Int. Cl.: 74 Agente: Toro Gordillo, Ignacio María

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1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: Int. Cl.: B23D 31/00 ( ) 12 TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: Fecha de presentación : Número de publicación de la solicitud: Fecha de publicación de la solicitud: Título: Dispositivo y método para mecanizado de bielas de conexión. 30 Prioridad: IT BO02A Titular/es: MAPE S.p.A Via Monteveglio, 61 I-4003 Bazzano, Bologna, IT 4 Fecha de publicación de la mención BOPI: Inventor/es: Piana, Stefano y Pederzini, Daniele 4 Fecha de la publicación del folleto de la patente: Agente: Toro Gordillo, Ignacio María ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. Pº de la Castellana, Madrid

2 1 ES T3 2 DESCRIPCIÓN Dispositivo y método para mecanizado de bielas de conexión. La presente invención se refiere a un dispositivo y a un método para mecanizado de bielas de conexión según el preámbulo de las reivindicaciones 1 a 8. Tal dispositivo y tal método se dan a conocer en el documento DE-C La presente invención puede usarse de manera ventajosa para el mecanizado de bielas de conexión de acero poco cementado, al que se refiere la siguiente descripción meramente a modo de ejemplo. Aquí y de aquí en adelante, se entiende que las bielas de conexión de acero poco cementado significan bielas de conexión hechas de acero cementado con una profundidad de la capa cementada de menos de ocho milímetros. Las bielas de conexión hechas de acero poco cementado se han propuesto para permitirles resistir mejor la tensión impuesta por los motores de combustión modernas. El mecanizado de bielas de conexión de acero poco cementado, sin embargo, plantea varios problemas, debido, principalmente, a la relativamente alta ductilidad residual de este tipo de material. Una biela de conexión normalmente comprende una barra, y una cabeza de biela que a su vez comprende un ojo delimitado por una superficie anular interior de la cabeza de biela. Para encajar la biela de conexión al motor y así insertar el cigüeñal a través del ojo, la cabeza de biela normalmente se divide en dos partes, una primera que sigue sujeta a la biela, y la segunda que se separa para formar la llamada caperuza. La cabeza de biela normalmente se corta, o preferentemente, se rompe mediante tracción en las dos partes. El documento WO9/2873 da a conocer un proceso para la separación por fractura de la cubierta del cojinete de una disposición de cojinetes múltiples, en particular en cárteres de motores de combustión interna. Ya que la caperuza debe finalmente reconectarse a la primera parte en el montaje, las superficies de contacto entre la caperuza y la primera parte deben acoplarse con tanta precisión como sea posible para reducir la formación, durante el funcionamiento del motor, de tensión y/o deformación que puede dañar la biela de conexión u otras partes del motor. Por esta razón, la rotura deber ser tan frágil, es decir, dar como resultado una deformación inelástica tan pequeña, como sea posible. En conexión con esto, es importante observar que cualquier deformación, incluso aunque no sea en la zona de la rotura, puede aun así contribuir al fallo y tensión durante el funcionamiento del motor. La rotura normalmente se hace usando un dispositivo que comprende dos elementos de tracción, que, en uso, se insertan dentro del ojo y se tira de ellos separándolos para separar la caperuza de la primera parte de la cabeza de biela. Los elementos de tracción tienen respectivas superficies de empuje con la forma de un sector cilíndrico, y que se acoplan con dicha superficie anular y tienen sustancialmente idénticos ángulos de curvatura. Aunque durante mucho tiempo se usaba para el mecanizado de bielas de conexión acero de relativamente alto contenido de carbono, hasta el momento los intentos de aplicar el dispositivo mencionado anteriormente a bielas de conexión de acero poco cementado han obtenido como resultado roturas de fragilidad relativamente pobre y, por lo tanto, en partes inadecuadas sustancialmente para el uso en motores de combustión modernos. Es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo para mecanizado de bielas de conexión de acero, diseñado para eliminar los inconvenientes anteriormente mencionados, y que al mismo tiempo sea barato y fácil de producir. Según la presente invención, se proporciona un dispositivo para mecanizado de bielas de conexión de acero, según la reivindicación 1. La presente invención también se refiere a un método para mecanizado de bielas de conexión de acero. Según la presente invención, se proporciona un método de mecanizado de bielas de conexión de acero, según la reivindicación 8. Una realización no restrictiva de la invención se describirá a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que acompañan, en los que: la figura 1 muestra una vista en planta de una biela de conexión según la presente invención; la figura 2 muestra una sección longitudinal de un detalle de la biela de conexión de la figura 1; la figura 3 muestra una vista en planta de una biela de conexión desde la que se forma la biela de conexión de la figura 1; la figura 4 muestra una vista en perspectiva, con partes eliminadas para mayor claridad, de una realización del dispositivo según la presente invención; la figura muestra una sección lateral del dispositivo de la figura 4; la figura 6 muestra una vista en planta de partes del dispositivo de la figura 4. En referencia a las figuras 1 y 2, el número 1 indica en conjunto una biela de conexión de acero poco cementado que comprende una barra 2; y una cabeza 3 de biela que tiene a su vez una abertura cilíndrica u ojo 4, que tiene un eje longitudinal 4a sustancialmente transversal a la barra 2, se define lateralmente mediante una superficie anular, y aloja una parte de un cigüeñal. La cabeza 3 de biela se divide en dos partes: una primera parte 6 integrada en la barra 2; y una caperuza 7 desmontable. La primera parte 6 tiene forma de silla y se bifurca en dos tramos 8, teniendo cada uno un extremo 9 respectivo; y la caperuza 7 también tiene forma de silla, y se bifurca en dos tramos 10, teniendo cada uno un extremo 11 respectivo. Cada extremo 9 se agarra a un extremo 11 respectivo mediante un perno 11a relativo, de manera que la parte 6 y la caperuza 7 definen el ojo 4. La cabeza 3 de biela también comprende dos ranuras 12 formadas en los bordes exteriores de los extremos 9 y 11 y que se extienden paralelas al eje 4a. En variaciones no mostradas, las ranuras 12 se pueden formar en los bordes interiores inferiores y/o superiores de los extremos 9 y 11. Los extremos 9 y 11 incluyen superficies situadas en dos planos 13 y 14 de rotura y formadas por rotura frágil de una biela 1 de conexión (figura 3) en la que se han formado ranuras 12 de antemano. Los planos 13 y 14 de rotura son coplanarios, y se sitúan sustancialmente en un plano diametral (no mostrado)

3 3 ES T3 4 del ojo 4 transversal sustancialmente a la barra 2 y a través de las ranuras 12. En realizaciones adicionales no mostradas, los planos 13 y 14 de rotura pueden estar en un ángulo uno respecto a otro y/o no necesitan situarse en dicho plano diametral. La biela 1 de conexión (figura 3) es sustancialmente idéntica a la biela 1 de conexión, siendo la única diferencia que la cabeza de biela 3 no tiene ranuras 12 y está formada de una pieza, es decir con la parte 6 integrada en la caperuza 7. En referencia a las figuras 4 y, el número 16 indica en conjunto un dispositivo para producir la biela 1 de conexión a partir de la biela 1 de conexión, y que comprende una plataforma 17 con forma de paralelepípedo rectangular que soporta dos columnas 18 y 19 en extremos opuestos. Las columnas 18 y 19 tienen forma de paralelepípedo sustancialmente y se conectan mediante una guía 20 horizontal que comprende dos cilindros 21 de desplazamiento (sólo se muestra uno) que se extienden longitudinalmente con respecto a la plataforma 17. La columna 18 se define en la parte superior por una superficie 22 de soporte para soportar la barra 2 y la primera parte 6, y que tiene un pasador 23 de tracción fijado en forma de semicilindro vertical. El pasador 23 de tracción se inserta dentro del ojo 4 y se define lateralmente mediante una superficie 24 de empuje en forma de un sector cilíndrico y que se acopla con la superficie anular de la primera parte 6. El dispositivo 16 también comprende un carro 2 que puede desplazarse a lo largo de la guía 20 horizontal y que tiene un asiento 26 para alojar la caperuza 7. El asiento 26 tiene una superficie 27 de soporte coplanaria sustancialmente a la superficie 22 y para soportar a la caperuza 7, y se encaja con un pasador 28 de tracción en forma de un semicilindro vertical. El pasador 28 de tracción se encaja íntegramente en el carro 2, se inserta dentro del ojo 4, y se define lateralmente mediante una superficie 29 de empuje en forma de un sector cilíndrico y que se acopla con la superficie anular de la caperuza 7. Como se muestra claramente en la figura 6, la superficie 24 de empuje tiene un radio de curvatura menor al de la superficie 29 de empuje. En realizaciones preferidas, el radio de curvatura de la superficie anular es mayor o igual al de la superficie 29 de empuje. Más específicamente, el radio de curvatura de la superficie anular está comprendido preferiblemente entre el 100% y el 110% del radio de curvatura de la superficie 29 de empuje. Preferiblemente, el radio de curvatura de la superficie 24 de empuje está comprendido entre el 80% y el %, en particular entre el 92% y el 98%, del radio de curvatura de la superficie 29 de empuje. Las realizaciones particularmente preferidas son aquellas en las que el radio de curvatura de la superficie 24 de empuje es el 97% del radio de curvatura de la superficie 29 de empuje. El dispositivo 16 también comprende una unidad 30 accionadora para separar los pasadores 23 y 28 de tracción, y que comprende dos cilindros 31 hidráulicos horizontales conectados en la parte delantera al carro 2 por medio de una brida 32, y soportados en la parte posterior mediante una abrazadera 33 encajada en la columna 19. El dispositivo 16 también comprende una fuente 34 de láser conocida (mostrada esquemáticamente) para hacer las ranuras 12. En el uso real, la biela 1 de conexión se posiciona de tal manera que los pasadores 23 y 28 de tracción se insertan dentro del ojo 4, la caperuza 7 se aloja dentro del asiento 26, y la barra 2 se soporta sobre la superficie 22 y se orienta paralela sustancialmente a la guía 20 horizontal. Para aumentar la fragilidad del acero poco cementado de la biela 1 de conexión, la biela 1 de conexión se enfría preferiblemente usando métodos conocidos, por ejemplo mediante inmersión de ésta en nitrógeno líquido antes de que se monte en el dispositivo. Una vez que la biela 1 de conexión está montada, la fuente 34 de láser se activa mediante una unidad 3 de control (mostrada esquemáticamente en la figura 4) para formar ranuras 12. En este punto, la unidad 30 accionadora se pone en funcionamiento (también mediante la unidad 3 de control) para mover el carro 2 hacia la columna 19. Al mismo tiempo, los pasadores 23 y 28 de tracción se separan en una dirección paralela sustancialmente a la barra 2, y las superficies 24 y 29 de empuje se acoplan con la superficie anular hasta que se consigue la rotura frágil de la cabeza 3 de biela a lo largo de los planos 13 y 14 de rotura. En conexión con esto, debería indicarse que, durante la tracción mediante los pasadores 23 y 28 de tracción, la configuración geométrica particular de los pasadores 23 y 28 de tracción mantiene una concentración relativamente alta de tensiones mecánicas en los planos 13 y 14 de rotura. En particular, estando conectada a la barra 2, la primera parte 6 es más rígida que la caperuza 7, reduciendo así la deformación inelástica de la cabeza 3 de biela y, en particular, de las superficies 9 y 11 de empuje. Una vez que la caperuza 7 se separa de la cabeza 3 de biela, la biela 1 de conexión puede mecanizarse, es decir rectificarse y pulirse de una manera conocida

4 ES T3 6 REIVINDICACIONES 1. Dispositivo para mecanizado de bielas (1) de conexión de acero, comprendiendo cada una, una barra (2), y una cabeza (3) de biela que a su vez comprende una primera parte (6) conectada de manera integrada a la barra (2), una segunda parte (7) conectada a dicha primera parte (6), un ojo (4), y una superficie () anular interior que define el ojo (4); comprendiendo el dispositivo (16) un primer elemento (23) de tracción que se inserta dentro del ojo (4) y tiene una primera superficie (24) de empuje que se acopla con dicha superficie () anular en la primera parte (6) y sustancialmente en forma de un sector cilíndrico que tiene un radio de curvatura respectivo, un segundo elemento (28) de tracción que se inserta dentro del ojo (4) y tiene una segunda superficie (29) de empuje que se acopla con dicha superficie () anular en la segunda parte (7) y sustancialmente en forma de un sector cilíndrico que tiene un radio de curvatura respectivo, y un medio (30) accionador que separa dicho primer y dicho segundo elemento (23; 28) de tracción para romper la segunda parte (7) alejándola de la primera parte (6); comprendiendo el dispositivo (16) una superficie (22) de soporte que soporta la barra (2) y un asiento (26) para alojar la segunda parte (7); estando el primer y el segundo elemento (23,28) de tracción fijados a la superficie (22) de soporte y al asiento (26), respectivamente; estando el dispositivo (16) caracterizado porque el radio de curvatura de la primera superficie (24) de empuje es menor que el radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje. 2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que dicho medio (30) accionador separa dicho primer y dicho segundo elemento (23; 28) de tracción en una dirección paralela sustancialmente a la barra. 3. Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicha superficie () anular tiene un radio de curvatura mayor que el radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje. 4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, y que comprende una fuente (34) de láser para formar al menos una ranura (12) en dicha cabeza (3) de biela, entre dicha primera y dicha segunda parte (6; 7).. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el radio de curvatura de la primera superficie (24) de empuje está comprendido entre el 80% y el 99% del radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje. 6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el radio de curvatura de la primera superficie (24) de empuje está comprendido entre el % y el 98% del radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje. 7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el radio de curvatura de la primera superficie (24) de empuje es el 97% del radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje. 8. Método para mecanizado de bielas (1) de conexión de acero, comprendiendo cada una, una barra (2), y una cabeza (3) de biela que a su vez comprende una primera parte (6) conectada de manera integrada a la barra (2), una segunda parte (7) conectada a dicha primera parte (6), un ojo (4), y una superficie () anular interior que define el ojo (4); comprendiendo el método una etapa de tracción en la que se transmite un movimiento de retroceso relativo a una primera superficie (24) de empuje sustancialmente en forma de un sector cilíndrico y que se acopla con dicha superficie () anular en la primera parte (6), y a una segunda superficie (29) de empuje sustancialmente en forma de un sector cilíndrico y que se acopla con dicha superficie () anular en la segunda parte (7), para romper la segunda parte (7) alejándola de la primera parte (6); estando el método caracterizado porque dicha primera y dicha segunda superficie (24; 29) de empuje tienen cada una un respectivo radio de curvatura; siendo el radio de curvatura de la primera superficie (24) de empuje menor que el radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje. 9. Método según la reivindicación 8, en el que el movimiento de retroceso relativo de dicha primera y dicha segunda superficie (24; 29) de empuje es en una dirección paralela sustancialmente a la barra (2). 10. Método según la reivindicación 8 ó 9, y que comprende una etapa de ranurado para formar al menos una ranura (12) en dicha cabeza (3) de biela, entre dicha primera y dicha segunda parte (6,7); precediendo dicha etapa de ranurado a dicha etapa de tracción. 11. Método según la reivindicación 10, en el que dicha ranura se forma por medio de un rayo láser. 12. Método según una de las reivindicaciones 8 a 11, en el que dicha superficie () anular tiene un radio de curvatura mayor que el radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje. 13. Método según una de las reivindicaciones 8 a 12, en el que el radio de curvatura de la primera superficie (24) de empuje está comprendido entre el 92% y el 98% del radio de curvatura de la segunda superficie (29) de empuje. 14. Método según una de las reivindicaciones 8 a 13, y que comprende una etapa de enfriamiento para enfriar la biela (1) de conexión; precediendo dicha etapa de enfriamiento a dicha etapa de tracción

5 ES T3

6 6 ES T3

7 ES T3 7