MX2014010695A - Eje de transmision para vehiculo formado por impulsos magneticos y metodo de fabricacion del mismo. - Google Patents

Abstract

Un método para formar una junta deslizante tipo chavetero utilizando la tecnología de formación por impulso magnético que incluye proporcionar un elemento hembra del eje de transmisión y un inserto ranurado que tiene ranuras que se forman hacia el interior. Se proporciona un elemento macho del eje de transmisión que tiene ranuras formadas hacia el exterior que se acoplan con el inserto. Se proporciona un mandril que tiene nervaduras exteriores similares al perfil exterior ranurado del elemento macho del eje de transmisión. Se proporciona un inductor que se energiza para crear un campo de impulsos magnéticos. El inserto se coloca sobre el mandril. El elemento hembra del eje de transmisión se dispone sobre el inserto, y ambos se colocan sobre el inductor. El inductor se energiza para deformar una porción del elemento hembra del eje de transmisión sobre el inserto para formar una serie de ondulaciones para conectar permanentemente el elemento hembra del eje de transmisión con el inserto. El elemento macho del eje de transmisión se acopla en el inserto para proporcionar una junta deslizante de tipo chavetero.

Description

EJE DE TRANSMISIÓN PARA VEHÍCULO FORMADO POR IMPULSOS MAGNÉTICOS Y MÉTODO DE FABRICACIÓN DEL MISMO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con ensambles del eje de transmisión de vehículos y, en particular a un método de formación de una junta deslizante tipo chavetero utilizando la tecnología de formación de impulsos magnéticos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un diseño de eje de transmisión y el método de fabricar el mismo, capaz de utilizar las ventajas de la tecnología de formación por impulsos magnéticos para simplificar una junta deslizante tipo chavetero de un eje de transmisión y para eliminar la erosión eléctrica de la superficie del mandril de trabajo activo.

Los ejes que transmiten el par de torsión (eje de transmisión) son ampliamente utilizados para la transferencia de potencia de rotación a partir de una fuente de potencia de rotación a un mecanismo accionado de forma giratoria. Por ejemplo, en la mayoría de los vehículos terrestres en uso hoy en día, se proporciona un sistema de transmisión para transmitir potencia de rotación desde un eje de salida de un conjunto de motor/transmisión a un eje de salida de un conjunto de eje para accionar de forma giratoria las ruedas del vehículo. Para lograr esto, un sistema de transmisión vehicular típico incluye un tubo cilindrico hueco de eje de transmisión. Una primera junta universal está conectada entre el eje de salida del conjunto de motor/transmisión y el primer extremo del tubo de eje de transmisión, mientras que una segunda junta universal está conectada entre el segundo extremo del tubo de eje de transmisión y el eje de entrada del conjunto de eje. Las juntas universales proporcionan una conexión de accionamiento rotacional desde el eje de salida del conjunto de motor/transmisión a través del tubo del eje de transmisión al eje de entrada del conjunto de eje, mientras que admiten una cantidad limitada de desalineación entre los ejes de rotación de los ejes.

Donde el tubo de eje de transmisión tiene dos o más secciones, la conexión de la primera sección del eje de transmisión y de la segunda sección del eje de transmisión se consigue típicamente mediante el uso de una junta deslizante tipo chavetero que tiene elementos cooperantes macho y hembra con respectivas pluralidades de ranuras formadas sobre los mismos. El elemento macho es generalmente de forma cilindrica y tiene una pluralidad de ranuras que se extienden hacia el exterior formadas en la superficie exterior del mismo. El elemento hembra es generalmente hueco y de forma cilindrica y tiene una pluralidad de ranuras que se extienden hacia el interior formadas en la superficie interior del mismo. El elemento macho se inserta dentro del elemento hembra de tal manera que las ranuras que se extienden hacia fuera del elemento macho cooperan con las ranuras que se extienden hacia dentro del elemento hembra. Como resultado, los elementos macho y hembra están conectados entre sí para el movimiento de rotación concurrente y para el movimiento axial relativo.

Teóricamente, si los elementos macho y hembra del eje de transmisión están hechos de tubos de aluminio, las ranuras se pueden formar usando técnicas de formación por impulsos magnético. La formación por impulso magnético fue desarrollada como un medio de conformación y montaje de piezas metálicas. La tecnología es especialmente conveniente para el tratamiento de piezas tubulares utilizando inductores cilindricos, pero también es capaz de formar hojas de metal con la ayuda de inductores planos. Si es necesario, tanto la formación como el montaje se pueden ejecutar en un solo paso. Los materiales que son los más fácilmente formados por el campo magnético de impulsos son los que tienen una alta conductividad eléctrica tal como cobre, latón y aluminio. El material con baja conductividad se puede formar si se utilizan impulsos de frecuencia muy alta o anillos de conducción hechos de aluminio o cobre.

En comparación con otros métodos de conformación de metal, la formación por impulso magnético tiene varias ventajas: el proceso es fácil de controlar, la herramienta de formación (inductor) no está conectado mecánicamente con la pieza de trabajo a-ser-formada (no hay indentaciones de herramienta); el mismo inductor puede usarse para formar partes de diferentes formas; la formación puede realizarse a través de paredes aisladas y vacío; sólo una pieza de herramienta (mandril o troquel) se necesita utilizar; hay una muy alta presión específica de formación; muy alta velocidad de formación incrementa la plasticidad del metal, y hay alta productividad. Las desventajas básicas de la formación por impulsos magnéticos son: es difícil llevar a cabo la elongación de profundidad; es prácticamente imposible dar formar a la mayoría de los tipos de acero sin un conductor e imposible formar partes cuando el libre paso de la corriente eléctrica está restringido.

La tecnología de formación por impulsos magnéticos utiliza un banco de condensadores de alto voltaje, un interruptor de alta corriente, un inductor de formación, una fuente de alimentación de alto voltaje, y una pieza de trabajo eléctricamente conductora. El campo magnético se crea mediante la descarga del banco de condensador al inductor de formación. La pieza de trabajo generalmente se coloca muy cerca de la bobina de inducción para que una corriente parásita o inducida se induzca en la pieza de trabajo. Desde el momento en que se crea el campo magnético, una corriente parásita es inducida electromagnéticamente en la pieza de trabajo en la dirección opuesta de la corriente de la bobina. La interacción de las corrientes que fluyen opuestas en la bobina inductora y la pieza de trabajo provocan una repulsión mutua. La repulsión mutua provoca un impulso de presión en las superficies de la bobina inductora y la pieza de trabajo. El inductor tiene que ser mecánicamente muy fuerte para resistir esta presión sin deformación. Por lo tanto, el impulso de la presión electromagnética provoca la deformación a alta velocidad de sólo la parte de la pieza de trabajo situada debajo de la bobina inductora. Esa pieza se mueve rápidamente lejos de la bobina hasta que toda la energía cinética de inicio se gasta por la deformación, o hasta que la parte a-ser-formada choca con las superficies de conformación, por ejemplo el mandril. Los impulsos del campo magnético son típicamente cortos para evitar la reducción de la presión magnética como resultado del campo magnético que penetra a través de la pared de la pieza de trabajo. Si el inductor está dispuesto alrededor de la parte exterior de la pieza de trabajo, entonces la pieza de trabajo puede ser deformada hacia dentro en acoplamiento con la superficie de soporte del mandril para formar las ranuras hembra. Si por otra parte, el inductor está dispuesto dentro del interior de la pieza de trabajo, entonces la pieza de trabajo puede ser deformada hacia afuera en acoplamiento con la superficie de soporte para formar las ranuras macho.

Sin embargo, es difícil darse cuenta de la técnica descrita en la práctica, especialmente en las condiciones de producción de alto volumen típico para la fabricación de ejes de transmisión. De hecho, desde el punto de vista de la eficiencia, la fiabilidad y la seguridad, para formar las ranuras de tubos de aluminio, la máquina de impulso magnético más adecuada es una con el voltaje de la batería de condensadores por debajo de 10 kV y la frecuencia del impulso magnético sobre 10kHz. Pero debido a que el espesor de pared del tubo de aluminio del eje de transmisión típico es 2.0-2.5 mm, es inevitable que el campo magnético de esta frecuencia penetre parcialmente a través de la pared del tubo en el espacio entre la superficie del tubo interno y las superficies de soporte del mandril. En el proceso de deformación del tubo a alta velocidad, el flujo magnético penetrado (el producto del campo magnético promedio multiplicado por el área perpendicular que penetra) será capturado y se comprime rápidamente en el espacio.

Como resultado, corrientes opuestas muy altas serán inducidas a lo largo del perímetro de esas superficies y en el momento que el tubo choca sobre el mandril, se produce la erosión eléctrica de las superficies de contacto. La erosión es especialmente intensa en el fondo de las muescas del mandril, donde las cimas de las ranuras están en primero contacto. Esta erosión eléctrica destruye la superficie del mandril activo muy rápido. La erosión eléctrica de estas superficies es la principal restricción a la amplia proliferación de la tecnología de formación por impulsos magnéticos en aplicaciones en las que los mandriles/troqueles tienen que ser utilizados. Teóricamente la superficie del mandril puede ser protegida de la erosión mediante el uso de espaciadores o revestimiento dieléctrico, por ejemplo. También una frecuencia más alta y una máquina de impulso magnético de voltaje más alto resultante podrían reducir la intensidad de la erosión. Pero es técnicamente difícil y costoso llevar a cabo esas oportunidades para solucionar el problema en la práctica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida hacia un método para formar una junta deslizante tipo chavetero utilizando la tecnología de formación de impulsos magnéticos. De acuerdo con esta invención, se proporciona un método para formar una junta deslizante tipo chavetero, el método incluye proporcionar un elemento tubular hembra del eje de transmisión y un inserto ranurado tubular que tiene al menos un conjunto de ranuras formadas interiormente. Un elemento del eje de transmisión macho es proporcionado que tiene ranuras formadas hacia afuera acoplables con el inserto ranurado, y un mandril que tiene nervaduras exteriores con un perfil esencialmente igual como un perfil de ranuras exteriores del elemento macho del eje de transmisión. Un inductor también se proporciona que es capaz de ser energizado para crear un campo magnético de impulsos. El inserto tubular ranurado se coloca sobre el mandril. El elemento tubular hembra del eje de transmisión está dispuesto sobre el inserto ranurado, y luego ambos se colocan coaxialmente en el interior del inductor. El inductor que se energiza para deformar al menos una porción del elemento tubular hembra del eje de transmisión sobre el inserto para formar al menos un conjunto anular de ondulaciones para conectar permanentemente el elemento tubular hembra del eje de transmisión con el inserto. El elemento hembra del eje de transmisión con el inserto se retira del inductor, y el elemento macho del eje de transmisión se acopla con y en el inserto ranurado conectado con el elemento hembra tubular del eje de transmisión para proporcionar una junta deslizante tipo chavetero.

De acuerdo con la presente invención, es altamente deseable desarrollar un proceso de diseño y la fabricación del eje de transmisión capaz de utilizar las ventajas de la tecnología de formación por impulsos magnéticos para simplificar una junta deslizante tipo chavetero de un eje de transmisión y para eliminar la erosión eléctrica de la superficie del mandril de trabajo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Lo anterior, así como otras ventajas de la presente invención, se harán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada cuando se considera a la luz de los dibujos adjuntos en los que: La Figura 1 es una vista sección axial de un eje de transmisión del vehículo de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es una vista en sección transversal del inserto que se muestra en la Figura 1 a lo largo de la línea 2-2; La Figura 3 es una vista en sección axial del inserto que se muestra en la Figura 1 ; La Figura 4 es parte de una vista en sección transversal de un mandril, inserto y ensamble del tubo hembra antes y después de la aplicación del impulso magnético; La Figura 5 es parte de una vista en sección transversal del eje de transmisión que se muestra en la Figura 1 ; La Figura 6 es una vista en sección axial de otra modalidad del inserto 20b, que se muestra en la Figura 8; La Figura 7 es una vista en sección axial de otra modalidad del inserto 20c, que se muestra en la Figura 8; La Figura 8 ilustra diferentes modalidades de la junta deslizante tipo chavetero que se muestra en la Figura 1 ; La Figura 9 es una ilustración de un dispositivo y proceso; La Figura 10 es una ilustración de un dispositivo y proceso de acuerdo con esta invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Es de entenderse que la invención puede asumir varias orientaciones alternativas y secuencias de etapas, excepto donde se especifique expresamente lo contrario. También se debe entender que los dispositivos y procesos específicos ilustrados en los dibujos adjuntos, y descritos en la siguiente descripción son simplemente modalidades ejemplares de los conceptos inventivos definidos en las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, las dimensiones, las direcciones u otras características físicas específicas relativas a las modalidades divulgadas no deben considerarse como limitantes, a menos que las reivindicaciones declaren expresamente lo contrario.

Haciendo referencia ahora a los dibujos y en particular a la Figura 1 , se muestra generalmente en 10 un conjunto del eje de transmisión que tiene una junta deslizante tipo chavetero. El conjunto del eje de transmisión 10 incluye un tubo hembra del eje de transmisión 11 y un tubo macho del eje de transmisión 12. Una primera porción de extremo 13 del tubo macho del eje de transmisión 12 se recibe en una primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11 de una manera telescópica. Una segunda porción de extremo 15 del tubo macho del eje de transmisión 12 está conectada a un primer yugo 16. Una segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 1 1 está conectado a un segundo yugo 18, tal como mediante un proceso de soldadura por impulsos magnéticos. La primera porción de extremo 13 del tubo macho del eje de transmisión 12 tiene un conjunto anular de ranuras que se extienden radialmente hacia el exterior o segmentos acoplados 19.

Los segmentos acoplados 19 se extienden continuamente desde la primera porción de extremo 13 a la segunda porción de extremo 15, del tubo macho del eje de transmisión 12.

Entre la primera porción de extremo 13 del tubo macho del eje de transmisión 12 y la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 1 1 , se localiza un inserto 20 que tiene una primera y una segunda formación anular de ranuras axiales formadas preliminarmente 21 , 22. Una sección transversal del inserto 20 que ilustra las dos conjuntos anulares de las ranuras 21 , 22 se muestra en la Figura 2, y una sección axial del inserto 20 que ilustra de nuevo las ranuras 21 ,22 se muestra en la Figura 3.

Como se muestra en la Figura 2, las ranuras 21 , 22 están alineadas una con la otra, y hay un número igual de ranuras 21 , 22 dentro de cada conjunto. Dentro de cada conjunto, las ranuras 21 , 22 son iguales en ancho, longitud y profundidad. Las ranuras 21 , 22 están espaciadas axialmente una de la otra y una cavidad anular 23 está formada entre las ranuras 21 ,22, como se representa en la Figura 3. La cavidad 23 mantiene una longitud, profundidad y anchura sustancialmente igual alrededor del inserto 20, y también está a la misma distancia axial alrededor del inserto 20. Las ranuras 21 , 22 pueden estar ensanchadas para formar un medio talón en cada extremo del inserto 20.

Haciendo referencia ahora a la Figura 4, se ilustra una porción de una sección transversal en el área donde se corruga un ensamble que incluye un mandril 28, un inserto 20 y la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11 antes (vista inferior) y después de una operación de corrugado por impulso magnético (vista superior). La superficie del mandril 28 debe lubricarse antes de poner el inserto 20 sobre ella para facilitar la extracción del mandril 28 del inserto 20 después del corrugado por impulsos magnéticos.

El inserto 20 puede estar hecho de cualquier material adecuado o combinación de materiales y puede tener cualquier longitud adecuada. Las ranuras 21 , 22 en el inserto 20 también pueden tener cualquier longitud adecuada. Típicamente, el inserto 20 se debe formar de un material metálico o una aleación de material metálico. Diferente tecnología para producir las ranuras 21 , 22 en el inserto 20, puede ser utilizada y que depende del material y la longitud necesarios del inserto 20. Por ejemplo, la tecnología del proceso de Grob es muy eficaz si el inserto 20 es relativamente largo y está hecho de acero u otros tubos de metal.

Sin embargo, las tecnologías con polvo de metal o de extrusión podrían ser más eficaces si el inserto 20 es corto. No es obligatorio que el inserto 20 sea circularmente cerrado con el fin de ser fuerte contra la fuerza radial que afecta en el proceso de operación del eje de transmisión en el vehículo. En realidad, después del corrugado por impulso magnético, el primer extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11 trabajará en contra de esta fuerza radial en la zona de la junta de deslizamiento. Debido a eso, el inserto 20 podría tener un corte 29 como se muestra en la Figura 7. En consecuencia, se podría producir fácilmente a partir de una banda de metal o lámina de metal usando operaciones de corte, estampación y doblado por separado o conjuntamente para cortar una pieza de trabajo, para las ranuras 21 ,22 y doblar el inserto 20 en una forma circular final.

Si es necesario mantener más precisamente la forma circular de la pieza de inserción 20 después de doblarla en un círculo, los bordes del corte 29 pueden ser soldados por completo o simplemente soldados por puntos para reforzar la forma circular deseada. Se entiende que diferentes modalidades, material y tecnología pueden utilizarse para la producción del inserto 20 sin cambiar el alcance de la invención dada. La elección de la tecnología se ve facilitada por el hecho de que las exigencias dimensionales del inserto 20 son bastante bajas debido a que la forma final de las áreas ranuradas 21 , 22 del inserto 20 se definen por la forma del mandril 28 como resultado de operaciones de corrugado por impulsos magnéticos, las cuales las hacen muy precisas.

Haciendo referencia ahora a la Figura 8, se ilustran varias versiones de una sección axial de una junta deslizante tipo chavetero con diferentes modalidades del inserto 20. Las modalidades alternativas se muestran como 20a, 20b, 20c y 20d. La modalidades alternativas proporcionan diferentes capacidades para retener y distribuir la grasa lubricante. Es bien sabido que la lubricación adecuada es crucialmente importante para el funcionamiento adecuado de la junta deslizante tipo chavetero. Por lo general, la grasa se utiliza como el lubricante. Sin embargo, se entiende que otros lubricantes podrían ser utilizados tal como aceite o un lubricante seco, por ejemplo. El lubricante suministrado facilita el correcto funcionamiento del conjunto de eje de transmisión 10, y protege contra la corrosión y el desgaste.

La Figura 8, la modalidad 20a es un ejemplo del proceso de Grob para la producción de ranuras relativamente largas 21a, 22a. Sin embargo, en la práctica esta tecnología puede proporcionar sólo una cavidad 23a para retener la grasa, lo que potencialmente puede causar la distribución axialmente no uniforme de la grasa a lo largo de superficies de deslizamiento si la distancia de deslizamiento del eje de transmisión es pequeña.

Una más uniforme distribución axial de la grasa es proporcionada mediante la forma del inserto 20d, que puede tener dos cavidades de grasa 23d, como se muestra en la sección inferior derecha de la Figura 8. En esta modalidad, las ranuras 21 d, 22d son cortas. El proceso de Grob no es apropiado para este tipo de inserto (tiene limitaciones inherentes por la longitud mínima de la ranura que se puede formar). El inserto 20d se produce mejor mediante el uso de láminas de metal.

La misma tecnología que se ve utilizada para producir 20d es también mejor para la modalidad del inserto 20c, que se muestra en la sección superior derecha de la Figura 8. En este caso porque el inserto 20c es corto, cuando el conjunto del eje de transmisión 10 está montado una gran cavidad 23c se crea automáticamente en el espacio entre la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11 y la primera porción de extremo 13 del tubo macho del eje de transmisión 12 (mostrada por la línea de puntos). La cavidad 23c está disponible para la grasa, pero una gran masa de grasa, si es distribuida circularmente de manera no uniforme, puede desequilibrar el eje de transmisión. Esto es inaceptable, ya que puede causar vibraciones del vehículo durante el funcionamiento y la rotación del conjunto del eje de transmisión. Para evitar el desequilibrio, una funda 31 hecha de un material penetrado de grasa, fieltro por ejemplo, podría ser insertado en el proceso de montaje del conjunto del eje de transmisión 10.

Las tecnologías de método de extrusión o con metal en polvo son mejores para producir la modalidad de inserto 20b que se muestra en la sección superior izquierda de la Figura 8. Hecho de metal en polvo, el inserto 20b es auto lubricado debido a una propiedad inherente de los materiales en polvo. En esta modalidad para retener la grasa, si el inserto 20b se hace por el método de extrusión, después de la extrusión se puede hacer una protuberancia 32, mediante cualquier método adecuado, dentro del inserto 20b extruido. Anillos 33,34 hechos de plástico o de metal, se pueden usar si es necesario para colocar el inserto 20b coaxialmente con precisión, con respecto a la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11 durante la operación de corrugado por impulso magnético.

Haciendo referencia ahora a la Figura 9, se ilustra una porción de un circuito de control indicado en general en 40, para realizar un proceso de formación por impulsos magnéticos o proceso de soldadura por impulsos magnéticos. Por simplicidad del dibujo, la posición de las partes del conjunto del eje de transmisión 10 se muestra en el momento cuando la segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 11 ya se ha soldado con el segundo yugo 18 por un método de soldadura por impulsos magnéticos.

La primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 1 1 tiene una primera y una segunda formación anular de ondulaciones formadas por impulsos magnéticos 24,25, (como se muestra en la Figura 5) que están separadas axialmente entre sí y proporcionan una conexión fiable entre una superficie interna de la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 1 1 con una superficie exterior del inserto 20. La superficie exterior de los segmentos acoplados19 de la primera porción de extremo 13 del tubo macho del eje de transmisión 12 está conectada de forma deslizante con una superficie interna de las ranuras 21 , 22 formadas en el inserto 20. Se entiende que conjuntos anulares adicionales de las ranuras se pueden formar en la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11 y en el inserto 20, según se desee. En el último caso más cavidades 23 se formarán automáticamente en el inserto 20, como se ilustra más claramente en las diferentes modalidades representadas en la Figura 8. Después de montar el conjunto del eje de transmisión 10, la grasa se acumulará y se conservará en las cavidades 23 de la junta deslizante tipo chavetero. Esta grasa se distribuirá a lo largo de las superficies de contacto de los segmentos acoplados 19 de la primera porción de extremo 13 del tubo macho del eje de transmisión 12, y las ranuras 21 , 22 del inserto 20 en el proceso de deslizamiento, lo que es muy favorable para la funcionalidad de la vida útil de la junta de deslizamiento. Una bota plástica o de caucho 27 puede utilizarse para proteger de la contaminación todas las partes de la junta deslizante tipo chavetero, como se muestra en la Figura 8.

El circuito de control 40 es, por sí mismo, convencional en la técnica, y el circuito de control 40 ilustrado está destinado a ser representativo de cualquier estructura para realizar un proceso de formación por impulsos magnéticos o proceso de soldadura por impulsos magnéticos. Por lo tanto, el alcance de esta invención no se pretende que esté limitado a su uso con el circuito de control 40 que se ilustra en la Figura 9.

El circuito de control 40 ilustrado incluye una bobina inductora 41 que está adaptada para ser dispuesta alrededor de la segunda porción de extremo 17, a ser soldada, del tubo hembra del eje de transmisión 11. La bobina inductora 41 se puede formar con cualquier estructura deseada, tal como la mostrada y se describe en la Patente de los E.U No. 4,129,846 para Yablochnikov, que se incorpora como referencia en el presente documento.

La bobina inductora 41 se conecta al circuito de control 40, que se ilustra esquemáticamente, para selectivamente operar la misma. Para lograr esto, un extremo de la bobina inductora 41 está conectado a un primer conductor eléctrico 42, mientras que el otro extremo de la bobina inductora 41 está conectado a través de un conmutador de descarga 43 a un segundo conductor eléctrico 44. Una pluralidad de condensadores de alto voltaje 45, u otros dispositivos de almacenamiento de energía, están conectados entre el primer y el segundo conductores eléctricos 42, 44. El primer conductor eléctrico 42 también está conectado a una fuente de energía eléctrica 46, mientras que el segundo conductor eléctrico 44 está conectado a través de un interruptor de carga 47 a la fuente de la energía eléctrica 46. La estructura y el funcionamiento del circuito de control se describen en detalle en la Patente de los E.U. No. 5,981 ,921 para Yablochnikov, que se incorpora como referencia en el presente documento.

El funcionamiento de la bobina inductora 41 para llevar a cabo el proceso de soldadura por impulsos magnéticos o un proceso de formación por impulsos magnéticos es bien conocido en la técnica, y se hace de nuevo referencia a las patentes mencionadas anteriormente para una explicación detallada. Brevemente, sin embargo, la bobina inductora 41 se acciona mediante la apertura inicial del conmutador de descarga 43 y el cierre del interruptor de carga 47, como se muestra en la Figura 9. Esto permite que la energía eléctrica sea trasladada desde la fuente de energía eléctrica 46 a cada uno de los condensadores 45. Cuando los condensadores 45 han sido cargados a un voltaje predeterminado, el interruptor de carga 47 se abre, como se muestra en la Figura 9. A partir de entonces, cuando se desea energizar la bobina inductora 41 , se cierra el conmutador de descarga 43. Como resultado, un impulso de alta potencia de corriente eléctrica fluye desde los condensadores 45 a través de la bobina inductora 41 , generando así un campo electromagnético inmenso y momentáneo alrededor o dentro de una pieza de trabajo.

En la modalidad ilustrada, la bobina inductora 41 está dimensionada y conformada para ser dispuesta concéntricamente alrededor del tubo hembra del eje de transmisión 11. Así, cuando la bobina inductora 41 se energiza y se genera el campo electromagnético, una fuerza muy grande se ejerce sobre la superficie exterior del tubo hembra del eje de transmisión 11 , provocando que se colapse hacia dentro retirada de la bobina inductora 41. Dependiendo de la magnitud del campo electromagnético que se genera y otros factores, la bobina inductora 41 se puede usar ya sea para realizar un proceso de formación por impulsos magnéticos, donde el tubo hembra del eje de transmisión 11 se deforma a una forma deseada, o para un proceso de soldadura por impulsos magnéticos, en el que dos piezas de trabajo metálicas se fijan permanentemente entre sí, como se ha descrito en detalle anteriormente.

Es bien sabido que el aumento de la plasticidad de un tubo a-ser-soldado o a-ser-formado significativamente reduce el desgaste de todos los elementos del circuito de control 40 porque para proporcionar una junta de buena calidad mediante soldadura por impulsos magnéticos o corrugado, menos energía del impulso magnético tiene que ser utilizada. Hoy en día, el método más popular de reducir la energía necesaria para el impulso magnético se basa en la reducción de la resistencia a la fluencia del material por medio de la técnica conocida como tratamiento térmico de retroceso (RHT).

Este método podría ser utilizado en esta invención para la soldadura por impulsos magnéticos de la segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 1 1 y para formar por impulsos magnéticos la primera y la segunda formación anular de las ondulaciones 24,25 formadas por impulsos magnéticos en la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11. Un típico RHT redujo la resistencia a la fluencia de la aleación de aluminio 6061 T6 de 40 ksi a aproximadamente 10 ksi, lo que permite la reducción significativa de la energía necesaria de impulso magnético para la soldadura o la formación (Patente de los E.U. No. 4,766,664 para Alcoa, que se incorpora en el presente documento como referencia).

Una desventaja básica de la técnica RHT en su aplicación a la soldadura por impulsos magnéticos es la existencia de la etapa de enfriamiento, en el proceso del cual la energía de calentamiento -alrededor de 20 veces mayor que la del impulso magnético- no sólo se desperdicia pero no está disponible como un activo teóricamente beneficioso del proceso de soldadura. De hecho, para soldar piezas de metal, los átomos de la superficie son activados mediante aceptar cualquier tipo de energía. El calentamiento es la manera más conveniente y eficaz para proporcionar a los átomos la energía necesaria para la activación. Así que, en teoría, sólo el precalentamiento de los extremos de los tubos debe ser mejor para la soldadura por impulsos magnéticos del eje de transmisión que utilizar la técnica de RHT. Naturalmente, si el precalentamiento se utiliza para facilitar la soldadura por impulsos magnéticos, tiene sentido utilizar el precalentamiento para facilitar la operación de formación por impulsos magnéticos como se elige en la presente invención.

La mayor parte de la innovación verdaderamente importante relacionada con el precalentamiento por inducción en la tecnología por impulsos magnéticos se sugirió hace más de 40 años en la Patente de los E.U. No. 3,126,937 para Brower y Fortescue, que se incorpora aquí por referencia. Hay decenas de patentes relacionadas con el precalentamiento por inducción en los diferentes procesos por impulsos magnéticos y este método de precalentamiento se utiliza en la presente invención. Para esto, una fuente de alimentación de alta frecuencia 50 y el inductor de precalentamiento 51 se utilizan, como se muestra en la Figura 9.

El proceso de soldadura por impulsos magnéticos, comienza con la inserción de la segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 11 en el interior del inductor de precalentamiento 51 y la inserción del cuello del segundo yugo 18 en la bobina inductora 41. Dentro de la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11 se encuentra el inserto 20, que se pone sobre el mandril 28. Se entiende que instrumentos automáticos (no se muestran) se utilizan para mover axialmente las partes del eje de transmisión en el proceso de conexión por impulso magnético. El inductor de precalentamiento 51 es energizado por la fuente de alimentación de alta frecuencia 50, y los condensadores 45 del circuito de control 40 se cargan a un voltaje predeterminado. Después de precalentar la segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 11 a una temperatura predeterminada, la fuente de alimentación de alta frecuencia 50 se apaga, y el tubo hembra del eje de transmisión 11 se mueve instantáneamente en una dirección axial en la bobina inductora 41 y se detiene en el momento que la segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 11 se coloca correctamente. La bobina inductora 41 se energiza por medio de la descarga de los condensadores 45 del circuito de control 40, que lleva a cabo la soldadura por ciclo de impulsos magnéticos de la segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 11 con el segundo yugo 18. También está dentro del alcance de la invención que el segundo yugo 18 que se una a la segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 11 en una etapa separada.

Después de eso, el tubo hembra del eje de transmisión 1 1 junto con el inserto 20 y el mandril 28 son axialmente movidos hacia la izquierda hasta que la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11 está situada correctamente en el inductor de precalentamiento 51 para crear la primera y segunda formación anular de ondulaciones creadas por impulso magnético 24, 25 en la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11. La secuencia de las operaciones de calentamiento y corrugado es la misma que se ha descrito anteriormente para la soldadura, sin embargo, por lo general el tiempo o la energía de precalentamiento es diferente y la energía del impulso magnético es menor. Después de crear una fila de ondulaciones, todo el conjunto se regresa de nuevo al inductor de precalentamiento 51 y se detiene en la nueva posición axial que está indexada como la distancia igual al espacio entre la primera y la segunda formación anular de ondulaciones formadas por impulsos magnéticos 24, 25 en la primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 11.

A continuación, la secuencia de las operaciones de calentamiento y de corrugado se repite, pero de nuevo, los parámetros de calentamiento e impulsos magnéticos podrían ser corregidos si es necesario. Una tercera y/o más filas de las ondulaciones se pueden hacer de la misma manera si es necesario. Finalmente, el mandril 28 se extrae del inserto 20 y el conjunto del eje de transmisión 10 está hecho.

De la descripción anterior, un experto ordinario en la técnica puede determinar fácilmente las características esenciales de esta invención y, sin apartarse del espíritu y alcance de la misma, puede hacer diversos cambios y modificaciones a la invención para adaptarla a diversos usos y condiciones. Por ejemplo, la secuencia descrita de tres etapas de la operación por impulso magnético no es óptima para la producción de alto volumen de ejes de transmisión. Es fácil ver que las tres etapas se pueden realizar simultáneamente si se utilizan tres pares de inductores de precalentamiento y bobinas inductoras. Naturalmente, las fuentes de alimentación para energizar los inductores tienen que ser debidamente cargadas, lo que hace que el equipo de producción sea significativamente más caro.

Como una opción intermedia, mucho más barata, un proceso de impulso magnético de dos etapas puede ser utilizado. Para esto es necesario (véase la Figura 10.) la conexión en secuencia de dos pares de inductores de precalentamiento 51 y bobinas inductoras 41 , que puede cerrarse o abrirse mediante los interruptores 48,52 dependiendo del tipo de operación realizada - soldadura o formación. Si se realiza una operación de soldadura por impulso magnético, los interruptores 48, 52 tienen que estar cerrados. Para llevar a cabo la operación de formación de ondulaciones por impulsos magnéticos, los interruptores 48, 52 tienen que estar abiertos. Para un experto común en la técnica es muy fácil de transformar este diseño utilizando la conexión de los inductores en paralelo.

Además, es obvio que en el caso de utilizar cualquier otro método de soldadura en lugar de soldadura por impulsos magnéticos para conectar la segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 11 con el segundo yugo 18, el inductor de precalentamiento 51 y la bobina inductora 41 pueden hacerse de la longitud suficiente para proporcionar sólo una fila de ondulaciones relativamente largas, si es necesario. En algunos casos, por ejemplo, si el inserto 20 es auto-lubricado (hecho de metal en polvo) esta opción podría ser prácticamente justificada.

Ejemplo: La segunda porción de extremo 17 del tubo hembra del eje de transmisión 11 con un diámetro exterior de 1 14 mm, un espesor de pared de 2.5 mm y hecho de aleación de aluminio 6061 T6 fue soldado, de acuerdo con la presente invención, al segundo yugo 18 hecho de aleación de aluminio 6061 T6. La primera porción de extremo 14 del tubo hembra del eje de transmisión 1 1 se conecta con el inserto 20b procesado mediante Grob (véase la Figura 8) por medio de dos filas de ondulaciones formadas por impulsos magnéticos 24, 25, axialmente espaciadas a 90 mm una de otra. Ambas, la operación de soldadura y la de corrugado se realizaron en tres etapas exactamente como se describe anteriormente y se muestra en la Figura 9, con la ayuda de herramientas semiautomáticas accionadas neumáticamente y equipo de energía de impulso y de calentamiento por inducción, apropiados.

La bobina ¡nductora de impulsos de un solo giro 41 y el circuito del control 40 (véase la Figura 9) se hicieron de acuerdo con la Patente de los E.U. No. 4,129,846. El condensador 45 tenía una capacidad de 8.4 mF, voltaje máximo U=5 kV y la energía máxima de carga de 105 kJ. El circuito de descarga tenía una frecuencia de 10 kHz y la corriente era de amplitud 1=1.12 MA en el proceso de soldadura por impulsos magnéticos (U=2.8 kV) y 1=1.0 MA en el proceso de formación de ondulaciones por impulso magnético (U = 2.51 kV). La fuente de alimentación de alta frecuencia 50 suministró energía de 25 kW y la frecuencia de 20 kHz con inductor de precalentamiento de dos giros 51 enfriado por agua. El tiempo de precalentamiento fue de 6 segundos para la soldadura y 8 segundos para el corrugado. Un tubo hembra del eje de transmisión 1 1 se obtuvo como resultado de esas operaciones. En particular, para este ensamble se obtuvo un ajuste muy bueno con el elemento tubular macho del eje de transmisión 12 procesado con Grob y muy baja desviación.

Las dimensiones de todas las conexiones de las ondulaciones son muy consistentes.

De conformidad con lo dispuesto en los estatutos de patentes, la presente invención se ha descrito en lo que se considera que representa sus modalidades preferidas. Sin embargo, cabe señalar que la invención puede practicarse de otro modo que como se ilustra y se describe específicamente, sin apartarse de su espíritu o alcance.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método para formar una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de un vehículo caracterizado porque comprende las etapas de: a) proporcionar un elemento tubular hembra del eje de transmisión, proporcionar un inserto tubular ranurado que tiene un conjunto de ranuras formadas hacia dentro, proporcionar un elemento macho del eje de transmisión que tiene ranuras formadas hacia el exterior, acoplable con dicho inserto ranurado; proporcionar un mandril que tiene nervaduras exteriores con un perfil esencialmente igual al perfil exterior ranurado de dicho elemento macho del eje de transmisión, y proporcionar un inductor capaz de energizarse para crear un campo magnético de impulsos; b) colocar dicho inserto tubular ranurado sobre dicho mandril; c) disponer dicho elemento tubular hembra del eje de transmisión sobre dicho inserto ranurado, coaxialmente dentro de dicho inductor; d) energizar dicho inductor para deformar al menos una porción de dicho elemento tubular hembra del eje de transmisión sobre dicho inserto para formar al menos un conjunto anular de ondulaciones para conectar permanentemente dicho elemento tubular hembra del eje de transmisión con dicho inserto. e) retirar dicho elemento tubular hembra del eje de transmisión con dicho inserto del dicho mandril y del dicho inductor; y f) insertar dicho elemento macho del eje de transmisión en dicho inserto ranurado conectado con dicho elemento tubular hembra del eje de transmisión para proporcionar una junta deslizante tipo chavetero.

2. Un método para formar una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho elemento tubular hembra del eje de transmisión es calentado por inducción para aumentar la plasticidad del material del tubo.

3. Un método para formar una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho elemento tubular hembra del eje de transmisión comprende ondulaciones hacia adentro para acoplarse con dicho inserto, dichas ondulaciones se forman por inducción de impulsos.

4. Un método para formar una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque hay dos conjuntos anulares de ranuras formadas hacia dentro sobre dicho inserto.

5. Un método para formar una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las dos conjuntos anulares de ranuras formadas hacia dentro sobre dicho inserto, están alineadas entre sí y hay un número igual de ranuras en cada conjunto.

6. Un método para formar una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dichas ranuras formadas hacia dentro sobre dicho inserto, están axialmente espaciadas entre sí.

7. Un método para formar una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque al menos una cavidad se forma entre al menos dos conjuntos anulares de ranuras axiales.

8. Una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de un vehículo que comprende: un inserto tubular con al menos un conjunto anular de ranuras formadas hacia el interior; un elemento tubular hembra del eje de transmisión que comprende ondulaciones hacia adentro complementarias a dicho, al menos, un conjunto anular de ranuras sobre dicho inserto tubular, dicho inserto tubular fijado dentro de dicho elemento tubular hembra del eje de transmisión por un proceso de soldadura por impulsos magnéticos o de formación por impulsos magnéticos; y un elemento macho del eje de transmisión que tiene un conjunto de ranuras acopladas, de forma deslizable, con dicho inserto tubular, caracterizada porque dicho elemento macho del eje de transmisión se encuentra dentro de dicho inserto tubular.

9. Una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada además porque dos conjuntos anulares de ranuras formadas hacia adentro están axialmente espaciadas entre sí, sobre dicho inserto.

10. Una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada además porque dicho inserto está dividido en al menos dos piezas espaciadas axialmente.

11. Una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada además porque dicho inserto está formado a partir de un material metálico o una aleación de material metálico.

12. Una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada además porque una cavidad se forma entre dichos conjuntos anulares de ranuras formadas hacia adentro.

13. Una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada además porque dicho tubo hembra del eje de transmisión comprende un primer y un segundo conjunto anular de ondulaciones formadas por impulsos magnéticos, en la que dichas ondulaciones están espaciadas axialmente una de otra.

14. Una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada además porque una superficie exterior de dichas ranuras de dicho elemento macho del eje de transmisión están directamente adyacentes a una superficie interna de dichas ranuras de dicho inserto.

15. Una junta deslizante tipo chavetero para su uso en un eje de transmisión de vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada además porque dichas ranuras de dicho inserto están directamente adyacentes a dichas ondulaciones formadas por impulsos magnéticos de dicho tubo hembra del eje de transmisión.