f1, f2, f3 focalizados sobre la pared
de alisamiento 2a del cilindro 2 tienen tales intensidades que se
forman surcos sobre la superficie de la pared 2a para definir
impresiones que tienen características de forma y de profundidad
como las representadas en la figura 2. La figura 6 muestra el
desplazamiento del punto de impacto del haz láser en f1, f2 y f3
sobre la superficie de la pared de alisamiento 2a cuando los
elementos piezoeléctricos 15 se excitan en la dirección simbolizada
por las flechas dobles en esta figura. De este modo, el circuito de
mando digital permite realizar a muy alta velocidad configuraciones
de diversas formas de impresiones adaptadas a las condiciones de
carga de cada cilindro del motor. Como para el aparato de la
primera realización, el aparato de la figura 4 permite modificar
las características de los depósitos de lubricante constituidos por
las impresiones sobre la superficie de la pared de alisamiento del
cilindro 2 en función de la altura en el fuste de este cilindro
como se representa en la figura 2 y adaptar estas impresiones a las
condiciones de presión y de velocidad generadas por el movimiento
relativo del pistón en el cilindro. Los parámetros de las
impresiones se dominan mediante el mando digital para obtener
profundidades variables de los surcos que definen estas impresiones
y proporcionar un perfil de imprenta que permita una regulación de
la circulación de lubricante en el interior de la imprenta como se
ha representado en la figura 3.
También es preferible en esta segunda
realización, utilizar una fuente láser del tipo YAG que puede
funcionar bien en modo continuo, bien en modo desconectado, y, en
este último caso, la sincronización de la fuente láser se efectúa
mediante el mando digital.
La figura 4 muestra que la cabeza óptica
comprende un conducto interno 4e que se extiende sensiblemente en
paralelo al eje X-X' de ésta y que desemboca en la
ventana 4b de la salida radial del haz láser F, a la altura de ésta,
para inyectar en la ventana un gas añadido, tal como nitrógeno o
argón, destinado a evitar efectos de oxidación sobre la superficie
de la pared de alisamiento 2a del cilindro 2.
La cabeza óptica 4 comprende además, un sistema
de enfriamiento interno representado en la figura 5 y que permite
mantener a una temperatura determinada, en particular el espejo de
reenvío 1. Este sistema de enfriamiento utiliza al efecto una
circulación de agua, eventualmente enfriada, que circula por
conductos longitudinales 4f de la cabeza óptica hasta el espejo
1.
El aparato de tratamiento por láser de la pared
de alisamiento de cada cilindro de un motor de combustión interna
describe en cada uno de las dos realizaciones anteriores permite
dominar perfectamente las trayectorias del haz láser para realizar
surcos que definen impresiones de formas y de profundidad (volumen)
adaptados a la zona de fricción de la pared con el o los segmentos
del pistón.
La flexibilidad de utilización del aparato de
tratamiento de la invención tal como se describe anteriormente,
permite adaptar el tratamiento óptimo a las únicas partes de la
pared interna de cada cilindro en cuestión por las fuertes
tensiones de temperatura y de esfuerzo durante el funcionamiento del
motor térmico. El aparato de tratamiento de la invención permite
realizar la operación de estructuración, como complemento de la
operación de bruñido habitual, sobre las paredes internas de los
cilindros de un motor térmico dominando la profundidad, el paso, la
posición y la forma perfecta de los surcos grabados sobre cada una
de sus paredes. El perfecto dominio de los parámetros anteriormente
mencionados permite optimizar los consumos de aceite y, por
consiguiente, reducir eficazmente la contaminación de este
motor.
Claims (26)
1. Un procedimiento de tratamiento por láser de
la superficie de una pared de alisamiento de un cilindro (2), por
ejemplo los de un motor de combustión interna, particularmente de
vehículo automóvil para un mecanizado de precisión de esta
superficie, que comprende un espejo plano (1) dispuesto en el
interior del cilindro (2) para dirigir el haz (F) del láser hacia
la pared (2a) del escariado del cilindro (2), estando además el
espejo (1) dispuesto sobre un soporte (6) inclinado que forma un
ángulo determinado respecto del eje (X-X') del
cilindro (2), caracterizado porque los medios de conexión
(15) entre el espejo (1) y el soporte (6) se pueden excitar
mediante un circuito de mando (16) para permitir
microdesplazamientos del espejo (1) respecto del soporte (6) y
realizar de este modo sobre la pared de alisamiento del cilindro (2)
surcos que definen impresiones que tienen características de formas
cerradas, por ejemplo circulares, en forma de elipses o
rectangulares, y con una profundidad que constituyen depósitos de
retención de lubricante adaptados a las condiciones de carga del
cilindro (2).
2. Aparato según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de conexión anteriormente
mencionados comprenden elementos piezoeléctricos (15) y el circuito
de mando (16) proporciona a cada elemento piezoeléctrico (15) una
tensión de mando de deformación de este elemento.
3. Aparato según la reivindicación 2,
caracterizado porque los elementos piezoeléctricos (15) que
son tres están dispuestos sobre el soporte (6) a 120º los unos de
los otros.
4. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el soporte (6) del espejo
(1) forma parte de un conjunto motorizado que le permite un
desplazamiento en rotación alrededor del eje (X-X')
del cilindro (2) y un desplazamiento en traslación según este
eje.
5. Aparato según la reivindicación 4,
caracterizado porque el conjunto motorizado comprende un
árbol (7), en el cual un extremo en el interior del cilindro (2)
soporta el soporte (6) del espejo (1) y dos motores (8, 9),
preferiblemente con servo mando, mecánicamente conectados al otro
extremo del árbol (7) situados en el exterior del cilindro (2) para
que uno (9) de los motores arrastre en rotación el árbol (7) y el
otro motor (8) desplace en traslación este árbol.
6. Aparato según la reivindicación 5,
caracterizado porque comprende un circuito de mando digital
(13) de los dos motores eléctricos (8, 9) para coordinar los
desplazamientos conjugados en translación y en rotación del árbol
(7) que lleva el soporte (6) del espejo (1) para realizar las
impresiones de diversas formas adaptadas a las condiciones de carga
del cilindro.
7. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque comprende una cabeza óptica
(4), alojada parcialmente en el cilindro (2), que recibe el haz
láser (F) mediante una fibra óptica (5) para localizarlo sobre el
espejo (1) y está montada pivotante sobre un eje pivote para
permitir su inclinación respecto del eje (X-X')
del cilindro (2).
8. Aparato según la reivindicación 6 y 7,
caracterizado porque comprende un motor eléctrico (14) de
mando del pivotamiento de la cabeza óptica de focalización (4) y
que es accionado por el circuito de mando digital (13) anteriormente
mencionado.
9. Aparato según las reivindicaciones 2 y 6,
caracterizado porque el circuito de mando digital (13)
gestiona el funcionamiento del circuito de mando de los elementos
piezoeléctricos (15).
10. Aparato según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque el ángulo de inclinación de la cabeza
óptica de focalización (4) está situado en un intervalo de hasta
aproximadamente 30º por una y otra parte del eje
(X-X') del cilindro (2).
11. Aparato de tratamiento por láser de la
superficie de una pared de alisamiento de un cilindro (2), por
ejemplo los de un motor de combustión interna, en particular de
vehículo automóvil para un mecanizado de precisión de esta
superficie, que comprende un espejo plano (1) dispuesto en el
interior del cilindro (2) para dirigir el haz (F) del láser hacia
la pared (2a) de alisamiento del cilindro (2), estando el espejo
(1) alojado en una parte de extremo (4a) de una cabeza óptica (4)
de focalización del haz láser sobre el espejo (1) que está
inclinado formando un ángulo determinado respecto del eje
(X-X') del cilindro para dirigir el haz láser (F)
radialmente al cilindro (2) a través de una ventana (4b) de la
parte de extremo (4a) de la cabeza óptica (4), caracterizado
porque el espejo (1) está fijado en la parte de extremo (4a) por
medios de conexión (15) que pueden excitarse mediante un circuito
de mando para permitir microdesplazamientos del espejo (1)
respecto de la parte de extremo (4a), y de este modo, del punto de
impacto del haz láser (F) sobre la superficie de la pared de
alisamiento (2a), para realizar sobre esta superficie surcos que
definen impresiones que tienen características de formas cerradas,
por ejemplo circulares, formas de elipses o rectangulares, y con una
profundidad que constituyen depósitos de retención de lubricante
adaptados a las condiciones de carga del cilindro.
12. Aparato según la reivindicación 11,
caracterizado porque los medios de conexión comprenden
elementos piezoeléctricos (15) y el circuito de mando proporciona a
cada elemento piezoeléctrico (15) una tensión de mando de
deformación de este elemento.
13. Aparato según una de las reivindicaciones 1 a
12, caracterizado porque el ángulo de inclinación del espejo
de reenvío (1) es de 45º.
14. Aparato según una de las reivindicaciones 11
a 13, caracterizado porque comprende un conjunto motorizado
que permite desplazar la cabeza óptica (4) en traslación según el
eje (X-X') del cilindro y desplazar en rotación la
parte de extremo (4a) alrededor de este eje respecto del cuerpo (4d)
de la cabeza óptica (4).
15. Aparato según la reivindicación 14,
caracterizado porque el circuito de mando es un mando
digital programado para controlar los medios de conexión (15) del
espejo (1) de reenvío y el conjunto motorizado para realizar las
impresiones de diversas formas adaptadas a las condiciones de
carga del cilindro.
16. Aparato según una de las reivindicaciones 11
a 15, caracterizado porque la cabeza óptica (4) comprende
una lente de focalización (20) montada en un soporte (21) mediante
traviesas internas (22, 23) que posicionan la lente a una distancia
focal predeterminada del espejo (1) y un medio de ajuste preciso
(24, 25, 26) de la posición axial del soporte (21) de la lente (20)
respecto del cuerpo (4d) de la cabeza óptica (4).
17. Aparato según la reivindicación 16,
caracterizado porque el medio de ajuste comprende una
herramienta en forma de botón de mando (24) dotado de un dedo (25)
que se puede introducir en un agujero radial (4c) de la parte de
extremo (4a) de la cabeza óptica (4) y que se termina con una
patilla (26) que coopera con una ranura (21a) del soporte (21) de la
lente (20) para desplazar axialmente el soporte (21) girando el dedo
(25) introducido en el agujero radial (4c) mediante el botón de
mando (24).
18. Aparato según una de las reivindicaciones 11
a 17, caracterizado porque la cabeza óptica (4) comprende un
conducto (4e) dispuesto en el cuerpo de esta última para encaminar
un gas de aporte, tal como el nitrógeno o el argón, en la ventana
(4b) de la parte de extremo (4a) de la cabeza (4) a la derecha de la
ventana.
19. Aparato según una de las reivindicaciones 11
a 18, caracterizado porque la cabeza óptica (4) comprende
medios de enfriamiento interno (4f) que permiten mantener la
temperatura del espejo (1) en un valor determinado.
20. Aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el láser es del tipo
YAG.
21. Aparato según la reivindicación 20,
caracterizado porque el láser YAG funciona en modo continuo o
en modo desconectado y el mando digital efectúa la sincronización
de la fuente láser en modo desconectado.
22. Procedimiento de tratamiento por láser de la
superficie de una pared de alisamiento (2a) de un cilindro (2), por
ejemplo los de un motor de combustión interna, particularmente de
vehículo automóvil para un mecanizado de precisión de esta
superficie, que consiste en reflejar el haz (F) del láser sobre la
superficie de la pared de alisamiento (2a) del cilindro por un
espejo plano (1) dispuesto sobre un soporte (6) inclinado que forma
un ángulo determinado respecto del eje X-X' del
cilindro (2), caracterizado porque consiste en excitar de
manera controlada medios de conexión (15) entre el soporte (6) y el
espejo (1) para que efectúe microdesplazamientos respecto del
soporte (6) de manera que el haz (F) del láser se desplace respecto
de la superficie de la pared de alisamiento (2a) del cilindro,
teniendo el haz (F) una intensidad que permite realizar sobre la
superficie de la pared de alisamiento (2a) del cilindro surcos que
definen impresiones que tienen características de formas cerradas,
por ejemplos circulares, en forma de elipses o rectangulares, y con
una profundidad que constituyen depósitos de retención de lubricante
adaptados a las condiciones de fricción y de temperatura que puede
soportar la superficie de la pared de alisamiento (2a) del
cilindro.
23. Procedimiento según la reivindicación 22,
caracterizado porque las impresiones tienen formas
diferentes de un lugar a otro de la superficie de la pieza.
24. Procedimiento según la reivindicación 22 ó
23, caracterizado porque en el caso de una pared de
alisamiento (2a) de un cilindro (2) de un motor de combustión
interna, las impresiones tienen formas diferentes de arriba a abajo
de la superficie de la pared de alisamiento (2a) del cilindro (2) y
las impresiones superiores almacenan más lubricante que las
impresiones inferiores.
25. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 22 a 24, caracterizado porque un mismo surco
tiene una profundidad diferente.
26. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 22 a 25, caracterizado porque las
impresiones se yuxtaponen para formar una red de circulación del
lubricante.
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|---|---|---|---|---|
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| US6423162B1 (en) | 1999-07-02 | 2002-07-23 | The University Of Tennesse Research Corporation | Method for producing decorative appearing bumper surfaces |
| US6284067B1 (en) | 1999-07-02 | 2001-09-04 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for producing alloyed bands or strips on pistons for internal combustion engines |
| US6328026B1 (en) | 1999-10-13 | 2001-12-11 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for increasing wear resistance in an engine cylinder bore and improved automotive engine |
| US6229111B1 (en) | 1999-10-13 | 2001-05-08 | The University Of Tennessee Research Corporation | Method for laser/plasma surface alloying |
| DE19959608B4 (de) * | 1999-12-10 | 2008-07-03 | Volkswagen Ag | Vorrichtung zur Laserbehandlung von zylindrischen Innenflächen, vorzugsweise von Zylinderlaufflächen für Verbrennungsmotoren |
| DE10009123A1 (de) * | 2000-02-26 | 2001-08-30 | Volkswagen Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einer Innenfläche einer zylinderförmigen Bohrung mittels Laser und gekühlter Umlenkoptik |
| EP1219381A1 (de) | 2000-12-27 | 2002-07-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Laserschweissen eines Werkstückes |
| DE10246198A1 (de) * | 2002-10-01 | 2004-04-22 | Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh | Anordnung zum Schweißen mittels Laserstrahlung |
| DE10302107A1 (de) * | 2003-01-21 | 2004-07-29 | Fuchs Technology Ag | Zylinderoberfläche |
| FR2850892B1 (fr) * | 2003-02-06 | 2006-02-10 | Process Conception Ing Sa | Dispositif de striation sectorielle non lineaire par laser a commande numerique et procede de striation associe, pieces striees obtenues a l'aide de ce dispositif |
| FR2876933B1 (fr) * | 2004-10-25 | 2008-05-09 | Snecma Moteurs Sa | Buse pour tete de percage ou d'usinage par faisceau laser |
| DE102005019488A1 (de) * | 2005-04-27 | 2006-11-02 | Volkswagen Ag | Bauteil einer Brennkraftmaschine |
| WO2006133044A1 (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Graham Packaging Company, L.P. | System and method for laser trimming/scoring a plastic container with a rotatable and translatable axial beam guide |
| DE102005030976A1 (de) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Audi Ag | Vorrichtung zur Belichtung von Zylinderlaufbahnen von Kolbenmaschinen |
| DE102007063766B3 (de) * | 2006-12-01 | 2015-09-03 | Elgan-Diamantwerkzeuge Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Feinbearbeitung zylindrischer Innenflächen von Bohrungen in einem Werkstück sowie Werkstück |
| JP5710407B2 (ja) * | 2011-07-15 | 2015-04-30 | 株式会社東芝 | レーザ溶接装置 |
| DE102011118737A1 (de) * | 2011-11-17 | 2013-05-23 | Alfing Kessler Sondermaschinen Gmbh | Laser-Kerbmaschine |
| US20130140286A1 (en) * | 2011-12-06 | 2013-06-06 | Herbert Chidsey Roberts, III | Systems and methods for internal cavity formation using laser manipulation |
| CN104136163B (zh) * | 2012-02-10 | 2016-02-03 | Limo专利管理有限及两合公司 | 用于对工件的表面进行激光加工或者用于对工件外侧面或内侧面上的涂层进行后处理的设备 |
| EA023676B1 (ru) * | 2012-07-27 | 2016-06-30 | Владимир Владимирович Жарский | Способ поверхностного упрочнения металлических изделий перемещающимся лазерным лучом |
| US10654128B2 (en) * | 2014-04-04 | 2020-05-19 | Borgwarner, Inc. | Method and laser device for forming grooves in bearing surfaces, and bearings including such grooves |
| DE102018107663A1 (de) * | 2018-03-29 | 2019-10-02 | Alpha Laser Gmbh | Werkstückbearbeitung mittels Laserstrahlung |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2733327A1 (fr) * | 1981-12-24 | 1996-10-25 | Onera (Off Nat Aerospatiale) | Systeme de focalisation continue d'un faisceau laser sur une cible |
| JPS603463A (ja) * | 1983-06-20 | 1985-01-09 | Mazda Motor Corp | エンジンのシリンダ |
| JPS6158951A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-26 | Daihatsu Motor Co Ltd | 内燃機関のシリンダブロック製造方法 |
| DE4217530C2 (de) * | 1992-05-27 | 2003-10-02 | Nagel Masch Werkzeug | Verfahren zum Bearbeiten von Kolbenlaufbahnen |
| DE4316012C2 (de) * | 1993-05-13 | 1998-09-24 | Gehring Gmbh & Co Maschf | Verfahren zur Feinbearbeitung von Werkstück-Oberflächen |
| DE29506005U1 (de) * | 1995-04-07 | 1996-08-08 | Gehring Gmbh & Co Maschf | Einrichtung zur Bearbeitung von Bohrungen in Werkstücken mittels Laserstrahl |
-
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