ES2343389T3

ES2343389T3 - Procedimiento para la fabricacion de levas para arboles de levas montados.

Info

Publication number: ES2343389T3
Application number: ES08010231T
Authority: ES
Inventors: Rudolf Dr.-Ing. Bonse; Jurgen Dipl.-Ing. Schellbach; Jochen Dipl.-Ing. Wolf
Original assignee: Muhr und Bender KG
Current assignee: Muhr und Bender KG
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: ATE467471T1; DE102007026824A1; US8375580B2; US20080301938A1; EP2000230B1; EP2000230A1; DE502008000637D1

Abstract

Procedimiento para la fabricación de levas para árboles de levas montados con las etapas. - transformación en caliente de una leva (11) con conformación de un contorno exterior de leva y perforación de un taladro de leva (13), así como - calibrado axial y radial de la leva (11), en el que el calibrado comprende las etapas parciales de - inserción de la leva en una matriz (21) no dividida, que define el contorno exterior calibrado de la leva (12), - introducción de un mandril (23) en un taladro de leva (13), que define el taladro calibrado de la leva (13), y - acortamiento axial de la leva (11) entre una estampa inferior (22) que se asienta entre la matriz (21) y el mandril (23), sobre la que descansa la leva (11) con una primera superficie frontal (14), y una estampa superior (25) conducida entre la matriz (21) y el mandril (23), que impulsa la segunda superficie frontal (15) de la leva (11).

Description

Procedimiento para la fabricación de levas para árboles de levas montados.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de levas para árboles de levas montados y a un procedimiento para la fabricación de árboles de levas montados con levas fabricadas de acuerdo con dicho procedimiento.

Para la formación de árboles de levas montados se emplean ya, entre otras cosas, levas transformadas en caliente. En función del principio de unión o de montaje, de acuerdo con el cual las levas son montadas sobre un árbol o sobre un tubo de árbol, así como en función de las tolerancias de los componentes y de ensamblaje que deben mantenerse, estas levas transformadas en caliente son procesadas mecánicamente a continuación, es decir, procesadas por arranque de virutas actualmente en el taladro de levas y, en parte, en las superficies planas. Esta mecanización es necesaria para limitar el error de posición, que resulta durante la transformación en caliente, entre el taladro de la leva y el contorno exterior de la leva, puesto que esté error se representa después del montaje como sobremedida de mecanización en el contorno de la leva y debe rectificarse posteriormente. Las superficies frontales (superficies planas) son mecanizadas para reducir las desviaciones del plano, es decir, los errores angulares de las superficies frontales con respecto al eje del taladro, para que la anchura de la leva se pueda utilizar totalmente como superficie de rodadura. Por lo demás, las superficies frontales (superficies planas) son mecanizadas para pre-mecanizar geometrías del collar cuando la leva está realizada como leva de collar con collar siguiente.

Las medidas finales del taladro de levas, que son necesarias para una unión térmica o un prensado axial de las levas sobre un tubo, se consiguen actualmente a través de un torneado de precisión (por ejemplo, torneado duro) o rectificado interior del taladro de leva. Adicionalmente se tornean o rectifican chaflanes de entrada en los taladros de levas, que son necesarios para la unión mecánica de las levas con un árbol moleteado o para el acoplamiento de las levas sobre asientos de levas realzados en un árbol. Las levas, que se unen sobre un tubo de árbol a través de transformación a alta presión interior del tubo de árbol, son perforadas hasta ahora para conseguir una posición más exacta del taladro con respecto al contorno exterior de las levas y para dimensionar el intersticio de unión con tolerancias estrechas.

En la mecanización previa por arranque de virutas de las levas es un inconveniente, por una parte, el proceso de arranque de virutas intensivo de costes con la dificultad de mecanizar por arranque de virutas de manera definida la leva sobre su contorno exterior de leva así como, por otra parte, el gasto técnico de medición necesario para la verificación del resultado de la mecanización.

Se conoce a partir del documento WO 96/27460 A1 un procedimiento para la fabricación de levas para árboles de levas montados a través de transformación en frío a la medida acabada, en el que a partir de piezas brutas separadas de barra redonda de acero en una matriz dividida en la periferia de las levas se crea un contorno exterior de levas. Después de la transformación, las superficies frontales de la leva permanecen ligeramente abombadas. La leva se somete a continuación, en caso necesario, si no debe fabricarse con medida de rectificación, a un calibrado, en el que se impulsa con una matriz de estiramiento. No se menciona expresamente en la publicación el tipo de fabricación del taladro para el alojamiento de una caña.

Partiendo de aquí, el cometido de la presente invención es preparar un procedimiento para la fabricación de levas transformadas en caliente, con el que se puede reducir el número de las etapas de mecanización por arranque de virutas. La solución consiste en un procedimiento para la fabricación de levas forjadas en caliente para árboles de levas montados con las etapas:

-: transformación en caliente de una leva con conformación de un contorno exterior de leva y perforación de un taladro de leva, así como

-: calibrado axial y radial de la leva,

en el que el calibrado comprende las etapas parciales de

-: inserción de la leva en una matriz no dividida, que define el contorno exterior calibrado de la leva,

-: introducción de un mandril en un taladro de leva, que define el taladro calibrado de la leva, y

-: acortamiento axial de la leva entre una estampa inferior que se asienta entre la matriz y el mandril, sobre la que descansa la leva con una primera superficie frontal, y una estampa superior conducida entre la matriz y el mandril, que impulsa la segunda superficie frontal de la leva.

La calibración se puede realizar en el estado del calor residual de la transformación en caliente o en la leva refrigerada a temperatura ambiente.

Con el procedimiento indicado aquí se calibra la leva con preferencia en el estado semicaliente o frío a las medidas finales, lo que hace innecesaria una mecanización siguiente del taladro de la leva y de las superficies frontales para los procedimientos de unión a través de transformación a alta presión interior del tubo de árbol o a través de retracción térmica o a través de unión de las levas con un árbol moleteado o a través de acoplamiento de las levas sobre zonas realzadas en un árbol. En la calibración mencionada solamente hay que mantener una sobremedida de rectificación en el contorno de las levas para la rectificación del árbol de levas después de la unión. Mientras que para la exactitud dimensional del contorno exterior de las levas y del taladro de las levas son determinantes las dimensiones de la herramienta, para la anchura definitiva de las levas es determinante el recorrido de desplazamiento axial de las estampas relativamente entre sí.

De una manera especialmente preferida, las superficies necesariamente ligeramente cónicas después del forjado del contorno de las levas y del taladro de las levas son llevadas, por una parte, a una forma mejorada cilíndrica, que puede estar totalmente recta o abombada en el desarrollo longitudinal, con lo que se posibilita en primer lugar sobre todo la unión sin mecanización posterior del taladro de las levas. Por otra parte, se compensa cualquier desviación del plano de las superficies frontales (superficies planas), de manera que se puede utilizar toda la anchura de las levas como superficie de rodadura y se puede dimensionar la anchura de las levas con tolerancias estrechas.

Además, por medio de la calibración es posible compensar totalmente en el transcurso de la calibración errores de posición entre el eje del taladro y el contorno, que hasta ahora solamente podrían compensarse a través del mantenimiento de sobremedidas grandes y porciones de mecanización por arranque de virutas correspondientemente grandes. Con la calibración se compensa casi totalmente la amplitud de la dispersión después de la transformación en caliente, que es inevitable en virtud del alto desgaste de la herramienta durante la transformación en caliente.

Además de las etapas de procesamiento mecánico (por arranque de virutas), se suprime también la etapa de procesamiento habitualmente necesaria del recocido, que es, en general, condición previa para un procesamiento mecánico después de la transformación en caliente.

La transformación en caliente de la leva puede comprender las siguientes etapas parciales:

-: cortar un disco del material de barra,

-: forjar con estampa el disco para obtener un disco con contorno exterior de levas, y

-: perforar el disco con contorno de levas para la generación del taladro de levas por medio de un taladrador.

El material de barra puede ser en este caso una barra redonda o una barra perfilada, pudiendo estar esta ultima barra ya aproximada en la sección transversal a la forma de las levas.

De acuerdo con una primera forma de realización, la perforación se realiza con un taladrador con canto de corte redondo, que genera un taladro liso de las levas. De esta manera se prepara una leva que presenta, después de la calibración, una superficie de asiento cilíndrica para la fijación sobre un árbol, con lo que presenta la superficie de asiento para la fijación sobre un árbol, con lo que se incrementa al máximo la superficie de asiento.

Una leva con un taladro de leva de este tipo es especialmente adecuada para la fijación sobre un árbol hueco por medio de transformación a alta presión interior.

De acuerdo con una segunda forma de realización, la perforación se realiza con un taladrador con canto de corte perfilado, que especialmente ondulado o dentado en la periferia.

El perfil generado de esta manera del taladro de leva mantiene espacios libres para la siguiente etapa del procedimiento, en los que se puede desviar material durante el proceso de calibración. Por lo tanto, de esta manera es posible corregir la geometría de una leva forjada en todas sus direcciones.

Además, a través del perfilado se reduce la superficie de contacto entre el mandril redondo de la estampa de calibración y el taladro de la leva a la zona de las puntas del perfil. Las fuerzas de contacto que resultan durante la calibración entre el mandril y el taladro de la leva actúan, por consiguiente, en primer lugar sólo sobre la superficie más pequeña de las puntas del perfil. Las fuerzas transversales que deben ser absorbidas por el mandril se reducen efectivamente, de manera que se previene una desviación o cizallamiento del mandril.

Durante la calibración, las puntas del perfil que se encuentran fuera de la posición teórica entran en contacto en primer lugar con el mandril redondo. Por consiguiente, aquí actúa toda la contra fuerza del mandril. El perfil se deforma plásticamente en estos lugares durante la calibración. El resultado es un taladro de leva con puntas del perfil aplanadas, de tal manera que el círculo interior que se ajusta se corrige a la posición teórica del taladro de la leva. De esta manera se reducen efectivamente las sobremedidas de mecanización, puesto que al mismo tiempo se corrigen el contorno exterior de las levas y la posición del taladro de la leva con relación al contorno exterior de la leva durante la calibración.

La profundidad del perfil y el círculo interior del perfil bruto después de la perforación se seleccionan de tal manera que, por una parte, el mandril que está en posición ideal puede ser insertado en la leva todavía no calibrada y, por otra parte, después del proceso de calibración, las puntas del perfil transformadas se apoyan periféricamente en el mandril redondo.

En suma, el diámetro del círculo insertado debe corresponder al menos a la suma del diámetro del mandril y la excentricidad del taladro. Además, se recomienda una profundidad del perfil al menos en la magnitud de la excentricidad, para conseguir lo más tarde posible un apoyo superficial en el proceso de calibración

En suma, el círculo interior del perfil bruto debe corresponder después de la perforación al menos a la suma del diámetro del mandril y la excentricidad del taladro de leva bruto. Además, se recomienda una profundidad del perfil al menos en la magnitud de la excentricidad, para conseguir lo más tarde posible un apoyo superficial en el proceso de calibración.

La leva corregida de esta manera geométricamente se bonifica y a continuación se une sobre un árbol de levas. El perfilado interior del taladro de la leva se realiza en este caso de tal forma que un árbol de tubo transformado a través de alta presión interior para la unión de las levas puede seguir de manera ideal totalmente el perfil del taladro calibrado de la leva y se puede apoyar superficialmente en el taladro de la leva y está radialmente bajo tensión frente a éste en virtud de la deformación plástico del tubo. No obstante, también es admisible que después de la unión permanezcan intersticios de luz entre las puntas del taladro perfilado de la leva, que se apoyan en el árbol de tubo.

La transformación en caliente se realiza después de un calentamiento del material por encima de 1100ºC. En este caso, está previsto especialmente que el corte de los discos individuales sea realizado a través de cizallamiento solamente después del calentamiento del material, es decir, en el estado caliente. Mientras que la transformación en caliente comprende varias, especialmente tres etapas, la calibración de realiza en una única operación de la estampa superior frente a la estampa inferior.

Para la fabricación de levas estándar se utilizan estampas superior e inferior de una pieza planas hacia las levas. Para la fabricación de levas con un apéndice de collar o dos apéndices de collar está previsto que al menos la estampa superior, dado el caso también la estampa inferior, estén formadas de dos partes y estén constituidas por una estampa de contorno exterior y una estampa de collar interior cilíndrica anular retraída axialmente. La estampa de contorno y la estampa de collar se pueden aproximar en este caso una independientemente de la otra. De esta manera, se puede formar un apéndice de collar en gran medida acabado integralmente en una o en ambas superficies frontales de la
leva.

Como ya se ha indicado, características especialmente del procedimiento consisten en que el taladro de la leva se calibra a la medida final para la unión inmediata y en que el contorno de la leva se calibra exclusivamente con una sobremedida de rectificación.

Un procedimiento para la fabricación de un árbol de levas montado con levas, que están fabricadas de acuerdo con el procedimiento descrito anteriormente, incluye el método del procedimiento de deslizamiento de levas sobre un tubo de árbol en el estado frío y una transformación a alta presión interior siguiente del tubo de árbol dentro de las levas así como un procedimiento, que comprende un calentamiento de las levas antes del deslizamiento de las levas sobre un árbol y una retracción térmica a través de enfriamiento de las levas, y un procedimiento que se refiere a un deslizamiento secuencial de las levas sobre zonas del árbol con una sobremedida frente al taladro de la leva.

Los ejemplos de realización preferidos de levas de acuerdo con la invención y de un procedimiento de acuerdo con la invención para su fabricación se representan en los dibujos y se describen a continuación.

La figura 1 muestra una leva fabricada de acuerdo con la invención en una primera forma de realización

a): en vista axial sobre el taladro de la leva,

b): en la sección A-A de acuerdo con la representación a).

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La figura 2 muestra una sección axial a través del eje del taladro de la leva y a través del eje de una estampa de calibración al final del proceso de calibración.

La figura 3 muestra una sección axial de una leva y la matriz y el mandril de una estampa de calibración

a): antes de la calibración

b): después de la calibración.

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La figura 4 muestra una leva fabricada de acuerdo con la invención en una segunda forma de realización

a): en vista axial sobre el taladro de la leva

b): en la sección B-B de acuerdo con la representación a), respectivamente, antes de la calibración (línea continua) y después de la calibración (línea de trazos).

La figura 5 muestra la leva según la figura 4 con el mandril de una estampa de calibración

a): en vista axial sobre el taladro de la leva

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Las dos representaciones de la figura 1 se describen a continuación en común. Una leva 11 se representa en la forma especial como leva de collar y permite reconocer las siguientes características: un contorno exterior de la leva 12 o bien superficie de la leva con superficies envolventes puramente paralelas al eje, es decir, de forma puramente cilíndrica, sobre la superficie básica del contorno, además un taladro de leva 13, una primera superficie frontal plana 14 y una segunda superficie frontal pana 15, desde la que se eleva un collar anular 16 con transición redondeada. Las superficies frontales 14, 15 están exactamente paralelas entre sí y perpendiculares al eje longitudinal A del taladro de la leva 13. En el taladro de la leva 13 se pueden reconocer facetas 17, 18, que se han producido ya durante la transformación en caliente. La medida interior del taladro de la leva está designado con D1, la medida exterior del collar en el extremo axial está designada con Da y la anchura de la vía de rodadura de la leva está designada
con B.

En la figura 2, la leva 11 se representa insertada en una matriz 21, de manera que la leva descansa sobre una estampa inferior 22, que encaja libre de juego en la matriz 21. En el taladro de la leva 13 está insertado un mandril 23, cuya posición está determinada con exactitud frente a un soporte de matrices 24, en particular el mandril está unido rígidamente con el soporte de matrices 24. Sobre el lado frontal superior y el collar descansa una estampa superior dividida, que comprende una estampa de contorno exterior 25 y una estampa de collar interior 26. Las dos estampas superiores encajan en común libres de juego entre el mandril y la matriz. Además, se puede prever una cubierta 27, que cubre la matriz 21 en el lado superior. La situación representada muestra el estado al final de la calibración, en la que la leva está incluida totalmente libre de juego entre la matriz, la estampa superior, la estampa inferior y el
mandril.

En la figura 3 se muestra la situación de una leva 11 frente a una matriz 21 y un mandril 23 de una estampa de calibración y, en concreto, en la representación a) antes de la calibración y en la representación b) después de la calibración.

Se puede reconocer que el contorno de la leva en la representación a) tiene todavía luego frente a la matriz 21, de la misma manera que el mandril 23 tiene juego frente al taladro de la leva 13. Al mismo tiempo, se puede reconocer también un error de posición del taladro de la leva frente al mandril. También sería posible que una de las dos partes de la herramienta, la matriz 21 y el mandril 27, retenga ya libre de juego el contorno de la leva y el taladro de la leva, respectivamente, al menos en un punto periférico y que exista juego radial solamente entre la otra respectiva de las partes de la herramienta y la leva sobre toda la periferia. En la representación b) se muestra el estado después de la terminación de la calibración. La anchura de la leva está reducida esencialmente. De esta manera, ahora el contorno de la leva está libre de juego frente a la matriz de la misma manera que el taladro de la leva. El taladro de la leva ha obtenido de esta manera una corrección central, tampoco existen los errores del cono del contorno de la leva y del taladro de la leva.

Las dos representaciones de la figura 4 se describen a continuación en común. Se muestra una leva 11 en forma de una leva de collar con líneas continuas antes de la calibración y con líneas de trazos después de la calibración. Las líneas de referencia de los signos de referencia se colocan, respectivamente, en las líneas continuas antes de la calibración. La leva tiene un contorno exterior de leva 12, que está después de la calibración sobre una periferia mayor que antes de la calibración. La leva tiene, además, una primera superficie frontal 14 y una segunda superficie frontal 15, sobre la que sobresale un collar anular 16. La distancia de las superficies frontales 14, 15 entre sí y la altura del collar anular 16 frente a la superficie frontal 15, son mayores antes de la calibración que después de la calibración. Además, en la leva se puede reconocer un taladro de leva perfilado 13, que presenta un perfil ondulado sobre la periferia. El taladro de la leva 13 tiene antes de la calibración una posición errónea frente al contorno exterior de la leva 12 y se encuentra después de la calibración en posición correcta frente al contorno exterior de la leva 12.

Las dos representaciones de la figura 5 se describen a continuación en común. Los mismos detalles están designados con los mismos números de referencia que en la figura 4. También aquí los contornos de la leva antes de la calibración se indican por medio de líneas continuas y después de la calibración con líneas de trazos. Las líneas de referencia de las cifras de referencia se indican, respectivamente, en las líneas continuas antes de la calibración. Adicionalmente a la leva 11, se representa el mandril 23, frente al que el taladro de la leva 13, perfilado ondulado sobre la periferia, tiene una posición errónea antes de la calibración, mientras que se apoya de forma idealizada concéntricamente al mandril 23 después de la calibración. El mandril está posicionado en este caso en la posición correcta frente al contorno exterior de la leva 12 después de la calibración, lo que resulta a partir de a disposición en posición correcta de la matriz no representada aquí frente al mandril.

Lista de signos de referencia

11: Leva

12: Contorno de la leva

13: Taladro de la leva

14: Superficie frontal

15: Superficie frontal

16: Collar

17: Faceta

18: Faceta

21: Matriz

22: Estampa inferior

23: Mandril

24: Soporte de matrices

25: Estampa superior

26: Estampa de collar

27: Cubierta

Claims

1. Procedimiento para la fabricación de levas para árboles de levas montados con las etapas.

-: transformación en caliente de una leva (11) con conformación de un contorno exterior de leva y perforación de un taladro de leva (13), así como

-: calibrado axial y radial de la leva (11), en el que el calibrado comprende las etapas parciales de

-: inserción de la leva en una matriz (21) no dividida, que define el contorno exterior calibrado de la leva (12),

-: introducción de un mandril (23) en un taladro de leva (13), que define el taladro calibrado de la leva (13), y

-: acortamiento axial de la leva (11) entre una estampa inferior (22) que se asienta entre la matriz (21) y el mandril (23), sobre la que descansa la leva (11) con una primera superficie frontal (14), y una estampa superior (25) conducida entre la matriz (21) y el mandril (23), que impulsa la segunda superficie frontal (15) de la leva (11).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la transformación en caliente de la leva (11) comprende las etapas parciales de

-: cortar un disco del material de barra,

-: transformar el disco en un disco con contorno exterior de levas, y

-: perforar el disco para la generación del taladro de leva por medio de un taladrador.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la perforación del taladro de leva se realiza con un taladrador redondo, que genera un taladro liso.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la perforación del taladro de leva se realiza con un taladrador, que genera un taladro perfilado, especialmente un taladro ondulado o dentado sobre la periferia.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la transformación en caliente se realiza después de un calentamiento del material por encima de 1100ºC.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque la división del disco desde el material de barra se realiza por medio de cizallamiento.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el cizallamiento se realiza después de calentamiento del material en forma de barra.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el calibrado se realiza en un calor residual que procede de la transformación en caliente.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el calibrado se realiza después de un enfriamiento de las levas a temperatura ambiente.

10. Procedimiento para la fabricación de un árbol de levas montado, en el que en una primera etapa se fabrican levas de acuerdo con el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las levas (11) son deslizadas sobre un tubo de árbol en posición correcta y el tubo de árbol es ensanchado, respectivamente, dentro de las levas (11) a través de transformación a alta presión interior.

11. Procedimiento para la fabricación de un árbol de levas montado, en el que en una primera etapa se fabrican levas de acuerdo con el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las levas (11) son deslizadas después de un calentamiento sobre un árbol en posición correcta y son retraídas térmicamente sobre el árbol a través de enfriamiento.

12. Procedimiento para la fabricación de un árbol de levas montado, en el que en una primera etapa se fabrican levas de acuerdo con el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las levas (11) son acopladas de forma sucesiva sobre zonas de un árbol con un exceso de medida con respecto al taladro de leva, especialmente zonas moleteadas del árbol o zonas torneadas del árbol.