ES2589510T3 - Procedimiento de fabricación de una rueda híbrida de dos partes de aleación ligera especialmente de aluminio - Google Patents

Procedimiento de fabricación de una rueda híbrida de dos partes de aleación ligera especialmente de aluminio Download PDF

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Abstract

Procedimiento de fabricación de una rueda híbrida de aleación ligera del tipo que comprende un disco (2) y una llanta (1) que pueden ser unidos por una soldadura por fricción, caracterizado por que pone en práctica las diferentes fases operativas siguientes: - Realización del disco delantero obtenido por una operación doble de colado de una preforma de fundición y transferencia de dicha preforma al interior de una matriz de forja y operación de forjado de dicha preforma de cara a la obtención del disco delantero y operación de desbarbado para la obtención de dicho disco delantero, - Realización de la parte de llanta con fabricación de una palanquilla de aleación ligera y transformación de ésta en un borde circular obtenido por extrusión en caliente o en frío (P1), después expansión (P2) de este borde circular a las dimensiones de la llanta final, después operación de fluotorneado (P3) en frío o en caliente de dicho borde circular al perfil de la llanta a su forma y perfil finales, - Montaje por soldadura de la parte de disco delantero y de la llanta por una operación de soldadura por fricción después del mecanizado de las zonas que se van a montar.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de fabricacion de una rueda hnbrida de dos partes de aleacion ligera especialmente de aluminio
La presente invencion esta relacionada con el sector tecnico de las ruedas, especialmente para vehnculos, vehnculos automoviles e igualmente al sector tecnico de la fundicion y de la forja para la fabricacion de piezas de aleacion ligera, especialmente de aluminio, destinadas especialmente a la industria del automovil.
Se conoce por ejemplo la realizacion de una rueda con llanta y brida monobloque obtenida por moldeo pero que necesita medios tecnicos complejos y costosos que requieren dimensiones del grosor muy considerables que comportan asf un peso de la rueda obtenida muy importante con relacion a las exigencias actuales.
En el plano de la tecnica anterior segun la figura 1 relativa a los dos aspectos anteriormente citados, es conocido ya realizar ruedas hnbridas (R) en dos partes que comprenden una parte de llanta (1) y una parte de disco (2) delantero o disco de rueda, estas dos partes siendo unidas por cualquier medio de union apropiado.
Para solucionarlo, se ha propuesto por ejemplo en la patente EP 0 854 792 rueda hubrida en dos partes obtenida segun un procedimiento particular. La union entre la llanta y la brida esta asegurada por una union soldada por una operacion de soldadura por friccion de movimiento dclico. Esta tecnologfa que es el objeto de una explotacion por parte de una de las filiales del solicitante responde de manera satisfactoria a las exigencias del mercado. Sin embargo, la puesta en practica de este procedimiento comporta algunos inconvenientes con relacion a las nuevas exigencias del mercado que son por ejemplo obtener una reduccion del peso de los productos del orden del 20 al 30%. Ademas, en esta patente Ep 0 854 792 la llanta soldada de la rueda se apoya sobre un tubo colado por centrifugacion, transformado por laminado o por friccion de cara a obtener la configuracion de la llanta final. Las dos partes de la rueda estan constituidas por una aleacion de aluminio soldado. Estas operaciones son largas y costosas. Ademas es necesario efectuar controles de radiograffa de la brida.
El documento DE 32 18 606 A1, que es considerado el estado de la tecnica mas proxima, divulga un procedimiento de fabricacion y una rueda tnbrida de aleacion ligera del tipo que comprende un disco (2) y una llanta (1) que pueden ser unidas por una soldadura, poniendo en practica las diferentes fases operativas siguientes: - realizacion del disco delantero obtenido por una operacion de forja de cara a la obtencion del disco delantero y operacion de desbarbado para la obtencion de dicho disco delantero, - realizacion de la parte de llanta con fabricacion de una palanquilla de aleacion ligera y transformacion de esta en un borde circular obtenido por extrusion en caliente o en fno (P1), despues expansion (P2) de este borde circular a las dimensiones de la llanta final, despues operacion de fluotorneado (P3) en fno o en caliente de dicho borde circular al perfil de la llanta en su forma y perfil finales, - montaje por soldadura de la parte de disco delantero y de la llanta por una operacion de soldadura despues del mecanizado de las zonas que se van a montar.
El solicitante ademas explota desde 1983 una tecnologfa que combina una fase de fundicion y una fase de forja de piezas de aleacion de aluminio, conocida bajo la marca "COBAPRESS" esta tecnologfa esta definida en la patente EP 119 365 y consiste en realizar una preforma de fundicion por colado de una aleacion ligera del tipo de aluminio o aleacion de aluminio, despues transferir la preforma obtenida al interior de una matriz de forja que tiene dimensiones sensiblemente inferiores a las dimensiones de la preforma para a continuacion efectuar una operacion de forjado que permite la obtencion de las propiedades de la pieza final que se va a obtener. Una operacion de desbarbado se efectua a continuacion sobre el contorno de la pieza final obtenida despues del forjado.
Una de las problematicas de la fabricacion de las ruedas tnbridas, en dos partes, y en particular la parte de disco delantero, consiste en la presencia de diferentes ramas radiales que unen el contorno periferico de esta parte de disco, con la parte central de aquel que forma el cubo y que sera directamente unido a continuacion para la fijacion de la rueda sobre el arbol de la rueda. En la figura 2 se ha representado en vista parcial el disco (2). La obtencion en fundicion de este tipo de pieza hace aparecer esfuerzos espedficos ligados a las zonas de las hendiduras (2a) de alimentacion que se producen en los nudos de union (2b) entre el contorno periferico del disco y los extremos de union de las ramas enfrente. Aparecen claramente hendiduras de alimentacion que se producen en el interior de dichos nudos
Estos problemas de alimentacion solo se pueden resolver en la fundicion tradicional con la utilizacion de aleaciones que se puedan colar mas facilmente de tipo conocido, por ejemplo bajo la referencia AS 11. Estas aleaciones proporcionan sin embargo las mismas caractensticas mecanicas y no son siempre suficientes para eliminar enteramente este genero de defecto. Otra solucion consiste en un aumento de las secciones de las ramas de la rueda lo que engendra naturalmente un aumento del peso de la rueda.
La gestion del solicitante ha sido por lo tanto, a partir de las tecnologfas anteriormente citadas, pensar otra solucion de concepcion de una rueda hnbrida de dos partes de aleacion ligera, del tipo de aluminio, y que responda al problema propuesto y que permita tener en cuenta las necesidades del mercado.
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La solucion aportada por el solicitante resulta de un trabajo y de una experimentacion internas importantes puesto que las diferentes pistas de investigacion y de trabajo efectuados han demostrado un cierto numero de limitaciones incompatibles con las necesidades y las condiciones de utilizacion de estas ruedas tubridas.
El solicitante ha sido inducido por lo tanto a concebir y a poner a punto un nuevo procedimiento a partir de una seleccion espedfica de fases operativas.
Asf y segun una primera caractenstica de la invencion, el procedimiento de fabricacion de una rueda tubrida de aleacion ligera del tipo que comprende un disco delantero y una llanta que pueden ser unidos por una soldadura por friccion, es remarcable porque pone en practica las diferentes fases operativas siguientes:
- Realizacion del disco delantero obtenido por una operacion doble de colado de una preforma de fundicion y transferencia de dicha preforma al interior de una matriz de forja y operacion de forjado de dicha preforma de cara a la obtencion del disco delantero y operacion de desbarbado para la obtencion de dicho disco delantero,
- Realizacion de la parte de llanta con fabricacion de una palanquilla de aleacion ligera y transformacion de esta en un borde circular obtenido por extrusion en caliente o en fno, despues expansion de este borde circular a las dimensiones de la llanta final, despues operacion de fluotorneado en fno o en caliente de dicho borde circular al perfil de la llanta a su forma y perfil finales,
- Montaje por soldadura de la parte de disco delantero y de la llanta por una operacion de soldadura por friccion despues del mecanizado de las zonas que se van a montar.
El procedimiento tal como se define segun la invencion parece ser particularmente de altas prestaciones tecnicas y presenta las ventajas siguientes:
- La rueda en su conjunto demuestra una resistencia a la fatiga 2 veces superior a aquellas constatadas habitualmente, especialmente en el momento de las pruebas de fatiga en giro.
- La rueda presentada una mejor resistencia a las pruebas de impacto (energfa absorbida mas importante sin fisuras del contorno del disco de la rueda).
- La seccion de la llanta es mas fina por su obtencion por extrusion por tanto con una ganancia del peso. La obtencion de un grosor de este tipo es imposible de obtener en fundicion gravitatoria o a baja presion.
- Deja de haber problemas de estanqueidad con la llanta por su procedimiento de fabricacion que incluye la operacion de fluotorneado en fno o en caliente.
La problematica ligada a la obtencion de nudos en las ramas de la parte de disco se resuelve porque el procedimiento de fabricacion de esta parte permite volver a soldar los fallos internos de modo que existe una casi ausencia de tales fallos. Ademas, por este procedimiento particular de fabricacion de la parte de disco, es posible calcular la configuracion de esta pieza con un diseno optimo jugando sobre el lado de la cara delantera que no es visible. Puede por ejemplo aumentar las secciones de la fundicion y hacer partir el exceso de material al interior de la rebaba en el momento de la forja. Ademas, otra ventaja importante reside en la utilizacion del producto semi- acabado constituido por la pieza en bruto circular obtenida por extrusion. En efecto, la pieza en bruto circular de un diametro determinado permite la fabricacion de diferentes perfiles de llantas independientemente del disco obtenido por las operaciones sucesivas de colado y de forjado segun el procedimiento COBAPRESS. Se reducen los defectos sobre la pieza de fundicion y no se anade peso a la pieza final.
Gracias a la utilizacion del procedimiento de fabricacion del disco, bajo la denominacion "Procedimiento COBAPRESS" se pueden utilizar una gran variedad de perfiles sin lfmites, se salvan los problemas de la fundicion que se solucionan por el propio procedimiento.
Mediante esta puesta en practica particular, se pueden obtener partes de telas en las ramas del disco que pueden descender por ejemplo hasta 4 mm, imposibles de obtener en fundicion tradicional para estas geometnas. Se tiene asf por lo tanto una optimizacion total con un peso controlado y reducido al maximo. Ademas, el estado de la superficie se mejora en la parte del disco con relacion al disco obtenido por fundicion tradicional. Se obtiene un estado de la superficie perfecto por la operacion de forjado y deja de ser necesario tener un revestimiento de los moldes de fundicion con un grano fino que puede ser un problema por el hecho de que el revestimiento se degrade, cuando no es este el caso en la situacion de golpe de forja. Se evita que las porosidades que se encuentran proximas a la superficie se manifiesten o formen burbujas en el tratamiento termico (fenomeno comunmente denominado "burbujeo") y que son causa de desecho que genera la perdida del valor anadido a la rueda (hasta el 15% de desechos visuales).
Otras ventajas son aportadas por la puesta en practica del procedimiento segun la invencion y especialmente en material de utillaje.
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La invencion contempla por lo tanto la combinacion selectiva de las diferentes fases del procedimiento para la obtencion y la fabricacion de cada uno de los dos componentes, a saber la llanta y el disco.
La puesta en practica de la soldadura por friccion de los dos componentes contribuye igualmente a la obtencion de la pieza final bajo la forma de rueda tubrida particularmente homogenea y fiable en terminos de calidad.
En terminos de optimizacion del peso de las ruedas tubridas obtenidas, las medidas efectuadas a partir de las pruebas han aportado los resultados siguientes:
Rueda de 19 pulgadas Rueda de 18 pulgadas Rueda de 17 pulgadas
Peso inicial
13,5 kg 12,5 kg 10,2 kg
Peso segun el procedimiento de la invencion
10 kg 10,5 kg 9,0 kg
Ganancia
3,5 kg 2,0 kg 1,2 kg
Esta ganancia en el peso tiene consecuencias no despreciables sobre la produccion de gas carbonico. Por el aligeramiento inherente solamente en las cuatro ruedas del vetuculo, la ganancia del peso genera la reduccion del consumo de gasolina o de gasoil.
Se ha representado asf en las figuras dibujos de la tecnica anterior y de la puesta en practica de la invencion.
La figura 1 es una vista de caracter esquematico de una rueda tubrida de dos partes (disco y llanta) representadas separadas, despues montadas.
La figura 2 es una vista parcial de la parte de disco segun la tecnica anterior con representacion de las zonas de hendiduras de alimentacion sobre los brazos.
La figura 3 es una vista de caracter esquematico que ilustra la obtencion del reborde circular por extrusion, despues la obtencion de su forma final por fluotorneado en fno.
La figura 4 una vista de caracter esquematico que ilustra el procedimiento de fabricacion de la parte de llanta segun las tres fases de formacion del reborde circular por extrusion (P1), despues de expansion (P2) de dicho reborde, despues de fluotorneado (P3).
Se ha identificado, a tftulo de ejemplo, un perfil de la llanta pero como se ha indicado anteriormente, el procedimiento segun la invencion es particularmente interesante porque a partir de un mismo diametro de la pieza en bruto circular, se pueden obtener diferentes perfiles de la parte de llanta.
El producto final obtenido segun la invencion no esta representado porque presenta globalmente las mismas formas que la rueda hfbrida representada en la figura 1.

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de fabricacion de una rueda tnbrida de aleacion ligera del tipo que comprende un disco (2) y una llanta (1) que pueden ser unidos por una soldadura por friccion, caracterizado por que pone en practica las
    5 diferentes fases operativas siguientes:
    - Realizacion del disco delantero obtenido por una operacion doble de colado de una preforma de fundicion y transferencia de dicha preforma al interior de una matriz de forja y operacion de forjado de dicha preforma de cara a la obtencion del disco delantero y operacion de desbarbado para la obtencion de dicho disco delantero,
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    - Realizacion de la parte de llanta con fabricacion de una palanquilla de aleacion ligera y transformacion de esta en un borde circular obtenido por extrusion en caliente o en fno (Pi), despues expansion (P2) de este borde circular a las dimensiones de la llanta final, despues operacion de fluotorneado (P3) en fno o en caliente de dicho borde circular al perfil de la llanta a su forma y perfil finales,
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    - Montaje por soldadura de la parte de disco delantero y de la llanta por una operacion de soldadura por friccion despues del mecanizado de las zonas que se van a montar.
  2. 2. Rueda tnbrida de aleacion ligera que comprende un disco (2) y una llanta (1) caracterizada por que la parte 20 de disco esta realizada y se obtiene por una doble operacion de colado de fundicion para la constitucion de una
    preforma forjada a continuacion y la parte de llanta esta realizada por una triple operacion de extrusion (P1), despues de expansion (P2), despues de fluotorneado (P3), la parte de llanta y la parte de disco siendo montadas a continuacion por una operacion de soldadura por friccion.
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