WO2004007131A1

WO2004007131A1 - Proceso de mecanizado de precisión para diámetros interiores de orificios en cigüeñales y máquina para dicho proceso

Info

Publication number: WO2004007131A1
Application number: PCT/ES2002/000494
Authority: WO
Inventors: Jose Juan GABILONDO PEÑALBA
Original assignee: Etxe-Tar, S.A.
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-01-22
Also published as: ES2198225B1; EP1522361A1; AU2002346852A1; ES2198225A1

Abstract

Proceso de mecanizado de precisión para diámetros interiores de orificios en cugüeñales y máquina para dicho proceso, en el que el cigüeñal es sujetado, por un extremo, por medios que originan a su vez el giro del cigüeñal sobre el eje Z y por su otro extremo por una luneta dispuesta en las cercanías de la brida; disponiéndose enfrentada a la brida según el eje Z una unidad de mecanizado con un cabezal de fresar con un husillo portador de una fresa que dispone al menos de movimiento longitudinal según los ejes (X, Z) ó (Y, Z); procediéndose a girar el cigüeñal a menos de 50 rpm. con una primera fase con arranque de viruta según el eje X ó Y con la fresa girando sobre su eje sin desplazamiento longitudinal de la fresa; y una segunda fase con arranque de viruta con la fresa girando sobre su eje y con desplazamiento longitudinal según el eje Z. De aplicación en máquinas herramientas.

Description

PROCESO DE MECANIZADO DE PRECISIÓN PARA DIÁMETROS INTERIORES DE ORIFICIOS EN CIGÜEÑALES Y MÁQUINA PARA DICHO PROCESO

El proceso de fabricación de un cigüeñal requiere muchas etapas, una gran calidad y una gran precisión.

Una de las zonas en las que es más exigente el grado de precisión es el agujero ciego (pilot bore) a practicar en la brida, es decir, en una de las caras laterales del cigüeñal

Hasta el momento la precisión demandada por los fabricantes de automóviles para dichos orificios en los cigüeñales se alcanza por una operación de torneado interior del agujero.

En general el resultado es aceptable, pero de vez en cuando, y sin motivo aparente, el Dpto. de Calidad de los fabricantes de automóviles detectan anomalías en el acabado de precisión de dichos agujeros. Planteado el problema, el solicitante investiga y detecta que las anomalías se producen en cigüeñales en los que la geometría y distribución de masa radial no está compensada, por ejemplo un cigüeñal para un motor de seis cilindros.

Investigado en laboratorio el comportamiento de dichos cigüeñales, el solicitante llega a la conclusión de que si el cigüeñal gira por encima de 300 rpm., en el mecanizado, las descompensaciones de masas radiales impiden alcanzar la precisión de acabado deseada.

Actualmente se utiliza, como ya se ha dicho, un mecanizado de torneado que precisa un giro del cigüeñal superior a 800 rpm. para conseguir una velocidad de corte adecuada, lo que invalida al torneado como método de fabricación para estos casos.

Encontrada la causa del problema, y después de desechar teóricas soluciones que en la práctica no dieron el resultado apetecido, el solicitante ha encontrado la solución mediante un acabado de precisión por fresado por interpolación circular entre pieza y herramienta con dos fases según los ejes (X, Z) ó (Y, Z). El presente invento preconiza un proceso de mecanizado de precisión para orificio ciego en la brida de un cigüeñal, que se caracteriza porque: a) el cigüeñal es sujetado, por un extremo, por medios que originan a su vez el giro del cigüeñal sobre el eje Z y por su otro extremo por una luneta dispuesta en las cercanías de la brida; b) se dispone enfrentada a la brida según el eje Z una unidad de mecanizado con un cabezal de fresar con un husillo portador de una fresa que dispone al menos de movimiento longitudinal según los ejes X, Y, Z; procediéndose a girar el cigüeñal a menos de 50 rpm. con c) una primera fase con arranque de viruta según el eje X, ó Y, con la fresa girando sobre su eje sin desplazamiento longitudinal de la fresa; d) una segunda fase con arranque de viruta con la fresa girando sobre su eje y con desplazamiento longitudinal según el eje Z.

También se caracteriza porque en una tercera fase se miden el diámetro del orificio ciego mecanizado, se comparan con la dimensión previamente establecida para el diámetro y, en caso de diferencia entre ambas, se ordena la compensación correspondiente según el eje X ó Y a la unidad de mecanizado.

Para comprender mejor el objeto de la presente invención, se representa en los planos una forma preferente de realización práctica, susceptible de cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento.

La figura 1 es una vista en sección longitudinal de un cigüeñal.

La figura 2 es una vista lateral con el cigüeñal de la figura 1 y las unidades de mecanizado y giro utilizadas en el proceso objeto del invento.

La figura 3 a es una representación esquemática de la posición- movimiento relativo de la fresa respecto al cigüeñal.

La figura 3b es una representación esquemática del arranque de viruta de la fresa según el eje X.

La figura 3 c es una representación esquemática del arranque de viruta de la fresa según el eje Z, todo ello según el proceso objeto del invento. La figura 4 es una vista en planta de la máquina en conjunto en que se lleva a cabo el proceso objeto del invento.

Se describe a continuación un ejemplo de realización práctica, no limitativa, del presente invento. Se dispone de un cigüeñal (C) (figura 1) con masas (p) descompensadas radialmente, y en el que se ha de practicar un orificio ciego (e) en la cara de la brida (f).

Se pretende conseguir, por ejemplo, un mecanizado interior 035 J6 (+0.010/-0.006 mm), grado de precisión IT6, y 15 mm de profundidad en un cigüeñal para un motor de 6 cilindros de acero forjado (720 - 950 N/mm² ), con una tolerancia de oscilación circular-radial de 0.02 mm respecto al eje formado por los apoyos del cigüeñal (A), (B), una rugosidad de Rz 16, una redondez máxima de 5 μm y una conicidad máxima de 5 μm.

Los requerimientos estadísticos de capacidad del proceso son de Pρk >1.67.

Por necesidades de producción se dispone de aproximadamente 20 segundos para la operación de mecanizado.

La medida de la oscilación circular radial se efectúa con la lectura de un reloj comparador sobre el diámetro mecanizado, al girar la pieza respecto al eje de referencia.

Para conseguir dichas especificaciones, la solución consiste en realizar un fresado, en el cual el movimiento relativo entre pieza y fresa es circular. Para conseguir dicho movimiento relativo con la precisión requerida para el cumplimiento de las tolerancias de redondez y oscilación circular-radial, se hace girar el cigüeñal (C), mientras la herramienta fresa (10) únicamente gira (sin desplazarse) para conseguir la velocidad de corte (figura 3a). El cigüeñal gira a bajas rpm., por ejemplo 25 rpm.

La pieza cigüeñal (C) se amarra por medio de una luneta lubrificada (1) con aceite en el apoyo del lado brida (f) y con un plato de garras (2) que hace girar la pieza por el lado espiga (g) (figuras 1 y 2). La unidad mecanizadora (m) se compone de un cabezal de fresar con husillo horizontal (3) Z montado sobre un carro-cruzado Z-X, ó Z-Y, ó X-Y-Z de control numérico (4), con dispositivos de medida directa de posición (figura 2).

El ciclo de mecanizado se desarrolla en dos fases: un primer semiacabado a plongeé (según el eje X ó Y) (figura 3b) con la herramienta-fresa (10) girando sobre su eje (i), pero sin movimiento longitudinal y con arranque de viruta

(N), en el que se dejan unas creces para acabado final en diámetro y un acabado final

(figura 3c) penetrando frontalmente la fresa (10) según el eje Z.

La herramienta (10) se refrigera con fluido refrigerante. Una vez mecanizado, se mide el diámetro del orificio ciego (e) por un dispositivo de medición (9) en la siguiente estación que compara la medida obtenida con la previamente establecida, ordenando (12) al control numérico (4) de la unidad mecanizadora (m) que corrija el error producido, por el desgaste de la fresa (10), lo que permite una compensación milesimal en el eje X ó Y de la unidad mecanizadora (m) confiriendo gran estabilidad estadística al diámetro obtemdo, al mismo tiempo que incrementa la vida útil de la herramienta (10). Se resalta que:

• El proceso es aplicable a cualquier proceso de acabado de diámetros interiores en piezas de revolución. • El proceso de fresado permite girar el cigüeñal a bajas revoluciones (inferiores a 50 rpm.) lo cual reduce en gran medida las inestabilidades que se originan en la rotación del mismo.

• El hecho de que la interpolación circular se lleve a cabo girando la pieza permite conseguir las tolerancia de diámetro, salto radial, redondez, conicidad y calidad superficial exigidas.

• Combinando la estación de mecanizado con la de medición posterior se consigue una gran estabilidad en el diámetro mecanizado.

• El conjunto de la estación de mecanizado (útil de sujeción, plato y unidad mecanizadora) y la unidad de medición es fácilmente integrable en una línea de mecanizado de alta producción. • La vida útil de la herramienta es muy elevada, puesto que el volumen de material arrancado es bajo y se dispone de una estación de medición que permite compensar el desgaste de la herramienta.

Claims

R E I N IN D I C A C I O N E S 1.- Proceso de mecanizado de precisión para diámetros interiores de orificios en cigüeñales , caracterizado porque: a) el cigüeñal es sujetado, por un extremo, por medios que originan a su vez el giro del cigüeñal sobre el eje Z y por su otro extremo por una luneta dispuesta en las cercanías de la brida; b) se dispone enfrentada a la brida según el eje Z una unidad de mecanizado con un cabezal de fresar con un husillo portador de una fresa que dispone al menos de movimiento longitudinal según los ejes (X, Z) ó (Y, Z); procediéndose a girar el cigüeñal a menos de 50 rpm. con c) una primera fase con arranque de viruta según el eje X ó Y con la fresa girando sobre su eje sin desplazamiento longitudinal de la fresa; d) una segunda fase con arranque de viruta con la fresa girando sobre su eje y con desplazamiento longitudinal según el eje Z.

2.- Proceso de mecanizado de precisión para orificio ciego en la brida de un cigüeñal, según reivindicación anterior, caracterizado porque en una tercera fase se miden el diámetro del orificio mecanizado, se comparan con la dimensión previamente establecida para el diámetro y, en caso de diferencia entre ambas, se ordena la compensación correspondiente según el eje X ó Y a la unidad de mecanizado.

3.- Máquina de mecanizado de precisión para diámetros interiores de orificios en cigüeñales, caracterizada porque consta de: a) medios para sujetar al cigüeñal por un extremo, originando dichos medios el giro del cigüeñal y por su otro extremo, una luneta que sujeta al cigüeñal por las cercanías de la brida del cigüeñal; b) una unidad de mecanizado dispuesta enfrentada a la brida según el eje Z, que consta de un cabezal de fresar con un husillo portador de una fresa que mecaniza el orificio del cigüeñal, que dispone al menos de movimiento longitudinal según los ejes (X, Z) ó (Y, Z) con control numérico; c) una unidad de medición dispuesta a continuación de la unidad de mecanizado que mide el diámetro del orificio mecanizado en la unidad de mecanizado y la compara con una dimensión de diámetro previamente establecida y en caso de diferencia entre ambas, ordena al control numérico de la unidad de mecanizado la compensación correspondiente según el eje X ó Y.