ES2898754T3 - Método para el tratamiento de impacto de los radios de transición de un cigüeñal - Google Patents

Método para el tratamiento de impacto de los radios de transición de un cigüeñal Download PDF

Info

Publication number
ES2898754T3
ES2898754T3 ES18727276T ES18727276T ES2898754T3 ES 2898754 T3 ES2898754 T3 ES 2898754T3 ES 18727276 T ES18727276 T ES 18727276T ES 18727276 T ES18727276 T ES 18727276T ES 2898754 T3 ES2898754 T3 ES 2898754T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
impact
crankshaft
transition
hardening
transition radius
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES18727276T
Other languages
English (en)
Inventor
Alfons Reeb
Jochen Schmidt
Konrad Grimm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH
Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Original Assignee
Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH
Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH, Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH filed Critical Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH
Application granted granted Critical
Publication of ES2898754T3 publication Critical patent/ES2898754T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P9/00—Treating or finishing surfaces mechanically, with or without calibrating, primarily to resist wear or impact, e.g. smoothing or roughening turbine blades or bearings; Features of such surfaces not otherwise provided for, their treatment being unspecified
    • B23P9/04—Treating or finishing by hammering or applying repeated pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/07—Crankshafts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/30—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for crankshafts; for camshafts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Un método para el endurecimiento por impacto de los radios de transición (8) de un cigüeñal (4), en particular de los radios de transición (8) entre los muñones del cojinete de la biela (5) y los brazos del cigüeñal (7) y/o los radios de transición (8) entre los muñones del cojinete principal (6) y los brazos del cigüeñal (7) del cigüeñal (4), caracterizado porque, para la introducción de una fuerza de impacto (Fs) en al menos uno de los radios de transición (8), se definen una región muy cargada (BMÁX), una región poco cargada (BMÍN) y regiones intermedias interpuestas (BZW) a lo largo de los respectivos radios de transición (8) que se extienden de manera anular alrededor del cigüeñal (4), en donde el endurecimiento por impacto se realiza de manera que la fuerza de impacto (FS) introducida en las regiones intermedias (BZW) se incrementa en la dirección de la región de alta carga (BMÁX) y en donde el endurecimiento por impacto se realiza de manera que las impresiones (28) de un cabezal de impacto (21) de al menos una herramienta de impacto (16) se superponen de manera definida a lo largo del respectivo radio de transición (8) que se extiende de manera anular alrededor del cigüeñal (4).

Description

DESCRIPCIÓN
Método para el tratamiento de impacto de los radios de transición de un cigüeñal.
La invención se refiere a un método para el endurecimiento por impacto de los radios de transición de un cigüeñal, en particular de los radios de transición entre los muñones del cojinete de la biela y los brazos del cigüeñal y/o los radios de transición entre los muñones del cojinete principal y los brazos del cigüeñal del cigüeñal, de acuerdo con la reivindicación 1 en su preámbulo.
La invención también se refiere a un cigüeñal.
Debido al desarrollo continuamente progresivo y al aumento del rendimiento de los motores de combustión interna y a los estrictos requisitos de emisiones que se les imponen, los motores modernos están sujetos a cargas cada vez mayores. Por este motivo, la industria del motor plantea grandes exigencias con respecto a la resistencia, entre otras cosas, para el cigüeñal, que se somete a grandes cargas y que es importante para el funcionamiento de un motor de combustión interna. Aquí, en términos de construcción, a menudo existe la demanda de que el cigüeñal sea de bajo peso y que el espacio requerido sea pequeño. Para el diseño del cigüeñal, esto significa que el aumento de la capacidad de carga debe conseguirse no mediante el aumento de la sección transversal, es decir, por medio de un módulo de sección del cigüeñal, sino, en la medida de lo posible, mediante estados de tensión de compresión locales internos. Por este motivo, los cigüeñales modernos se fabrican mediante el uso de una gran variedad de métodos de mecanizado y tratamiento térmico, de manera que los cigüeñales pueden someterse a niveles de energía del motor cada vez más elevados.
Ejemplos de estos métodos son los tratamientos térmicos, como los métodos de endurecimiento superficial de inducción y cementación, endurecimiento por láser o nitruración, y los métodos de endurecimiento por deformación, como el laminado profundo, el granallado o el endurecimiento por impacto. Estos son métodos comunes y en su mayor parte bien establecidos, que son adecuados para una amplia variedad de propósitos.
Con respecto a los ejemplos de tales métodos, se hace referencia a los siguientes documentos: EP 1479480 A1, EP 0788419 B1, EP 1612290 A1, DE 102007028888 A1 y EP 1034314 B1.
El documento WO 2015/141611 A1 se refiere a un proceso de endurecimiento por trabajo para endurecer un cigüeñal en áreas del cigüeñal sometidas a grandes esfuerzos. Para ello, se propone presionar o formar las áreas correspondientes del cigüeñal por medio de una perforación.
El endurecimiento por impacto en particular es un método ventajoso para aumentar la resistencia a la fatiga, en particular la resistencia a la fatiga por flexión y la resistencia a la fatiga por torsión, de los cigüeñales. El aumento de la resistencia a la fatiga se logra aquí en virtud de las fuerzas de impacto que se introducen en el cigüeñal mediante trabajo en frío, preferentemente martilleo por medio de herramientas de impacto especiales, en las regiones cargadas en transiciones de sección transversal y cambios de sección transversal. Como ejemplos de dicho proceso, se hace referencia a los documentos DE 34 38 742 C2 y EP 1716260 B1 (base para el preámbulo de acuerdo con la reivindicación 1).
Para evitar una introducción desventajosa de tensiones de cizallamiento durante el martilleo local, se propone en el documento DE 34 38 742 C2 que, en el momento de la acción del impulso de presión, no se permita ningún movimiento relativo entre el cuerpo iniciador del impulso y la superficie de la herramienta transversalmente con respecto a la dirección del impulso. Para ello, el movimiento de avance durante la introducción de esfuerzos de compresión internos por medio de las herramientas de impacto debe realizarse de forma escalonada.
Como desarrollo adicional de este método, se ha propuesto en el documento EP 1716260 B1 que el cigüeñal gire continuamente durante el proceso de mecanizado, en donde, durante la introducción de tensiones de compresión internas por medio de los impactos de la herramienta de impacto contra el segmento del cigüeñal que se va a mecanizar, el movimiento de rotación del cigüeñal se detiene durante el tiempo en que la herramienta de impacto actúa sobre el cigüeñal. En este caso, las presiones de impacto se seleccionan de manera que el movimiento de rotación del cigüeñal se detenga forzosamente por el movimiento de impacto.
Sin embargo, para ello se requieren componentes complejos como, por ejemplo, transmisiones, embragues y/o sistemas de muelles dentro de este dispositivo de accionamiento para evitar que se dañe con los "topes forzados". Además, la sincronización del cigüeñal y la introducción de los esfuerzos de compresión internos deben sincronizarse de manera confiable en términos de un proceso. Aquí, los componentes mecánicos necesarios para garantizar una instalación robusta son complejos y costosos.
La presente invención se basa en el objetivo de desarrollar más los métodos de endurecimiento por impacto con el fin de mejorar aún más la resistencia a la fatiga de los cigüeñales.
Dicho objeto se consigue, para el método, por medio de las características especificadas en la reivindicación 1.
Por último, la invención se basa también en el objeto de proporcionar un cigüeñal mejorado, en particular con respecto a su resistencia a la fatiga.
Con respecto al cigüeñal, el objeto se logra por medio de las características especificadas en la reivindicación 14. Las reivindicaciones dependientes y las características descritas más abajo se refieren a modalidades y variantes ventajosas de la invención.
En el método de acuerdo con la invención para el endurecimiento por impacto, se prevé de manera que los radios de transición de un cigüeñal, en particular los radios de transición entre los muñones del cojinete de la biela y los brazos del cigüeñal y/o los radios de transición entre los muñones del cojinete principal y los brazos del cigüeñal del cigüeñal, se endurezcan por impacto.
Los muñones del cojinete de la biela y los muñones del cojinete principal en lo sucesivo también se denominarán simplemente "muñones" para simplificar. Aquí, la expresión "muñones" puede referirse tanto a los muñones del cojinete de la biela como a los del cojinete principal, y también sólo a los muñones del cojinete de la biela o sólo a los del cojinete principal. A menos que se indique explícitamente de cualquier otra manera, las tres variantes están englobadas aquí por la expresión "muñones".
La invención es adecuada en particular y preferentemente para aumentar la resistencia a la fatiga de, por ejemplo, cigüeñales con una longitud de 0,2 a 8 m o más y/o diámetros de los muñones del cojinete de la biela de 30 a 500 mm o más. Sin embargo, la invención es muy adecuada en particular y preferentemente para aumentar la resistencia a la fatiga de grandes cigüeñales con una longitud de 1,5 a 8 m o más y/o diámetros de muñones del cojinete principal y de la biela de 100 a 500 mm o más.
El cigüeñal puede tener varios tipos de radios de transición, por ejemplo, filetes, por ejemplo, en forma de arco de cesta, o también radios de corte o radios con transiciones. Los radios de transición pueden, por ejemplo, transitar tangencialmente hacia los puntos del muñón del cojinete o hacia las superficies de rodadura de los muñones del cojinete de la biela.
Esto también se aplica a las transiciones a bridas, muñones y otros cambios geométricos en la sección transversal, tanto para los radios tangenciales como para los de corte.
El cigüeñal suele tener radios de transición en todas las transiciones o cambios de sección. Esto se aplica, en particular, a los cambios en la sección transversal entre los muñones de los cojinetes y los brazos del cigüeñal. La invención es adecuada particularmente para estos. No obstante, los radios de transición también pueden preverse para cualquier otro cambio de sección transversal, en particular para los cambios de sección transversal en las secciones finales del cigüeñal, en particular en la transición a una brida, un disco o un eje, etc. Por lo tanto, un radio de transición cuya resistencia a la fatiga debe mejorarse por medio de un método de acuerdo con la invención no necesita imperativamente estar presente entre un muñón del cojinete de la biela y un brazo del cigüeñal o un muñón del cojinete principal y un brazo del cigüeñal, sino que puede disponerse en cualquier lugar del cigüeñal. Las expresiones "muñón del cojinete de la biela", "muñón del cojinete principal", "brida", "muñón" y/o "brazo del cigüeñal" pueden reinterpretarse en consecuencia por un experto en la técnica.
La invención se describirá más abajo sustancialmente sobre la base del endurecimiento de los radios de transición entre los muñones del cojinete de la biela y los brazos del cigüeñal y/o los muñones del cojinete principal y los brazos del cigüeñal. Sin embargo, esto no debe entenderse como una limitación y se pretende que sirva simplemente para mejorar la comprensión o la legibilidad. Cuando se hace referencia a un radio de transición en el contexto de la invención, éste puede ser básicamente cualquier radio de transición en cualquier lugar del cigüeñal. De acuerdo con la invención, se prevé de manera que, para la introducción de una fuerza de impacto en al menos uno de los radios de transición, se definen una región muy cargada, una región poco cargada y regiones intermedias interpuestas a lo largo de los respectivos radios de transición que se extienden de manera anular alrededor del cigüeñal (en particular alrededor del muñón de la biela y/o del muñón del cojinete principal), en donde el endurecimiento por impacto se realiza de forma que la fuerza de impacto introducida en las regiones intermedias aumenta en la dirección de la región muy cargada.
La introducción de una fuerza de impacto puede entenderse como que una cabeza de impacto de una herramienta de impacto, o un llamado "cabezal" de un dispositivo de impacto, impacta contra la región del cigüeñal que debe endurecerse, en el presente caso un radio de transición. En este caso, el impacto se realiza de forma selectiva en la posición de impacto deseada a lo largo del radio de transición que se extiende de manera anular alrededor del muñón.
En el presente caso, una región muy cargada significa una región del respectivo radio de transición del cigüeñal que se somete a cargas particularmente altas, en particular durante el funcionamiento del motor, por ejemplo, fuerzas de tracción, etc. Para la capacidad de carga del cigüeñal, la consideración de las regiones altamente cargadas de los radios de transición es de importancia central. Las mayores tensiones internas de compresión deben introducirse preferentemente en estas regiones.
Una región muy cargada puede significar una región a lo largo de la circunferencia del radio de transición y/o una región a lo largo del radio de transición respectivo que se extiende de manera anular circundante alrededor del cigüeñal o alrededor del muñón del cojinete de la biela y/o el muñón del cojinete principal.
Por ejemplo, una región alrededor del llamado punto muerto de la parte inferior de un muñón del cojinete de biela puede ser una región muy cargada dentro del sentido de la invención. El punto muerto de la parte inferior es la región que, durante el funcionamiento del motor, puede denominarse lado de tensión del muñón del cojinete de la biela o como opuesto al lado de presión.
Los métodos y aparatos de acuerdo con el estado de la técnica prevén que, durante el endurecimiento por impacto de un radio de transición, se introduzca una fuerza de impacto constante a lo largo del respectivo radio de transición que se extiende de manera anular alrededor del muñón del cojinete de biela y/o el muñón del cojinete principal. En este caso, la fuerza de impacto se selecciona de forma que sea suficiente para introducir suficientes tensiones de compresión internas en las regiones altamente cargadas del cigüeñal.
Para la robustez del cigüeñal, no es necesario que las mismas tensiones internas de compresión se introduzcan también en las regiones apenas cargadas o en las regiones poco cargadas (y en las regiones intermedias). El endurecimiento por impacto completamente circundante de un radio de transición a lo largo de la circunferencia del cigüeñal implica un alto gasto.
En consecuencia, sería preferible que las tensiones de compresión internas (elevadas) se introdujeran únicamente en una o varias regiones muy cargadas de los radios de transición.
Sobre la base de simulaciones y series de pruebas, los inventores han descubierto que la robustez o resistencia a la fatiga del cigüeñal se puede realizar ventajosamente con una calidad sin cambios o mejorada incluso si la fuerza de impacto máxima que se introduce en un radio de transición particular se introduce solo en la región muy cargada, y si la fuerza de impacto aumenta, procedente de las regiones intermedias en la dirección de la región muy cargada. De este modo, se evita un cambio brusco o repentino de la fuerza de impacto de un impacto a otro.
En virtud del hecho de que los radios de transición ya no se endurecen de forma totalmente envolvente (con la misma fuerza de impacto), la velocidad de procesamiento se puede maximizar y se pueden evitar daños en el muñón del cojinete de la biela en el punto muerto superior o descartado. Por tanto, el método de acuerdo con la invención es particularmente eficiente y económico. Al mismo tiempo, es posible fabricar cigüeñales con al menos la misma calidad o robustez que con los métodos conocidos del estado de la técnica.
El enfoque en las regiones muy cargadas de los radios de transición puede incluso resultar en una mejora en la robustez.
El método de acuerdo con la invención también puede aplicarse o usarse en el caso de los cigüeñales que ya han sido mecanizados de antemano mediante el uso de otros métodos con el fin de aumentar las características de resistencia a la fatiga de los mismos. Por ejemplo, un cigüeñal endurecido por inducción también puede mejorarse retroactivamente con respecto a su resistencia a la fatiga por flexión y torsión por medio de la introducción de tensiones internas de compresión de acuerdo con el método según la invención.
En un perfeccionamiento de la invención, se puede prever de manera que la fuerza de impacto introducida en las regiones intermedias aumente constantemente en la dirección de la región muy cargada.
En particular, puede proporcionarse una región muy cargada que esté rodeada en ambos lados por regiones intermedias, de manera que la región muy cargada se separa de la región ligeramente cargada.
En el contexto de la invención, se puede prever básicamente de manera que la fuerza de impacto dentro de las regiones intermedias y/o de la región poco cargada siga cualquier perfil deseado, en donde es preferible, sin embargo, que se eviten los cambios bruscos de la fuerza de impacto y que la fuerza de impacto sea preferentemente máxima (en particular, máxima, considerada en términos de un promedio y/o en una suma de todas las fuerzas de impacto individuales del radio de transición) en la región muy cargada del radio de transición.
La fuerza de impacto introducida en las regiones intermedias se incrementa preferentemente de forma monótona, muy particularmente de forma estrictamente monótona, en la dirección de la región muy cargada.
En un refinamiento, se puede prever que la fuerza de impacto introducida en las regiones intermedias aumente de manera uniforme y/o lineal en la dirección de la región muy cargada.
También es posible que la fuerza de impacto introducida en las regiones intermedias se incremente en la dirección de la región muy cargada de acuerdo con cualquier función matemática deseada.
En un perfeccionamiento de la invención, también se puede prever de manera que, durante el endurecimiento por impacto, no se introduzca ninguna fuerza de impacto o solo una fuerza de impacto inferior o igual a la fuerza de impacto mínima introducida en las regiones intermedias en la región de carga ligera.
Preferentemente, se puede prever de manera que no se lleve a cabo ningún endurecimiento por impacto del radio de transición en la región poco cargada.
En un perfeccionamiento, finalmente también se puede prever de manera que, durante el endurecimiento por impacto, se introduzca una fuerza de impacto superior o igual a la fuerza de impacto más alta introducida en las regiones intermedias del radio de transición en la región muy cargada.
Es preferible que sólo se introduzca en cada región la fuerza requerida para alcanzar la resistencia a la fatiga deseada, en donde la fuerza de impacto se incrementa o se reduce preferentemente de manera uniforme en la dirección de las regiones para las que es ventajosa una fuerza de impacto diferente.
En un perfeccionamiento, se puede prever en particular de manera que la fuerza de impacto que se introduce en la región muy cargada durante el endurecimiento por impacto se determine sobre la base de la resistencia a la fatiga deseada del cigüeñal y/o la resistencia a la fatiga deseada de porciones del cigüeñal.
Por tanto, puede ser suficiente, con el fin de alcanzar la resistencia a la fatiga deseada del cigüeñal y/o la resistencia a la fatiga deseada de porciones del cigüeñal, tener en cuenta únicamente la fuerza de impacto requerida en las regiones de alta carga.
En un perfeccionamiento, también se puede prever de manera que la fuerza de impacto que se introduce en la región muy cargada durante el endurecimiento por impacto sea constante o se mantenga constante sobre la región muy cargada.
En simulaciones y ensayos, se ha encontrado que se puede lograr una alta resistencia a la fatiga y/o robustez del cigüeñal, en particular, mediante la introducción de una fuerza de impacto (alta) con una intensidad constante en la región muy cargada. Esto se aplica en particular (pero no exclusivamente) si, desde la región muy cargada, las fuerzas de impacto de intensidad decreciente, en particular las fuerzas de impacto que disminuyen linealmente de un impacto al siguiente impacto, se introducen en cada caso en las regiones intermedias, que las fuerzas de impacto pueden reducirse a cero en la región de carga ligera.
En un refinamiento, se puede prever de manera que, a lo largo del radio de transición que rodea de forma de manera anular el muñón del cojinete de la biela, la región muy cargada asciende a al menos /- 20°, con mayor preferencia a al menos /- 30°, más preferentemente a al menos /- 40°, particularmente preferible a al menos /-50°, muy particularmente preferible a al menos /- 60°, por ejemplo, a al menos /- 70°, a al menos /- 80° o a al menos /- 90°, a partir de un punto de alta carga del muñón del cojinete de la biela.
También es posible limitar la parte superior para la extensión de la región muy cargada a lo largo del radio de transición que se extiende de manera anular a lo largo del muñón del cojinete de la biela, de acuerdo con la región muy cargada asciende a lo máximo de /- 90°, preferentemente a lo máximo de /- 80°, con mayor preferencia a lo máximo de /- 70°, muy particularmente a lo máximo de /- 60°, por ejemplo, /- 50°, por ejemplo, a lo máximo de /- 40°, a lo máximo de /- 30° o a lo máximo de /- 20°, partiendo del punto de mayor carga del muñón del cojinete de la biela.
El punto más cargado del muñón del cojinete de la biela es, en particular, el punto muerto de la parte inferior del muñón del cojinete de la biela.
Por tanto, se puede prever, en particular, de manera que la región muy cargada se defina a lo largo de la circunferencia de un muñón que parte del punto más cargado del muñón.
En un refinamiento, se puede prever además de manera que, a lo largo del radio de transición que rodea de manera anular el muñón del cojinete principal, la región muy cargada asciende a al menos /- 20°, preferentemente a al menos /- 30°, con mayor preferencia a al menos /- 40°, particularmente de manera preferente a al menos /- 50°, particularmente de manera preferente a al menos /- 60°, por ejemplo, a al menos /- 70°, a al menos /- 80° o a al menos /- 90°, a partir de un punto de alta carga del muñón del cojinete principal.
También es posible limitar la parte superior para la extensión de la región muy cargada a lo largo del radio de transición que se extiende de manera anular alrededor del muñón del cojinete principal, de acuerdo con el cual la región altamente cargada asciende a lo máximo de /- 90°, preferentemente a lo máximo de /- 80°, con mayor preferencia a lo máximo de /- 70°, particularmente de manera preferente a lo máximo de /- 60°, por ejemplo, a lo máximo de /- 50°, por ejemplo, a lo máximo de /- 40°, a lo máximo de /- 30° o a lo máximo de /- 20°, a partir de un punto de máxima carga del muñón del cojinete principal.
Esto también se aplica de forma análoga a las transiciones a bridas, muñones y otros cambios geométricos en la sección transversal, tanto para radios tangenciales como de corte.
Para determinar la región muy cargada o el punto de mayor carga se pueden tener en cuenta simulaciones y/o cálculos y/o series de pruebas del tipo de cigüeñal correspondiente.
Las respectivas regiones altamente cargadas o los respectivos puntos más cargados de los radios de transición pueden diferir en los radios de transición individuales de un cigüeñal. Sin embargo, la región muy cargada o el punto más cargado también puede corresponder en todos los radios de transición, en particular en un tipo de radios de transición. La región muy cargada o el punto más cargado puede corresponder en todos los radios de transición, en primer lugar, entre los muñones del cojinete de la biela y los brazos del cigüeñal y, en segundo lugar, entre los muñones del cojinete principal y los brazos del cigüeñal.
Lo mismo se aplica también a una o más regiones intermedias y a la región ligeramente cargada.
La región muy cargada puede tener básicamente cualquier tamaño deseado, por ejemplo, también puede ser menor que /- 20° o mayor que /- 90°, partiendo del punto muerto de la parte inferior del muñón del cojinete de la biela o del punto de mayor carga del muñón del cojinete principal.
En un perfeccionamiento de la invención, se puede definir en particular que el punto de mayor carga (en particular con respecto a la torsión) de un radio de transición de un muñón de cojinete principal se encuentra, en la sección transversal del cigüeñal, en el punto de intersección del radio de transición del muñón del cojinete principal con la línea de conexión de los puntos centrales del muñón del cojinete principal y del muñón del cojinete de la biela contiguo al radio de transición del muñón del cojinete principal.
El punto más cargado de un radio de transición de un muñón de cojinete principal puede disponerse en un lado del cigüeñal alejado del punto muerto de la parte inferior de un muñón del cojinete de la biela contiguo.
De acuerdo con la invención, el endurecimiento por impacto se realiza de tal manera que las impresiones de un cabezal de impacto de al menos una herramienta de impacto se superponen de manera definida a lo largo del respectivo radio de transición que se extiende de manera anular circundante alrededor del cigüeñal (en particular alrededor del muñón del cojinete de la biela y/o del muñón del cojinete principal).
Por medio de impresiones de impacto por solapamiento y/o posiciones de impacto estrechamente dispuestas y exactamente definidas, se puede lograr un aumento particularmente efectivo de la resistencia a la fatiga o la resistencia a la fatiga por flexión y la resistencia a la fatiga por torsión.
En un perfeccionamiento de la invención, se puede prever además de manera que el cabezal de impacto de la al menos una herramienta de impacto introduzca la fuerza de impacto en el radio de transición con un ángulo de impacto ajustable.
La región muy cargada, las regiones intermedias y/o la región poco cargada pueden referirse también a la circunferencia del propio radio de transición y no sólo a la circunferencia del respectivo muñón alrededor del cual el radio de transición se extiende de manera anular. La carga de un radio de transición puede variar igualmente a lo largo de la circunferencia del radio de transición.
Desde este aspecto, el ángulo de impacto se selecciona de manera que la fuerza de impacto se introduzca en un ángulo que se adapte exactamente al punto de mayor carga durante el funcionamiento del cigüeñal o al máximo de carga, teniendo en cuenta la carga de flexión y la carga de torsión, en relación con la circunferencia del radio de transición.
En una variante particular, para este fin, se puede prever de manera que, para el endurecimiento por impacto, se usa un dispositivo de impacto que tenga un pistón de impacto, una unidad de desviación y la al menos una herramienta de impacto, en donde la al menos una herramienta de impacto esté fijada a la unidad de desviación, y en donde el pistón de impacto transmita un impulso a través de la unidad de desviación a la al menos una herramienta de impacto, tras lo cual la cabeza de impacto de la al menos una herramienta de impacto introduce la fuerza de impacto en el radio de transición en el ángulo de impacto, y en donde el ángulo de impacto se establece mediante el ajuste de separación entre un punto de desviación de la unidad de desviación y el extremo frontal de la cabeza de impacto de la al menos una herramienta de impacto.
Para ello, puede usarse un pistón de impacto que transmite un pulso intenso o un impulso (generado, por ejemplo, neumática, hidráulica y/o eléctricamente) a la cabeza de impacto.
En dependencia de la fuerza de impacto, se forman impresiones de impacto visibles del cabezal de impacto en las respectivas posiciones de impacto. La profundidad de las impresiones de impacto y la calidad o el efecto de profundidad de las tensiones de compresión internas introducidas dependen en este caso de la fuerza de impacto seleccionada. La herramienta y los parámetros del proceso se coordinan preferentemente de forma exacta con el respectivo cigüeñal y, en su caso, con modificaciones geométricas parciales (cambios en la sección transversal). La fuerza de impacto, a su vez, puede, a través de la variación del ángulo de impacto, ajustarse individualmente o alinearse aún más exactamente con o con la carga máxima.
El punto de desviación puede ser el punto central de la unidad de desviación y/o el eje de rotación/montaje de la herramienta de impacto o de las herramientas de impacto.
El extremo frontal de la cabeza de impacto se refiere a la parte (o a la superficie) de la cabeza de impacto con la que ésta impacta contra el cigüeñal a efectos de endurecimiento por impacto.
Por medio de la separación entre el punto de desviación y el extremo frontal de la cabeza de impacto, también es posible ajustar la separación entre el punto de desviación y el punto central de la cabeza de impacto o la separación entre el punto de desviación y el extremo trasero de la cabeza de impacto.
En virtud del hecho de que la separación entre el punto de desviación de la unidad de desviación y el cabezal de impacto de una herramienta de impacto es ajustable, el ángulo en el que se introduce la fuerza de impacto en el radio de transición se puede variar o ajustar.
La variante particular de variar la separación entre un punto de desviación de la unidad de desviación y el extremo frontal del cabezal de impacto de la al menos una herramienta de impacto hace posible que la fuerza de impacto se introduzca en un punto preferido y en un ángulo preferido.
Por el contrario, con los métodos y aparatos de la técnica previa conocida, sólo es posible introducir la fuerza de impacto en un ángulo fijo predefinido en los radios de transición. Normalmente se proporciona un ángulo de impacto de aproximadamente 45° para este propósito.
En dependencia de para que se pueda usar el cigüeñal, puede ser una ventaja seleccionar un ángulo diferente en lugar de un ángulo de impacto fijo de 45°, por ejemplo.
La ubicación del cigüeñal con mayor carga se determina generalmente a partir del funcionamiento del motor y/o se determina por medio de modelos matemáticos. Para los nuevos enfoques de consideración, se consideran para ello las cargas máximas de la carga uniaxial y de la carga biaxial superpuesta.
A través del ajuste del ángulo de impacto, se puede garantizar un trabajo de alta precisión y un endurecimiento por impacto. Gracias a que las fuerzas de impacto pueden introducirse de forma dirigida en un máximo de carga del radio de transición a lo largo de la circunferencia del radio de transición y a lo largo del radio de transición que se extiende de manera anular alrededor del cigüeñal, y dichas fuerzas de impacto se extienden en un ángulo óptimo, la fuerza de impacto puede reducirse posiblemente, mientras que el efecto de resistencia a la fatiga alcanzable permanece inalterado. Por tanto, el aparato es incluso más eficaz.
En dependencia de la aplicación, mediante la introducción selectiva de las fuerzas de impacto, la resistencia a la fatiga del cigüeñal puede incluso aumentar aún más, a partir de las posibilidades presentes en la técnica anterior, en caso de que sea necesario.
En una modalidad, se puede prever de manera que la longitud de la al menos una herramienta de impacto sea ajustable, preferentemente de forma telescópica.
Para ello, la herramienta de impacto puede configurarse a modo de carril telescópico o tener un medio de extensión telescópico. La al menos una herramienta de impacto también se puede diseñar como un tubo telescópico. Es evidente que la descripción no debe entenderse como restringida a un tipo particular de medios de extensión telescópica o a un tipo particular de capacidad telescópica.
La longitud de la al menos una herramienta de impacto también se puede ajustar, por ejemplo, por medio de una rosca.
Se puede prever de manera que la longitud de la al menos una herramienta de impacto sea ajustable manualmente y/o por medios de accionamiento. Por ejemplo, se puede proporcionar un motor eléctrico, en particular un accionamiento lineal, para este propósito. Sin embargo, el motor eléctrico puede ser básicamente cualquier motor eléctrico, por ejemplo, un motor trifásico, un motor de CA, un motor de CC o un motor universal. Se puede usar preferentemente un motor paso a paso.
En una modalidad, se puede proporcionar un dispositivo de cambio con un cargador para intercambiar la al menos una herramienta de impacto y/o la al menos una cabeza de impacto y/o la unidad de desviación y/o el dispositivo de impacto para ajustar la separación entre el punto de desviación de la unidad de desviación y el extremo frontal de una cabeza de impacto de la al menos una herramienta de impacto a un valor diferente.
Se sabe que, debido a las elevadas fuerzas de impacto, actúan elevadas cargas mecánicas sobre los componentes del dispositivo de impacto. En particular, en el caso de los componentes de filigrana que se usan para ajustar la longitud de la al menos una herramienta de impacto, la vida útil del dispositivo de impacto o de los componentes del mismo puede verse limitada de este modo. Si se proporciona un cargador o de un dispositivo de cambio para la al menos una herramienta de impacto y/o el cabezal de impacto y/o la unidad de desviación y/o el dispositivo de impacto, el dispositivo de impacto o el aparato en su conjunto pueden tener un diseño particularmente robusto, ya que puede omitirse el movimiento telescópico de la al menos una herramienta de impacto.
La separación entre el punto de desviación de la unidad de desviación y el cabezal de impacto de la al menos una herramienta de impacto puede así ajustarse ventajosamente por medio del dispositivo de cambio con el cargador, en virtud de los componentes del dispositivo de impacto que se intercambian a efectos del ajuste de la longitud.
También se puede prever de manera que la separación entre el punto de desviación de la unidad de desviación y el extremo frontal de una cabeza de impacto de la al menos una herramienta de impacto sea ajustable para usar anillos de distanciamiento o separadores con diferentes dimensiones.
En una modalidad, pueden proporcionarse dos o más dispositivos de impacto, en donde la separación entre el punto de desviación del dispositivo de desviación y el extremo frontal de la cabeza de impacto de un primer dispositivo de impacto no es idéntico a la separación entre el punto de desviación del dispositivo de desviación y el extremo frontal de la cabeza de impacto de un segundo dispositivo de impacto.
De este modo, es posible proporcionar múltiples herramientas de impacto que pueden usarse independientemente unas de otras, en particular para usar múltiples dispositivos de impacto con, en cada caso, una o más herramientas de impacto, que son capaces de introducir las respectivas fuerzas de impacto en cualquier radio de transición del cigüeñal, en donde puede proporcionarse una sincronización correspondiente entre sí o entre los controladores de las herramientas de impacto. Por tanto, el endurecimiento por impacto del cigüeñal también se puede realizar de forma particularmente rápida, porque pueden usarse varios dispositivos de impacto simultáneamente.
En una modalidad, se puede prever de manera que el al menos un dispositivo de impacto tenga dos herramientas de impacto, en donde las herramientas de impacto están dispuestas en la unidad de desviación de tal manera que cada herramienta de impacto se asigna a un radio de transición.
Se puede prever la utilización de dos herramientas de impacto en un dispositivo de impacto común de manera que, cuyas herramientas de impacto introducen preferentemente fuerzas de impacto simultáneamente en ambos radios de transición de un muñón del cojinete de la biela o de un muñón del cojinete principal.
Esto también se aplica a las transiciones a bridas, muñones y otros cambios geométricos en la sección transversal, tanto para los radios tangenciales como para los de corte.
Las herramientas de impacto pueden funcionar preferentemente con un pistón de impacto común.
En el caso de usar múltiples herramientas de impacto (y/o dispositivos de impacto), puede proporcionarse un dispositivo de impulso de presión común que sea capaz de generar las correspondientes fuerzas de impacto para las herramientas de impacto por medios hidráulicos, neumáticos, mecánicos y/o eléctricos (conjunta o individualmente) para las herramientas de impacto.
En el caso de usar varios dispositivos de impacto, podrá disponerse que las distancias respectivas entre los puntos de desviación y las cabezas de impacto de manera que sean idénticas en todas las herramientas de impacto o difieran entre sí en al menos dos herramientas de impacto. Es preferible que las distancias respectivas entre el punto de desviación de la unidad de desviación y las cabezas de impacto de dos herramientas de impacto para el endurecimiento de los radios de transición que colindan con el mismo muñón sean idénticas.
En una modalidad, se puede prever de manera que el ángulo de impacto entre el eje longitudinal de la al menos una herramienta de impacto y una línea perpendicular al eje longitudinal del cigüeñal sea de 5° a 80°, preferentemente de 10° a 70°, con mayor preferencia de 20° a 60° y particularmente preferible de 30° a 55°, en particular de 35° a 50°.
Preferentemente, se puede proporcionar un ángulo de impacto de 45°, en particular si no se conoce con exactitud la carga máxima.
Por ejemplo, se puede prever de manera que una cabeza de impacto tenga un radio cuya magnitud ascienda a entre el 75 % y el 99 % del radio de transición, preferentemente entre el 85 % y el 98 % del radio de transición y, particularmente, entre el 85 % y el 95 % del radio de transición.
Sin embargo, el radio de la cabeza de impacto también puede ser inferior al 75 % del radio de transición o superior al 95 % del radio de transición. El radio de la cabeza de impacto también puede corresponder al radio de transición. La cabeza de impacto puede ser preferentemente de forma sustancialmente esférica, en particular en la región frontal o en el extremo frontal de la cabeza de impacto, que impacta contra el cigüeñal para su endurecimiento. Sin embargo, la cabeza de impacto puede tener básicamente cualquier geometría deseada, y puede, por ejemplo, ser también de forma ovalada, semiesférica o plana.
En una modalidad del método, se puede prever de manera que el ángulo de impacto se seleccione de acuerdo con el perfil de un máximo de carga del radio de transición, en donde el perfil del máximo de carga se determine sobre la base de simulaciones y/o cálculos y/o serie de pruebas del tipo de cigüeñal respectivo.
Las regiones del cigüeñal muy cargadas a lo largo de la circunferencia del radio de transición también se identifican preferentemente de antemano. Por medio del método de acuerdo con la invención, la fuerza de impacto puede entonces introducirse de forma dirigida en los máximos de carga correspondientes. Teniendo en cuenta las exigencias individuales de los diferentes tipos de cigüeñales y los usos previstos de los mismos, el cigüeñal puede endurecerse por impacto con una precisión particularmente alta mediante el ajuste de la separación entre el punto de desviación de la unidad de desviación y el extremo frontal de una cabeza de impacto de la al menos una herramienta de impacto.
Mediante el ajuste de la separación, no solo se puede definir el punto de impacto, sino también la dirección del impacto. De esta manera, se pueden producir cigüeñales cuya resistencia a la fatiga, en particular a la flexión y a la fatiga por torsión, se optimiza aún más. Alternativamente, por medio de la precisión que ahora se encuentra disponible, se puede lograr una resistencia a la fatiga existente simplemente al usar fuerzas de impacto más bajas. En una modalidad de la invención, se puede prever de manera que todos los radios de transición entre los muñones del cojinete de la biela y los brazos del cigüeñal y/o todos los radios de transición entre los muñones del cojinete principal y los brazos del cigüeñal se endurezcan por impacto con el mismo ángulo de impacto.
También es posible que todas las transiciones a bridas, muñones y/u otros cambios geométricos en la sección transversal - tanto para radios tangenciales como de corte - se endurezcan por impacto con el mismo ángulo de impacto.
Por lo tanto, se puede prever de manera que todos los radios de transición del cigüeñal se endurezcan por impacto con el mismo ángulo de impacto, en donde el ángulo de impacto seleccionado para este fin se optimiza con respecto a la región muy cargada o al punto más cargado del cigüeñal. Sin embargo, también se puede prever de manera que todos los radios de transición de los muñones del cojinete de la biela se endurezcan por impacto con un primer ángulo de impacto y que todos los radios de transición de los muñones del cojinete principal se endurezcan por impacto con un segundo ángulo de impacto, en donde el primer y el segundo ángulo de impacto se optimicen en función de los puntos de mayor carga y/o del perfil del máximo de carga, respectivamente.
En una modalidad alternativa de la invención, se puede prever de manera que al menos dos radios de transición entre los muñones del cojinete de la biela y los brazos del cigüeñal se endurezcan por impacto con un ángulo de impacto diferente y/o que al menos dos radios de transición entre los muñones del cojinete principal y los brazos del cigüeñal se endurezcan por impacto con un ángulo de impacto diferente y/o que al menos un radio de transición entre el muñón del cojinete de la biela y los brazos del cigüeñal se endurezca por impacto con un ángulo de impacto diferente al de un radio de transición entre los muñones del cojinete principal y los brazos del cigüeñal.
Así, los ángulos de impacto pueden definirse u optimizarse individualmente para cada radio de transición o para grupos de radios de transición.
Por ejemplo, pueden usarse diferentes ángulos de impacto simultáneamente en un lugar del muñón.
En una modalidad de la invención, también se puede prever de manera que el ángulo de impacto varíe durante el endurecimiento por impacto de un radio de transición que rodea de manera anular el muñón del cojinete de la biela y/o el muñón del cojinete principal.
Esto se aplica evidentemente también a las transiciones a bridas, muñones y/u otros cambios geométricos en la sección transversal, tanto para radios tangenciales como para radios de corte.
Se ha comprobado que de este modo se puede conseguir un aumento adicional de la resistencia a la fatiga o de la resistencia a la fatiga por flexión y/o de la resistencia a la fatiga por torsión.
Por ejemplo, se puede prever un ángulo de impacto diferente en la región del punto muerto de la parte inferior de un muñón del cojinete de la biela, o en la región del punto más cargado de un muñón del cojinete principal, que en la región restante del radio de transición.
En particular, si se prevé de manera que el ángulo de impacto varíe por medio de un actuador durante el endurecimiento por impacto de un radio de transición, se puede proporcionar un dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado, preferentemente que comprenda un microprocesador, para activar el arreglo del actuador correspondiente.
En lugar de un microprocesador, también se puede prever cualquier otro dispositivo para implementar un dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado, por ejemplo, una o más disposiciones de componentes eléctricos discretos en una placa de circuito, un Controlador Lógico Programable (PLC), un Circuito Integrado de Aplicación Específica (ASIC) o algún otro circuito programable, por ejemplo, también una Matriz de Puertas Programables en Campo (FPGA), un Arreglo de Lógica Programable (p La ) y/o un ordenador comercialmente disponible en el mercado.
En otra variante particular de la invención, se puede prever de manera que, para el endurecimiento por impacto, el cigüeñal se haga girar en primer lugar por medio de un dispositivo de accionamiento a lo largo de una dirección de rotación hasta una posición de impacto, en donde se proporciona un dispositivo de detención para detener el cigüeñal en la posición de impacto, tras lo cual se introduce una fuerza de impacto en al menos un radio de transición mediante al menos una herramienta de impacto.
De este modo, se evitan sustancialmente, si no total, las tensiones de cizallamiento (parásitas).
Debido a que el movimiento de rotación del cigüeñal se detiene en la posición de impacto no por la propia herramienta de impacto, sino por el dispositivo de accionamiento, se mejoran las exigencias a los componentes mecánicos del dispositivo de accionamiento y, posiblemente, incluso la vida útil del mismo. Por medio del dispositivo de detención, es posible además que la fuerza de impacto se introduzca de forma particularmente dirigida en la región deseada. Esto es posible porque el cigüeñal no puede girar a lo largo o en contra de la dirección de rotación de una manera no deseada en el impacto de la herramienta de impacto.
De este modo, es posible garantizar un trabajo o un endurecimiento por impacto de gran precisión al usar el dispositivo de detención. Las distancias de impacto pueden aplicarse particularmente deforma muy específica y con pequeñas tolerancias.
Un dispositivo de detención puede ser un dispositivo que detiene el cigüeñal en una forma preferentemente de bloqueo no positivo y/o bloqueo positivo, o se acopla con este objetivo en el tren de transmisión o en el aparato. Preferentemente, se proporciona un medio de detención sin bloqueo positivo, en donde la fuerza de detención se selecciona de manera que se impida o al menos se suprima una rotación del cigüeñal durante la introducción de la fuerza de impacto.
El dispositivo de detención puede ser un dispositivo de detención de accionamiento hidráulico, neumático y/u operado eléctricamente.
El dispositivo de detención tiene preferentemente una o más zapatas de freno, por ejemplo, dos zapatas de freno, tres zapatas de freno, cuatro zapatas de freno o más zapatas de freno.
El dispositivo de detención se acopla preferentemente a la unidad de accionamiento de la pieza de trabajo. Por ejemplo, el dispositivo de detención puede disponerse en un mandril o una brida de sujeción, una brida de fijación o una placa de cara al dispositivo de accionamiento de la pieza de trabajo, o directamente en el motor o el accionamiento.
Con un controlador de posición de bucle cerrado, se puede lograr un movimiento punto a punto del cigüeñal. Por ejemplo, puede usarse un controlador de posición de bucle abierto para hacer girar el cigüeñal de forma escalonada o sincronizada desde una posición de impacto a la siguiente. En el caso más sencillo, se puede proporcionar un controlador PTP de lazo abierto o un controlador de puntos para este fin.
El dispositivo de accionamiento puede comprender un motor, en particular un motor eléctrico. El motor eléctrico puede ser básicamente cualquier motor eléctrico, por ejemplo, un motor trifásico (en particular una máquina asíncrona trifásica), un motor AC, un motor DC o un motor universal.
Se puede usar preferentemente un motor paso a paso.
También es posible un dispositivo de accionamiento de dos partes, en cuyo caso, por ejemplo, se proporciona un motor en cada extremo del cigüeñal, es decir, un accionamiento sincrónico o bilateral del cigüeñal.
En una modalidad, se puede prever que el controlador del dispositivo de accionamiento y el controlador del dispositivo de detención estén sincronizados entre sí de manera que el dispositivo de detención detenga el cigüeñal sólo cuando el cigüeñal esté parado en la posición de impacto.
El dispositivo de detención puede básicamente también, en el caso de un diseño correspondiente, por ejemplo, en el caso de un diseño basado en el bloqueo no positivo, usarse para frenar el movimiento de rotación del cigüeñal. Sin embargo, es particularmente preferible usar el dispositivo de detención solo para detener el cigüeñal en la posición de impacto, de manera que la dinámica o rotación del cigüeñal esté influenciada solo por el dispositivo de accionamiento. Es decir, un torque que conduzca a una aceleración del cigüeñal (o a un frenado) debe introducirse preferentemente de forma exclusiva por el dispositivo de accionamiento. Por ejemplo, el controlador del dispositivo de accionamiento (por ejemplo, un controlador de posición de bucle cerrado) y/o el controlador del dispositivo de detención pueden ser de construcción particularmente simple. Por lo tanto, puede bastar con sincronizar simplemente los puntos de tiempo en los que el dispositivo de accionamiento y el dispositivo de detención actúan sobre el cigüeñal mediante la correspondiente gestión del tiempo. Por tanto, el dispositivo de accionamiento y el dispositivo de detención preferentemente no actúan simultáneamente sobre el cigüeñal.
En una modalidad, se puede prever además que el controlador del dispositivo de detención y el controlador de la al menos una herramienta de impacto estén sincronizados entre sí de manera que la al menos una herramienta de impacto introduzca la fuerza de impacto en el al menos un radio de transición del cigüeñal sólo cuando el cigüeñal haya sido detenido en la posición de impacto.
De esta manera se pueden evitar por completo tensiones de cizallamiento no deseadas.
Sin embargo, básicamente también es posible que la introducción de la fuerza de impacto comience ya cuando el cigüeñal aún no se ha detenido completamente en la posición de impacto.
La sincronización de los controladores del dispositivo de accionamiento, del dispositivo de detención y/o de la al menos una herramienta de impacto también puede realizarse de manera que los puntos o intervalos de tiempo en los que los componentes individuales actúan sobre el cigüeñal se puedan al menos solapar parcialmente. De esta manera se puede lograr una sincronización más rápida de todo el método.
En una modalidad, se puede prever de manera que el dispositivo de accionamiento esté diseñado como un accionamiento directo.
Se proporciona preferentemente un dispositivo de accionamiento sin embrague.
En el presente caso, se entiende por accionamiento directo aquel en donde el motor, preferentemente un motor eléctrico, y el eje motriz están conectados o acoplados directamente o sin relación de transmisión. En particular, se omite una transmisión.
Mediante el uso de la variante, también es posible preferentemente omitir un embrague, en particular un embrague deslizante. Un embrague deslizante, usado entre otras cosas para proteger componentes, se proporciona, por ejemplo, en el método de acuerdo con el documento EP 1716260 B1 para que el dispositivo de accionamiento o el aparato no se dañe con la parada forzada del cigüeñal como resultado del impacto. del cabezal de impacto. Estos daños quedan descartados en el caso del método aquí descrito, de manera que el embrague deslizante puede hacerse innecesario.
De esta manera, la construcción del dispositivo de accionamiento es muy particularmente sencilla y, por tanto, económica.
En una modalidad, se puede prever, en particular, de manera que el dispositivo de detención y el dispositivo de accionamiento estén dispuestos por separado entre sí.
El dispositivo de detención no se diseña preferentemente como un arreglo de freno dentro de este dispositivo de accionamiento, que puede ser necesaria, por ejemplo, para el control de posición en bucle cerrado. Normalmente, en un dispositivo de accionamiento que comprende un motor eléctrico y realiza un funcionamiento punto a punto por medio de un controlador de posición de bucle cerrado, no se proporciona en ningún caso un arreglo de freno, porque los pares se generan a través del control de tensión y/o corriente de bucle cerrado del motor eléctrico. No obstante, si el dispositivo de accionamiento comprenda un dispositivo de freno convencional, posiblemente se prevea de manera que el dispositivo de detención se proporcione además de éste y esté diseñado como un ensamble independiente del mismo.
Básicamente, el dispositivo de detención también puede disponerse por separado dentro del dispositivo de accionamiento. También en este caso, se trata de componentes preferentemente independientes entre sí y separados espacialmente y/o funcionalmente.
En una modalidad alternativa, que no se prefiere, puede usarse un dispositivo de freno del dispositivo de accionamiento. A tal efecto, dicho dispositivo de freno debe diseñarse adecuadamente para que el cigüeñal no gire durante la introducción de la fuerza de impacto.
En una modalidad, se puede prever de manera que además que el dispositivo de detención detenga indirectamente el cigüeñal mediante el dispositivo de detención que detiene un dispositivo de fijación giratorio, preferentemente una brida de sujeción o una brida de sujeción del dispositivo de sujeción, a cuya brida o dispositivo de sujeción el cigüeñal se arregla.
En lugar de la brida de fijación o además de la brida de fijación, el dispositivo de fijación puede comprender también una placa de cara o algún otro medio de sujeción.
En particular, se puede proporcionar una placa de cara con múltiples mordazas de sujeción, por ejemplo, dos, tres, cuatro, cinco, seis o más mordazas de sujeción. De esta forma, se pueden fijar tipos de cigüeñales con diferentes diámetros.
El cigüeñal, para su procesamiento, se fija comúnmente de manera giratoria por medio de un dispositivo de sujeción a un eje de transmisión.
Para detener el cigüeñal en su posición de impacto, el dispositivo de detención puede básicamente engancharse en cualquier posición deseada que esté acoplada mecánicamente al dispositivo de accionamiento o al cigüeñal. Por ejemplo, el dispositivo de detención puede engancharse propiamente en el cigüeñal, puede engancharse dentro del dispositivo de accionamiento, por ejemplo, en el eje de accionamiento, puede engancharse fuera del dispositivo de accionamiento, por ejemplo, en el eje de accionamiento, o puede engancharse de manera particularmente de manera preferente en el dispositivo de fijación, en particular en una brida de fijación o en una placa de cara o en algún otro medio de sujeción.
En una modalidad, se puede prever, en particular de manera que el dispositivo de detención se enganche en el dispositivo de fijación o en la brida de fijación o en la placa de cara o en la brida de sujeción en la región de una circunferencia exterior.
En virtud del hecho de que el dispositivo de detención se acopla en la región de una circunferencia exterior de una placa o eje, las fuerzas de detención que deben impartirse o que se requieren pueden ser menores. En dependencia de la posición radial del dispositivo de detención en relación con el eje de rotación del árbol de transmisión, se requiere una fuerza tanto menor para bloquear un momento de torsión cuanto mayor sea la separación radial al eje de rotación. Resulta particularmente ventajoso en este caso que el dispositivo de detención sólo se acople cuando el cigüeñal se para en la posición de impacto.
Básicamente, el dispositivo de detención también puede aplicarse en múltiples ubicaciones. Por ejemplo, se puede prever de manera que el dispositivo de detención se enganche en cada caso en un lugar adecuado en la región de ambos extremos del cigüeñal, por ejemplo, en bridas de sujeción situadas allí.
También puede proporcionarse un soporte a modo de contrapunto para soportar o fijar de forma giratoria el cigüeñal en su extremo alejado del dispositivo de accionamiento.
El dispositivo de detención puede entonces, por ejemplo, engancharse en la región del dispositivo de accionamiento o del eje de accionamiento y/o en la región del soporte. También en este caso es preferible que el dispositivo de detención se acople al dispositivo de sujeción, preferentemente una brida de sujeción, como se describió.
En una modalidad, se puede prever de manera que el dispositivo de detención esté diseñado para evitar la rotación del cigüeñal en sentido contrario y/o en la dirección de rotación del cigüeñal.
En particular, si las impresiones de impacto de una cabeza de impacto a lo largo de los respectivos radios de transición que se extienden de manera anular alrededor del muñón están destinadas a solaparse, es decir, si las posiciones de impacto están estrechamente separadas, es necesario que la fuerza de impacto se introduzca de forma muy precisa y dirigida. Sin al usar un dispositivo de detención, esto es difícil porque, durante la introducción de la fuerza de impacto, el cigüeñal giraría hacia atrás al menos parcialmente desde una posición de impacto a la posición de impacto anterior si la cabeza de impacto penetra en la impresión de impacto del impacto anterior. Dado que se ha comprobado que se puede generar un aumento particularmente efectivo de la resistencia a la fatiga o de la resistencia a la fatiga por flexión y de la resistencia a la fatiga por torsión por medio de impresiones de impacto de solapamiento o posiciones de impacto estrechamente dispuestas y exactamente definidas, la invención es especialmente ventajosa en combinación con la introducción de espaciamientos de impacto estrechamente situados y/o precisos, en particular de manera que las impresiones de impacto se superpongan o se crucen.
En una modalidad, la al menos una herramienta de impacto puede realizar un movimiento de impacto, o introducir la fuerza de impacto, con una periodicidad, preferentemente con una sincronización o frecuencia de impacto de 0,5 Hz a 30 Hz, particularmente de manera preferente con una sincronización de 0,5 Hz a 5 Hz y particularmente de manera preferente con una sincronización de 0,5 Hz a 3 Hz.
Evidentemente, también pueden proporcionarse otras temporizaciones, por ejemplo, también frecuencias de impacto entre 0,1 Hz y 50 Hz, pero los valores indicados anteriormente son muy particularmente adecuados.
Las presiones de impacto que puede aplicar el pistón de impacto para generar la fuerza de impacto pueden, en dependencia de la forma de funcionamiento, ascender a entre 10 y 300 bar, preferentemente entre 30 y 180 bar, y particularmente de manera preferente entre 50 y 130 bar.
La temperatura en la región del segmento del cigüeñal o del radio de transición a mecanizar no debería ser preferentemente superior a 65 °C; se prefieren valores entre 12 °C y 25 °C.
La experiencia ha demostrado que en la superficie de los cigüeñales pueden formarse microfisuras, que no son capaces de propagarse, tras una carga dinámica en el motor o en el banco de pruebas. Estas microfisuras no afectan a las características de resistencia a la fatiga, pero pueden deteriorar el aspecto visual.
Dado que la introducción de tensiones de compresión internas puede realizarse preferentemente hasta una profundidad de 15 mm o incluso más, esto significa que puede realizarse una eliminación de unos pocos milímetros, por ejemplo, de 0,1 a 3 mm, preferentemente 0,5 mm, en la región de la superficie del cigüeñal sin que la resistencia a la flexión y a la torsión, o la resistencia a la fatiga, del cigüeñal se vean afectadas negativamente.
Las pruebas han demostrado que tales medidas pueden incluso aumentar ligeramente la resistencia a la fatiga, por ejemplo, hasta en un 5 %.
La eliminación de la superficie se puede realizar de diversas formas, por ejemplo, mediante esmerilado, torneado, fresado, fresado rotatorio, pelado o pulido.
El endurecimiento por impacto de un radio de transición también se puede realizar rodeando varias veces el cigüeñal o el muñón. Por tanto, también se puede prever que el endurecimiento por impacto de acuerdo con la invención se realice en regiones que ya han sido endurecidas por impacto de acuerdo con la invención. Aquí, las regiones (es decir, la región muy cargada, la región poco cargada y/o las regiones intermedias) pueden solaparse parcialmente o definirse sobre un segmento de ángulo mayor de 360°. Las regiones pueden definirse, por ejemplo, sobre un segmento de ángulo de 540°, 720°, 900°, 1080° o más.
Se puede prever que el endurecimiento por impacto comience en la región poco cargada (o en una región intermedia si no se realiza ningún endurecimiento por impacto en la región poco cargada) y que la fuerza de impacto aumente a partir de dicha región en dirección a la región muy cargada.
Por ejemplo, se puede prever que el endurecimiento por impacto se realice en primer lugar con una primera fuerza de impacto a lo largo de 360° alrededor del radio de transición anular, y que el endurecimiento por impacto se realice subsecuentemente con una segunda fuerza de impacto, que también puede ser idéntica a la primera fuerza de impacto, en las regiones intermedias y en las regiones altamente cargadas, y que el endurecimiento por impacto se realice con una tercera fuerza de impacto, que también puede ser idéntica a la primera y/o segunda fuerza de impacto, en la región muy cargada en una tercera revolución. De este modo, la fuerza de impacto también puede aumentar básicamente, por ejemplo, procediendo de las regiones intermedias en dirección a la región muy cargada, en virtud de las fuerzas de impacto que se introducen en múltiples revoluciones en el radio de transición anularmente circundante. Por tanto, la fuerza de impacto también puede introducirse como la suma de múltiples fuerzas de impacto individuales.
También se divulga un aparato para llevar a cabo un método descrito anteriormente para el endurecimiento por impacto de los radios de transición de un cigüeñal, en particular de los radios de transición entre los muñones del cojinete de la biela y los brazos del cigüeñal y/o los radios de transición entre los muñones del cojinete principal y los brazos del cigüeñal del cigüeñal.
El aparato también es adecuado para el endurecimiento por impacto de las transiciones a bridas, muñones y otros cambios geométricos en la sección transversal, tanto para radios tangenciales como de corte.
Las características que ya se han descrito junto con el método de acuerdo con la invención son evidentemente que también pueden implementarse ventajosamente para el aparato, y viceversa. Además, las ventajas que ya se han mencionado junto con el método de acuerdo con la invención también pueden entenderse como relativas al aparato según la invención, y viceversa.
Se puede prever de manera que sean usadas dos herramientas de impacto en un dispositivo de impacto común, cuyas herramientas de impacto introducen fuerzas de impacto simultáneamente en ambos radios de transición de un muñón de la biela o de un muñón del cojinete principal. Las herramientas de impacto se pueden acoplar por medio de una unidad de desviación y, por lo tanto, se accionan preferentemente mediante un pistón de impacto común. También es posible para proporcionar múltiples herramientas de impacto que pueden usarse independientemente unas de otras (por ejemplo, al usar múltiples dispositivos de impacto con, en cada caso, una o más herramientas de impacto), que son capaces de introducir una fuerza de impacto respectiva en cualquier radio de transición del cigüeñal, en donde se puede proporcionar una sincronización correspondiente entre sí o entre los controladores del dispositivo de accionamiento y/o del dispositivo de detención y/o de otras herramientas de impacto.
También se puede prever para usarse una sola herramienta de impacto.
En una modalidad del aparato, se puede prever de manera que el dispositivo de accionamiento y el dispositivo de detención estén formados y dispuestos por separado entre sí.
En una modalidad, es posible además que se proporcione un dispositivo de sujeción giratorio para fijar el cigüeñal, en donde el dispositivo de detención se dispone y se diseña para detener el dispositivo de sujeción del cigüeñal. En una modalidad del aparato, se puede prever además de manera que el dispositivo de sujeción tenga una brida de sujeción que se pueda detener por medio del dispositivo de detención, preferentemente en virtud del dispositivo de detención que se engancha en la brida de sujeción en la región de una circunferencia exterior.
En una modalidad, también se puede prever de manera que el dispositivo de accionamiento esté dispuesto y diseñado para girar el dispositivo de sujeción, preferentemente para girar dicho dispositivo de sujeción sobre un eje de entrada del dispositivo de sujeción. El eje de entrada del dispositivo de sujeción puede ser un eje de salida del dispositivo de accionamiento, por ejemplo, de un motor eléctrico.
El dispositivo de sujeción puede disponerse preferentemente entre un eje de salida del dispositivo de accionamiento y el cigüeñal.
En una modalidad del aparato, puede proporcionarse un dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado, preferentemente que comprende un microprocesador, para realizar y/o sincronizar el movimiento de rotación del dispositivo de accionamiento y/o el control del dispositivo de detención y/o el control de la al menos una herramienta de impacto.
Puede proporcionarse un dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado que comprende los controladores del dispositivo de detención, del dispositivo de accionamiento y/o de la al menos una herramienta de impacto.
En lugar de un microprocesador, también se puede prever cualquier otro dispositivo para implementar un dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado, por ejemplo, una o más disposiciones de componentes eléctricos discretos en una placa de circuito, un Controlador Lógico Programable (PLC), un Circuito Integrado de Aplicación Específica (ASIC) o algún otro circuito programable, por ejemplo, también una Matriz de Puertas Programables en Campo (FPGA), un Arreglo de Lógica Programable (p La ) y/o un ordenador comercialmente disponible en el mercado.
También se divulga un programa de programa informático, con medios de código de programa para llevar a cabo el método de acuerdo con la invención cuando el programa se ejecuta en un dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado, en particular en un microprocesador.
Algunos de los componentes del aparato de acuerdo con la invención pueden corresponder básicamente en cuanto a su construcción al aparato según el documento EP 1716260 B1.
La invención también se refiere a un cigüeñal producido de acuerdo con el método descrito anteriormente.
El cigüeñal de acuerdo con la invención difiere de los cigüeñales convencionales en particular en que, para el endurecimiento del mismo, se han introducido fuerzas de impacto con diferentes intensidades en diferentes regiones en al menos uno de los radios de transición a lo largo del respectivo radio de transición anularmente circundante. Además, el cigüeñal de acuerdo con la invención puede diferenciarse de los cigüeñales convencionales porque posiblemente se ha usado más de un ángulo de impacto para el endurecimiento del mismo, dando lugar, en conjunto, a un endurecimiento característico de los radios de transición del cigüeñal.
Más abajo se describirán con más detalle modalidades ilustrativas de la invención sobre la base del dibujo.
Cada una de las figuras muestra modalidades ilustrativas preferidas, en las que se ilustran características individuales de la presente invención en combinación con otras.
En las figuras, los elementos funcionalmente idénticos se indican con las mismas designaciones de referencia. En las figuras, en cada caso de forma esquemática:
la Figura 1 muestra una vista general de un aparato para llevar a cabo el método en una primera modalidad; la Figura 2 muestra una vista en perspectiva de una parte del aparato para realizar el método en una segunda modalidad;
la Figura 3 muestra un dispositivo de impacto con dos herramientas de impacto en una ilustración ampliada según el detalle "A" de la Figura 1;
la Figura 4 muestra un dispositivo de impacto con una sola herramienta de impacto;
la Figura 5 muestra un detalle ilustrativo de un cigüeñal;
la Figura 6 muestra una sección a través del cigüeñal de la Figura 5 de acuerdo con la línea de sección VI; la Figura 7 muestra una división ilustrativa de un radio de transición anularmente envolvente en una región muy cargada, una región poco cargada y regiones intermedias interpuestas de un muñón ilustrativo; la Figura 8 muestra una distribución ilustrativa de las fuerzas de impacto a lo largo de un radio de transición, que se extiende de manera anular alrededor de un muñón, en una primera modalidad;
la Figura 9 muestra una distribución ilustrativa de las fuerzas de impacto a lo largo de un radio de transición, que se extiende de manera anular alrededor de un muñón, en una segunda modalidad;
la Figura 10 muestra una distribución ilustrativa de las fuerzas de impacto a lo largo de un radio de transición, que se extiende de manera anular alrededor de un muñón, en una tercera modalidad;
la Figura 11 muestra una distribución ilustrativa de las fuerzas de impacto a lo largo de un radio de transición, que se extiende de manera anular alrededor de un muñón, en una cuarta modalidad;
la Figura 12 muestra un dispositivo de impacto con dos herramientas de impacto telescópicas;
la Figura 13 es una ilustración ampliada de un radio de transición y de una herramienta de impacto con una cabeza de impacto, en donde la herramienta de impacto se alinea en un primer ángulo de impacto; la Figura 14 es una ilustración ampliada de un radio de transición y de una herramienta de impacto con una cabeza de impacto, en donde la herramienta de impacto se alinea en un segundo ángulo de impacto;
la Figura 15 muestra un radio de transición endurecido por impacto en cuyo caso las impresiones de impacto de una cabeza de impacto se superponen a lo largo del radio de transición que lo rodea anularmente; la Figura 16 muestra un radio de transición endurecido por impacto en cuyo caso se ha usado un primer ángulo de impacto para el endurecimiento por impacto;
la Figura 17 muestra un radio de transición endurecido por impacto en cuyo caso se ha usado un segundo ángulo de impacto para el endurecimiento por impacto;
la Figura 18 muestra un radio de transición endurecido por impacto en cuyo caso se ha variado el ángulo de impacto durante el endurecimiento por impacto a lo largo del radio de transición que rodea anularmente; y
la Figura 19 muestra un diagrama de flujo al usar un dispositivo de detención.
El aparato ilustrado en una vista general en la Figura 1 corresponde básicamente en cuanto a su construcción a los aparatos según DE 3438742 C2 y EP 1716260 B1 con uno o más dispositivos de impacto 1, por lo que más abajo sólo se discutirán con más detalle las partes importantes y las diferencias en relación con la técnica.
El aparato tiene una cama de máquina 2 y un dispositivo de accionamiento 3. El dispositivo de accionamiento 3 se usa para mover o hacer girar un cigüeñal 4 a lo largo de una dirección de rotación hasta una posición de impacto. El cigüeñal 4 tiene muñones del cojinete de la biela 5 y muñones del cojinete principal 6, entre los cuales se disponen en cada caso los brazos del cigüeñal 7. Los radios de transición 8 (véanse las Figuras 3 a 5 y 13 a 18) se forman entre los muñones del cojinete de la biela 5 y los brazos del cigüeñal 7 y entre los muñones del cojinete principal 6 y los brazos del cigüeñal 7, o generalmente, entre las transiciones en sección transversal del cigüeñal 4. En el lado del cigüeñal 4 que se orienta hacia el dispositivo de accionamiento 3, se proporciona un dispositivo de sujeción 9 que tiene un disco de sujeción o una brida de sujeción 10. En el lado del cigüeñal 4 que se aparta del dispositivo de accionamiento 3, se proporciona un soporte 11 preferentemente a modo de contrapunto, que tiene un dispositivo 9 de sujeción adicional con el fin de recibir o fijar de manera giratoria el cigüeñal 4. Opcionalmente o además del soporte 11, se puede proporcionar un respaldo posterior que se coloca en una ubicación simétrica rotacionalmente.
Además, se puede prever un dispositivo de detención 12 que se engancha en la región de una circunferencia exterior del dispositivo de sujeción 9. Esto se ilustra con líneas discontinuas en la Figura 1. Básicamente, el dispositivo de detención 12 puede disponerse en cualquier lugar deseado dentro de este aparato para aplicar una fuerza de detención a un eje de salida del dispositivo de accionamiento 3, o a un eje de entrada 13, que en el presente caso es idéntico a dicho eje de salida, del dispositivo de sujeción 9, y por tanto del cigüeñal 4. El dispositivo de detención 12 también puede engancharse en múltiples lugares del aparato. A manera de ejemplo, una segunda parte del dispositivo de sujeción 12 en acoplamiento con el dispositivo de detención 9 en la región del soporte 11 se ilustra igualmente con líneas discontinuas.
El dispositivo de detención 12 se basa, por ejemplo, en una acción de detención no positiva mediante el uso de un arreglo de zapatas de freno 14 ilustrada de forma meramente esquemática.
El dispositivo de accionamiento 3 es capaz de poner el cigüeñal 4 en movimiento de rotación a lo largo de un eje de rotación C. Se puede prever aquí de manera que el eje principal de rotación CKW del cigüeñal 4 se sitúe excéntricamente con respecto al eje de rotación C del dispositivo de accionamiento 3, como se ilustra en la Figura 1 y la Figura 2. Para ello, es posible, preferentemente, disponer de medios de alineación 17 (véase la Figura 2) en la región del dispositivo de sujeción 9. En este caso, se puede prever de manera que los medios de alineación 17 desplacen un eje central del muñón 5, 6 que debe endurecerse respectivamente de modo que el eje central del muñón 5, 6 se encuentre sobre el eje de rotación C.
Puede proporcionarse un accionamiento directo, preferentemente sin embrague, para el dispositivo de accionamiento 3. De este modo, un motor, preferentemente un motor eléctrico, del dispositivo de accionamiento 3 puede acoplarse sin relación de transmisión o transmisión al dispositivo de sujeción 9 o con el cigüeñal 4.
Los dispositivos de impacto 1 que se describen con más detalle a manera de ejemplo, más abajo se mantienen cada uno de ellos de forma ajustable en un dispositivo de desplazamiento y ajuste 15 para adaptarlos a la posición de los muñones del cojinete de la biela 5 y de los muñones del cojinete principal 6 y a la longitud del cigüeñal 4.
El soporte 11 también puede diseñarse para desplazarse, como lo indican las flechas dobles en la Figura 1.
En la Figura 1 se ilustran dos dispositivos de impacto 1, aunque básicamente se puede proporcionar cualquier número de dispositivos de impacto 1, por ejemplo, también sólo un único dispositivo de impacto 1.
También se puede prever de manera que al menos un dispositivo de impacto 1 esté diseñado y configurado para el endurecimiento por impacto de los radios de transición 8 de los muñones del cojinete principal 6 y un dispositivo de impacto 1 esté diseñado y configurado para el endurecimiento por impacto de los radios de transición 8 de los muñones del cojinete de la biela.
La Figura 2 ilustra, en una vista en perspectiva, un detalle de otro aparato para llevar a cabo el método de acuerdo con la invención, pero sin un dispositivo de impacto. En este caso, el aparato de la Figura 2 es sustancialmente idéntico al aparato de la Figura 1, por lo que más abajo sólo se hará referencia a las diferencias importantes en detalle.
Se proporciona de nuevo un dispositivo de accionamiento 3. Además, se proporciona un dispositivo de sujeción 9 que tiene una brida de sujeción 10 y, fijada a ella, una placa de cara con mordazas de sujeción para fijar el cigüeñal 4. La placa de cara con las mordazas de sujeción del dispositivo de sujeción 9 se disponen en la brida de sujeción 10 de forma ajustable en un medio de alineación 17, de manera que el eje longitudinal Ckw del cigüeñal 4 se puede desplazar con relación al eje de rotación C de un eje de transmisión o de un eje de entrada 13.
El cigüeñal 4 de la Figura 2 tiene una configuración que se desvía de la modalidad ilustrada en la Figura 1, pero de forma básica igualmente comprende muñones del cojinete de la biela 5, muñones del cojinete principal 6 y brazos del cigüeñal 7.
En la Figura 2 (como en la Figura 1), se puede proporcionar un dispositivo 9 de sujeción adicional en el extremo del cigüeñal 4 que se aparta del dispositivo 3 de accionamiento, aunque también se puede omitir dicho dispositivo de sujeción adicional.
Un dispositivo de impacto 1 de la Figura 1 se ilustra con más detalle a manera de ejemplo en la Figura 3. La invención se puede implementar básicamente con cualquier dispositivo de impacto 1. Sin embargo, el dispositivo de impacto 1 descrito más abajo es particularmente adecuado. Dispone de un cuerpo principal 18 que puede proveerse de un pilar prismático correspondiente al radio del segmento del cigüeñal que se va a mecanizar, y que dispone preferentemente de guías 19 que guían dos herramientas de impacto 16 en su plano de apoyo y les proporcionan un grado de libertad correspondiente en cuanto al ángulo de soporte o de impacto a (véanse las Figuras 12 a 14) en torno a una unidad de desviación 20, lo que resulta ventajoso para la adaptación a las condiciones dimensionales del cigüeñal 4. En cada caso, una bola como cabeza de impacto 21 se dispone en los extremos frontales de las dos herramientas de impacto 16. Una parte intermedia 22 produce la conexión entre un pistón de impacto 23 y la unidad de desviación 20, que transmite la energía de impacto a las herramientas de impacto 16. La parte intermedia 22 también puede omitirse.
Para aumentar la eficacia del impacto, puede fijarse un prisma de sujeción 24, mediante resortes 25, por medio de pernos de sujeción ajustables 26 con tuercas de sujeción 27 a aquel lado del muñón 5, 6 que se aparta del cuerpo principal 18. Aquí también son posibles otras soluciones estructurales.
Debe entenderse que, cuando una parte de la descripción se refiere a "una cabeza de impacto/herramienta de impacto" o "un dispositivo de impacto" o "múltiples cabezas de impacto/herramientas de impacto/dispositivos de impacto", esto puede significar básicamente cualquier número de cabezas de impacto/herramientas de impacto/dispositivos de impacto, por ejemplo, dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, nueve, diez o más. La referencia a una pluralidad o singularidad se proporciona simplemente en aras de una mejor legibilidad y no es limitante.
Por medio del arreglo de múltiples dispositivos de impacto 1 a lo largo del cigüeñal 4 a mecanizar, es posible, según se requiera, mecanizar simultáneamente todas las regiones de recorrido central y eventualmente excéntrico del cigüeñal 4.
El pistón de impacto 23 transmite un impulso a las herramientas de impacto 16 a través de la unidad de desviación 20, de manera que los cabezales de impacto 21 de las herramientas de impacto 16 introducen una fuerza de impacto F s en los radios de transición 8 en un ángulo de impacto a . Se puede prever de manera que la separación d (véase la Figura 12) entre el punto de desviación U p de la unidad de desviación 20 y el extremo frontal del respectivo cabezal de impacto 21 de las herramientas de impacto 16 sea ajustable.
La expresión "F s " y expresiones similares en la presente descripción deben entenderse simplemente como marcadores de posición/variables para cualquier fuerza de impacto que parezca apropiada para un experto en la técnica. Aquí, donde la descripción se refiere a "la fuerza de impacto F s ", esto puede referirse en cada caso a fuerzas de impacto diferentes o incluso idénticas.
La Figura 4 muestra un dispositivo de impacto 1 que se equipa con una sola herramienta de impacto 16. En la modalidad ilustrativa mostrada, el dispositivo de impacto 1 está preferentemente inclinado con relación al cigüeñal 4, concretamente de manera que la herramienta de impacto 16, que se dispone coaxialmente con respecto al eje longitudinal del dispositivo de impacto 1, impacta perpendicularmente contra la región del segmento del cigüeñal a mecanizar, en el presente caso del radio de transición 8 a mecanizar. En este caso, aunque es posible mecanizar en cada caso solo un segmento de cigüeñal, el diseño estructural y la transmisión de fuerza por el dispositivo de impacto 1 son, por otro lado, mejores y más simples. Los extremos de los agujeros adicionalmente pueden endurecerse por medio de esta herramienta en posición vertical.
Esta modalidad ha demostrado ser particularmente ventajosa para usarla en segmentos no simétricos del cigüeñal, como las regiones finales y los extremos del orificio de aceite del cigüeñal 4.
La Figura 5 muestra un detalle ilustrativo de un cigüeñal 4 con los respectivos radios de transición 8 entre los muñones del cojinete de la biela 5 y los brazos del cigüeñal 7 y entre los muñones del cojinete principal 6 y los brazos del cigüeñal 7.
De acuerdo con la invención, se prevé de manera que, para la introducción de la fuerza de impacto F s en al menos uno de los radios de transición 8, se definen una región muy cargada B máx , una región poco cargada B mín y regiones intermedias interpuestas B zw a lo largo de los respectivos radios de transición 8 que se extienden de manera anular (alrededor del muñón del cojinete de la biela 5 y/o del muñón del cojinete principal 6), en donde el endurecimiento por impacto se realiza de forma que la fuerza de impacto F s introducida en las regiones intermedias B zw se incrementa en la dirección de la región altamente cargada BMÁX.
Se puede prever aquí de manera que la fuerza de impacto F s que se introduce en la región muy cargada B máx durante el endurecimiento por impacto se determina en función de la resistencia a la fatiga deseada del cigüeñal 4 y/o de la resistencia a la fatiga deseada de porciones del cigüeñal 4.
En dependencia de del funcionamiento del motor o de la finalidad del cigüeñal 4, los radios de transición 8 contiguos respectivamente a los muñones 5, 6 pueden tener regiones muy cargadas B máx que están situadas en cada caso en posiciones diferentes. Una carga ilustrativa del cigüeñal 4 se ilustra en la Figura 5 por medio de una flecha. El muñón del cojinete de la biela 5 se conecta a lo largo de la flecha a través de un pistón (no ilustrado) al motor. El lado del muñón del cojinete de la biela 5 al que apunta la flecha es en este caso el llamado lado de la presión. El llamado punto muerto de la parte inferior BDC del muñón del cojinete de la biela 5 se sitúa en el lado opuesto al lado de la presión, concretamente en el lado de la tensión. Por experiencia, la carga de flexión de los respectivos radios de transición 8 es máxima en el punto muerto de la parte inferior BDC del muñón del cojinete de la biela 5. Ventajosamente es posible que la región muy cargada B máx debe definirse como contiguo, preferentemente rodeando simétricamente, el punto muerto de la parte inferior BDC.
En el caso del cigüeñal 4 ilustrado en la Figura 5, es posible además que un punto de mayor carga del muñón del cojinete principal 6 contiguo al muñón del cojinete de la biela 5 sea una región que corresponda al lado de presión del muñón del cojinete de la biela 5 contiguo. Para simplificar, dicha región de un muñón del cojinete principal 6 se denominará en lo sucesivo "punto muerto superior" TDC.
Para ilustrar mejor las posiciones de los puntos muertos BDC y TDC, la Figura 6 muestra una sección diagramática a través del cigüeñal 4 a lo largo de la línea de sección ilustrada "VI" en la Figura 5.
Se puede ver aquí que el punto de mayor carga o el punto muerto superior TDC de un radio de transición 8 de un muñón de cojinete principal 6 se encuentra, en la sección transversal del cigüeñal 4, en el punto de intersección del radio de transición 8 del muñón de cojinete principal 6 con la línea de conexión x de los puntos centrales M h , M p del muñón de cojinete principal 6 y del muñón del cojinete de la biela 5 adyacente al radio de transición 8 del muñón de cojinete principal 6.
La Figura 7 muestra una sección a través de un muñón 5, 6 ilustrativo de la posible distribución de las regiones B máx , B mín , B zw a lo largo de la circunferencia del muñón 5, 6.
En el presente caso, el punto de mayor carga del muñón 5, 6, es decir, el punto muerto de la parte inferior BDC de un muñón del cojinete de la biela 5 o el punto muerto superior TDC de un muñón de cojinete principal 6, se denota por 180°. Partiendo de este punto, la región muy cargada B máx se define a lo largo del radio de transición 8 que se extiende de manera anular alrededor del cigüeñal 4. La región muy cargada B máx puede alcanzar al menos /- 20°, preferentemente al menos /- 30°, con mayor preferencia al menos /- 40°, particularmente de forma preferente al menos /- 50°, muy particularmente de forma preferente al menos /- 60°, por ejemplo, al menos /- 70°, al menos /- 80° o al menos /- 90° a partir de este punto, preferentemente de forma simétrica.
Al lado de la región muy cargada B máx , se definen dos regiones intermedias B zw que separan la región altamente cargada B máx de la región ligeramente cargada B mín . Las regiones intermedias B zw pueden abarcar cualquier segmento angular a lo largo del radio de transición anular 8. Lo mismo se aplica a la región B ligeramente cargadaMíN. Los intervalos de ángulos respectivos pueden determinarse mediante cálculos, simulaciones y/o series de pruebas, posiblemente también a partir de mediciones durante el funcionamiento en tiempo real (del motor). La fuerza de impacto F s introducida en las regiones intermedias B zw se incrementa preferentemente (preferentemente de forma constante) en la dirección de la región muy cargada B máx . La afirmación de que la fuerza de impacto F s se incrementa significa que la fuerza de impacto F s se incrementa preferentemente de forma progresiva entre impactos sucesivos.
Las Figuras 8 a 11 ilustran cuatro perfiles ilustrativos de la fuerza de impacto F s a lo largo de la circunferencia de un muñón 5, 6, por ejemplo, del muñón 5, 6 de la Figura 7.
Aquí, en las Figuras 8, 10 y 11, la fuerza de impacto F s que se introduce en la respectiva región muy cargada B máx durante el endurecimiento por impacto es constante.
En todas las curvas ilustradas a manera de ejemplo la fuerza de impacto F s introducida en las regiones muy cargadas B máx durante el endurecimiento por impacto es mayor o al menos igual que la respectiva fuerza de impacto máxima F s que se introduce en las regiones intermedias B zw (y evidentemente en cada caso mayor que la fuerza de impacto F s que se introduce en la región ligeramente cargada B mín ).
La fuerza de impacto máxima F máx se introduce así en la región muy cargada B máx del radio de transición 8.
Además, las Figuras 8 y 11 muestran una distribución de fuerzas ilustrativa en la que, en cada caso, no se introduce ninguna fuerza de impacto F s en la región ligeramente cargada B mín durante el endurecimiento por impacto. Por el contrario, en las Figuras 9 y 10, en la región ligeramente cargada B mín , se introduce una fuerza de impacto F s durante el endurecimiento por impacto que es inferior a la fuerza de impacto más baja F s que se introduce en las regiones intermedias B zw . Aquí, en el caso de la Figura 10, se proporciona una fuerza de impacto mínima Fmín, que se mantiene constante en la región ligeramente cargada B mín . Por el contrario, en la Figura 9, procediendo desde las regiones intermedias B zw hasta la posición situada frente al punto más cargado o el punto muerto de la parte inferior BDC o el punto muerto superior TDC respectivamente, la fuerza de impacto F s se reduce de forma lineal constante hasta un valor mínimo, en el presente caso 0.
En la Figura 8, partiendo de la región ligeramente cargada B mín , en la que, por ejemplo, no se realiza ningún endurecimiento por impacto en el presente caso, la fuerza de impacto F s introducida en las regiones intermedias B zw se incrementa de manera uniforme y/o lineal hasta la región muy cargada B máx .
En cambio, en la Figura 9, el perfil de la fuerza de impacto F s sigue una rampa continua que, partiendo de un punto situado frente al punto más cargado o el punto muerto inferior BDC o el punto muerto superior TDC a lo largo de la circunferencia del cigüeñal 4, aumenta en cada caso en la dirección del punto más cargado o el punto muerto de la parte inferior BDC o el punto muerto superior TDC respectivamente. Aquí, en las respectivas regiones B mín , B zw y B máx , el perfil de la fuerza de impacto F s sigue una función de rampa asociada respectivamente, que forman colectivamente la rampa ilustrada.
La Figura 10 ilustra un perfil de la fuerza de impacto F s que es básicamente similar al perfil de la fuerza de impacto F s de la Figura 8. Sin embargo, en las regiones intermedias B zw , a diferencia de la variación lineal o en forma de rampa de la fuerza de impacto F s ilustrada en la Figura 8, se ilustra un perfil de curva suavizada.
Por último, la Figura 11 muestra un diagrama en donde las fuerzas de impacto F s se varían en las regiones intermedias B zw en etapas.
Por último, pueden proporcionarse cualesquiera variaciones y combinaciones, en particular (pero no exclusivamente) de los perfiles ilustrados en las Figuras 8 a 11. La invención no se limita a un perfil particular de la fuerza de impacto F s . El perfil de la fuerza de impacto F s a lo largo de la circunferencia del radio de transición anular 8 también puede seleccionarse con respecto al funcionamiento del motor o de la finalidad del cigüeñal 4.
se puede prever de manera que el cabezal de impacto 21 de la al menos una herramienta de impacto 16 introduzca la fuerza de impacto F s en el radio de transición 8 con un ángulo de impacto a , en donde la fuerza de impacto F s es ajustable. El ángulo de impacto a puede variar, en particular, gracias a que la separación d entre el punto de desviación U p de la unidad de desviación 20 y el extremo frontal de la respectiva cabeza de impacto 21 de las herramientas de impacto 16 es ajustable.
La solución técnica para el ajuste de la separación d se ilustra de forma esquemática mediante líneas discontinuas en la Figura 3. Por ejemplo, puede disponerse de un dispositivo de cambio 30 con un cargador para intercambiar la al menos una herramienta de impacto 16 y/o la cabeza de impacto 21 y/o la unidad de desviación 20 y/o el al menos un dispositivo de impacto 1 para ajustar la separación d entre el punto de desviación U p de la unidad de desviación 20 y el extremo frontal de la cabeza de impacto 21 de la al menos una herramienta de impacto 16 a un valor diferente. En la Figura 3 se indica un dispositivo de cambio 30 para el intercambio de las herramientas de impacto 16. Para ello, el dispositivo de cambio 30 comprende una selección de herramientas de impacto 16 de diferente longitud en cada caso. Cambiando una herramienta de impacto 16, se puede ajustar la separación d y, por tanto, el ángulo de impacto. a
También se puede prever de manera que la longitud de las herramientas de impacto 16 sea ajustable, preferentemente de forma telescópica. En la Figura 12 se ilustra una construcción correspondiente. La Figura 12 muestra un detalle de un dispositivo de impacto 1, que puede ser de diseño sustancialmente idéntico a la modalidad de la Figura 3.
En la Figura 12, se ilustran esquemáticamente dos herramientas de impacto telescópicas 16. Por medio de la longitud ajustable de las herramientas de impacto 16, la separación d entre el punto de desviación U pag de la unidad de desviación 20 y el extremo frontal de un cabezal de impacto 21 es ajustable. De este modo, también es posible influir indirectamente en el ángulo de impacto a y posiblemente también en la posición de impacto.
También puede preverse, como se ilustra en la Figura 1, usar múltiples dispositivos de impacto 1. La separación respectiva d entre el punto de desviación U p y las cabezas de impacto 21 no es entonces preferentemente idéntica al menos en el caso de dos dispositivos de impacto 1. Esto hace posible que los dispositivos de impacto 1 sean usado en cada caso para el endurecimiento por impacto de un radio de transición 8 o de un grupo de radios de transición 8, en donde las herramientas de impacto 16 del respectivo dispositivo de impacto 1 están en cada caso ya ajustadas. al ángulo de impacto proporcionado preferentemente a . Por tanto, no es necesaria la conversión del dispositivo de impacto 1. Si el cigüeñal 4 solo tiene radios de transición 8 con dos ángulos de impacto ventajosos diferentes a por tanto, es preferentemente que sean suficientes dos dispositivos de impacto 1 preestablecidos correspondientemente.
Puede preverse de manera que, por ejemplo, un primer dispositivo de impacto 1 introduzca fuerzas de impacto F s con un primer ángulo de impacto a 1 y un segundo dispositivo de impacto 1 introduzca fuerzas de impacto F s con un segundo ángulo de impacto a2. También pueden usarse dispositivos de impacto 1 en los que la separación d y/o el ángulo de impacto a son ajustables de forma diferente. También es posible combinar un dispositivo de impacto convencional con un dispositivo 1 de impacto con separación d ajustable.
Puede preverse de manera que el ángulo de impacto a entre el eje longitudinal Ls de la al menos una herramienta de impacto 16 y una línea Ikw perpendicular al eje longitudinal Ckw del cigüeñal 4 sea de 5° a 80°, preferentemente de 10° a 70°, con mayor preferencia de 20° a 60° y particularmente de manera preferente de 30° a 55°, en particular de 35° a 50°.
Para ilustrar las relaciones, las Figuras 13 y 14 ilustran vistas ampliadas que ilustran muy esquemáticamente un cabezal 21 de impacto de una herramienta 16 de impacto y un radio de transición ilustrativo 8 de un cigüeñal 4. Aquí, en el ejemplo de la Figura 13, el endurecimiento por impacto se realiza con un primer ángulo de impacto a -i, y en la Figura 14, el endurecimiento por impacto se realiza con un segundo ángulo de impacto a2.
A través del correspondiente ajuste del ángulo de impacto a por medio de la variación de la separación d entre el punto de desviación Up de la unidad de desviación 20 y la cabeza de impacto 21 de la herramienta de impacto 16, se puede predefinir la dirección de la fuerza de impacto Fs, de manera que se puede establecer de forma dirigida el intervalo de mayor efectividad del endurecimiento por impacto.
También se puede prever la fuerza de impacto Fs reducirse de forma selectiva o variar la dirección de acción, por ejemplo, si es necesario reducir las secciones transversales, los taladros u otras condiciones geométricas.
Preferiblemente, el ángulo de impacto a se selecciona de acuerdo con el perfil de un máximo de carga MÁX1, MÁX2 del radio de transición 8, en donde el perfil del máximo de carga MÁX1, MÁX2 se determina sobre la base de simulaciones y/o cálculos y/o series de pruebas del respectivo tipo de cigüeñal.
En la Figura 14, el cabezal de impacto 21 se posiciona en la misma posición del radio de transición 8 que en la Figura 13. Sin embargo, la separación d entre el punto de desviación Up de la unidad de desviación 20 y el cabezal de impacto 21 se ajusta de manera que la herramienta de impacto 16 se alinea en un ángulo de impacto diferente a que en la Figura 13. De esto se deduce que el impacto se introduce en el radio de transición 8 en el ángulo a2, aunque el cabezal de impacto 21 se aplica básicamente en la misma posición que en la Figura 13.
La ilustración en la Figura 14 difiere en particularmente en gran medida de la ilustración en la Figura 13 a efectos ilustrativos.
Básicamente, también es posible variar el posicionamiento del cabezal de impacto 21 en el radio de transición 8, es decir, el cabezal de impacto 21 también podría aplicarse en una posición diferente a lo largo de la circunferencia del radio de transición 8, en donde, al mismo tiempo, el ángulo de impacto a puede ser variable.
La cabeza de impacto 21 puede tener un radio rs cuya magnitud asciende a entre el 75 % y el 99 % del radio de transición 8, preferentemente entre el 85 % y el 98 % del radio de transición 8 y, particularmente, entre el 85 % y el 95 % del radio de transición 8. El radio rs del cabezal de impacto 21 corresponde de forma preferente sustancialmente al radio de transición 8.
La Figura 15 (y las Figuras subsiguientes 16 a 18) muestra un radio de transición 8 ilustrativo entre un muñón de cojinete principal 6 y el brazo del cigüeñal 7, en cuyo caso el endurecimiento por impacto se ha realizado de manera que las impresiones de impacto 28 de una cabeza de impacto 21 de la herramienta de impacto 16 se solapan a lo largo del radio de transición 8 que se extiende de manera anular alrededor de un muñón de cojinete principal 6. Para lograr este tipo de endurecimiento por impacto, es necesario un trabajo u operación de alta precisión del aparato.
En particular, si las distancias de impacto están ajustadas para ser estrechas, se da el caso de que, durante un impacto posterior, la cabeza de impacto 21 penetra al menos parcialmente en la impresión de impacto 28 del impacto precedente, de manera que la fuerza de impacto puede ejercer una acción de rotación de reajuste en el cigüeñal 4. El dispositivo de detención 12 que ya se ha ilustrado puede proporcionarse y diseñarse para evitar tal movimiento de rotación. En particular, puede ser ventajoso que el dispositivo de detención 12 esté diseñado para evitar la rotación del cigüeñal 4 en sentido contrario al sentido de rotación del dispositivo de accionamiento 3.
En una variante particular de la invención, se puede prever de manera que, para el endurecimiento por impacto, el cigüeñal 4 se gire en primer lugar por el dispositivo de accionamiento 3 a lo largo de una dirección de rotación hasta una posición de impacto, en donde el dispositivo de detención 12 se proporciona de manera que detenga el cigüeñal 4 en la posición de impacto, tras lo cual se introduce una fuerza de impacto Fs en al menos un radio de transición 8 por medio de al menos una herramienta de impacto 16.
Las Figuras 16 y 17 muestran otros radios de transición 8 ilustrativos entre un muñón de cojinete principal 6 y un brazo del cigüeñal 7, en cuyo caso las impresiones de impacto 28 de un cabezal de impacto 21 de la herramienta de impacto 16 se solapan a lo largo del radio de transición 8 que se extiende de manera anular alrededor del muñón de cojinete principal 6. Como ya se ha mencionado anteriormente, durante un impacto posterior, la cabeza de impacto 21 puede penetrar, al menos parcialmente, en la impresión de impacto 28 de un impacto precedente, dando lugar a la "pista" de impresiones de impacto 28 ilustrada en las figuras. En contraste con la ilustración en la Figura 15, la trayectoria de las impresiones de impacto 28 se ilustra deforma simplificada en las Figuras 16 a 18.
En las Figuras 16 y 17, el endurecimiento por impacto se ha realizado en diferentes ángulos de impacto. a . En este caso, a efectos de la ilustración de la figura, las impresiones de impacto 28 se extienden con un desplazamiento claramente visible una con respecto a la otra en la circunferencia del radio de transición 8.
De hecho, la desviación es preferentemente solo pequeña, pero no obstante efectiva. El perfil de desplazamiento puede lograrse por medio de un ángulo de impacto modificado a , como se ilustra en la Figura 14, y/o por medio de un punto de aplicación modificado del cabezal de impacto 21. En el caso del radio de transición 8 de la Figura 16, se seleccionó un ángulo de impacto menor a que en el caso del radio de transición 8 de la Figura 17, es decir, la separación d entre el punto de desviación UP de la unidad de desviación 20 y la cabeza de impacto 21 de la herramienta de impacto 16 se ajustó para ser mayor en el caso del método según la Figura 16 que en el caso del radio de transición 8 de la Figura 17. En consecuencia, las impresiones de impacto 28 se extienden más arriba, o más cerca del brazo del cigüeñal 7, en el caso del radio de transición 8 ilustrado en la Figura 17 que en el caso del radio de transición 8 de la Figura 16.
También puede preverse de manera que, durante el endurecimiento por impacto de un radio de transición 8, el ángulo de impacto a de una herramienta de impacto 16 varíe a lo largo del respectivo radio de transición 8 que se extiende de manera anular alrededor del muñón del cojinete de la biela 5 y/o del muñón del cojinete principal 6. Esto se ilustra en la Figura 18.
Se puede prever de manera que todos los radios de transición 8 entre los muñones del cojinete de la biela 5 y los brazos del cigüeñal 7 se endurezcan por impacto con un primer ángulo de impacto a y que todos los radios de transición 8 entre los muñones del cojinete principal 6 y los brazos del cigüeñal 7 se endurezcan por impacto con un segundo ángulo de impacto a .
Alternativamente, se puede prever de manera que al menos dos radios de transición 8 entre los muñones del cojinete de la biela 5 y los brazos del cigüeñal 7 se endurezcan por impacto con un ángulo de impacto diferente a , y/o que al menos dos radios de transición 8 entre los muñones del cojinete principal 6 y los brazos del cigüeñal 7 se endurezcan por impacto con un ángulo de impacto diferente a , y/o de manera que al menos un radio de transición 8 entre el muñón del cojinete de la biela 5 y los brazos del cigüeñal 7 se endurece por impacto con un ángulo de impacto diferente a , que un radio de transición 8 entre los muñones del cojinete principal 6 y los brazos del cigüeñal 7.
La Figura 19 ilustra un método que se refiere a la variante particular con el dispositivo de detención 12 y que se compone básicamente de cuatro etapas (girar, detener, impactar, soltar).
Para el funcionamiento del dispositivo de accionamiento 3, que preferentemente comprende un motor eléctrico, puede usarse un control de posición de bucle cerrado con el fin de girar el cigüeñal 4 en la posición de impacto respectiva, en donde el cigüeñal 4 se gira preferentemente de forma escalonada o en reloj.
Después de que el cigüeñal 4 haya sido girado por el dispositivo de accionamiento 3 hasta la posición de impacto, el cigüeñal 4 es detenido inicialmente en la posición de impacto por el dispositivo de detención 12.
Subsecuentemente, se introduce una fuerza de impacto Fs en al menos un radio de transición 8 del cigüeñal 4 por medio de al menos una herramienta de impacto 16.
Preferentemente, el controlador del dispositivo de accionamiento 3 y el controlador del dispositivo de detención 12 están sincronizados entre sí, de manera que el dispositivo de detención 12 detiene el cigüeñal 4 sólo cuando el cigüeñal 4 se para en la posición de impacto.
Además, también es posible que los controladores del dispositivo de detención 12 y de al menos una herramienta de impacto 16 (o del al menos un dispositivo de impacto 1) estén sincronizados de manera que la al menos una herramienta de impacto 16 introduzca la fuerza de impacto en el radio de transición 8 del cigüeñal 4 sólo cuando el cigüeñal 4 haya sido detenido en la posición de impacto. Subsecuentemente se libera de nuevo la detención del cigüeñal 4.
El método puede repetirse subsecuentemente tantas veces como se desee a lo largo de un radio de transición 8, preferentemente para una rotación completa a lo largo de la circunferencia del radio de transición 8 o a lo largo del radio de transición 8 circundante anularmente. De acuerdo con la invención, también se puede prever de manera que ninguna fuerza de impacto Fs se introduce en la región B ligeramente cargada MÍN . No es necesario realizar una rotación completa. También es posible proporcionar más de una rotación, por ejemplo, 2 o 3 rotaciones.
Después de que un radio de transición 8 haya sido endurecido por impacto de la manera deseada, la herramienta de impacto 16, o todo el dispositivo de impacto 1, puede moverse al siguiente radio de transición 8 que debe endurecerse, tras lo cual el método (rotación, detención, impacto, liberación) puede repetirse a lo largo del siguiente radio de transición 8 que corre de manera anular alrededor del muñón 5, 6.
La al menos una herramienta de impacto 16 o el al menos un dispositivo de impacto 1 puede introducir el movimiento de impacto o la fuerza de impacto F S con una periodicidad, por ejemplo, con una temporización de 0,1 Hz a 50 Hz, preferentemente con una temporización de 0,3 Hz a 10 Hz, particularmente de manera preferente con una temporización de 0,5 Hz a 5 Hz y particularmente de manera preferente con una temporización de 0,5 Hz a 3 Hz.
Puede proporcionarse un dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado 29, que comprende preferentemente un microprocesador, para llevar a cabo el método. El dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado 29 puede, por ejemplo, comprender o implementar y/o sincronizar los controladores del dispositivo de accionamiento 3, del dispositivo de detención 12 y/o de la al menos una herramienta de impacto 16.
En particular, puede proporcionarse un programa informático con medios de código de programa para llevar a cabo el método de acuerdo con la invención cuando el programa se ejecuta en un dispositivo de control de bucle abierto y/o de bucle cerrado 29, en particular en un microprocesador.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un método para el endurecimiento por impacto de los radios de transición (8) de un cigüeñal (4), en particular de los radios de transición (8) entre los muñones del cojinete de la biela (5) y los brazos del cigüeñal (7) y/o los radios de transición (8) entre los muñones del cojinete principal (6) y los brazos del cigüeñal (7) del cigüeñal (4),
caracterizado porque,
para la introducción de una fuerza de impacto (Fs) en al menos uno de los radios de transición (8), se definen una región muy cargada (B máx ), una región poco cargada (B mín ) y regiones intermedias interpuestas (B zw ) a lo largo de los respectivos radios de transición (8) que se extienden de manera anular alrededor del cigüeñal (4), en donde el endurecimiento por impacto se realiza de manera que la fuerza de impacto (F s ) introducida en las regiones intermedias (B zw ) se incrementa en la dirección de la región de alta carga (B máx ) y en donde el endurecimiento por impacto se realiza de manera que las impresiones (28) de un cabezal de impacto (21) de al menos una herramienta de impacto (16) se superponen de manera definida a lo largo del respectivo radio de transición (8) que se extiende de manera anular alrededor del cigüeñal (4).
2. El método como se reivindicó en la reivindicación 1,
caracterizado porque
la fuerza de impacto (F s ) introducida en las regiones intermedias (B zw ) se incrementa constantemente en la dirección de la región muy cargada (B máx ).
3. El método como se reivindicó en las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque
la fuerza de impacto (F s ) introducida en las regiones intermedias (B zw ) se incrementa de manera uniforme y/o lineal en la dirección de la región muy cargada (B máx ).
4. El método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 y 3,
caracterizado porque,
durante el endurecimiento por impacto, no se introduce ninguna fuerza de impacto (F s ) o sólo una fuerza de impacto (F s ) inferior o igual a la fuerza de impacto más baja (F s ) introducida en las regiones intermedias (B zw ) en la región ligeramente cargada (B mín ).
5. El método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 4,
caracterizado porque,
durante el endurecimiento por impacto, una fuerza de impacto (F s ) superior o igual a la mayor fuerza de impacto (F s ) introducida en las regiones intermedias (B zw ) se introduce en la región muy cargada (B máx ).
6. El método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 5,
caracterizado porque
la fuerza de impacto (F s ) que se introduce en la región muy cargada (B máx ) durante el endurecimiento por impacto se determina en función de la resistencia a la fatiga deseada del cigüeñal (4) y/o la resistencia a la fatiga deseada de porciones del cigüeñal (4).
7. El método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 6,
caracterizado porque
la fuerza de impacto (F s ) que se introduce en la región muy cargada (B máx ) durante el endurecimiento por impacto es constante.
8. El método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 7,
caracterizado porque,
a lo largo del radio de transición (8) que rodea de manera anular el muñón del cojinete de la biela (5), la región muy cargada (B máx ) asciende a al menos /- 20°, preferentemente a al menos /- 30°, con mayor preferencia al menos /- 40°, particularmente de manera preferente al menos /- 50°, particularmente de manera preferente al menos /- 60°, por ejemplo, al menos /- 70°, al menos /- 80° o al menos /- 90°, a partir de un punto de máxima carga (Ut ) del muñón del cojinete de la biela (5).
9. El método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 8,
caracterizado porque
a lo largo del radio de transición (8) que rodea de manera anular el muñón del cojinete principal (6), la región muy cargada (B máx ) asciende a por lo menos /- 20°, preferentemente a por lo menos /- 30°, con mayor preferencia a por lo menos /- 40°, particularmente de manera preferente al menos /- 50°, particularmente de manera preferente al menos /- 60°, por ejemplo, al menos /- 70°, al menos /- 80° o al menos /- 90°, a partir de un punto de máxima carga (OT) del muñón del cojinete principal (6).
10. El método como se reivindicó en la reivindicación 9,
caracterizado porque
el punto de mayor carga (OT) de un radio de transición (8) de un muñón del cojinete principal (6) se encuentra, en la sección transversal del cigüeñal (4), en el punto de intersección de la
-radio de transición (8) del muñón del cojinete principal (6) con la
-línea de conexión (x) de los puntos centrales (M h , M p ) del muñón del cojinete principal (6) y del muñón del cojinete de la biela (5) contiguo al radio de transición (8) del muñón del cojinete principal (6).
11. El método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 10,
caracterizado porque
el cabezal de impacto (21) de la al menos una herramienta de impacto (16) introduce la fuerza de impacto (F s ) en el radio de transición (8) con un ángulo de impacto ajustable (a).
12. El método como se reivindicó en la reivindicación 11,
caracterizado porque,
para el endurecimiento por impacto, se usa un dispositivo de impacto (1) que tiene un pistón de impacto (23), una unidad de desviación (20) y la al menos una herramienta de impacto (16), en donde la al menos una herramienta de impacto (16) se sujeta a la unidad de desviación (20), y en donde el pistón de impacto (23) transmite un impulso a la al menos una herramienta de impacto (16) por medio de la unidad de desviación (20), tras lo cual la cabeza de impacto (21) de la al menos una herramienta de impacto (16) introduce la fuerza de impacto (F s ) en el radio de transición (8) en el ángulo de impacto (a), y en donde el ángulo de impacto (a) se establece mediante el ajuste de la separación (d) entre un punto de desviación (U p ) de la unidad de desviación (20) y el extremo frontal de la cabeza de impacto (21) de la al menos una herramienta de impacto (16).
13. El método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 12,
caracterizado porque,
para el endurecimiento por impacto, el cigüeñal (4) se hace girar en primer lugar por medio de un dispositivo de accionamiento (3) a lo largo de una dirección de rotación hasta una posición de impacto, en donde se proporciona un dispositivo de detención (12) para detener el cigüeñal (4) en la posición de impacto, tras lo cual la fuerza de impacto (F s ) se introduce en al menos un radio de transición (8) por medio de al menos una herramienta de impacto (16).
14. Un cigüeñal (4) producido de acuerdo con un método como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones d e la 1 a la 13.
ES18727276T 2017-06-14 2018-05-24 Método para el tratamiento de impacto de los radios de transición de un cigüeñal Active ES2898754T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017113066.7A DE102017113066B3 (de) 2017-06-14 2017-06-14 Verfahren zum Schlagverfestigen von Übergangsradien einer Kurbelwelle
PCT/EP2018/063690 WO2018228791A1 (de) 2017-06-14 2018-05-24 Verfahren und vorrichtung zum schlagverfestigen von übergangsradien einer kurbelwelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2898754T3 true ES2898754T3 (es) 2022-03-08

Family

ID=62245312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18727276T Active ES2898754T3 (es) 2017-06-14 2018-05-24 Método para el tratamiento de impacto de los radios de transición de un cigüeñal

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11141819B2 (es)
EP (1) EP3609648B1 (es)
JP (1) JP7129432B2 (es)
CN (1) CN110769972B (es)
DE (1) DE102017113066B3 (es)
ES (1) ES2898754T3 (es)
PL (1) PL3609648T3 (es)
WO (1) WO2018228791A1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112798273A (zh) * 2020-12-22 2021-05-14 中国北方发动机研究所(天津) 精确模拟发动机主轴承孔载荷加载的机体部件试验方法

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4171654A (en) * 1977-01-31 1979-10-23 The Wickes Corporation Internal milling machine for milling crank pins
JPS6024319A (ja) * 1983-07-20 1985-02-07 Honda Motor Co Ltd クランク軸のロ−リング加工方法
DE3438742A1 (de) 1984-10-23 1986-04-30 Maschinenfabrik Alfing Keßler GmbH, 7080 Aalen Verfahren zur steigerung der dauerfestigkeit von bauteilen unterschiedlicher formgebung
DE3789961D1 (de) * 1987-07-13 1994-07-07 Hegenscheidt Gmbh Wilhelm Verfahren und Einrichtung zum Richten von Schlag aufweisenden Werkstücken.
US5493761A (en) * 1994-10-24 1996-02-27 Ingersoll Cm Systems, Inc. Apparatus for fillet rolling of crankshafts
US5531570A (en) 1995-03-06 1996-07-02 General Electric Company Distortion control for laser shock peened gas turbine engine compressor blade edges
DE19752237A1 (de) * 1997-11-26 1999-05-27 Kessler Kg Maschf Vorrichtung zum elektroinduktiven Härten von Laufflächen und Übergangsradien an Kurbelwellen
US6615636B2 (en) 1998-03-17 2003-09-09 Stresswave, Inc. Method and apparatus for improving the fatigue life of components and structures using the stresswave process
US7150173B2 (en) 2003-05-20 2006-12-19 Lonero Engineering Company, Inc. Upper and lower tools for deep rolling
DE102004008728B4 (de) * 2004-02-23 2006-06-29 Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Steigerung der Dauerschwingfestigkeit, insbesondere der Biegewechselfestigkeit und der Torsionswechselfestigkeit von Kurbelwellen
EP1612290A1 (de) * 2004-07-02 2006-01-04 METAPLAS IONON Oberflächenveredelungstechnik GmbH Verfahren zum Gasnitrieren eines Werkstücks eine Gasnitriervorrichtung zur Durchfürung des Verfahrens sowie ein Werkstück
DE102005032185B4 (de) * 2005-07-09 2016-07-21 Volkswagen Ag Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Kurbelwellen
JP2007030115A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関用クランクシャフトのフィレットロール加工方法
CN100409998C (zh) * 2006-07-13 2008-08-13 天津大学 斜角度超声冲击枪
DE102006058710A1 (de) * 2006-12-13 2008-06-19 Daimler Ag Werkzeugmaschine und Bearbeitungsvorrichtung zum Verfestigen von Radienübergängen an Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen oder ähnlichen Werkstücken
DE102007028888B4 (de) 2007-06-20 2015-07-23 Maschinenfabrik Alfing Kessler Gmbh Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit eines Bauteils
TW200946270A (en) * 2008-02-19 2009-11-16 Nippon Steel Corp Welded joint with excellent fatigue-resistance characteristics, and method for producing same
JP5237032B2 (ja) * 2008-09-29 2013-07-17 三菱重工業株式会社 金属部材製造方法、圧子及び金属部材製造装置
CN102485414A (zh) * 2010-12-31 2012-06-06 上汽通用五菱汽车股份有限公司 一种曲轴连杆颈滚压方法与使用该方法加工的曲轴连杆颈
DE102011113756B4 (de) * 2011-09-18 2020-12-31 Mag Ias Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Fertigbearbeitung von Werkstücken
DE102011113757B4 (de) * 2011-09-18 2020-12-31 Mag Ias Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Fertigbearbeitung von Werkstücken
CN102357785A (zh) * 2011-10-28 2012-02-22 湖北汽车工业学院 汽车空压机曲轴圆角滚压工艺
JP2013185685A (ja) * 2012-03-09 2013-09-19 Toyota Motor Corp クランクシャフト及びそのフィレットｒ部二段加工方法
US8826773B2 (en) * 2012-05-29 2014-09-09 Honda Motor Co., Ltd. Middle web crankshaft having forged stress relief
US20140260787A1 (en) * 2013-03-18 2014-09-18 Electro-Motive Diesel, Inc. Selectively strengthened crankshaft
US10300523B2 (en) * 2014-03-20 2019-05-28 Honda Motor Co., Ltd. Crankshaft and method of strengthening shaft component
JP6042472B2 (ja) 2015-03-12 2016-12-14 本田技研工業株式会社 クランクシャフトのフィレット部の強化方法および強化装置
CN204504676U (zh) * 2015-04-09 2015-07-29 韩连江 一种可转换加工方向的超声波金属表面加工机构
CN204603697U (zh) * 2015-06-03 2015-09-02 宋猛 一种曲轴强化滚压装置
CN205414837U (zh) * 2016-03-24 2016-08-03 济南大学 一种内圆弧面超声滚压工具头

Also Published As

Publication number Publication date
PL3609648T3 (pl) 2022-02-21
WO2018228791A1 (de) 2018-12-20
EP3609648B1 (de) 2021-10-06
CN110769972A (zh) 2020-02-07
US11141819B2 (en) 2021-10-12
US20210146488A1 (en) 2021-05-20
EP3609648A1 (de) 2020-02-19
DE102017113066B3 (de) 2018-11-15
JP2020530814A (ja) 2020-10-29
JP7129432B2 (ja) 2022-09-01
CN110769972B (zh) 2022-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180304344A1 (en) Internally cooled valve for internal combustion engines, as well as method and device for the production thereof
ES2318687T3 (es) Procedimiento y dispositivo para endurecer cigueñales.
ES2898754T3 (es) Método para el tratamiento de impacto de los radios de transición de un cigüeñal
US7290515B2 (en) Camshaft and method for producing a camshaft
US7225656B2 (en) Process for forming a workpiece and rolling machine
US11512735B2 (en) Method and device for post-processing a crankshaft
ES2861155T3 (es) Método y dispositivo para el tratamiento de impacto de radios de transición de un cigüeñal
CN206702050U (zh) 连杆涨断装置
US11344980B2 (en) Method and device for work-hardening a crankshaft
US11203056B2 (en) Method and device for the impact treatment of transition radii of a crankshaft
JPH02243277A (ja) 調節可能なピストンと打込み器との連結部および調節方法
CN104145083B (zh) 用于可变压缩比发动机的夹子紧固的滚道
NL1043699B1 (en) A method for manufacturing a transverse segment for a drive belt
RU2484928C2 (ru) Устройство для обработки с калиброванием и упрочнением металлических внутренних цилиндрических поверхностей деталей