MX2008014093A

MX2008014093A - Dispositivo para forjar objetos en forma de buje y una parte forjada producida con el mismo.

Info

Publication number: MX2008014093A
Application number: MX2008014093A
Authority: MX
Inventors: Ernst-Peter Schmitz; Peter Kolbe
Original assignee: Schneider Gesenkschmiede
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2009-01-23
Also published as: US20090301165A1; DE102006020861B4; US8302447B2; WO2007128264A1; BRPI0711305A2; DE102006020861A1

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para forjar partes en forma de boquilla, constituido por una forma con: un mandril de forma superior (C); un anillo de forma exterior (A); un mandril de forma inferior (B); un dispositivo de expulsión con un mecanismo de expulsión inferior (G), para expulsar mediante el mandril de forma superior (C); un mecanismo de expulsión inferior (H) para expulsar mediante el mandril de forma inferior (B); dispositivos de soporte opcionales para la forma, que comprenden: un anillo de reforzamiento inferior (D) para el área inferior del anillo de forma exterior (A) y un alojamiento de mandril de forma (F) para el área superior del anillo de forma exterior (A), y una base de fijación (E) para sostener el mandril de forma inferior (B), por medio de la cual un mecanismo de expulsión inferior (H) puede ser operado.

Description

DISPOSITIVO PARA FORJAR OBJETOS EN FORMA DE BUJE Y UNA PARTE FORJADA PRODUCIDA CON EL MISMO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un dispositivo para forjar objetos en forma de bujes como émbolos de acero, un método para la producción de partes forjadas en forma de buje y una parte forjada producida según éste. Partes forjadas en forma de buje como émbolos para motores de combustión interna son producidas frecuentemente como partes forjadas de aleaciones de hierro, en particular, de acero. Estas son forjadas en caliente, al menos en parte. Una aplicación particularmente frecuente de semejantes partes en forma de bujes es en motores de combustión interna. Semejantes bujes, sin embargo, son usuales también para otras aplicaciones más diversas, de manera que la invención de ninguna manera es limitada a la producción de émbolos de motores de combustión interna, no obstante que es explicada a continuación mediante émbolos para motores de combustión interna, se refiere de manera general, sin embargo, a partes en forma de bujes de material susceptible de ser forjado . Los émbolos para motores de combustión interna se forjan, hasta ahora, en dos etapas, introduciendo primeramente el émbolo bruto en un grabado previo y siendo forjado allí una pieza semiacabada, misma que es acabada de forjar en la etapa posterior en un grabado de acabado. Debido a que émbolos requieren de un alto grado de conformación se trabajo para el llenado de las piezas grabadas también frecuentemente con cojines de rebaba. De esta manera se distribuyen las grandes distancias de fluencia del material por forjar de manera uniforme entre las etapas de conformación. El procedimiento hasta ahora consistiendo de esencialmente dos etapas de forja y los cambios de temperatura que a causa de ello se presentan (enfriamiento) y la resistencia a la conformación creciente en esto pone límites estrechos al grosor de las camisas de émbolo y la longitud de la camisa de émbolo que pueden lograrse. Hoy en día es deseable, sin embargo, por motivos diversos, lograr grosores de pared mínimos en los émbolos combinados con una longitud de la camisa de émbolo tan grande como posible. Esto produce un peso menor, un comportamiento de expansión térmico mejor y una guía larga en el buje. Este grosor de pared reducido deseable combinado con una longitud de la camisa de émbolo tan grande como posible puede lograrse sólo mediante un grabado muy profundo y puede realizarse sólo mediante una sobremedida adicional de mecanización. Semejante proceder requiere de mucha energía, ya que es necesario prever al menos dos estaciones de forja. Debido al enfriamiento de las partes forjadas entre las estaciones debían tomarse medidas para impedirlo, lo que exige una inversión adicional en el manejo. Existe consecuentemente una necesidad de un método de forja rápido y sencillo para objetos en forma de buje, dispositivos apropiados para ello, y émbolos producidos según él. Otro problema en la forja de objetos en forma de bujes en estampado es la vida útil de las herramientas. Debido a los grabados profundos, grandes distancias de fluencia, grandes presiones internas de la herramienta, enfriamiento rápido por la aplicación de lubricante, se ve limitada la vida útil del mandril "B" inferior y del anillo externo del buje "A" de forja. Un intercambio o retrabajo de la herramienta o de partes de la misma produce tiempos de paro en el proceso de producción que hace cara la realización del método. Las herramientas en sí son caras y deben tenerse en reserva para mantener cortos los tiempos de paro a causa de reparación o sustitución de herramienta. El objetivo de la invención es, en consecuencia, evitar las desventajas de los métodos conocidos de forja para partes forjadas en forma de buje. El objetivo se logra mediante un dispositivo teniendo las características de la reivindicación 1, un método teniendo las características de la reivindicación 4 y la parte forjada en forma de buje teniendo las características de la reivindicación 7. Perfeccionamientos ventajosos son desprendibles de las reivindicaciones dependientes . Gracias al dispositivo inventivo es posible lograr en una etapa de forja de piezas de forja previa unas partes forjadas en forma de buje con grosor de pared delgado, con una camisa de émbolo larga con una buena capacidad de llenar la forma y una larga vida útil de la herramienta . Un dispositivo inventivo para forjar partes en forma de buje posee: - un molde con un mandril C de molde superior, un anillo A de molde exterior y un mandril B de molde inferior - un dispositivo de expulsión comprendiendo un expulsor G superior para la expulsión a través del mandril C de molde superior y un expulsor H inferior para la expulsión a través del mandril B de molde inferior - opcionalmente un dispositivo de soporte para el molde comprendiendo un anillo D de armadura para la zona inferior del anillo A de molde externo y un alojamiento F de mandril de molde para la zona superior del anillo A de molde externo y - una base E de fijación para soportar el mandril B de molde inferior que permite el accionamiento de un expulsor H inferior. El control de temperatura es una preocupación esencial en la conformación de partes calientes. Es importante que la temperatura de la parte conformada en caliente se disipada rápidamente y tan uniforme como posible a la herramienta para que se presente el endurecimiento en frío de la nueva forma y se evite una distorsión de la parte a causa de tensiones térmicas no controladas durante el enfriamiento fuera del molde. Para ello puede preverse inventivamente enfriar el mandril B de molde interno que tiene a enfriarse más lentamente que los demás componentes de la herramienta a causa del hecho que contiene mucho material y está dispuesto en el interior de la herramienta. Con esta finalidad pueden preverse canales de enfriamiento para un fluido refrigerante como líquidos o gases. Semejante enfriamiento tiene sentido según las dimensiones del molde usado y de la capacidad térmica de los materiales. También es posible resolver este problema mediante la selección de un material diferente para el mandril del molde que posee una conductividad térmica diferente. Otra opción consiste en enfriar indirectamente el mandril del molde, que disipa rápidamente el calor gracias a su buena conductividad térmica, mediante el enfriamiento de la base E de fijación y/o del expulsor H inferior por desviación del calor. Arreglos de enfriamiento de este tipo pueden preverse, sin embargo, también en otras partes del molde. Una particularidad de la invención consiste en la colaboración de la unidad de levantamiento y de extracción. Gracias al hecho de que se prevé en el grabado del mandril C de molde superior un cono alfa de extracción negativo, la parte forjada es levantada confiablemente de la herramienta. El deslizamiento de regreso de la pieza bruta forjada al molde de forja es evitado por el expulsor H inferior que es accionado por la base E de fijación. Gracias a la colaboración de los expulsores superior e inferior es posible evitar marcas profundas de expulsión y distorsiones de la forma a causa de efectos unilaterales de la fuerza. El método inventivo para forjar partes forjadas en forma de buj es comprende : Preparar de una pieza bruta de forja previa; Cerrar el molde consistiendo del mandril de molde superior e inferior y anillo de molde en un movimiento de forja, conformando la pieza bruta de forja previa; Abrir el molde y accionar al menos un expulsor; Expulsar la parte forjada. Para un mejor manejo del calor es preferido, en particular en partes forjadas mayores, que el mandril de molde inferior y la parte forjada que se encuentra en el son enfriados después de la conformación antes de abrirla. Preferentemente el expulsor superior es accionado inventivamente sólo después de alcanzar el punto muerto superior de la prensa de conformación en que el dispositivo inventivo es empleado preferentemente, lo que permite una extracción segura de la pieza de trabaja acabada. Gracias al flujo de material no interrumpido y de velocidad uniforme se produce una forma uniforme y llenada hasta en los radios más pequeños y con ello una parte forjada de medidas muy precisas. De esta manera se evitan los errores de forja y muchos retrabajos. Preferentemente al menos una pared interna del molde es recubierta con un agente de lubricación/separación antes de colocar la pieza bruta de forja previa, lo que favorece el flujo del material y simplifica la extracción de la parte forjada. Una típica pieza forjada inventiva en forma de buje, v. gr. , de 42Cr o4, aceros templados por precipitación, aceros con alto contenido de cromo, que es apropiado en particular como émbolo de motor para motores de combustión interna, posee una longitud de camisa entre 60mm y 160mm y un grosor de pared entre 6mm y 12mm. Gracias a que la herramienta posee un grabado por inmersión combinado con un sesgo lateral de estampa mínimo, una región interior enfriada y armadura, es posible evitar -sorprendentemente- el uso de una segunda etapa de forja para partes en forma de buje teniendo una proporción de longitud a diámetro exterior en la magnitud de 0.5:1, lo que reduce de manera importante el costo de producción. Los aspectos anteriores y adicionales de la invención son desprendibles para el experto de las figuras la a 6 anexas y de la siguiente descripción detallada de modalidades, a las que la invención, sin embargo, no debe quedar limitada de manera alguna. En ello se muestra: Fig. la una vista de una sección longitudinal por una modalidad de una parte forjada en forma de buje producida con la herramienta de conformación de la figura 2; Fig. Ib una vista de una sección longitudinal girada en 90° por la modalidad de una parte forjada en forma de buje con la herramienta de conformación de la figura 2 según la Fig. la; Fig. 2 una representación de despiece de una herramienta de conformación según una modalidad de la invención Fig. 3 una vista parcial de una sección por el mandril de molde de la herramienta de conformación de la Fig. 2 y Fig. 4 una vista de detalle de una sección por el mandril de molde superior de la herramienta de conformación de la Fig. 2 ; Fig. 5 un esquema de proceso del método inventivo de forja; y Fig. 6 las dos etapas en la conformación de la pieza bruta prensada en el émbolo mediante una herramienta de moldeo inventiva. En la Fig. 1 se representa una pieza forjada en forma de buje producida inventivamente, aquí un émbolo 10 para motores de combustión interna. Semejantes émbolos para motores de combustión interna de acero 42Cr o4 posee, a guisa de ejemplo, las siguientes medidas: la longitud de la camisa 14 del émbolo asciende al menos a 0.5 veces el diámetro exterior del émbolo, aproximadamente 135mm. El grosor de la pared 11 lateral se ubica en el área de aproximadamente 1/6 parte del diámetro exterior del émbolo. En un émbolo de motor típico para motores de combustión interna de 42CrMo4 la longitud de camisa de émbolo asciende a entre 60 y 85mm, el grosor de pared lateral del émbolo de 6 a lOmm y el diámetro exterior del émbolo de 115 a 140mm. En otras modalidades, a guisa de ejemplo, como émbolo 10 para motores de barcos o motores de accionamiento para instalación de generación de energía se acostumbran otras medidas según el material, tal como sabe el experto en la respectiva materia. Los grosores particulares de pared dependen en esto en buena medida del material usado y de la tarea del émbolo. Un método inventivo apropiado para producir un émbolo 10 de este tipo es realizado en una herramienta de molde de la Fig. 2, según se representa en la Fig. 6 esquemáticamente en sección longitudinal con una parte moldeada ubicada en ella. La herramienta posee un mandril C de molde superior cuyo diseño especial simplifica enormemente la conformación de una pieza bruta en una etapa. En la Fig. 4 se representa una sección transversal por el mandril C de molde superior. A través del mandril C de molde superior puede salir un expulsor G superior que puede retirar una parte moldeada que se encuentra en el grabado. Puede tener sentido en esto también un ángulo alfa de estampa negativo en el grabado del mandril C de molde superior para la expulsión por el expulsor G después de concluir el movimiento, el -así llamado- ángulo de extracción. La herramienta inferior del molde de forja, que forma junto con el mandril de molde superior el grabado para forjar la parte en forma de buje, es formada por el mandril B de molde inferior y el anillo A de molde exterior, entre los que se forma la pared del buje en la longitud y el grosor deseables.

El mandril B de molde inferior está diseñado de manera tal que es desplazable con relación al anillo A de molde externo mediante un expulsor H inferior que puede ser redondo, pero también moldeado, que es accionado por la base E de fijación, y que facilita así la extracción de la parte forjada de la herramienta inferior, evitando que la pieza forjada en bruto se deslice hacia atrás. La combinación de expulsor H, G superior e inferior reduce las marcas de expulsión en la parte moldeada y la distorsión de la parte forjada gracias a una buena distribución de fuerza durante la expulsión. Preferentemente se encuentra alrededor del anillo A de molde exterior un anillo D de refuerzo que apoya lateralmente la herramienta de molde inferior. Este anillo de refuerzo puede consistir de un material diferente que las propias herramientas de molde, ya que no es necesario cumplir las exigencias de propiedades de herramienta, como poco desgaste, etc. De esta manera es posible usar un material más económico, de manera que al intercambiar las herramientas sólo es necesario intercambiar el anillo A de molde exterior y los dos mandriles C y B de molde, lo que simplifica enormemente el mantenimiento de las herramientas en una instalación de forja. El alojamiento F de mandril de molde en forma anular soporta la periferia del mandril C de molde superior y constituye junto con éste la parte superior del molde. La herramienta de forja es concluida con la base E de fijación que soporta el mandril de molde inferior y que permite el movimiento del mandril B de molde inferior gracias al expulsor H que pasa por ella. Un método inventivo para forjar una parte forjada en forma de buje transcurre como sigue: Una pieza bruta previamente recalcada es acercada calentada a temperatura de conformación por un autómata y colocada en el molde de forja abierto entre el mandril C de molde superior y el mandril B de molde inferior retirados y el anillo A de molde exterior. Esto es posible si ambos expulsores están retirados. A continuación se cierra el molde en un movimiento de forja, lo que acerca los dos mandriles de molde entre sí, la pieza bruta para forja es prensada contra las paredes de grabado del molde y conformado. Desde luego es posible que el molde sea recubierto antes de manera usual cíclicamente con medios de separación del molde, tales como son usuales en el campo en cuestión y conocidos por el experto. Presiones de gas en el molde pueden ser desviadas con medidas usuales de ventilación, como perforaciones I de ventilación, lo que permite también eliminar lubricantes y sus residuos. La aplicación de perforaciones de ventilación de ninguna manera es limitada al mandril de molde inferior y puede ser variada según las necesidades, tal como es obvio para el experto. Gracias a las unidades móviles de levantamiento y extracción es posible retirar por levantamiento la parte forjada de la herramienta de manera precisa, siendo esto apoyado de manera particular por el ángulo alfa de cono de extracción negativo en el grabado del mandril C de molde superior. En caso de estar previsto un enfriamiento del mandril de molde, éste debe ser aplicado antes de expulsar la parte forjada para preservar la geometría conformada. Mientras la invención fue descrita a detalle mediante unas modalidades preferidas, es evidente para el experto que existe la posibilidad de las alternativas y modalidades más diversas para realizar la invención en el marco del alcance de las reivindicaciones. Lista de símbolos de referencia A Anillo de molde exterior B Mandril de molde inferior C Mandril de molde superior D Anillo de refuerzo para la región inferior de A E Base de fijación F Alojamiento de molde G Expulsor superior H Expulsor inferior Alfa Ángulo de extracción del grabado de C I Perforación de ventilación K Canal de enfriamiento 10 Émbolo II Pared lateral de émbolo 12 Longitud de camisa de émbolo

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para forjar partes en forma de buje según un método consistiendo de una etapa teniendo las características de las reivindicaciones 6 a 10 mediante un molde, para forjar una pieza bruta prensada previamente recalcada en una parte forjada acabada en una sola etapa de forja que comprende -un mandril de molde superior con un grabado, teniendo un cono de extracción negativo con el ángulo a, -un anillo de molde exterior, -un mandril de molde inferior, -un dispositivo de expulsión comprendiendo: -un expulsor inferior para expulsar a través del mandril de molde inferior, -un expulsor superior para expulsar a través del mandril de molde superior; y -una base de fijación para apoyar el mandril de molde inferior a través del cual es expulsor inferior puede ser accionado, pudiéndose introducir los mandriles de molde durante el forjar en el anillo de molde con la pieza bruta prensada ubicada en él y conformar ésta mediante forja de esta manera y pudiendo desmoldarse la parte forjada a continuación mediante los expulsores que pueden ser accionados a través de los mandriles de molde.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque un dispositivo de soporte está previsto comprendiendo un anillo de refuerzo inferior para la región inferior del anillo de molde exterior.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un dispositivo de soporte está previsto comprendiendo un alojamiento de mandril de molde que soporta la periferia del mandril de molde exterior .

4. Dispositivo según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el mandril de molde inferior posee unas instalaciones de enfriamiento como canales de refrigerante.

5. Método de forja de una etapa para partes forjadas en forma de buje en un molde, en particular émbolos, comprendiendo - colocar una pieza bruta prensada en un solo grabado de molde que posee un mandril de molde superior teniendo un grabado con un cono de extracción negativo teniendo el ángulo a, un anillo de molde externo y un mandril de molde inferior, -cerrar el molde, -conformar la pieza bruta prensada en el molde, pudiendo los dos mandriles penetrar durante el forjar en el anillo de molde con la pieza bruta prensada ubicada en él y conformando la misma mediante forjar de esta manera; -abrir el molde y accionar al menos uno de los expulsores que pueden ser accionados a través de los mandriles de molde y -expulsar de la parte forjada.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque el anillo de molde exterior es apoyado lateralmente mediante un anillo de refuerzo.

7. Método según la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque un alojamiento de mandril de molde apoya la periferia del mandril de molde superior.

8. Método según una o varias de las reivindicaciones 5-7 precedentes, caracterizado porque la pieza bruta prensada es producida mediante recalcar.

9. Método según una o varias de las reivindicaciones 5-8 precedentes, caracterizado porque el mandril de molde inferior es enfriado a través de unos canales de enfriamiento.

10. Método según una o varias de las reivindicaciones 5-9, caracterizado porque un expulsor superior en el mandril de molde superior es activado sólo después de alcanzar el punto muerto superior de la prensa de conformación.

11. Parte forjada en forma de buje, en particular émbolos de motor para motores de combustión interna de todo tipo, producida mediante un método teniendo las características de las reivindicaciones 5-10, caracterizada por una longitud de camisa entre 40mm y 160mm; preferentemente 60-85mm y un grosor de pared entre 4mm y 12mm, preferentemente 6 a 8mm.

12. Parte forjada en forma de buje según la reivindicación 11, producida de un material seleccionado del grupo consistiendo de 42CrMo4, aceros templados por precipitación, aceros con alto contenido de cromo.