DESCRIPCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo para aligerar el peso de componentes de vehículos, por ejemplo, el cigüeñal de un motor de un vehículo.

Antecedentes de la invención

Durante las últimas décadas, los fabricantes de automóviles y de componentes de automoción se han visto obligados a cumplir restricciones medioambientales cada vez más estrictas a la hora de desarrollar sus productos. La presión, por parte tanto social como de los gobiernos para mejorar la eficiencia energética y los niveles de emisiones de los vehículos es un factor que tiene un impacto inmenso en el sector.

Por otro lado, existe una presión enorme dentro del sector del automóvil para reducir costes, lo que implica tomar medidas en todas las etapas la cadena de valor de un producto.

La clave para afrontar este desafío es la reducción de peso: cuanto más pequeño es un vehículo, menos potencia requiere para acelerarlo, y menos energía requiere para mantener una velocidad constante, y, además, menos coste de materia prima tiene que afrontar el fabricante del producto.

Los nuevos motores de combustión interna deben tener mucha potencia, poco consumo de combustible, tamaño pequeño y deberán ser, en la medida de lo posible, inofensivos para el medioambiente. Por ejemplo, los cigüeñales tienen una influencia importante en el rendimiento del motor al ser el componente responsable de la generación de potencia, por lo que su relación resistencia/peso es fundamental.

Entre los procesos de conformado de metales, la forja se considera como el más idóneo para la fabricación de cigüeñales. Por lo general, la estampación a altas temperaturas de forja es el proceso que da mejores resultados. Este proceso es capaz de producir componentes de alta calidad a coste moderado. La forja ofrece alta resistencia en relación al peso, tenacidad y resistencia a la fatiga y al impacto, factores importantes en el diseño de cigüeñales y en su rendimiento. Para definir el proceso de forja, en primer lugar es necesario dimensionar el taco de material a forjar. Para dimensionar el taco es necesario definir el factor de carga, que corresponde a un coeficiente por el que hay que multiplicar el volumen de la pieza para prever las pérdidas de material en la rebaba. Una vez definido este factor, se realiza un dimensionamiento previo del taco.

Además, es necesario saber en cuántos golpes se forjará la pieza. Para ello, se usa una norma para definir si se utiliza un golpe (forma final), dos golpes (forma previa y final), tres golpes (dos previas y final), o cuatro golpes (tres previas y final). Se conoce un procedimiento para la fabricación de un cigüeñal a partir del documento US 2014/0318310 A1. En este documento se describe un procedimiento para el aligeramiento de cigüeñales durante el proceso de forja sin que se produzca una degradación en la resistencia del cigüeñal. El caso planteado en este documento consiste en un cigüeñal, con una cavidad formada en cada módulo del cigüeñal en el lado en el que se encuentran las muñequillas. Estas cavidades se forman mediante una serie de cuerpos desplazables que penetran en la huella del utillaje durante un proceso de conformado en forja. Esto se debe a que esa parte está habitualmente achaflanada y, de esta manera, el acceso de los cuerpos desplazables que producen las cavidades es más sencillo que en un plano que fuera perpendicular al eje de rotación del cigüeñal.

Además, el hecho de que esta sea una de las zonas de la pieza con mayor acumulación de material hace que sea la parte óptima para realizar las cavidades, ya que eliminar material ahí tendrá un menor impacto sobre la rigidez de la pieza que en otras zonas de la misma, en las que la rigidez se degradaría en mayor medida. El procedimiento descrito en este documento analiza el problema para un cigüeñal plano de 4 cilindros y 8 contrapesos. Los cuerpos desplazables aprovechan la inclinación de las zonas exteriores de las palas en las que están las muñequillas para penetrar en la pieza de manera prácticamente perpendicular, cosa que en otra zona del cigüeñal sería imposible debido a problemas de espacio en el utillaje.

Este documento plantea una solución en la que existen dos tipologías de cavidades en el cigüeñal. La primera presenta un área de contacto mayor y menor profundidad de penetración en el cigüeñal, mientras que la segunda es el caso contrario, la superficie de contacto es menor con una mayor profundidad en el cigüeñal.

Con esta solución se consigue que los dos cuerpos desplazables que penetran en el cigüeñal en cada muñequilla tengan la misma inclinación respecto al plano medio de la sección transversal de la muñequilla.

El motivo para que exista esa diferencia de geometría entre las dos cavidades es el siguiente: entre los dos vaciados puede observarse una separación muy fina en relación con el tamaño de las cavidades a realizar. Se trata de un conducto de paso de aceite que forma parte del circuito de refrigeración del grupo motor. El aceite pasa desde el eje a través de un orificio hacia la superficie de la muñequilla a través de otro orificio.

El problema principal de hacer ambas cavidades con la misma geometría es que al menos una de las dos invadiría el espacio ocupado por el conducto de aceite, hecho que no debe producirse.

Dos palas están unidas por su muñequilla correspondiente antes de que los cuerpos desplazables penetren en la pieza para formar las cavidades. Las dos palas pasan de encontrarse de una distancia A (igual a la longitud de la muñequilla) a encontrarse a una distancia B prácticamente nula que, problemas estructurales aparte, impediría el correcto giro y funcionamiento del cigüeñal.

En una representación gráfica del nivel de deformación lateral de los contrapesos puede observarse cómo el desplazamiento presenta una relación lineal con respecto al nivel de holgura entre la preforma y el utillaje hasta 0,5 mm, y una relación con una pendiente aproximadamente 4 veces superior a partir de 0,5 mm, por lo que es un factor de alta relevancia.

Por otro lado, para realizar un procedimiento como el descrito en este documento es necesario seguir un orden específico en la formación de las cavidades, para que los cuerpos desplazables que han de penetrar no colisionen entre sí durante el proceso.

Por lo tanto, el procedimiento y el dispositivo descritos en este documento tienen el problema de la interferencia entre los cuerpos desplazables si se quiere realizar el proceso en un solo golpe.

En consecuencia, el objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento y un dispositivo para aligerar el peso de componentes de automóviles con una mayor productividad que con los procedimientos y dispositivos conocidos actualmente.

Descripción de la invención

Con el procedimiento y el dispositivo de la invención se consiguen resolver los inconvenientes citados, presentando otras ventajas que se describirán a continuación.

El dispositivo para aligerar el peso de componentes de vehículos de acuerdo con la presente invención comprende un utillaje provisto de una huella donde se forma el componente y una pluralidad de cuerpos desplazables, que son desplazables entre una posición inicial y una posición final, de manera que en la posición final un extremo de cada cuerpo desplazable penetra en la huella del utillaje para formar una cavidad para aligerar el peso en un componente de vehículo, y se caracteriza por que al menos uno de dichos cuerpos desplazables es desplazable lateralmente.

Ventajosamente, al menos uno o todos los cuerpos desplazables comprenden una porción rebajada cerca de dicho extremo que forma la cavidad para aligerar el peso, definiendo dicha porción rebajada una porción saliente en dicho extremo, siendo dicha porción saliente la que forma dicha cavidad, desplazándose los cuerpos en diagonal respecto a la huella del utillaje.

Además, los cuerpos desplazables están montados ventajosamente sobre unas cuñas provistas de un plano inclinado, desplazándose los cuerpos en diagonal respecto a la huella del utillaje.

Además, al menos dos de dichos cuerpos desplazables están montados sobre una pieza intermedia, que a su vez está montada sobre una de dichas cuñas.

Para permitir dicho desplazamiento en diagonal, al menos algunos de dichos cuerpos desplazables comprenden una superficie inclinada complementaria con el plano inclinado de dichas cuñas.

Ventajosamente, dicha porción saliente y dicha porción rebajada presentan unos bordes redondeados.

De acuerdo con dos realizaciones alternativas, dicha porción saliente puede ser substancialmente en forma de semicírculo en una vista en planta, o bien dicha porción saliente puede ser substancialmente en forma de rectángulo con sus lados menores curvados en una vista en planta, en función del tipo de cuerpo desplazable.

Ventajosamente, un tipo de cuerpos desplazables, que están montados sobre dicha pieza intermedia, comprenden sendos biseles, estando dichos cuerpos desplazables substancialmente en contacto entre sí a través de estos biseles, y además el bisel de cada cuerpo desplazable está dispuesto en el extremo provisto de dicha porción saliente.

De acuerdo con una realización preferida, dicho utillaje comprende un postizo inferior en el que están montados los cuerpos desplazables y un postizo superior, siendo dicho postizo superior desplazable respecto a dicho postizo inferior y siendo el conjunto de dichos postizos inferior y superior desplazable respecto a un chasis del dispositivo.

Además, dichas cuñas están ventajosamente montadas de manera fija en el chasis del dispositivo, de manera que el movimiento del conjunto de dichos postizos inferior y superior provoca el desplazamiento de los cuerpos desplazables desde su posición inicial a su posición final.

Para volver a su posición inicial, cada cuerpo desplazable está ventajosamente asociado a un muelle, que presiona el cuerpo desplazable a su posición inicial.

Con el dispositivo de acuerdo con la presente invención se consigue un componente para vehículos con un peso más ligero, pudiendo realizarse el aligeramiento del peso de una manera más sencilla y productiva que en los sistemas conocidos actualmente.

Esto se consigue con el dispositivo de acuerdo con la presente invención porque los cuerpos desplazables no interfieren entre sí durante su movimiento, de manera que se proceso de aligerado se puede realizar en un proceso de forjado de un solo golpe.

Breve descripción de los dibujos

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La figura 1 es una vista esquemática en perspectiva del dispositivo para aligerar el peso de componentes de vehículos de acuerdo con la presente invención, en concreto para aligerar el peso de un cigüeñal;

Las figuras 2 y 3 son vistas en perspectiva de dos tipos de cuerpos desplazables que se utilizan el dispositivo para aligerar el peso de componentes de vehículos de acuerdo con la presente invención; La figura 4 es una vista en planta esquemática de un cigüeñal indicando la posición inicial de los cuerpos desplazables del dispositivo para aligerar el peso de componentes de vehículos de acuerdo con la presente invención; y

La figura 5 es una vista en planta esquemática de un cigüeñal indicando la posición final de los cuerpos desplazables del dispositivo para aligerar el peso de componentes de vehículos de acuerdo con la presente invención.

Descripción de una realización preferida

En primer lugar, debe indicarse que esta realización preferida se describe en relación con un cigüeñal para el motor de un vehículo. Sin embargo, es evidente que el dispositivo de aligeramiento del peso de acuerdo con la presente invención también se puede utilizar para aligerar el peso de cualquier componente de vehículo adecuado.

Como se ha indicado anteriormente, en un cigüeñal es ventajoso eliminar material en los chaflanes contiguos a cada muñequilla. Esto es porque se trata de zonas poco solicitadas a nivel de tensiones, que no tienen ningún tipo de funcionalidad.

El dispositivo de acuerdo con la presente invención comprende un utillaje 10, formado por una postizo inferior 12 y un postizo superior (no mostrado en las figuras), tal como se describirá posteriormente. Dicho utillaje 10 define una huella 1 1 , con la forma del componente que se fabricará, tal como un cigüeñal 14.

Para la formación de unas cavidades en el componente, el dispositivo de acuerdo con la presente invención comprende una pluralidad de cuerpos desplazables 1 a, 1 b, que pueden desplazarse entre una posición inicial (figura 4) en la dichos cuerpos desplazables 1 a, 1 b están fuera de dicha huella 1 1 , y una posición final (figura 5) en la que uno de los extremos de cada cuerpo desplazable 1a, 1 b está en el interior de la huella 11 para formar dichas cavidades cuando se fabrica el componente 14.

En el caso de los cigüeñales, el componente 14 tiene dos tipologías de chaflanes. Por ese motivo, es necesario diseñar dos tipos de cavidades, adaptándolas a la forma de cada chaflán y, por lo tanto, el dispositivo de acuerdo con la presente invención comprenderá dos tipos de cuerpos desplazables, identificados respectivamente mediante las referencias 1a y 1 b, es decir, unos primeros cuerpos desplazables 1 a y unos segundos cuerpos desplazables 1 b.

Dichos primeros cuerpos desplazables 1 a son desplazables longitudinalmente a lo largo de su eje longitudinal y dichos segundos cuerpos desplazables 1 b son desplazables lateralmente, es decir perpendicularmente respecto a su eje longitudinal.

En las figuras 2 y 3 se muestra un primer cuerpo desplazable 1a y un segundo cuerpo desplazable 1 b, respectivamente.

En ambos casos, el cuerpo desplazable 1 a, 1 b comprende una porción rebajada 2 cerca de un extremo del cuerpo. Esta porción rebajada 2 define una porción saliente 3, que es la que forma la cavidad en el componente 14.

Como se puede apreciar en la figura 2, en el caso del primer cuerpo desplazable 1 a, dicha porción saliente 3 tiene una forma en planta substancialmente rectangular con sus lados menores curvados, mientras que en el caso del segundo cuerpo desplazable 1 b, la porción saliente 3 tiene una forma en planta substancialmente semicircular. Además, en ambos casos los bordes son redondeados, para evitar cantos vivos.

En el caso de los primeros cuerpos desplazables 1 a, estos están colocados tal como se muestra en las figuras. Los primeros cuerpos desplazables 1a están montados sobre unas cuñas 4 para el movimiento en diagonal de los primeros cuerpos desplazables 1 a, tal como se describirá a continuación. Para ello, los primeros cuerpos desplazables 1a comprenden una superficie inclinada 6 que está en contacto con la cuña 4.

Por su parte, de acuerdo con la realización representada, dos segundos cuerpos desplazables 1 b están colocados en una posición centrada tal como aprecia en las figuras. Estos segundos cuerpos desplazables 1 b están montados en una pieza intermedia 5, que a su vez está montada en una cuña 4. En la posición inicial (figura 4), dichos segundos cuerpos desplazables 1 b están substancialmente en contacto entre sí mediante un bisel 7, mientras que en la posición final (figura 5) están separados.

El montaje del dispositivo de acuerdo con la presente invención se realiza de la siguiente manera. En primer lugar, se realiza el montaje de un postizo inferior 12 de calibrado.

A continuación, se montan unos muelles 15 que devuelven los cuerpos desplazables 1 a, 1 b a su posición inicial. A continuación se montan los cuerpos desplazables 1a, 1 b y la pieza intermedia 5 en su posición.

A continuación se montan unos cierres del postizo inferior 12 y una placa sufridera 17, que sirve para proporcionar rigidez al conjunto. Por último se coloca el conjunto sobre un chasis 16 con las cuñas 4 integradas.

El proceso de calibrado, que es el que se realiza mediante el dispositivo de acuerdo con la presente invención, es la última operación en el proceso de fabricación de un cigüeñal. Debe indicarse que antes de este proceso de calibrado, durante el cual se aligera el peso del cigüeñal, se realizan otras etapas, que no se describen en la presente descripción porque son evidentes para el experto en la materia y no forman parte de la presente invención.

El proceso de calibrado y aligeramiento del peso del componente es el siguiente. En primer lugar, el postizo superior baja hasta hacer contacto con el postizo inferior 12 (que hasta ese momento se encontraba inmóvil) y cerrar el dispositivo, encerrando el componente 14. A partir de ese punto, ambos postizos se desplazan hacia abajo de manera solidaria como un único bloque.

Este movimiento en bloque es posible gracias a que el postizo inferior 12 está colocado sobre un grupo de cilindros (no representados en las figuras), que hacen la función de muelle, y permiten ese efecto. El postizo inferior 12 lleva sujetos con los muelles los cuerpos desplazables, que penetran en los chaflanes del cigüeñal citados anteriormente, formando las cavidades.

Se puede dividir el movimiento de estos cuerpos desplazables en dos partes:

- Movimiento respecto al utillaje: los muelles que sujetan los cuerpos desplazables al utillaje y restringen su movimiento con respecto al mismo al plano XY (considerando que el conjunto del postizo superior e inferior se desplaza en el eje

Z).

- Movimiento respecto al eje de coordenadas absoluto: durante el movimiento del conjunto, cada cuerpo desplazable desliza sobre una cuña 4 que se encuentra inmóvil. Estas cuñas 4 hacen que los cuerpos desplazables 1 a, 1 b se muevan de manera diagonal. La componente vertical de ese movimiento es igual al movimiento de los postizos, y la componente horizontal del movimiento es igual al movimiento con respecto al utillaje. Cuando las cavidades se han conformado, los cilindros hacen que el conjunto de los postizos vuelva a su posición inicial. Los muelles 15 que sujetan los cuerpos desplazables 1a, 1 b también los devuelven a su posición inicial.

A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el dispositivo descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser sustituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.