procedimiento de fabricacion de una pieza en bruto de biela

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
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kInt. Cl. : B21K 1/76
11 Número de publicación:
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ESPAÑA
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2 171 849
B21J 5/02
TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
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kNúmero de solicitud europea: 97400519.1
kFecha de presentación: 07.03.1997
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 798 059
kFecha de publicación de la solicitud: 01.10.1997
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54 Tı́tulo: Procedimiento de fabricación de una pieza en bruto de biela forjada.
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73 Titular/es: Ascometal
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72 Inventor/es: Morgen, Paul;
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74 Agente: Ungrı́a López, Javier
30 Prioridad: 29.03.1996 FR 96.03941
Immeuble “La Pacific”, 11-13 Cours Valmy,
La Défense 7
92800 Puteaux, FR
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
16.09.2002
45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
ES 2 171 849 T3
16.09.2002
Aviso:
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Pecourt, Jean-Claude y
Robelet, Marc
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En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n 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. 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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ES 2 171 849 T3
DESCRIPCION
Procedimiento de fabricación de una pieza en
bruto de biela forjada.
La presente invención se refiere a la fabricación de una biela forjada y en particular de una
biela forjada para motor de combustión interna.
Las bielas forjadas, en particular las bielas forjadas para motor de combustión interna, particularmente cuando son de acero, se fabrican por un
procedimiento que comprende un forjado en caliente de una pieza en bruto forjada para biela,
un tratamiento térmico y un trabajo mecánico.
El forjado comprende varias etapas que son,
en general, la fabricación de una previa pieza en
bruto por laminado de forma de un lingote previamente calentado a una temperatura adecuada,
el estampado o el matrizado de la previa pieza
en bruto, el recorte de las rebabas de forja o su
enrasado o igualado y un punzonado.
El tratamiento térmico, que puede ser o bien
diferido, o bien hecho dentro del caldeo de la forja,
depende, en particular del tipo de acero utilizado
y de las caracterı́sticas mecánicas pretendidas.
Cuando es diferido, el tratamiento térmico
puede ser una normalización destinada a obtener
una estructura perlı́tica o ferrito-perlı́tica. Este
es, en particular el caso cuando se fabrican bielas divisibles, es decir, cuando se fabrican bielas cuya cabeza puede separarse en dos partes
por rotura frágil. El tratamiento térmico diferido puede, igualmente, ser un temple seguido de
un revenido, destinado a obtener una estructura
principalmente martensı́tica cuyas caracterı́sticas
mecánicas son muy elevadas.
Cuando se efectúa en el caldeo de forja, lo
cual supone que la temperatura del final del forjado sea suficiente, el tratamiento térmico comprende siempre un enfriamiento regulado, ya sea
suficientemente lento para obtener una estructura perlı́tica o ferrito-perlı́tica, ya sea suficientemente rápido para obtener una estructura principalmente bainı́tica. Cuando la estructura pretendida es principalmente bainı́tica, el enfriamiento
regulado puede comprender un mantenimiento
destinado a provocar una transformación sensiblemente isotérmica. Puede igualmente, comprender un calentamiento a una temperatura inferior a aproximadamente 600◦C para producir un
efecto de revenido. El revenido puede efectuarse
también en diferido.
El trabajo mecánico comprende principalmente el desvastado de las caras laterales y el
trabajo mecánico de los alisados de la cabeza y
del pie de la biela, la separación de la cabeza en
dos partes y la perforación de los orificios destinados a recibir los tornillos de fijación de las dos
partes de la cabeza. La separación de la cabeza en
dos partes se realiza o bien por trabajo mecánico,
o bien, cuando la biela es divisible, por ruptura
frágil por choque.
Para que el trabajo mecánico se haga en buenas condiciones de precisión, es necesario practicar un previo trabajo de superficies de referencia
en la periferia de la pieza en bruto forjada, para
situar adecuadamente la pieza en bruto sobre las
máquinas de trabajo y esta operación es delicada.
Además de las dificultades del trabajo mecá2
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nico, esta técnica tiene igualmente como inconveniente el que conduce, tratándose de fabricaciones
en serie, a una dispersión de las dimensiones y del
peso de las bielas demasiado importante para poder ser montadas en motores sin discernimiento.
Cuando los pesos de las bielas de un mismo motor
están demasiado dispersos, el motor queda mal
equilibrado. Por ello, antes del montaje en los
motores, se seleccionan las bielas para reagruparlas por clases mı́nimas de peso. Estos reagrupamientos necesitan pesadas exactas y complican
las fabricaciones.
A fin de mejorar la precisión geométrica de las
piezas en bruto constitutivas de las bielas, se ha
propuesto, en la solicitud de patente alemana DE
43 29 371, reemplazar el matrizado de la previa
pieza en bruto por un forjado de ésta en una matriz cerrada, por aplastamiento entre dos insertos
dotados de impresiones. La pieza en bruto obtenida comprende un cuerpo, una cabeza y un pie;
la cabeza y el pie presentan cada uno dos inicios
de alisado separados por un tejido. Al término del
forjado, se detiene el movimiento relativo de los
dos insertos cuando el volumen del espacio delimitado por los dos insertos y por la matriz es igual al
volumen de metal de la previa pieza en bruto. La
precisión geométrica y la precisión en peso de la
pieza en bruto queda entonces directamente determinada por la precisión en peso de la previa
pieza en bruto. Para obtener una pieza en bruto
de precisión, es necesario utilizar una previa pieza
en bruto de precisión que no puede obtenerse más
que por trabajo mecánico, operación muy costosa
para la fabricación de una pieza en bruto previa.
Además, el forjado de la misma se hace con deformaciones importantes del metal, siendo los grados
de deformación de varias decenas de %, que inducen un desgaste rápido de los insertos desfavorable para una producción en serie. Esta técnica
no permite calibrar simultáneamente el cuerpo de
la biela y las cavidades.
La finalidad de la presente invención es la de
evitar estos inconvenientes proponiendo un procedimiento de fabricación de bielas forjadas que
permita obtener, en gran escala, piezas en bruto
de bielas forjadas de precisión, es decir, que conduzca, para una fabricación en serie, a una precisión dimensional y una precisión en peso suficientes para que no sea necesario ni realizar un
previo trabajo mecánico de superficies de referencia, ni realizar una clasificación por tipos de
peso antes del montaje en un motor; permitiendo
este procedimiento calibrar simultáneamente el
cuerpo de la biela y por lo menos una cavidad.
A tal efecto, la invención tiene por objeto un
procedimiento de fabricación de una biela forjada
del tipo que comprende un cabezal, un cuerpo y
un pie, según el cual:
- se fabrica por forjado una pieza en bruto
forjada constitutiva de biela exenta de rebabas laterales y que presente sobre el cabezal y sobre el pie, por lo menos, un inicio
de cavidad del cabezal y de la cavidad del
pie,
- y se calibra en contenido la pieza en bruto
forjada constitutiva de la biela por aplastamiento de la misma entre dos insertos en
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el interior de una matriz, para obtener una
pieza en bruto de biela forjada calibrada,
quedando fijada la posición relativa de la
matriz y de un primer inserto, siendo móvil
el segundo inserto con relación a la matriz,
determinándose al término del calibrado la
posición del segundo inserto independientemente del volumen de metal de la pieza en
bruto forjada constitutiva de la biela, quedando la matriz y el primer inserto en apoyo
sobre el yunque o sufridera de una prensa,
deslizándose el segundo inserto en el interior
de la matriz, comprendiendo por lo menos
el conjunto constituido por la matriz y los
dos insertos un medio para recibir metal excedente de la pieza en bruto forjada constitutiva de la biela, sin afectar a la precisión
de la forma de la pieza en bruto de biela
forjada calibrada.
El segundo inserto comprende un tope que, al
término del calibrado, va a apoyarse sobre la matriz, para fijar con precisión la posición relativa de
los dos insertos. Se calibra por lo menos la cavidad del cabezal y, eventualmente, la cavidad del
pie, utilizando una pieza en bruto forjada constitutiva de la biela de la que previamente se ha
quitado por lo menos la tela del cabezal y, eventualmente, la tela del pie. El medio para recibir
metal excedente de la pieza en bruto forjada constitutiva de la biela está constituido por cuando
menos una hilera dispuesta en la pared de la matriz y que desemboca en el exterior.
Para calibrar la cavidad del cabezal o del pie,
se puede disponer, en la cavidad de la pieza en
bruto forjada constitutiva de la biela, un mandril
que puede deslizarse por unos orificios realizados
en los insertos y situados en el eje de la cavidad,
y después se efectúa el calibrado.
Finalmente, se puede someter la pieza en
bruto a un tratamiento térmico, ya sea en el calor de calibrado, ya sea diferido, antes del trabajo
mecánico.
Describiremos a continuación la invención con
mayor detalle con respecto a las figuras adjuntas,
en las cuales:
pieza en bruto constitutiva de biela forjada
calibrada, que no ha sido desprovista de
tela,
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- la figura 1 representa una biela en vista superior,
- la figura 2 es una vista en corte longitudinal
de una biela,
- la figura 3 representa una pieza en bruto
previa obtenida por laminado de forma,
- la figura 4 es una vista en perspectiva de una
pieza en bruto forjada constitutiva de biela
antes de quitarse las rebabas y del punzonado,
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- la figura 5 es una vista en corte de un dispositivo de calibrado en contenido que contiene una pieza en bruto forjada constitutiva de una biela,
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- la figura 6 es una vista en corte de un
dispositivo de calibrado en contenido, al
término del calibrado, que contiene una
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- la figura 7 es una vista en corte de un dispositivo de calibrado en contenido, al término
del calibrado, que contiene una pieza en
bruto constitutiva de biela forjada calibrada
cuyas cavidades se han calibrado,
- la figura 8 es una vista superior parcial de
una matriz de calibrado,
- la figura 9 es un esquema que muestra las
principales operaciones de fabricación de
una biela forjada calibrada.
Antes de describir el procedimiento de fabricación según la invención, detallaremos lo que se
entiende por pieza en bruto constitutiva de biela
forjada calibrada de precisión.
La biela, representada en las figuras 1 y 2, está
constituida por un pie 1 que presenta una cavidad
2, por un cuerpo 3 y por un cabezal o cabeza 4 que
presenta una cavidad 5 y dos orejetas 6a, 6b. El
cabezal 4 está constituido por una primera parte
7 que forma pieza con el cuerpo 3 y con el pie 1,
y por un casquete 8, separado de la parte 7 a lo
largo del plano P, y fijado a la parte 7 por unos
tornillos (no visibles en la figura) dispuestos en
unos orificios perforados según los ejes XX’ e YY’
en las orejetas 6a y 6b.
La precisión de la biela queda definida por una
parte por la dispersión sobre el peso que debe ser
inferior a 0,7 % para una biela de precisión, y por
otra parte, por unos parámetros geométricos que
son, en particular:
- la planitud, es decir, el hecho de que las caras
laterales del cabezal 9a, 9b y del pie 10a, 10b,
estén en el mismo plano,
- la perpendicularidad de la superficie circunferencial 11 y de las caras laterales 10a y 10b del
pie,
- el entreeje A entre el cabezal y el pie,
- el espesor D del cabezal y del pie,
- la anchura C del cabezal,
- el diámetro B de la cavidad del cabezal,
- el centrado de la cavidad del cabezal con respecto a la anchura del cabezal,
- la regularidad de la superficie circunferencial 11
del pie,
- la forma de las zonas 12 de unión del cuerpo 3
y del pie 1.
La biela se fabrica por trabajo mecánico a partir de una pieza en bruto constitutiva de biela,
forjada y calibrada cuya forma es muy próxima
a la de la biela representada en las figuras 1 y 2.
La pieza en bruto constitutiva de la biela forjada
calibrada se distingue de la biela acabada por las
caracterı́sticas siguientes:
- mientras que la biela comprende dos piezas, la
pieza en bruto constitutiva de la biela forjada calibrada está hecha en una sola pieza, haciéndose
la separación en dos piezas después del trabajo
mecánico,
- las superficies activas de la pieza en bruto constitutiva de una biela forjada calibrada no se han
sometido a trabajo mecánico, y en ocasiones las
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cavidades del cabezal y del pie no se han perforado completamente,
- la pieza en bruto constitutiva de la biela forjada
calibrada no presenta orificios para la fijación del
casquete sobre el resto de la biela.
Sin embargo, estas diferencias son secundarias
para la comprensión de lo que sigue; por ello, para
describir el trabajo mecánico, nos referiremos a
las figs. 1 y 2.
Describiremos a continuación con mayor detalle el procedimiento de fabricación de una biela,
cuyas principales etapas se han representado en la
figura 9.
En un semiproducto, que puede ser, por ejemplo, un tocho o una barra redonda, se corta un
lingote 30 por serrado o por cizallado, en frı́o o
en caliente.
Tras volver a calentar, por ejemplo por inducción, de preferencia bajo atmósfera regulada
para limitar la formación de calamina, a una temperatura preferentemente superior a AC3 , y mejor
todavı́a comprendida entre 1050◦C y 1350◦C, se
efectúa un laminado de preforma del lingote 30
para obtener una previa pieza en bruto 31 que
comprenda (figura 3) en un extremo una parte
maciza 13 destinada a convertirse en el cabezal o
cabeza de la biela, en el centro una parte estirada
14 que se convertirá en el cuerpo de la biela, y en
el otro extremo una parte 20, menos maciza que la
parte maciza 13, en la cual se formará el pie de la
biela. El laminado de preforma se hace o bien por
laminado longitudinal utilizando una laminadora
de rodillos que comprenda unas preformas, o bien
por laminado transversal. Para mejorar la productividad, se pueden fabricar simultáneamente
dos piezas en bruto previas unidas por uno de sus
extremos, separándolas después por serrado.
Se forja entonces la pieza en bruto previa, ya
sea por matrizado, ya sea por estampación, en
general en dos o tres impresiones sucesivas, para
obtener una pieza en bruto 32 que presentará (figura 4) una rebaba 16 en su periferia y que estará
constituida por un cabezal 17, un cuerpo 18 y un
pie 19. El cabezal 17 presenta sobre cada una de
sus caras laterales 20a, 20b, un inicio de cavidad
21 (uno sólo visible en la figura). Los dos inicios
de cavidad 21, dispuestos el uno frente al otro,
están separados por una tela 22. El cuerpo 18
presenta, en general, unas nervaduras longitudinales 23 y una tela (no visible en la figura). El pie
19 presenta dos inicios de cavidad 24, dispuestos
el uno frente al otro, separados por una tela 25.
La geometrı́a de esta pieza en bruto se caracteriza, en particular, por unos ángulos de incidencia (por ejemplo, el ángulo α representado en la
figura 4) de por lo menos 3◦.
La rebaba periférica 16 de la pieza en bruto 32
se suprime por corte y, eventualmente, la tela 22,
que separa los inicios de cavidad 21 del cabezal 17,
se quita por punzonado. La tela 25, que separa los
inicios de cavidad 24 del pie 19 puede igualmente
quitarse por punzonado. Se obtiene ası́ una pieza
en bruto forjada constitutiva de biela 33. Estas
operaciones pueden, eventualmente, completarse
por un enrasado que permita quitar la totalidad
o parte de los restos inútiles.
La pieza en bruto forjada constitutiva de una
biela 33 se calibra entonces en contenido para ob4
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tener una pieza en bruto constitutiva de biela forjada calibrada 34 que se somete a un tratamiento
térmico y después se trabaja mecánicamente para
obtener una biela de precisión, es decir, una biela
cuyas tolerancias sobre la geometrı́a externa sean
inferiores a 0,3 mm, y sobre el peso, inferiores a
0,7 %. La operación de calibrado en contenido
será descrita en detalle a continuación.
Después del calibrado y antes del trabajo
mecánico, la pieza en bruto constitutiva de biela
forjada calibrada 34 puede ser sometida a un tratamiento térmico seguido eventualmente de un
graneado. El graneado sirve por una parte para
quitar la calamina y por otra parte para crear
cargas superficiales de compresión.
Las bielas son, en general, de acero al carbono
o de acero poco aleado, es decir, que contenga
menos de 10 % en peso de elementos de aleación.
Según las aplicaciones, se trata de conferirles una
estructura o bien esencialmente perlı́tica, o bien
ferrito-perlı́tica, o bien esencialmente bainı́tica, y
el tratamiento térmico se escoge en función por
una parte de la estructura deseada, y por otra
parte, de la naturaleza del acero. El experto en
el ramo sabrá hacer esta elección.
Las estructuras esencialmente perlı́ticas se
obtienen con aceros que contienen aproximadamente de 0,6 a 0,75 % de carbono. Tienen la
ventaja de permitir obtener bielas divisibles. El
tratamiento térmico consiste en un enfriamiento
regulado a una velocidad inferior a 10◦C/s a partir de una temperatura a la cual el acero presenta
una estructura austenı́tica.
Las estructuras ferrito-perlı́ticas se obtienen
en las mismas condiciones que anteriormente,
pero utilizando un acero que contenga menos de
0,4 % de carbono. Es igualmente posible obtener
bielas divisibles, en particular, añadiendo al acero
de 0,04 a 0,2 % en peso de fósforo.
Las estructuras bainı́ticas se obtienen por un
enfriamiento regulado a una velocidad igual o
superior a 0,5◦C/s para obtener por lo menos
60 % de bainita, a partir de una temperatura a
la cual el acero tiene una estructura austenı́tica.
Este enfriamiento puede comprender un mantenimiento en un campo de temperatura intermedio
para realizar una transformación sensiblemente
isotérmica para obtener una bainita inferior. El
enfriamiento regulado puede completarse o bien
por un calentamiento a una temperatura inferior
a 600◦C al término del enfriamiento, o bien por un
revenido efectuado después de volverse a la temperatura ambiental. Los aceros utilizados son, en
general, o bien del tipo XC70, o bien del tipo
45M5 o 38MSV5, y pueden contener igualmente
una adición de 0,04 % a 0,2 % en peso de fósforo
para obtener bielas divisibles.
Con temperaturas de calentamiento del lingote superiores a AC3 y de preferencia a 1050◦C,
el acero es siempre austenı́tico durante la forja.
Si, al término del calibrado en contenido, la temperatura es suficiente, es decir, superior al punto
Ar3 del acero, se puede efectuar el enfriamiento
regulado directamente en el caldeo de calibrado.
En el caso contrario, el tratamiento térmico se
hace en diferido, es decir, después de que haya
vuelto a la temperatura ambiente la pieza en
bruto constitutiva de la biela forjada calibrada.
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El tratamiento térmico comprende entonces una
austenitización previa al enfriamiento regulado y
puede ser, por ejemplo, una normalización.
Tras el tratamiento térmico y, eventualmente,
el graneado para eliminar la calamina y engendrar cargas de compresión en superficie, se trabaja mecánicamente la pieza en bruto constitutiva de la biela forjada calibrada.
El trabajo mecánico comprende, en particular,
el desvastado y rectificación de las caras laterales
10a y 10b del pie 1, y de las caras laterales 9a y 9b
del cabezal 4, el trabajo mecánico de las cavidades
2 y 5 del pie 1 y del cabezal 4, la perforación y el
aterrajado de los orificios destinados a recibir los
tornillos de fijación del casquete.
Con relación a la técnica anterior, diremos
que el trabajo mecánico es más ligero, por una
parte porque las cotas de la pieza en bruto
están próximas a las cotas terminales, y por otra
parte, porque no es útil realizar un previo trabajo
mecánico de la periferia de la pieza en bruto, que
era indispensable en la técnica anterior para situar adecuadamente la pieza sobre las máquinas
de trabajo mecánico.
Después del trabajo mecánico, se separa el
casquete 8 del resto de la biela por rotura frágil a
lo largo del plano P.
La operación de calibrado en contenido consiste en disponer la pieza en bruto forjada de
biela 33, de preferencia después de haberla cubierto con lubricante protector, en la cavidad 34
de una matriz 35 dispuesta sobre la sufridera 36
de una prensa y, por operaciones de aplastamiento
entre dos insertos 37 y 38, cada uno de los cuales lleva una impresión 39, 40, para conferir a la
pieza en bruto su forma definitiva. La forma de
la cavidad 34 de la matriz 35 corresponde exactamente a la forma deseada para la periferia de la
pieza en bruto constitutiva de la biela forjada calibrada. Las impresiones 39 y 40 tienen, en hueco,
la forma deseada para los flancos de la biela. El
inserto superior 38 se desliza por el interior de la
cavidad 34 y presenta, en su parte superior, una
superficie 41 que, al término del calibrado, queda
a tope con la parte superior 42 de la matriz 35, de
tal manera que la separación entre los dos insertos corresponda exactamente al espesor deseado
para la pieza en bruto constitutiva de la biela forjada calibrada. La cantidad de metal (el peso y
por tanto el volumen) de la pieza en bruto forjada de biela 33 es siempre algo más elevado de lo
estrictamente necesario para realizar la pieza en
bruto constitutiva de la biela forjada calibrada,
y el conjunto constituido por la matriz 35 y los
dos insertos 37 y 38 comprende unos medios para
recibir el metal excedente, sin que ello afecte a la
precisión de la forma de la pieza en bruto constitutiva de la biela forjada calibrada. Son posibles
varias formas de realización, distinguiéndose, por
ejemplo, una forma de realización en la cual no
se quitan antes del calibrado las telas 22 y 25 que
separan los inicios de cavidad del cabezal y del
pie, y una forma de realización en la cual se quita
por lo menos la tela 22 y se calibra también por lo
menos la cavidad 5 del cabezal (si se quita la tela
25 del pie, se puede también calibrar la cavidad 2
del pie).
En la primera forma de realización, ilustrada
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en la figura 6, no se quitan las telas 22 y 25 de la
pieza en bruto 34 (en la figura, donde se han representado ajustados los insertos 37 y 38, la pieza
en bruto 34 representada en corte es una pieza en
bruto constitutiva de una biela forjada calibrada).
Las impresiones 39 y 40 de los insertos 37 y 38
comprenden unos resaltos 43, 44, 45 y 46, destinados a imprimir la forma de los comienzos de
cavidad 47a, 47b, 48a y 48b, del cabezal y del pie.
El espesor de los resaltos 43, 44, 45 y 46 es sensiblemente menor que la profundidad de los inicios
de cavidad 47a, 47b, 48a y 48b (que existen previamente a la operación de calibrado) para dejar
libres unos espacios 50, 51, 52 y 53 que pueden recibir el metal excedente. Con esta disposición, el
metal excedente respecto al peso teórico deseado
para la biela queda en las telas 22 y 25 destinadas a ser suprimidas, con lo que no afecta a la
geometrı́a externa de la pieza en bruto constitutiva de la biela forjada calibrada. Se consiguen
ası́ unas bielas de una precisión geométrica y de
peso muy grande. En lugar de prever diferencias
de profundidad entre los inicios de las cavidades
y los espesores de los resaltos de las impresiones
de los insertos, se pueden prever, sobre los resaltos 43, 44, 45 y 46, y en sus ejes, unas cavidades
(no representadas) que podrán recibir el exceso
de metal.
En una segunda forma de realización (representada en la figura 7), la pieza en bruto forjada para biela es desprovista de la tela antes
del calibrado, y se calibran simultáneamente la
geometrı́a externa de la pieza y las cavidades del
cabezal y del pie (se podrı́a, por ejemplo, no quitar más que la tela del cabezal y no calibrar más
que la cavidad correspondiente). El calibrado de
las cavidades se realiza completando la matriz 55
y los dos insertos 57 y 58 por unos mandriles 59
y 60 que se deslizarán por unos orificios 61, 62,
63 y 64 dispuestos en los insertos 57 y 58, y eventualmente por unos orificios 65 y 66 perforados
en la sufridera o yunque 67 de la prensa. El eje y
el diámetro del primer mandril 59 corresponden,
respectivamente, al eje y al diámetro de la cavidad del cabezal. El eje y el diámetro del segundo
mandril 60 corresponden, respectivamente, al eje
y al diámetro de la cavidad del pie. Al hacerse el
calibrado, el metal queda ajustado no solamente
contra la pared interna de la matriz 55 y contra las impresiones de los insertos 57 y 58, sino,
igualmente, contra los mandriles 59 y 60. Se obtiene ası́ un calibrado de la parte externa y unas
cavidades de la pieza en bruto constitutiva de la
biela forjada calibrada. Sin embargo, en ausencia
de disposiciones particulares, el metal eventualmente excedente no podrı́a escapar y la precisión
sobre el espesor y por tanto sobre el peso, no serı́a
correcta. Por ello, se prevén unos medios para
permitir que el metal excedente escape sin afectar a la geometrı́a de la pieza en bruto constitutiva de la biela forjada calibrada. Estos medios
son, por ejemplo, del lado del pie o del extremo
del cabezal, una hilera 68 dispuesta en la pared
de la matriz 55. La hilera 68 es troncocónica,
abocardada hacia el exterior. Al efectuarse el calibrado, se forma en la hilera 68, una pequeña
rebaba 69 que se secciona al extraerse la pieza en
bruto constitutiva de la biela forjada calibrada,
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después del calibrado. Estos medios pueden ser,
igualmente, unos pequeños espacios 70, 71, dejados disponibles en la parte 72 de la matriz 55
(figura 7) correspondiente al cabezal de biela, dispuestos, por ejemplo, en el eje de los orificios que
se perforarán en las orejetas para hacer pasar los
tornillos de fijación del casquete sobre el resto de
la biela. El excedente de metal que se producirá
en estas zonas será, de todos modos, suprimido
en el momento de perforarse los orificios.
Las operaciones de calibrado que acabamos de
describir permiten calibrar el conjunto de la pieza
en bruto para la biela forjada. Pero se puede limitar el calibrado únicamente al cabezal o al cabezal
y al pie. Lo esencial es que se respeten las caracterı́sticas de una biela de precisión más arriba
descritas, en particular el peso.
Al efectuarse en caliente el calibrado, el experto comprenderá que para determinar la geometrı́a exacta de las herramientas, es necesario
tener en cuenta dilataciones térmicas, y que es
preferible proceder de manera que, en el curso de
una fabricación, la temperatura de los utensilios
permanezca lo más estable posible.
La operación de calibrado se distingue de las
operaciones de forja clásicas particularmente por
el hecho de que los flujos de metal tienen lugar con
deformaciones pequeñas, inferiores al 10 %, frente
al mı́nimo de varias decenas % en las operaciones
de forja clásicas. Se distingue igualmente por el
hecho de que tiene lugar sin formación de rebabas.
Finalmente diremos que permite obtener residuos
inferiores a 0,5◦ frente a 3◦ como mı́nimo en las
piezas forjadas.
La operación de aplastamiento tiene la ven-
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taja, no solamente de conferir a la periferia de
la biela una geometrı́a exacta, sino, igualmente,
de ajustar el espesor del cabezal y del pie, y de
asegurar un rectificado de la biela. Esto permite,
en particular, reducir o incluso suprimir, ciertas
operaciones de trabajo mecánico.
Finalmente diremos que la operación de calibrado permite obtener una calidad muy buena de
las zonas de unión 12 del cuerpo 3 de la biela con
el pie 1. Esta calidad aumenta significativamente
la resistencia a la fatiga de la biela.
La invención se aplica igualmente a bielas totalmente calibradas (en las que toda la periferia
se ha calibrado) que a bielas en las que no se calibran más que ciertas zonas precisas que sirven
como superficies de referencia. En particular, el
cuerpo de la biela no siempre queda completamente calibrado. Las matrices y los insertos se
diseñan entonces en consecuencia.
Las bielas pueden no ser divisibles y el casquete puede ser separado del cuerpo de la biela
por trabajo mecánico. En este caso, la cavidad
del cabezal de la pieza en bruto constitutiva de
la biela no será circular, sino ovalado (dos semicı́rculos unidos por dos segmentos de rectas)
para tener en cuenta el espesor de la función
mecánica. La matriz, los insertos y, eventualmente, el mandril correspondiente tendrán, entonces, una forma adaptada en consecuencia.
Finalmente, el forjado puede efectuarse con un
calor medio (después de calentar a una temperatura inferior a AC3 ). En este caso, el tratamiento
térmico debe efectuarse en diferido.
La invención se aplica a todo tipo de biela ası́
como a todo tipo de pieza forjada comparable.
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ES 2 171 849 T3
REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de fabricación de una biela
forjada del tipo que comprende un cabezal (4),
un cuerpo (3) y un pie (1), según el cual:
- se fabrica por forjado una pieza en bruto
forjada constitutiva de una biela (33) exenta
de rebabas laterales y que comprende sobre
el cabezal y sobre el pie por lo menos un
inicio de cavidad (5) del cabezal (4) y de
cavidad (2) del pie (1),
- y se calibra en contenido la pieza en bruto
forjada de biela (33) por aplastamiento de
dicha pieza en bruto forjada constitutiva de
biela entre dos insertos (57, 58) en el interior
de una matriz (55), para obtener una pieza
en bruto constitutiva de una biela forjada
calibrada (34), quedando fijada la posición
relativa de la matriz (55) y de un primer
inserto (57), siendo el segundo inserto (58)
móvil con relación a la matriz (55), determinándose al término del calibrado la posición del segundo inserto (58) independientemente del volumen de metal de la pieza en
bruto forjada constitutiva de la biela (33),
quedando apoyados la matriz (55) y el primer inserto (57) sobre la sufridera o yunque
(67) de una prensa, deslizándose el segundo
inserto (58) por el interior de la matriz (55),
comprendiendo el conjunto constituido por
la matriz (55) y los dos insertos (57, 58) por
lo menos un medio (68) para recibir metal
excedente de la pieza en bruto forjada constitutiva de biela (33), sin afectar a la precisión de la forma de la pieza en bruto constitutiva de la biela forjada calibrada (34),
caracterizado porque el segundo inserto (58)
comprende un tope (41), que, al final del calibrado, va a apoyarse sobre la matriz (35), para
fijar con precisión la posición relativa de los dos
insertos (57, 58); porque se calibra por lo menos
la cavidad (5) del cabezal (4) y, eventualmente,
la cavidad (2) del pie (1), utilizando una pieza en
bruto forjada constitutiva de biela (33) de la que
previamente se ha quitado por lo menos la tela
(22) del cabezal (17) y, eventualmente, la tela (25)
del pie (19), y porque el medio para recibir metal
excedente de la pieza en bruto forjada constitutiva de biela (33) está constituido por lo menos
por una hilera (68) dispuesta en la pared de la
matriz (55) y que desemboca en el exterior.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
12
caracterizado porque, para calibrar la abertura (5, 2) del cabezal (4) o del pie (1), se dispone,
en la cavidad de la pieza en bruto forjada de biela
(33), un mandril (59, 60) que puede deslizarse por
unos orificios (61, 62, 63, 64) realizados en los insertos (57, 58) y situados en el eje de la abertura,
y después se efectúa el calibrado.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, caracterizado porque comprende, además, una operación de tratamiento
térmico de la pieza en bruto constitutiva de una
biela calibrada.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la biela está constituida
con un acero cuya composición quı́mica comprende, en peso, menos de 10 % de elementos de
aleación; porque el forjado de la pieza en bruto se
efectúa en caliente, a una temperatura superior
a 1050◦C y porque la operación de calibrado se
efectúa en el caldeo de la forja.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la temperatura del final
del calibrado es superior a la temperatura Ar3 del
acero, y porque el tratamiento térmico se efectúa
en el caldeo del calibrado.
6. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el tratamiento térmico
comprende por lo menos un enfriamiento regulado
a una velocidad de enfriamiento inferior a 10◦C/s
con el fin de obtener una estructura perlı́tica o
ferrito-perlı́tica.
7. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el tratamiento térmico
comprende por lo menos un enfriamiento regulado a una velocidad de enfriamiento superior a
0,5◦C/s a fin de obtener una estructura que contiene más de 60 % de bainita.
8. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el tratamiento térmico es
una normalización destinada a obtener una estructura perlı́tica o ferrito-perlı́tica.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el
acero es un acero que permite obtener una biela
divisible.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la
pieza en bruto forjada constitutiva de biela se obtiene por estampación o por matrizado de una
pieza en bruto previa.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque la pieza en bruto previa se
obtiene por laminación de preforma de un lingote.
NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva
del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD
2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicación
del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del
7-10-1992, no producirán ningún efecto en España
en la medida en que confieran protección a productos quı́micos y farmacéuticos como tales.
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Esta información no prejuzga que la patente esté o
no incluı́da en la mencionada reserva.
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