MX2008000475A

MX2008000475A - Metodo para el mecanizado con arranque de virutas de ciguenales y dispositivo para realizar este metodo.

Info

Publication number: MX2008000475A
Application number: MX2008000475A
Authority: MX
Inventors: Markus Heinloth; Jurgen Zastrozynski
Original assignee: Kennametal Widia Prod Gmbh
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-03-07
Also published as: EP1901873A1; BRPI0613128A2; KR20080025204A; DE102005038021B4; CA2614514A1; RU2008100101A; WO2007006275A1; CN101218056B; US20090232612A1; JP2009500184A; DE102005038021A1; JP5663136B2; US8366359B2; RU2412024C2; CN101218056A

Abstract

La invencion se relaciona con un metodo para el mecanizado con arranque de virutas de ciguenales, debiendose realizar simultaneamente el mecanizado de la anchura de cojinete y de la ranura de aceite. Con esta finalidad se usa una fresadora externa en forma de disco, poseyendo un numero de herramientas (10, 14) de corte, de las cuales una parte sirve para mecanizar un asiento de cojinete en el ciguenal, y la otra parte sirve para mecanizar una ranura de aceite adyacente al asiento de cojinete. Segun la invencion se selecciona un angulo (?) de ajuste para la herramienta de corte para mecanizar la ranura de aceite de conformidad con la dimension real, limitando la profundidad efectiva de la corte hmax para cada inserto de corte a un valor maximo predeterminable. La invencion se relaciona tambien con un dispositivo para la realizacion de este metodo.

Description

MÉTODO PARA EL MECANIZADO CON ARRANQUE DE VIRUTAS DE CIGÜEÑALES Y DISPOSITIVO PARA REALIZAR ESTE MÉTODO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un método para el mecanizado con arranque de viruta de cigüeñales en que el mecanizado de la anchura de cojinete y de la ranura de aceite debe ser realizado uno tras otro o simultáneamente, debiéndose usar una fresadora de exterior en forma de disco teniendo varias herramientas de corte, de las cuales una parte sirve para el mecanizado de un asiento de cojinete del cigüeñal y la otra para el mecanizado de una ranura de aceite adyacente al asiento de cojinete. La invención se relaciona además con un dispositivo para la realización del método teniendo una fresadora de exterior en forma de disco en cuya periferia se encuentra dispuestas unos insertos de corte fijados tangencial y lateralmente. El mecanizado de cigüeñales es difícil porque el cigüeñal es, debido a su longitud, una pieza de trabajo inestable que posee unas superficies excéntricas en simetría rotatoria que deben ser mecanizadas como superficies envolventes de los cojinetes de biela y superficies laterales incluyendo ranura de aceite. Para el mecanizado de cigüeñal se han propuesto, según el estado de la técnica, varios métodos como tornar, fresado interno, brochar, tornear u brochar o fresar externo, de los cuales el fresar externo es empleado más frecuentemente. Par poder producir económicamente cigüeñales en grandes cantidades con tiempos de mecanizado cortos se propone, por ejemplo, en el documento EP 0 830 228 Bl un método de fresar en que se realiza la mecanización con arranque de viruta usando una fresadora de exterior con velocidades de corte mayores a 160 m/min., con espesores de arranque de viruta en el área de O.l m a 0.3mm, y con una longitud reducida de arco de corte de la fresadora de exterior que porta los insertos de corte. Para la mecanización del cojinete de biela se usan unos insertos de corte positivos, fijados con orientación tangencial.' Este -así llamado- fresado de alta velocidad de cigüeñales ofrece ventajas de costo considerables, ya que se pudo minimizar considerablemente el tiempo de mecanización de los cigüeñales. Pero para los costos de mecanizar otros factores son decisivos también, como la resistencia al desgaste de los insertos de corte, que no están en discusión aquí, que determinan los tiempos de paro de las cuchillas, y la duración del ciclo, es decir, la secuencia de las diferentes etapas de arranque de viruta, así como el número de cuchillas que atacan en cada etapa de arranque de viruta. Según el estado de la técnica, las superficies envolventes del cojinete de biela (anchura del cojinete) y la ranura de aceite son maquinadas mediante unas herramientas de corte que se siguen una a la otra, pudiéndose realizar en dependencia de la medida excedente del cigüeñal sólo un espesor de viruta mediante el avance. En algunos casos, sin embargo, el radio de esquina que debe producirse es menor que la medida excedente de la ranura de aceite, lo que tiene como consecuencia que en determinadas áreas de corte se corta un espesor máximo de viruta mayor, lo que tiene como consecuencia un desgaste correspondiente de los insertos de corte involucrados. Una sobrecarga de las cuchillas (filos cortantes) de insertos de corte individuales hace que este inserto de corte sea inservible, de manera que se hace necesario un intercambio de herramientas independiente del estado de desgaste de las cuchillas de los demás insertos de corte que afecta la duración de ciclos y con esto los costos de mecanización por cada cigüeñal. Es, por lo tanto, el objetivo de la presente invención indicar un dispositivo y un método en que se minimizan las fuerzas de corte para proteger los insertos de corte fijadas lateralmente. Este objetivo se logra mediante un método según la reivindicación 1, respectivamente un dispositivo según la reivindicación 3. Inventivamente se selecciona un ángulo K de ataque para las herramientas de corte, en función del excedente de medida real del cigüeñal, para la mecanización de la ranura de aceite, en que se limita el espesor hmax de viruta efectivo para cada inserto de corte a un valor máximo definible con anticipación. Los insertos individuales fijados lateralmente están dispuestos para ello en forma ajustable en cuanto a su ángulo de ataque, por ejemplo, mediante unos, así llamados, casetes de herramienta. Según un perfeccionamiento del método inventivo se aumenta, para la reducción adicional del espesor efectivo de viruta, el número de herramientas de corte para la ranura de aceite, preferentemente duplicándolo, lo que produce como resultado la reducción a la mitad de espesor máximo efectivo de las virutas. Las ventajas de este método, así como del dispositivo, consisten en un aumento de la -así llamada-producción durante la vida, así como una reducción de costes en el sentido de una minimización de los costos por pieza terminada. El proceso de fresado puede ajustarse confiablemente independientemente de la situación de medidas excedentes, en particular es posible emparejar entre sí los espesores efectos de viruta que son arrancadas por las herramientas individuales, de manera que las herramientas de corte activas experimentan una carga uniforme en el portador, es decir, la fresadora de exterior en forma de disco. En general, se optimiza todo el proceso de arranque de viruta en cuanto a las especificaciones que se dan en función del cigüeñal por mecanizar. En particular puede usar, respectivamente, ajustarse unos insertos de corte laterales que sirven para la formación de la ranura de aceite, en función de la medidas excedentes efectivas del cigüeñal a un ángulo de ataque tal en la el portaherramientas, que se logra en cada operación de arranque de virutas un valor máximo predeterminado hmax eff-Si se aumenta el número de las cuchillas activas para la mecanización de la ranura de aceite, entonces es posible minimizar de manera correspondiente la anchura efectiva de viruta. En las áreas en que se logra ya una medida efectiva hmax en el inserto de corte lateralmente fijado, gracias al ángulo de ataque, no se necesitan cuchillas adicionales. Los costes de herramienta se componen de varios componentes. Entre ellos figuran en particular los costes de herramienta que son determinados, además de los puros costes de producción, también por los tiempos de paro. Además contribuyen los tiempos de procesamiento y los costes para el cambio de herramientas. Las así llamadas placas reversibles poseen varios filos cortantes aprovechables, pero cuyo número es limitado por motivos de construcción. Así, el número de filos cortantes aprovechables en el inserto de corte mencionado inicialmente es de cuatro. Para ofrecer posibilidades de mecanización más amplias, se propone un inserto de corte que se fija lateralmente en que al menos un par de filos cortantes están configurados en forma escalonada y que posee dos secciones convexas, así como una sección cóncava en entre ellas, extendiéndose la sección convexa externa sobre una medida angular de 180°. Mediante una forma de filos cortantes así es posible cortar contornos escalonados como, por ejemplo, una ranura de aceite de un cigüeñal, pudiéndose formar simultáneamente un costado de la ranura de aceite y una esquina del cojinete de muñón, respectivamente un destalonado. Perfeccionamientos del inserto de corte se describen en lo que sigue. Preferentemente se forman en cada caso dos pares de filos cortantes escalonados, de manera que el inserto de corte posee simetría de rotación en caso de un giro por 180° por un eje transversal, o simetría de espejo con relación a un área de sección transversal. En total se producen así cuatro filos cortantes congruentes que pueden aprovecharse en secuencia. Para estabilizar los filos cortantes se prevé a lo largo del filo cortante un bisel que está dispuesto preferentemente a un ángulo (negativo) de bisel de -15° y/o con una anchura de bisel de 0.1 a 0.2mm. El ángulo de arranque de viruta usado, en particular el ángulo de arranque de viruta adyacente al bisel, se ubica en 0° a 20°, preferentemente se selecciona en 10° positivo. Para un mejor apoyo del inserto de corte en el asiento de la placa, el inserto de corte posee en la región en medio en cada caso unas caras laterales verticales respecto a las superficies de base. Según se ha mencionado ya, el radio de curvatura del filo cortante puede seleccionarse de manera tal que se corta con este filo cortante en una operación un contorno escalonado en la medida final deseable. En particular para la mecanización de cigüeñal se selecciona para ello el radio de curvatura en el área cóncava del filo cortante en 1.5 ± O.lmm y en el área convexa del filo cortante en un lado en 1.5 ± O.lmm y en el otro lado en 1.4 ± O.lmm. Es posible, sin embargo, aprovechar inventivamente también otros radios de curvatura de los filos cortantes. Igualmente puede seleccionarse ventajosamente una configuración del inserto de corte en que la tangente común a las regiones convexas forma con el área de base un ángulo de 35° ± 5°.

Según otra modalidad de la invención, el área de filo cortante que se extiende sobre 180° desvanece a través de una sección de filo cortante al área de base adyacente, formando esta sección de filo cortante con el área de base un ángulo < 5° . Finalmente, según un acondicionamiento preferente de la invención, la sección de filo cortante convexa y cóncava están inclinadas en un ángulo de hasta 20°, preferentemente 10°, con relación al eje central longitudinal del inserto de corte. Otras modalidades de la invención, así como sus ventajas, pueden desprenderse en lo que sigue mediante la explicación de los dibujos. Se muestra: Fig. 1 un bosquejo de principio de una vista de sección transversal parcial con dos herramientas de mecanización, Fig. 2 una vista de sección transversal de una sección de cigüeñal con el contorno inicial, el contorno por producir, así como los efectos del ángulo de ataque sobre el espesor de arranque de viruta efectivo, Fig. 3 la dependencia de la medida excedente respectivamente del espesor de arranque de viruta en función del ángulo de ataque y Fig. 4 una representación ampliada del perfil de producción optimizado según la invención presente.

Fig. 5 una vista de arriba a un inserto de corte dispuesto lateralmente, Fig. 6 una vista lateral (con vista de arriba de los contornos de filos cortantes) del inserto de corte según la Fig. 5, Fig. 7 una representación aumentada de un contorno de filo cortante del inserto de corte, Fig. 8 una vista parcial en el área de un filo cortante del inserto de corte y Fig. 9 una vista lateral de otro inserto de corte. Según el estado de la técnica, se conocen unas -así llamadas- fresadoras de exterior en forma de disco que poseen unas herramientas de corte fijadas en su periferia en sentido tangencial y radial que se pueden usar en cada caso para la producción del área envolvente de cojinete de biela, de la así llamada ranura de aceite incluyendo de la cara lateral adyacente o de un destalonado. Según el estado de la técnica es conocido realizar las diferentes operaciones de corte uno tras otro mediante fresadoras separadas, acercando la fresadora de exterior, cuyo eje de rotación es paralelo al eje de rotación y longitudinal del cigüeñal, para cada operación de arranque de viruta radialmente en dirección del cigüeñal en el lugar de la mecanización. El cigüeñal y la fresadora de exterior son puestas a rotar ambas, siendo la velocidad de rotación de la fresadora sustancialmente mayor que aquella del cigüeñal. Preferentemente, la dirección de rotación del cigüeñal y de la fresadora es la misma. Mediante velocidades de rotación diferentes puede producirse en el curso de una operación de fresar cada punto envolvente de un cojinete de biela respectivamente una ranura completa de aceite. La Fig. 1 muestra una vista parcial de sección transversal de un cigüeñal con tres insertos de corte, de los cuales los insertos 9 y 10 de corte determina con su filo 11 cortante principal activo el contorno del radio 12 de esquina, así como el área 13 envolvente. La Fig. 1 muestra además un inserto 14 de corte que se usa para la producción de las caras 15 laterales así como del radio 16 de esquina de la ranura de aceite. Los insertos 9, 10 y 14 de corte están dispuestos, juntos con otras placas de corte configuradas de manera correspondiente, en una fresadora de exterior que se puede desplazar tanto axialmente en dirección de la flecha doble 17 como también radialmente en la dirección de la flecha doble 18. La Fig. 2 muestra tres curvas superpuestas, a saber, la primera curva con el radio 12 de esquina, una segunda curva 19 con el radio R de esquina que corresponde a la ranura de aceite por producir y una tercera curva 20 que representa una sección transversal por el cigüeñal por mecanizar con medida excedente. En algunos casos especiales en que el radio de esquina es menor que la medida excedente de la ranura de aceite, se requiere para la producción automáticamente una configuración completa para espesor de viruta máxima, para ciertas áreas de corte. En la Fig. 2 se representan diferentes puntos Hmax j., hmax 2 y hmax 3 que son, en cada caso, los valores efectivos. Dependiendo del ángulo Ki o ?2 se produce en cada caso una medida H de desprendimiento diferente. Esto se debe a que, a diferencia de un filo cortante de contorno lineal, la medida hmax cambia según el ángulo de ataque. Formas de curvas correspondientes pueden desprenderse de la Fig. 3, en que se gráfica el desarrollo de hmax en la curva 21 contra el ángulo K de ataque. La segunda curva 22 muestra la medida excedente, en cada caso en función del ángulo de ataque de los insertos de corte. El objetivo de la invención consiste en ajustar el ángulo de ataque de los insertos de corte, dada la medida excedente, de manera tal que el espesor de viruta efectiva se haga más uniforme, es decir, que se evitan valores de pico en determinadas áreas de filo. Según se desprende de la Fig. 2, diferentes ángulos de ataque producen en todo caso forzosamente diferentes espesores hmax de viruta efectivos. Allí, donde se alcanza el espesor de viruta predeterminado, se prevé según un acondicionamiento preferido del método inventivo, que el número de los filos cortantes, es decir, el número de los insertos de corte se duplique, de manera que el espesor de viruta se reduce a la mitad con el mismo avance. En las áreas, que se designan en las Fig. 2 y 4 con hmax 3 respectivamente hmax 3a, basta con un número mínimo de filos cortantes por el poco esfuerzo de arranque de viruta requerido. Para determinar de que magnitud debe seleccionarse la dimensión de medida H que se produce, en cada caso, de las secciones de área en dirección radial, es decir, vertical con relación a la dirección axial, se tiene el radio R de la curva 19, señalado en le Fig. 2, que determina qué valor hmax existe en un punto determinado; ya que este radio es conocido, igual como la medida excedente antes del inicio de la mecanización por arranque de viruta, puede lograrse mediante un ajuste de muchas orientaciones del ángulo K de ataque un espesor de viruta esencialmente uniforme, que varía como máximo en 30% alrededor un valor predeterminable. Mediante esta medida se evitan sobrecargas de filos cortantes específicos por esfuerzo de corte, de manera que se puede incrementar la vida útil del juego completo de los insertos de corte, que es determinada por "el elemento más débil". Para la producción del contorno según la curva 23 puede usarse también un inserto 10 de corte que se ha sometido a prensado previo y sinterización, pero no a rectificado posterior. La placa 14 usada para cortar el contorno 19 se adelanta a la placa 10 tanto en sentido axial como también radial, de manera que este inserto de corte debiera estar rectificado a la forma precisa del contorno. En las Fig. 5 a 8 se representa un inserto de corte que sustituye los insertos 10 y 14 de corte fijados lateralmente, porque puede cortar el contorno completo de las caras laterales y de la ranura de aceite hasta el radio 12 de esquina en un acercamiento radial, gracias a sus filos cortantes escalonados. Después de girar el inserto de corte en 180° puede producirse también destalonados. El inserto de corte representado en las figuras 5 a 8 posee dos áreas 110, 111 de base planas dispuestas paralelamente entre sí que son atravesadas por una perforación pasante 112. Esta perforación sirve para el alojamiento de un tornillo tensor con el cual el inserto de corte es fijado radial, respectivamente, lateralmente en una fresadora de disco. Las áreas 110, 111 de base hacen transición en sus lados más cortos a caras frontales redondeadas que están delimitadas en cada caso lateralmente mediante unos filos cortantes. Los filos cortantes tienen un contorno escalonado y consisten de dos secciones 113 y 114 de filos cortantes convexos, así como una sección 115 de filo cortante cóncava ubicada entre ellas. Los radios Ri y R3 para las secciones de filos cortantes convexas pueden ser del mismo tamaño, por ejemplo de 1.5mm, o diferentes. Lo análogo es cierto también para el radio R2 de la sección de filo cortante cóncava. El inserto de corte posee un bisel 116 que se extiende a lo largo de las secciones 113 a 115 de filo cortante. Este bisel está inclinado a un ángulo a de bisel de -15°. El ángulo b de arranque de viruta que resulta también de la Fig. 8 asciende a +10°. La anchura de bisel es, por ejemplo, de 0.15mm. En la región en medio se prevé en cada caso verticalmente con relación a las áreas 110 y 111 de base planas unas caras 117, 118 laterales planas. En la forma especial representada en las figuras, una tangente 119 común de las secciones 113 y 114 de filos cortantes convexas forma un ángulo de aproximadamente 35° con el área 110, respectivamente, 111 de base. De la Fig. 7 se desprende además una tangente 120 que se traza en la sección desvaneciente de la sección 113 de filo cortante en la transición hacia la respectiva área de base. Esta tangente 120 forma un ángulo con el área de base que asciende a aproximadamente 4°. Según la imagen en la Fig. 5, los filos 113 a 115 cortantes tienen una inclinación con relación al eje 121 central longitudinal del inserto de corte por un ángulo de inclinación c, que asciende, preferentemente, a hasta 10°. El inserto de corte posee en total cuatro filos cortantes activamente aprovechables, que permite mecanizar en particular los contornos escalonados de la ranura de aceite, sirviendo en esto las secciones 122 o 123 desvanecientes, en cada caso según la dirección de fijación del inserto de corte, para la producción del contorno de las caras laterales. El inserto de corte representado en la Fig. 9 se diferencia del inserto de corte según las Fig. 5 a 8 esencialmente porque no tiene simetría rotatoria relativa a un eje, sino con relación al plano 200 de sección transversal. Gracias a esto se produce un área 210 de base más larga y un área 211 de base más corta. Además los radios R3' y Ri' son seleccionados con aproximadamente 2.3mm teniendo un radio R2' cóncavo inferior a 0.5mm correspondiendo a otra finalidad de arranque de viruta. El inserto de corte descrito en lo precedente puede poseer elementos de formación de viruta y de guía de viruta en la superficie de viruta en forma de entalladuras o elevaciones. El inserto de corte consiste de un metal duro o una materia de cermet que, opcionalmente, también puede estar recubierto. Materiales típicos de revestimiento son carburos, nitruros, óxidos de los metales IVa a Vía, así como óxido de aluminio, pero también revestimiento de diamante.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para la mecanización con arranque de viruta de cigüeñales en qué se debe realizar simultáneamente la mecanización de la anchura de cojinete y de la ranura de aceite, para lo que se usa una fresadora de exterior en forma de disco teniendo varias herramientas de corte de las que una parte sirve para la mecanización de una base de cojinete del cigüeñal y la otra parte para la mecanización de una ranura de aceite adyacente a la base de cojinete, caracterizado porque en función de la medida excedente real se selecciona un ángulo de ataque para las herramientas de corte para la mecanización de la ranura de aceite en que el espesor hmax de viruta efectivo para cada inserto de corte es restringido a un valor máximo especificable.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque para la reducción adicional del espesor de viruta efectivo se incrementa el número de las herramientas de corte para la mecanización de la ranura de aceite, duplicándola preferentemente.

3. Dispositivo para la realización del método según la reivindicación 1 o 2, mediante una fresadora de exterior en forma de disco en cuya periferia se encuentran dispuestos unos insertos de corte fijados tangencial y lateralmente, caracterizado porque el ángulo de ataque de los insertos de corte fijados lateralmente es ajustable de manera variable.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque unos insertos de corte están dispuestos lateralmente teniendo dos áreas de base planas dispuestas en paralelo una con la otra, que son atravesadas por una perforación para el alojamiento de un tornillo de fijación, y que hacen transición en sus bordes más cortos a unas caras frontales redondeadas que están delimitadas en cada caso por unos filos cortantes, estando formado al menos un par de filos cortantes en forma escalonada, y poseyendo dos secciones convexas, así como una sección cóncava ubicada entre ellas, cubriendo la sección convexa externa una medida angular de 180°.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque en cada caso dos pares de filos cortantes están conformados en forma escalonada, de manera que el inserto dispuesto lateralmente está dispuesto en caso de un giro por 180° por un eje transversal con simetría de rotación o con simetría de espejo con relación a un área de sección transversal.

6. Dispositivo según la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque a lo largo del filo cortante de los insertos de corte fijados lateralmente un bisel está dispuesto preferentemente con un ángulo de bisel negativo de -15° y/o con una anchura de bisel de 0.1 a 0.2mm.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el ángulo de arranque de viruta de los insertos fijados lateralmente a lo largo de los filos cortantes asciende a 0° a 20°, preferentemente a 10°.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque en la región en medio, respectivamente verticalmente con relación a las superficies de base planas, se encuentra formadas unas caras laterales planas.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el radio de curvatura de los insertos fijados lateralmente en el área cóncava del filo cortante asciende a 1.5 ± O.lmm y en el área convexa del filo cortante en un lado 1.5 ± O.lmm y en el otro lado 1.4 ± O.lmm.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque la tangente común trazada en las áreas convexas con el área de base forma un ángulo de 35° ± 5°.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque el área de filos cortantes que se extiende sobre 180° forma sobre una parte del filo cortante esencialmente lineal un ángulo de < 5° con el área de base.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque las secciones de filo cortante cóncavas y convexas de los insertos de corte fijados lateralmente están inclinadas por un ángulo de hasta 20°, preferentemente 10° con relación al eje central longitudinal del inserto de corte.