ES2238092T3 - Cojinete soldado por laser y procedimiento de fabricacion del mismo. - Google Patents

Abstract

COJINETE-CASQUILLO BIMETALICO (10) QUE TIENE UNA JUNTA AXIAL (17) SOLDADO CON LASER, DE MANERA QUE SIMULTANEAMENTE LA CAPA INTERIOR BLANDA (14) Y LA CAPA EXTERIOR DURA (12) DEL COJINETE SON CONTINUAS Y HOMOGENEAS SIN FISURA INTERIOR O SUPERFICIAL. SE CORTAN LOS BORDES (16) DE LA JUNTA Y SE LES HACE CHOCAR PARA CREAR UNA RANURA AXIAL (29) EN LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CAPA EXTERIOR. DURANTE LA OPERACION DE SOLDADURA CON LASER, EL MATERIAL EN FUSION QUE PROCEDE DE LA CAPA INTERIOR CIRCULA HACIA EL INTERIOR DE LA RANURA (29), PARA CONSTITUIR UN FORRO SIN FISURAS EN EL COJINETE (10).

Description

Cojinete soldado por láser y procedimiento de fabricación del mismo.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención se refiere a un cojinete de camisa soldado por láser, particularmente a un cojinete de camisa bimetálica para su uso como cojinete para un árbol de levas que tiene una capa externa de refuerzo de acero y una capa interna de soporte de cargas de metal blando.

Descripción de los desarrollos anteriores

Los cojinetes y casquillos de camisa han estado formados normalmente con una capa soporte externa relativamente rígida y una capa interna conformable de soporte de cargas. La capa externa está normalmente formada de acero. La capa interna podrá estar formada de diversos aleaciones que contienen aluminio, estaño, plomo, cobre, silicio y otros elementos de aleación. Los aleantes usados para la capa interna contribuyen a diversas características deseables, como por ejemplo la facilidad de conformación, la afinidad con el aceite, la resistencia al bloqueo, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga.

Normalmente, dichos cojinetes de camisa estaban formados uniendo en primer lugar dos tiras planas conjuntamente, usando calor y presión o técnicas de moldeo con temple, por medio de lo cual se produce una tira de material bimetálica. La tira bimetálica es posteriormente curvada para dar una configuración tubular tras lo cual los bordes axiales concordantes del tubo son soldados conjuntamente para formar el cojinete de camisa.

La patente U.S. 4.751.777 describe un procedimiento para formar un cojinete o casquillo de camisa en el cual los bordes axiales concordantes de una tira bimetálica son soldados conjuntamente para formar un cojinete de camisa tubular. Un procedimiento de soldadura por láser se lleva cabo de forma que solamente la capa de acero externa es fundida por el rayo de láser, de forma que la superficie del cojinete no queda degradada por la operación de soldadura.

Con el procedimiento descrito en la patente U.S. 4.751.777 la superficie interna del cojinete tiene una fisura axial en su interior que se extiende por toda la longitud del cojinete. Dicha fisura puede recolectar partículas extrañas, conduciendo a una detereorización potencial del cojinete. Además la fisura podrá producir un pequeño reborde si los bordes concordantes de la unión soldada no están alineados con precisión. Dicho reborde podrá suministrar una zona alta en el cojinete que es propensa a una rotura o desgaste prematuro. Además, la aparición de una fisura en una superficie de un cojinete es generalmente considerada no deseable por ciertos instaladores y usuarios
finales.

La patente U.S. 4.044.441 muestra un cojinete de camisa bimetálica formado por dos secreciones semicilíndricas soldadas a lo largo de dos líneas de soldadura separadas 180 grados, es decir en un plano diametral que pasa a través del eje de la camisa. Con esta disposición, la superficie del cojinete tiene dos fisuras extendidas parcialmente que tienen las mismas desventajas que la disposición de la patente U.S. 4.751.777.

Sumario de la invención

Según la invención, se suministra un cojinete de camisa bimetálica y un procedimiento de fabricación del mismo según se define en las reivindicaciones.

Las formas de realización de la presente invención suministran un cojinete de camisa bimetálica formado a partir de una sola tira bimetálica curvada, de forma que la superficie del cojinete sea continua y esté libre de fisuras y de discontinuidades superficiales. La superficie del cojinete libre de fisuras elimina los problemas asociados con los cojinetes de camisa desvelados anteriormente.

El cojinete de las formas de realización de la presente invención está formado de una sola tira bimetálica que está cortada según una longitud correspondiente con la dimensión circunferencial de la camisa del cojinete. La operación de corte de la tira se lleva a cabo de forma que la cuchilla de corte inicialmente se desliza a través de la capa del cojinete y posteriormente a través de la capa de acero. Las áreas de borde de la tira cortada son desplazadas por el movimiento de la cuchilla, de forma que el borde de la capa blanda del cojinete tiene un bisel y el borde de la capa de acero tiene una pestaña o rebaba proyectada.

La tira bimetálica cortada de las formas de realización de la invención se curva para dar una configuración tubular cilíndrica, tras lo cual los bordes contiguos de la tira son soldados por láser conjuntamente para formar un cojinete de camisa.

Durante la operación de soldadura de las formas de realización de la invención, los materiales metálicos blandos de los bordes biselados concordantes de la tira se funden, fluyendo dentro de un surco estrecho formado a lo largo de las áreas de borde biseladas de la tira de acero. Esta acción elimina o previene una fisura axial que en otro caso estaría formada sobre la superficie interna de soporte de cargas del cojinete. La superficie interna del cojinete es virtualmente continua y está libre de fisuras.

Las superficies interna y externa del cojinete de camisa de las formas de realización de la invención son mecanizadas para suministrar unos contornos superficiales listos, especialmente a lo largo de la unión o costura soldada.

El cojinete de camisa bimetálica de las formas de realización de la invención está formado de una sola tira bimetálica sin la presencia de una fisura axial visible a lo largo de la superficie interna o externa de la camisa. Características y ventajas específicas de la invención resultarán patentes de los dibujos adjuntos y de la descripción de una forma de realización ilustrativa de la invención.

Los objetos, características y ventajas anteriormente mencionadas de las formas de realización de la invención serán reseñados en parte como particularidad y resultarán en parte patentes de la descripción más detallada siguiente de la invención tomada en conjunción con los dibujos adjuntos que forman una parte integral de la misma.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos:

La figura 1 es una vista en perspectiva de un cojinete de camisa bimetálica del tipo contemplado en la presente invención.

La figura 2 es una vista fragmentaria en sección tomada a través de una cuchilla de corte y una tira bimetálica durante una operación de corte de la tira. La tira cortada podrá usarse para formar un cojinete de camisa según la presente invención.

La figura 3 es una vista de una tira bimetálica cortada curvada para dar una configuración de camisa tubular.

Las figuras 4, 5 y 6 son vistas fragmentarias aumentadas de tamaño de una unión o costura formada al poner en contacto los extremos de la tira bimetálica conjuntamente cuando la tira está en la configuración tubular de la figura 3. La figura 4 muestra la unión antes de la operación de soldadura por láser. La figura 5 muestra la unión tras la operación de soldadura. La figura 6 muestra la unión después que las superficies interna y externa del tubo o camisa han sido mecanizadas.

La figura 7 es una vista lateral del cojinete de camisa de la figura 1 que muestra el recorrido tomado por el haz de láser durante la operación de soldadura por láser sobre la costura longitudinal de la camisa.

En las diversas figuras de los dibujos, caracteres de referencia iguales designan piezas iguales.

Descripción detallada de las formas de realización preferentes

Con referencia a la figura 1, se muestra un cojinete o casquillo 10 de camisa bimetálica que incluye una capa 12 de acero anular externa y un una capa o forro 14 de soporte de cargas anular interna. El cojinete está formado de una sola tira bimetálica que está curvada para dar una configuración cilíndrica en la cual los bordes axiales 16 de la tira se ponen en contacto conjuntamente para formar una costura axial 17 que se extiende según la longitud axial total del cojinete. Los bordes 16 son soldados conjuntamente por láser para formar la costura.

La presente invención se refiere a una construcción por medio de la cual la costura 17 soldada está formada y retraída, de forma que las superficies interna y externa del cojinete de camisa son continuas, sin ninguna fisura o discontinuidad visible, especialmente a lo largo de la costura 17.

La figura 2 muestra una tira 20 bimetálica plana que puede ser usada para formar el cojinete de camisa. En la forma mostrada, la tira incluye una capa 12 de acero primera relativamente gruesas y una capa 14 de soporte blanda relativamente delgada. La capa de soporte de cargas podrá estar formada de diversos aleaciones que contienen aluminio, estaño, plomo, cobre y otros materiales aleantes. Por lo tanto, la capa de soporte de cargas podrá disponer de materiales antifricción conocidos que tienen temperaturas de fusión sustancialmente inferiores a la temperatura de fusión del acero.

La capa 12 de acero y la capa de soporte 14 de podrán ser laminadas conjuntamente usando diferentes procedimientos, como por ejemplo los mostrados en las patentes U.S. 3.078.563 o 2.763.058.

La figura 2 muestra la tira bimetálica plana cortada transversalmente por una cuchilla 24 que se desplaza hacia abajo para formar una sección 20 de tira bimetálica que tiene una dimensión longitudinal 21 que es la misma que la dimensión circunferencial del cojinete de camisa que se va a conformar por la tira bimetálica. A medida que la cuchilla 24 corta hacia abajo a través de la capa soporte 14 y posteriormente la capa de acero 12, la cuchilla ejerce una fuerza de cizalla sobre los materiales bimetálicos, de forma que una superficie biselada 25 se forma en cada borde de la capa soporte 14, y una pestaña 27 proyectada hacia abajo se forma en cada borde de la capa de acero 12. Las superficies laterales de la cuchilla 24 ejercen unas fuerzas adicionales presurizadas sobre los bordes conformados por la actuación de corte, desplazando de dicha forma las áreas de borde del bimetal hacia abajo para conformar las superficies biseladas 25 y las pestañas 27 de borde.

La sección 20 de tira bimetálica es curvada dando una configuración tubular, en la forma mostrada en la figura 3. Las superficies sobre los bordes en contacto de la tira curvada forman un surco 29 con forma de V, en la forma mostrada en la figura 4. Este surco con forma de V tiene una dimensión radial en profundidad que es varias veces la dimensión en anchura del surco, por ejemplo tres o cuatro veces la dimensión en anchura. En la figura 4, la dimensión en profundidad del surco se extiende vertical o radialmente, mientras que la dimensión en anchura del surco se extiende horizontal, circunferencial o transversalmente respecto a la dimensión en profundidad.

El surco 29 tiene una boca ahusada definida por las superficies biseladas 30 sobre la capa de acero 12. Las áreas de borde de la capa soporte 14 están en contacto directo con las superficies biseladas 30 como resultado de la acción de corte de la cuchilla 24 (figura 2).

Con la tira bimetálica formada en una configuración tubular, en la forma representada en las figuras 1 y 3, la costura 17 formada por los bordes en contacto de la tira bimetálica es sometida a una operación de soldadura por láser. En la figura 4, el haz de láser se representa por el número 32. Normalmente, el haz de láser será un haz cilíndrico de energía óptica que tiene una anchura o diámetro 33.

A medida que el haz de láser se mueve oblicuamente hacia abajo a través de la capa de acero 12 y la capa 14 o forro de soporte de cargas, el material atravesado por el haz experimenta una fusión. Por lo tanto, los bordes en contacto de la capa de acero 12 serán fundidos conjuntamente para formar una capa homogénea continua de acero, libre de fisuras o interrupciones. Además, el calor del láser evaporará o pondrá en ebullición el material de forro 14 en el recorrido del haz de láser. El material de forro que bordea el recorrido del haz de láser se funde y fluye dentro del espacio ocupado anteriormente por el material evaporizado. Parte del material de forro fundido fluye dentro del surco 29 con forma de V por acción capilar.

La figura 5 representa la condición de la costura 17 después de la operación de soldadura por láser. El material de forro 14 incluye una proyección radial solidificada fundida que rellena sustancialmente el surco 29. El flujo ascendente del material de forro dentro del surco 29 crea una depresión 35 en la superficie expuesta de la capa 14.

La operación de soldadura por láser podrá emplear una fuente continua de láser dispuesta para desplazarse de forma continua longitudinalmente a lo largo de la costura 17 para soldar consistentemente la longitud de la costura dando la configuración representada en la figura 5. La onda continua de láser produce una soldadura continua a lo largo de la longitud de la costura 17. Una ventaja principal de la configuración es que el forro 14 es homogéneo y continuo, sin fisuras.

Una vez que se ha finalizado la operación de soldadura, las superficies expuestas de la capa 12 externa de acero y la capa interna 14 son mecanizados para conseguir la condición representada en la figura 6. En la forma mostrada en la figura 6, la superficie 37 circunferencial externa de la capa de acero 12 es sustancialmente plana axialmente y circular circunferencialmente y la superficie interna 39 del foro 14 es axialmente sustancialmente plana. Las superficies ahora mecanizadas 37 y 39 son cilíndricas y concéntricas.

Preferentemente, las operaciones de mecanizado que forman las superficies 37 y 39 se llevan a cabo sin cambiar la fijación del cojinete tubular. Al mantener el mismo centro del giro durante cada operación de mecanizado será posible conseguir una concentricidad verdadera de las superficies mecanizadas 37 y 39.

El cojinete de camisa mecanizado de la figura 6 podrá tener diversas dimensiones y espesores de la pared. En una forma de realización, la capa 12 de acero externa tiene un grosor de pared radial de aproximadamente 2 mm, mientras que la capa soporte 14 interna tiene un grosor de la pared radial de aproximadamente 0,5 mm. La profundidad radial del surco 29 con forma de V podrá ser de aproximadamente entre 0,7 y 1,0 mm, es decir un 40 o 50 por ciento del grosor de la capa de acero 12.

En la forma mostrada en la figura 7, el haz de láser 32 está formando un ángulo respecto a la dirección axial (vertical en la figura 4) y a través del eje central del cojinete. Normalmente, el ángulo es de aproximadamente 75 grados con relación a la superficie del casquillo y la dimensión longitudinal de la costura 17. El objeto de proyectar el haz de láser con un ángulo es evitar que el haz sople el material de acero soldado o el material de soporte fuera de la costura. El haz está orientado para ser transversal a ambos bordes de la capa de acero, completando de dicha forma la fusión del material de la costura sin agotar los materiales de soldadura. El punto 33 foco del haz de láser podrá ser de aproximadamente 600 micrómetros. La potencia del haz se selecciona para conseguir una fusión o soldadura completa, es decir a través tanto de la capa 12 de acero externa como de la capa soporte interna 14.

La acción de soldadura está diseñada para eliminar la fisura, o fisuras, axial que es una característica de las construcciones representadas en las patentes U.S. 4.751.777 y 4.044.441. En las disposiciones de ambas patentes 4.751.777 y 4.044.441 la operación de soldadura está controlada de forma que solamente la capa de acero externa del cojinete esté fundida. La capa interna del cojinete se deja tal como está, de forma que al menos una fisura axial permanece en la superficie interna del cojinete tras la operación de soldadura.

La presente invención está dirigida a la construcción de cojinetes de camisa bimetálicas libres de fisuras, representada en la figura 6. El surco 29 con forma de V mostrado en la figura 6 suministra un depósito para el material del forro fundido 14, por medio de lo cual el material de forro puentea más efectivamente la costura 17. Una vez que las superficies de la camisa bimetálica soldada han sido mecanizadas, como por ejemplo por un torno, en la forma representada con las referencias 37 y 39, la camisa podrá funcionar como un cojinete de camisa, libre de fisuras en la capa de acero 12 y en las superficies 39 de soporte de cargas.

Obviamente, numerosas modificaciones y variaciones de la presente invención serán posibles a la luz de las enseñanzas anteriores. Por lo tanto, deberá entenderse que dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas la invención podrá ponerse en práctica en cualquier otra forma que la descrita específicamente en la presente memoria.

Claims (14)

1. Cojinete (10) de camisa bimetálica formado de una sola tira (10) bimetálica, que comprende

una capa (12) soporte de acero relativamente duro anular externa y una capa (14) soporte metálica relativamente blanda anular interna unida a dicha capa (12) de acero;

teniendo dicha capa (12) de acero una superficie interna cilíndrica, teniendo dicha superficie interna cilíndrica un surco (29) en la costura (17) formada por los bordes en contacto de la tira (10) bimetálica que se extiende axialmente a lo largo del cojinete (10);

teniendo dicha capa (14) interna una superficie externa que conforma con la superficie interna de la capa (12) de acero, comprendiendo dicha capa (14) interna después de una operación de soldadura una proyección (25) radial fundida solidificada que rellena sustancialmente dicho surco (29).

2. El cojinete (10) de la reivindicación 1, en el que dicho surco (29) tiene formada de V.

3. El cojinete (10) de la reivindicación 2, en el que dicho surco (29) con forma de V tiene una dimensión en profundidad radial que mide aproximadamente el 40% del grosor radial de la capa (12) de acero.

4. El cojinete (10) de la reivindicación 1, en el que dicha capa (12) de acero es sustancialmente continua e ininterrumpida alrededor de la totalidad de la circunferencia del cojinete (10).

5. El cojinete (10) de la reivindicación 4, en el que dicha capa (14) interna es sustancialmente continua e ininterrumpida alrededor de la totalidad de la circunferencia del cojinete (10).

6. El cojinete (10) de la reivindicación 1, en el que dicha capa (14) soporte interna tiene una superficie cilíndrica interna que está mecanizada para formar una superficie (39) de soporte de cargas, siendo dicha superficie (39) de soporte de cargas continua y libre de fisuras o discontinuidades superficiales.

7. El cojinete (10) de la reivindicación 1, en el que dicha capa (12) de acero tiene una superficie (37) externa cilíndrica.

8. El cojinete (10) de la reivindicación 7, en el que la superficie (37) externa de dicha capa (12) de acero está mecanizada.

9. El cojinete (10) de la reivindicación 1, en el que dicho surco (29) tiene una dimensión en anchura y una dimensión en profundidad, siendo la dimensión en profundidad de dicho surco (29) mayor que la dimensión en anchura.

10. El cojinete (10) de la reivindicación 9, en el que dicho surco (29) tiene una boca (30) ahusada.

11. El cojinete (10) de la reivindicación 10, en el que la dimensión en profundidad de dicho surco (29) es al menos tres veces la dimensión en anchura de dicho surco (29).

12. Un procedimiento para fabricar un cojinete (10) de camisa bimetálica, que comprende:

suministrar una sola tira bimetálica que comprende una capa (12) soporte de acero relativamente duro y una capa (14) soporte metálica relativamente blanda unida a dicha capa (12) de acero;

curvar la tira para dar una configuración tubular y poner en contacto los bordes respectivos de la tira (10) bimetálica a lo largo de la costura (17), los bordes en contacto de la capa de acero formando un surco (29) a lo largo de los bordes en contacto;

soldar los bordes en contacto de la tira (10) bimetálica de forma que el material metálico blando fluya dentro del surco (29) y lo rellene sustancialmente entre los bordes en contacto de la capa (12) de acero.

13. Procedimiento de la reivindicación 12, en el que dicho surco (29) tiene forma de V.

14. Procedimiento de la reivindicación 12, en el que dicho surco (29) con forma de V tiene una dimensión en profundidad radial que mide aproximadamente el cuarenta por ciento del grosor radial de la capa (12) de acero.