ES2267734T3 - Ruedas de engranaje formadas a partir de placas metalicas en polvo. - Google Patents

Abstract

Un método para fabricar una rueda que tiene dos engranajes axialmente adyacentes formados sobre la misma, comprendiendo la preparación de una pieza en bruto con el primer engranaje y el segundo (4, 6) conforma- dos aproximadamente sobre la misma en relación axialmente adyacente, mediante compactación y sinterizado de una masa moldeada de sustan- cialmente polvo metálico; caracterizado por los pasos de montar la pieza en bruto (2) para que gire sobre un primer eje; disponiendo una matriz respectiva (12, 10) con cada uno del primer y segundo engranaje (4, 6) mencionados de modo que se puedan mover dichas matrices (12, 10) engranadas con dichos engranajes (4, 6); y el laminado de los engranajes (4, 6) sobre la pieza en bruto (2) me- diante el giro de la pieza en bruto engranada con las matrices respectivas (12, 10) montadas para girar sobre un segundo y un tercer eje, paralelos al primer eje.

Description

Ruedas de engranaje formadas a partir de placas metálicas en polvo.

La invención se refiere a ruedas de engranaje, y en particular al laminado de ruedas de engranaje en bruto obtenidas por pulvimetalurgia. Tiene aplicación especialmente en engranajes para cajas de cambio de vehículos automóviles, incluyendo coches de pasajeros y motocicletas.

Las ruedas de engranaje se han fabricado convencionalmente a partir de fundición de acero sobre la que se tallaba un engranaje recto o helicoidal. Se han propuesto engranajes fabricados a partir de brutos obtenidos por pulvimetalurgia pero solamente para aplicaciones de relativamente baja solicitación. Sin embrago, tal como se describe en nuestra patente europea nº 552 272, a la que hacemos referencia, recientemente se ha conseguido utilizar en aplicaciones de alta solicitación engranajes fabricados a partir de brutos obtenidos por pulvimetalurgia.

Antes de la presente invención, las ruedas con dos engranajes axialmente adyacentes se fabricaban normalmente en dos piezas separadas, con un engranaje cortado sobre un cuerpo que incluía el cubo de la rueda y con el otro engranaje cortado sobre una pieza anular separada, que posteriormente se montaba sobre el cubo de la rueda, típicamente mediante un ajuste por contracción. Se observará que no es posible cortar sobre una misma pieza engranajes axialmente adyacentes de diferentes tamaños.

La patente US 5,366,363 que constituye la base del preámbulo de las reivindicaciones independientes 1 y 12, da a conocer una técnica pulvimetalúrgica para obtener una rueda de engranaje con engranajes axialmente adyacentes. La rueda se moldea y después de sinterizada se acaba en la misma matriz. También se hace referencia a la especificación alemana nº 31 40 189 A.

La presente invención se refiere particularmente a la fabricación de ruedas de engranaje con dos engranajes axialmente adyacentes, formados sobre la misma, aunque también es aplicable a ruedas que tienen más de dos ruedas adyacentes. Específicamente hemos descubierto que utilizando técnicas de laminado es posible crear engranajes adyacentes sobre un mismo cubo unitario obtenido por pulvimetalurgia. En un método según la invención, se prepara una pieza en bruto con dos engranajes conformados aproximadamente mediante compactación y sinterizado de una masa moldeada sustancialmente de polvo metálico. A continuación la pieza en bruto se monta para girar alrededor de un eje y los engranajes se conforman por laminado haciendo girar la pieza en bruto engranada con matrices respectivas montadas en rotación alrededor de un segundo y un tercer eje sustancialmente paralelos al primer eje. Naturalmente el método de fabricación puede ser controlado según criterios específicos para la pieza en bruto y para los engranajes a conformar sobre la misma. Así mientras el engrane de las matrices con la pieza en bruto será normalmente simultáneo durante por lo menos la última parte del proceso de laminado, esto no es esencial para el método. Debe tenerse en cuenta que respecto del método de varias piezas mencionado anteriormente, según la invención, es posible no sólo laminar estos engranajes en una pieza unitaria, sino que también es posible hacerlo de tal modo que se puede reducir la separación axial entre los engranajes respecto de lo que anteriormente era posible. Específicamente, en una rueda fabricada por laminado no es necesaria la ranura anular entre los engranajes.

Una técnica preferida para la etapa de laminado del método según la invención es la dada a conocer en nuestra patente europea nº 0 552 272, mencionada anteriormente. Así las zonas de los dientes, los pies de diente y los flancos se endurecen superficialmente para establecer la densificación en el intervalo del 90 al 100 por ciento hasta una profundidad de por lo menos 380 micras. La densidad en el núcleo es inferior a la de las zonas densificadas y sustancialmente uniforme, usualmente alrededor del 90 por ciento. Normalmente la profundidad de la densificación está en el intervalo entre 380 y 500 micras. Hemos encontrado que no se obtiene ventaja adicional cuando la profundidad de densificación sobrepasa 1000 micras. La densidad en la superficie es sustancialmente 100% y permanece en valores de densidad no inferiores al 90%, por lo menos hasta la profundidad mínima especificada. El ritmo de reducción de la densidad con la profundidad normalmente es por lo menos lineal, es decir la densidad mínima en las zonas endurecidas es directamente inversamente proporcional a la profundidad. Usualmente la densidad será significativamente mayor que su valor mínimo, por lo menos en las zonas más próximas a la superficie. Normalmente el ritmo de reducción es muy pequeño en la superficie y aumenta uniformemente hacia la máxima profundidad de las zonas endurecidas. Así la densidad puede variar según el cuadrado o según una potencia superior de la profundidad.

Los polvos metálicos utilizados en engranajes según la invención se seleccionan de acuerdo con la aplicación, y pueden comprender aceros de baja aleación similares a los utilizados en la fabricación de engranajes de altas prestaciones mediante otros métodos de fabricación. Los polvos pueden ser hierro elemental mezclado con aditivos para aleación o pueden ser polvos totalmente prealeados. Normalmente los polvos totalmente prealeados son de una composición del tipo AISI 4600 y sus derivados. Los polvos mezclados tienen la ventaja de ser más compresibles, permitiendo alcanzar mayores densidades en la etapa de compactación. Además el uso de polvos mezclados permite obtener composiciones a la medida de la aplicación específica. Por ejemplo, los polvo elementales se pueden mezclar con un lubricante para después de sinterizado obtener una composición similar a los tipos SAE 4100, SAE 4600, y SAE 8600. Los polvos elementales añadidos al hierro pueden comprender carbono, cromo, molibdeno, manganeso, níquel, cobre y vanadio. También las cantidades de polvos añadidos varían según la aplicación pero normalmente no son superiores al 5 por ciento en peso en cada caso. Una composición de mezcla de polvos preferida para engranajes según la invención tiene la siguiente composición en peso:

Carbono	0,2%
Cromo	0,5%
Manganeso	0,5%
Molibdeno	0,5%

siendo el resto, hierro y las inevitables impurezas.

Se reconocerá que el uso de cromo, molibdeno y manganeso en la fabricación de un bruto de sinterizado requiere un proceso de sinterizado que pueda minimizar su oxidación. Un proceso preferido en esta invención es el sinterizado a alta temperatura hasta 1.350ºC en una atmósfera de hidrógeno/nitrógeno muy seca, por ejemplo con un punto de rocío de -40ºC. Esto proporciona la ventaja adicional de mejorar todavía más las propiedades mecánicas y de reducir los niveles de oxígeno a aproximadamente 200 ppm. Los polvos de aleación utilizados en engranajes según la invención tienen preferentemente tamaños de partícula en el intervalo de 2 a 10 micras. Generalmente los tamaños de partículas en este intervalo pueden obtenerse mediante el molido fino de ferroaleaciones en una atmósfera inerte adecuada. El evitar la oxidación de los polvos fácilmente oxidables en la etapa de molido puede ser crítico para la obtención de los niveles de densificación mencionados anteriormente.

Las ruedas de engranaje a las que principalmente se refiere esta invención tienen normalmente diferentes engranajes formados sobre la misma, es decir engranajes de diferentes diámetros y/o diferente número de dientes. Normalmente uno de los engranajes será un engranaje helicoidal y el otro un engranaje recto, siendo el diámetro del engranaje helicoidal mayor que el diámetro del engranaje recto.

A continuación se describe la invención mediante un ejemplo y haciendo referencia a los dibujos esquemáticos que acompañan.

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de una rueda de engranaje según la invención;

la Fig. 2 es una vista lateral de la rueda de engranaje de la Fig. 1.

la Fig. 3 es una vista en sección ampliada mostrando detalles de los dientes de engranajes adyacentes en la rueda de las Figs. 1 y 2;

la Fig. 4 es una vista proyectada sobre un plano de un diente recto mostrado en la Fig.3;

la Fig. 5 muestra una disposición del bruto de rueda y de las matrices de laminado al inicio de la aplicación del método según al invención;

la Fig. 6 es une vista axial sobre un extremo de la disposición de la Fig. 4, y

la Fig. 7 muestra las matrices de las Figs. 4 y 5 engranadas con el bruto de rueda de engranaje durante el proceso de laminado.

La rueda mostrada en la Fig. 1 es un cuerpo unitario fabricado con polvos metálicos. La rueda consiste en un cubo 2 sobre el que se forma mediante laminado un engranaje helicoidal 4 y un engranaje recto 6. Como puede verse, el diámetro del engranaje helicoidal es mayor que el del engranaje recto y entre los dos engranajes se encuentra una ranura anular 8.

Las Figs. 3 y 4 muestran algunos detalles de los dientes en un engranaje según la invención, y en particular ilustran la ranura anular 8 entre los dos engranajes. Esto se muestra con el fin de demostrar cómo las ruedas dentadas según la invención pueden reproducir las ruedas existentes. Sin embargo se observará que gracias a que los dos engranajes se forman por laminado sobre un bruto unitario, la extensión axial de la ranura se puede reducir grandemente y hasta puede ser eliminada totalmente.

Otra ventaja de la fabricación por laminado del engranaje recto de la realización mostrada es la capacidad de crear un ángulo inverso sobre el diente. Esto se muestra en la Fig. 4 y se observará que la obtención de cualquier ángulo inverso de este tipo sobre el diente de un engranaje cortado por medios convencionales sería un proceso extremadamente laborioso, ciertamente no adecuado para técnicas de producción en serie.

La Fig. 5 muestra las posiciones relativas del la rueda de engranaje en bruto y dos matrices de laminado 10, 12 en una máquina de laminado adaptada para aplicar la invención, y las Figs. 6 y 7 muestran vistas axiales sobre un extremo de estas disposiciones. Cuando se aplica el método, la pieza en bruto se sujeta axialmente sobre un eje y debe notarse que en los procesos de la invención con el engrane simultáneo de las matrices de laminado con los engranajes separados axialmente, se crea una fuerza de giro o par que actúa sobre la pieza en bruto en un eje perpendicular al eje de la pieza en bruto. Aparte de alguna sujeción adicional de este tipo, el método de la presente invención puede ser aplicado en una máquina de laminado esencialmente similar a las que ya se utilizan en el laminado de engranajes sobre brutos metálicos, por ejemplo como se describe en nuestra especificación de patente europea nº 0 808 679 citada.

Las Figs. 6 y 7 muestran sensores 14 montados sobre la periferia de cada matriz de laminado, y de cada engranaje preformado en la rueda de engranaje en bruto. El objeto de estos sensores es detectar la posición de los dientes sobre el elemento respectivo, y asegurar que están debidamente desplazados cuando la matriz engrana el respectivo engranaje. Este dispositivo es especialmente importante en el método de la presente invención, donde las matrices respectivas deben engranar funcionalmente con dos engranajes separados axialmente.

En un método según la invención, la matriz helicoidal 10 normalmente se pone primero en contacto estático o engranada con juego con el engranaje helicoidal que en la realización mostrada es el de mayor diámetro de los dos engranajes. El paso siguiente es el engrane estático o con juego de la otra rueda matriz 12 con la sección del engranaje recto de la pieza en bruto. Una vez se ha establecido el engrane adecuado, el laminado puede seguir en líneas generales del modo descrito en nuestra especificación de patente previa mencionada anteriormente.

Claims (14)

1. Un método para fabricar una rueda que tiene dos engranajes axialmente adyacentes formados sobre la misma, comprendiendo la preparación de una pieza en bruto con el primer engranaje y el segundo (4, 6) conformados aproximadamente sobre la misma en relación axialmente adyacente, mediante compactación y sinterizado de una masa moldeada de sustancialmente polvo metálico;

caracterizado por los pasos de montar la pieza en bruto (2) para que gire sobre un primer eje; disponiendo una matriz respectiva (12, 10) con cada uno del primer y segundo engranaje (4, 6) mencionados de modo que se puedan mover dichas matrices (12, 10) engranadas con dichos engranajes (4,6); y

el laminado de los engranajes (4, 6) sobre la pieza en bruto (2) mediante el giro de la pieza en bruto engranada con las matrices respectivas (12, 10) montadas para girar sobre un segundo y un tercer eje, paralelos al primer eje.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el engrane de las matrices (12, 10) con la pieza en bruto (2) se controla según criterios específicos para la pieza en bruto (2) y para los engranajes (4, 6) a conformar sobre la misma.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó la 2, en el que el engrane de las matrices (12, 10) con la pieza en bruto (2) es simultáneo durante por lo menos la última parte del proceso de laminado.

4. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo y el tercer eje se encuentran en lados opuestos del primer eje.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada matriz (12, 10) se hace avanzar engranando con juego con su engranaje respectivo desde el inicio del proceso de laminado.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que cada matriz (10, 12) se hace avanzar separadamente engranando con juego con su engranaje respectivo (4, 6).

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que uno de los engranajes (4, 6) es un engranaje helicoidal y el otro es un engranaje recto.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el engranaje helicoidal tiene un número mayor de dientes que el engranaje recto.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el diámetro de cresta de diente del engranaje recto es mayor que el diámetro de pie de diente del engranaje helicoidal.

10. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que antes del engrane, un diente de cada engranaje (4, 6) está desplazado respecto de un diente en la matriz respectiva.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que un diente de uno de los engranajes (4, 6) está desplazado respecto de un diente de la matriz asociada (12, 10) y dicha matriz (12, 10) se engrana a continuación con el respectivo engranaje (4, 6) y un diente del otro engranaje se desplaza respecto de un diente de la respectiva matriz (12, 10) y dicha matriz (12, 10) se engrana con el otro engranaje (4, 6).

12. Una rueda de engranaje con dos engranajes distintos axialmente adyacentes formados sobre la misma, en la que la rueda es un cuerpo unitario consistente en una masa sustancialmente de polvo metálico compactada y sinterizada, caracterizada porque los dos engranajes se laminan sobre la misma según un método de cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 11.

13. Una rueda de engranaje de acuerdo con la reivindicación 12, en la que los diámetros de cresta de diente de los engranajes son diferentes.

14. Una rueda de engranaje de acuerdo con la reivindicación 13, en la que el mayor engranaje es el engranaje helicoidal y el más pequeño, el engranaje recto.