PROCESO PARA ELIMINAR LA REBABA DE FORJA VERTICAL EN UNA BIELA RECIÉN FORJADA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a la fabricación de una biela del tipo usado en motores de combustión interna. La invención se refiere también a la eliminación de la rebaba de forja vertical en una biela recién forjada.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Por lo general las bielas son fabricadas usando un dado de forja del tipo cerrado. Un proceso de forjado con dado cerrado comprende colocar una preforma caliente, o pieza de trabajo, entre dos o más troqueles en el dado de forja. Se comprime esta preforma para deformar plásticamente la preforma hasta una biela recién forjada. La configuración de la biela recién forjada está determinada por la geometría de los troqueles y la cantidad de fuerza de compresión ejercida por el dado de forja. Una biela recién forjada, producida por medio de un proceso de forjado en dado cerrado, incluye típicamente áreas de material indeseable, o rebabas de forja, que se proyectan hacia fuera desde diversas superficies del cuerpo forjado. Las rebabas de forja son el resultado del flujo del material de preforma dentro de las separaciones que normalmente están presentes entre los diversos componentes del dado de forja. La rebaba de forja está categorizada típicamente como horizontal o vertical, dependiendo de su orientación en la biela tal como se forja. La rebaba de forja horizontal forma una sola capa continua de material que se extiende a lo largo del perímetro exterior de la biela recién forjada. La rebaba de forja horizontal usualmente es eliminada mediante una operación de corte o estampado usando, por ejemplo, un dado recortador. Sin embargo, la rebaba de forja vertical no puede ser retirada fácilmente de esa manera. Más en particular, la rebaba de forja vertical se extiende desde las superficies de la biela recién forjada, que tiene elevaciones relativas diferentes. Esta aspecto hace necesario el uso de procedimientos de lijado, relativamente complicados y tardados, para eliminar la rebaba de forja vertical. El procedimiento de lijado es efectuado típicamente en una maquinaria compleja que cuesta un millón de dólares o más. Por lo tanto, sigue habiendo necesidad de un proceso mejorado para eliminar la rebaba de forja vertical de una biela recién forjada. Se prefiere un proceso que requiera una cantidad mínima de tiempo y esfuerzo para completarse. Además, es sumamente deseable que el proceso mejorado alivie la necesidad de usar maquinaria costosa y compleja en el proceso de eliminación de la rebaba de forja.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Un proceso actualmente preferido para fabricar una biela comprende colocar una preforma caliente, adecuada para ser formada a una biela, en un dado de forja cerrado, y forjar la preforma en una primera operación de forjado, mientras la preforma está a una temperatura de forjado, para formar una biela recién forjada, que tiene una rebaba de forja vertical que se extiende desde ella. El proceso actualmente preferido comprende también colocar la biela en un segundo dado de forja, mientras la biela recién forjada se encuentra a una temperatura sustanciaimente igual a la temperatura de forjado, y forjar en una segunda operación de forjado la rebaba de forja vertical. El proceso actualmente preferido comprende adícionalmente sacar la biela recién forjada del segundo dado de forjado y maquinar la biela recién forjada a las dimensiones predeterminadas. Otro proceso actualmente preferido para fabricar una biela comprende forjar una preforma en una primera operación de forjado, para formar una biela recién forjada que tiene una rebaba de forja vertical que se extiende desde ella, y forjar la rebaba de forja vertical en una segunda operación de forjado, para doblar la rebaba de forja vertical sobre la biela recién forjada. El proceso actualmente preferido comprende también maquinar la biela recién forjada a las dimensiones predeterminadas. Otro proceso actualmente preferido para fabricar una biela comprende formar una preforma en una primera operación de forjado para formar una biela recién forjada, que tiene una rebaba de forja vertical que se extiende desde ella, y forjar la rebaba de forja vertical, en una segunda operación de forjado, para formar a un cordón la rebaba de forja vertical. El proceso actualmente preferido comprende adicionalmente maquinar la biela conectora recién forjada a las dimensiones predeterminadas. Otro proceso actualmente preferido para fabricar una biela comprende formar la preforma a una biela recién forjada, que tiene una rebaba de forja vertical formada en ella, forjando la preforma en una primera operación de forjado y volviendo a formar la rebaba de forja vertical, forjando la rebaba de forja vertical en una segunda operación de forjado. Otro proceso actualmente preferido para fabricar una biela comprende formar una preforma adecuada para ser formada a una biela, colocando metal en polvo en un dado; comprimir el metal en polvo, y luego concrecionar el metal en polvo. El proceso actualmente preferido comprende también llevar a cabo una primera operación de forjado para formar la preforma a una biela recién forjada que tiene una rebaba de forja vertical que se extiende desde ella, y llevar a cabo una segunda operación de forjado para volver a formar la rebaba de forja vertical. Un proceso actualmente preferido para eliminar la rebaba de forja vertical en una varilla conectora recién forjada comprende forjar la rebaba de forja vertical sobre una superficie de la biela recién forjada, y redondear la rebaba de forja vertical para formar en ella un radio. Otro proceso actualmente preferido para eliminar la rebaba de forja vertical en una biela recién forjada comprende colocar la biela recién forjada en un dado de forja, y forjar la rebaba de forja vertical a un cordón. Un proceso actualmente preferido para tratar la rebaba de forja vertical que se extiende a una distancia desde una superficie de una biela recién forjada comprende colocar la biela recién forjada en un dado de forja y forjar la rebaba de forja vertical, para reducir la distancia a la que se extiende la rebaba de forja vertical desde la biela recién forjada.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
El resumen precedente, así como la descripción detallada que sigue, de un proceso actualmente preferido, se entienden mejor cuando sean leídos conjuntamente con los dibujos anexos. Para el propósito de ilustrar la invención, el dibujo representa una biela que es capaz de ser fabricada de acuerdo con el proceso actualmente preferido, provisto por la invención. Sin embargo, la invención no está limitada al uso con el tipo específico de biela exhibido en los dibujos. En los dibujos: La figura 1 es una vista en perspectiva de una biela fabricada de acuerdo con el proceso actualmente preferido, provisto por la invención. La figura 2A es una vista frontal de una biela recién forjada, capaz de ser formada a la biela mostrada en la figura 1. La figura 2B es una vista lateral en sección de la biela recién forjada mostrada en la figura 2. Las figuras 3A - 3E son vistas secuenciales en sección de (i) una porción de una preforma, capaz de ser formada a la biela recién forjada mostrada en las figuras 2A y 2B, y (ii) una porción de un troquel superior y un troquel inferior de un dado de forja cerrado, capaz de formar la preforma a una biela recién forjada, cuando el troquel superior avanza a través de su carrera descendente. Las figuras 4A - 4E son vistas secuenciales en sección de (i) una biela recién forjada, formada de acuerdo con el proceso mostrado en las figuras 3A - 3E, y (ii) una porción de un troquel superior y un troquel inferior de un segundo dado de forja, capaz de eliminar la rebaba de forja vertical en la biela recién forjada, a medida que el troquel superior avanza en su carrera descendente. Las figuras 5A - 5D son vistas en secuenciales sección de (i) la preforma mostrada en las figuras 3A - 3E y (ii) una porción de un troquel superior y un troquel inferior, de un dado de forja cerrado, alternativo, capaz de formar la preforma a una biela recién forjada, conforme avanza el troquel superior en su carrera descendente; y Las figuras 6A - 6E son vistas secuenciales en sección de (i) una biela recién forjada, formada de acuerdo con el proceso mostrado en las figuras 5A - 5D, y (ii) una porción de un troquel superior y un troquel inferior, de un segundo dado de forja alternativo, capaz de eliminar la rebaba de forja vertical en la biela recién forjada, conforme el troquel superior avanza a través de su carrera descendente.
DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS
La invención provee un proceso actualmente preferido para eliminar la rebaba de forja vertical en una biela recién forjada, del tipo usado en motores de combustión interna. La invención provee también un proceso actualmente preferido para fabricar una biela. Se describe la invención con referencia a una biela que tiene una configuración particular. Esta biela está descrita detalladamente sólo para fines ejemplares, ya que la invención puede ser aplicada a bielas de virtualmente cualquier configuración. La figura 1 ilustra una biela 10, fabricada de acuerdo con un proceso actualmente preferido, provisto por la invención. La biela 10 comprende un extremo de manivela 12 que tiene una horquilla 14 y una tapa 16. Un agujero 17 de cigüeñal se extiende a través del extremo 12 de manivela. La biela 10 comprende adicionalmente una porción de cuerpo 18 que une el extremo 12 de manivela. La porción de cuerpo 18 comprende nervaduras longitudinales 19, separadas por una porción plana 20. Esta configuración da a la porción 18 de cuerpo una sección transversal sustancialmente en forma de I. La biela 10 comprende además un extremo 21 de pasador, que tiene un agujero 22 para pasador de pistón formado en él. La biela 10 está formada de una biela 10a recién forjada, mostrada en las figuras 2A y 2B. Los aspectos comunes tanto a la biela recién forjada 10a como a la biela terminada 10, están señalados mediante números de referencia idénticos en las figuras. La biela 10a recién forjada está formada a partir de una preforma 11 (véase las figuras 3A - 3E). Se forma la preforma 11 colocando una mezcla de metal en polvo en un dado para la fabricación de briquetas. El dado para la formación de briquetas comprime el metal en polvo para unir mecánicamente las partículas de metal dentro del polvo, formando de esa manera la preforma 11. A continuación se concreciona la preforma 11 a una temperatura, por ejemplo, de alrededor de 982°C. Se coloca la preforma terminada 11 en un dado 50 de forja cerrado, mientras la preforma 11 todavía está a la temperatura de concrecionado o cerca de ella. El dado de forja 50 comprende un dado movible, o troquel superior 52, y un dado estacionario, o troquel inferior 54. Las figuras 3A - 3E son vistas en sección que muestran porciones de los troqueles superior e inferior 52, 54 y de la preforma 11. El troquel inferior 54 está separado del troquel superior 52, y orientado hacia éste. Las superficies opuestas 52a, 54a, en los troqueles superior e inferior 52, 54, definen un volumen 56 que acomoda la preforma 11. Las superficies 52a, 54a están revestidas con un lubricante protector, tal como grafito, antes de colocar la preforma 11 en el dado de forja 50 (alternativamente, se puede colocar directamente el lubricante protector sobre la preforma). Se forma la preforma 11 a la biela 10 recién forjada por medio de una carrera descendente del troquel superior 52, que está ilustrada secuencialmente en las figuras 3A - 3E. Nota: La dirección "descendente" coincide con la flecha 8 que aparece en las figuras. Los términos direccionales, en toda esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones tienen únicamente propósitos ilustrativos y, a menos que se haga notar de otra manera, no se pretende que limiten el alcance de las reivindicaciones de ninguna manera. La biela 10a recién forjada tiene la rebaba de forja vertical 26, que se extiende desde ella, como resultado del desplazamiento de material dentro de la preforma 11, durante el proceso de forjado, tal como se muestra en la figura 3E. (Cualquier rebaba de forja horizontal que pudiera estar presente en la biela recién forjada 10a no está mostrada en las figuras, por claridad. Adicionalmente, aun cuando se muestra la rebaba de forja vertical 26 extendiéndose desde las superficies superiores de la biela recién forjada 10a, el proceso actualmente preferido, provisto por la invención, también puede ser usado para eliminar la rebaba de forja vertical que se extienda desde las superficies inferiores de una biela recién forjada, tal como la biela recién formada 10a). La rebaba de forja vertical 26 es eliminada efectuando otra operación de forjado en la biela 10a recién forjada. Más en particular, se coloca la biela recién forjada 10a en un segundo dado de forja 60, inmediatamente después de ser formada. El dado de forja 60 tiene un troquel superior movible 62 y un troquel inferior estacionario 64, espaciado de, y orientado hacia el troquel superior 62. Las figuras 4A - 4E son vistas en sección que muestran porciones de los troqueles superior e inferior 62, 64 y la preforma 10a. El troquel superior 62 tiene una superficie interna 62a, que incluye una porción superior 62b y una porción lateral 62c (ver la figura 4A). La porción superior 62b está orientada a un ángulo "alfa" con respecto a la dirección horizontal (x). Este ángulo, en lo sucesivo, se va a denominar el "ángulo superior" del troquel superior 62. La porción lateral 62c está orientada a un ángulo "beta" en relación con la dirección vertical (y). Este ángulo se va a denominar en lo sucesivo el "ángulo delantero" del troquel superior 62. El significado de estos aspectos viene dado más abajo. El troquel superior 62 está adaptado para forjar la rebaba de forja vertical 26 sobre y en la biela 10a recién forjada, mientras la biela 10a recién forjada todavía está a la temperatura de forjado (982°C en el proceso ejemplar descrito en la presente) o a una temperatura cercana a ella. Se redondea el material de rebaba de forja vertical forjado de nuevo, para formar en él un radio, cuando el troquel superior 62 llega a la parte inferior de su carrera. Los diseñadores de biela expertos pueden denominar esta secuencia de actividades una operación de "rizado", de "acuñación" o de "coronación".
El proceso descrito en lo que antecede, para eliminar la rebaba de forja vertical de la biela 10a recién forjada, está ilustrado secuencialmente en las figuras 4A - 4E. La figura 4A muestra una porción de la biela 10a recién forjada y del dado de forja 60, cuando se coloca la biela recién forjada 10a en el dado de forja 60; es decir, antes que el troquel superior 62 haya iniciado su carrera descendente. La figura 4B ilustra el troquel superior 62 al comenzar su carrera. La figura 4C muestra el troquel superior aproximadamente a la mitad de su carrera, y la figura 4D muestra el troquel superior 62 cerca del final de su carrera. La figura 4E muestra el troquel superior 62 en la parte más baja de su carrera, cuando el troquel superior 62 forma un radio 30 en el material de rebaba de forja vertical. De preferencia el radio 30 no es mayor que aproximadamente 0.762 mm, para prevenir variaciones dimensionales indebidas en la biela terminada 10. Las figuras 4A - 4E, vistas en secuencia, demuestran que el proceso actualmente preferido, provisto por la invención, comprende doblar o enrollar la rebaba de forja vertical 26 sobre una superficie adyacente de la biela recién forjada 10a, por ejemplo, una superficie de la nervadura 19 de la porción 18 de cuerpo; y luego formar un radio en el material doblado o enrollado. (Nota: Los términos "doblar" y "enrollar" son usados de manera intercambiable en lo sucesivo, tanto en la memoria descriptiva como en las reivindicaciones). En otras palabras, el inventor ha desarrollado un proceso preferido para eliminar la rebaba de forja vertical, que involucra volver a formar la rebaba de forja vertical de una manera que permita que el material permanezca sobre la biela 10a recién forjada (y sobre la biela 10). Por consiguiente, al contrario de los procesos convencionales para eliminar la rebaba de forja vertical, el proceso preferido no requiere la eliminación, es decir, la separación física, de la rebaba de forja vertical 26, de la biela. Las ventajas sustanciales asociadas con este desarrollo están discutidas en lo que sigue. El ángulo delantero "beta" del troquel superior 62 tiene de preferencia seis grados, tomando en cuenta las variaciones dimensionales entre las partes, en una biela recién forjada 10a. El valor óptimo para el ángulo "alfa" depende de la altura de la rebaba de forja vertical 26 que, a su vez, depende de la geometría del volumen 56 en el dado de forja 50. Se puede acomodar las variaciones relativamente grandes de una parte a otra, en la rebaba de forja vertical 26, y las dimensiones de la biela 10a recién forjada, incrementando los ángulos superior y delantero. Nota: Se ha ilustrado y descrito el proceso de eliminación de la rebaba con relación a la porción 18 de cuerpo de la biela 10a recién formada, únicamente para fines de poner un ejemplo. El dado de forja 60 está adaptado para efectuar el proceso arriba descrito sobre cada porción de la biela 10a recién forjada, sobre la que se encuentre presente la rebaba de forja vertical, incluyendo el extremo 12 de manivela y el extremo 21 de pasador. Se forma la biela 10a recién forjada a la biela terminada 10 de una manera convencional, después que se ha eliminado la rebaba de forja vertical 26, usando el proceso descrito arriba. Por ejemplo, cualquier rebaba de forja horizontal presente en la biela recién forjada 10a puede ser retirada mediante estampado o corte de la rebaba horizontal, de la biela 10a recién forjada. Otras actividades de acabado incluyen maquinar la biela recién forjada 10a a sus dimensiones finales, y separar la tapa extrema 16 de la biela recién forjada 10a, por ejemplo, aserrando, cortando con láser o fracturando la tapa de la horquilla. Otros detalles referentes a la operación de acabado no son necesarios para comprender la invención y, por lo tanto, no son discutidos en la presente. El proceso actualmente preferido provisto por la invención, como se hizo notar previamente, provee ventajas sustanciales con respecto a los procesos convencionales para eliminar la rebaba de forja vertical, de una biela recién forjada, tal como la biela recién forjada 10a. Por ejemplo, ei proceso preferido permite que el material 26 de rebaba de forja vertical permanezca sobre la biela recién forjada 10a, y de esa manera elimina la necesidad de quitar físicamente ese material de la biela recién forjada 10a. Se efectúa la eliminación física de la rebaba de forja vertical, como se explicó aquí con anterioridad, típicamente por medio de una operación compleja de lijado que requiere el uso de maquinaria costosa. Forjar el material de rebaba de forja vertical dentro de la biela recién forjada 10a, usando el dado de forja 60 relativamente simple y de bajo costo, elimina la necesidad de esa maquinaria. Por consiguiente, los costos de producción para las bielas, como la biela 10, pueden ser reducidos sustancialmente mediante el uso del proceso preferido. También se pueden reducir los tiempos de producción mediante el uso del proceso preferido, ya que el proceso preferido puede ser efectuado en una cantidad mínima de tiempo. Además, el tiempo de detención potencial en el proceso de producción total para la biela 10 puede ser reducido al eliminar la necesidad de basarse en maquinaria lijadora relativamente compleja. Se debe entender que, aun cuando se han especificado numerosas características y ventajas de la presente invención en la descripción precedente, junto con detalles específicos de un proceso actualmente preferido, la descripción es ilustrativa únicamente, y pueden ser hechos cambios en los detalles, especialmente en los renglones de forma, tamaño y disposición de las partes, dentro de los principios de la invención, en la extensión total indicada por el significado general amplio de los términos en los que están expresadas las reivindicaciones que vienen después. Por ejemplo, el proceso arriba descrito puede ser modificado, de manera que el material de rebaba de forja vertical sea formado a un cordón. Este proceso alternativo está ilustrado en las figuras 5A - 5D y 6A - 6E. De acuerdo con este proceso alternativo, se coloca inicialmente la preforma 11 en un dado de forja 70 cerrado, mientras se encuentra a la temperatura de concreción, o cerca de ella. El dado de forja 70 tiene un troquel superior 72 movible y un troquel inferior 74 estacionario. Se forja la preforma 1 a una biela 10b recién forjada mediante la carrera descendente del troquel superior 72, como se ilustra secuencialmente en las figuras 5A - 5D. El proceso de forjado da por resultado una rebaba de forja vertical 27, que tiene una sección transversal sustancialmente en forma de cuña (ver la figura 5D). Se elimina la rebaba de forja vertical 27 llevando a cabo una operación de forja adicional sobre la biela 10b recién forjada, de la siguiente manera. Se coloca la biela 10b recién forjada en un segundo dado de forja 80, inmediatamente después de haber sido formada. El dado de forja 80 tiene un troquel superior movible 82 y un troquel inferior estacionario 84, espaciado de, y que mira hacia el troquel superior 82. Las figuras 6A - 6E son vistas en sección que muestran porciones de los troqueles superior e inferior 82, 84 y la preforma 1 . El troquel superior 82 efectúa la segunda operación de forjado que elimina ia rebaba de forja vertical 27. Más en particular, el troquel superior 82 está adaptado para forjar la rebaba de forja vertical 27 a un cordón 90 que se extiende a lo largo de un borde de la biela 10b recién forjada, tal como se ilustra secuencialmente en las figuras 6A - 6E. Los diseñadores de bielas con experiencia pueden llamar a esta secuencia de actividades una operación de "coronación". Otras posibles variaciones en el proceso actualmente preferido, provisto por la invención, incluyen, por ejemplo, configurar los dados de forja 60, 80, para formar muescas y chaflanes recogedores de aceite hacia las bielas 10a, 10b recién forjadas, cuando se manipula la rebaba de forja vertical 26, 27, de la manera descrita en lo que antecede.