metodo para la produccion de forjado de engranajes circulares

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
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ES 2 066 765
kInt. Cl. : B21K 1/30
11 N.◦ de publicación:
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ESPAÑA
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B21H 1/06
TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
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kNúmero de solicitud europea: 88100988.0
kFecha de presentación : 23.01.88
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 278 298
kFecha de publicación de la solicitud: 17.08.88
T3
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54 Tı́tulo: Método de fabricación de coronas dentadas forjadas con medidas casi finales.
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73 Titular/es: Eaton Corporation
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72 Inventor/es: Sabroff, Alvin Morton y
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74 Agente: Isern Cuyas, Jaime
30 Prioridad: 12.02.87 US 14426
Eaton Center, 1111 Superior Avenue
Cleveland
Ohio 44114, US
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
16.03.95
45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
16.03.95
Aviso:
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Douglas, James Richard
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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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DESCRIPCION
Antecedentes de la invención
Sector de la invención
La presente invención se refiere a un método
para fabricar coronas dentadas forjadas con medidas casi finales, especialmente coronas dentadas del tipo hipoide, cónico recto o cónico espiral,
para diferenciales de camiones pesados, obtenidas
de piezas toscas en forma de corona laminada,
fabricadas por laminado de preformas de corona
forjadas.
La US-A-1 971 027 describe un proceso para
fabricar piezas toscas destinadas a coronas dentadas cónicas. Según dicho proceso, se corta una
barra de acero en secciones. Cada una de estas secciones luego se comprime axialmente para
ampliar su diámetro. Posteriormente, se habilita
un agujero central que permite la introducción
de un laminador central o mandril de un aparato
laminador de coronas. La misma laminación de
coronas se realiza a una temperatura de forjado
y después de laminar la corona, se deja enfriar
la pieza de trabajo que se pretende consiga una
contracción igual de todas las partes de todas las
superficies de la pieza tosca.
La US-A-2 713 277 describe el forjado en frı́o
de una pieza tosca que tiene la forma de corona
con una sección transversal rectangular. Según la
descripción, se prefiere el forjado en frı́o, puesto
que con el mismo se podrı́a eliminar la pérdida
sustancial de chatarra, con el efecto adverso resultante en la corona dentada terminada.
Los trenes de transmisiones en ángulo recto
para diferenciales de vehı́culos pesados que utilizan juegos de piñón/corona dentada ya conocidos en la práctica anterior, como puede verse
haciendo referencia a la US-A-3 265 173; 4 018
097; 4 046 210; 4 050 534; 4 263 834 y 4 651 587
y el documento SAE num. 841085. Estos juegos
generalmente son del tipo cónico espiral o hipoide
ya conocidos o cierta modificación o derivación de
los mismos.
Los procesos de forjado para la fabricación de
las piezas toscas de engranaje/engranajes forjados teniendo por lo menos dientes parcialmente
formados son ya conocidos en la práctica anterior, especialmente en los engranajes cónicos de
tamaño relativamente menor, como los engranajes laterales y el piñón diferencial, como puede
verse haciendo referencia a la US-A-3 832 763; 4
050 283 y 4 590 782.
El proceso de laminado de la corona, en el cual
generalmente las coronas anulares son laminadas
desde preformas de corona laminadas, también
es conocido en la práctica anterior, como puede
verse haciendo referencia a la US-A-1 971 027; 1
991 486; 3 230 370; 3 383 693 y 4 084 419, y al
Manual de Metales, 8a
¯ edición, volumen 5, de la
Sociedad Americana de Metales, páginas 106 a
107, “Laminación de coronas”.
En el pasado, debido a su tamaño relativamente masivo, las coronas dentadas para camiones pesados se fabricaban con un método que
comprendı́a el forjado de una pieza tosca de engranaje con diámetro exterior nivelado y un disco
central, recortando la pieza tosca de engranaje
forjada, un tratamiento térmico homogeneizador
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de la pieza tosca de engranajes recortada, la mecanización extensa de la pieza tosca preliminar
y luego el corte final de sus dientes de engranaje,
nuevo mecanizado de las superficies y de los agujeros de montaje, un tratamiento térmico de cementación, una operación de lapidado, en la cual la
corona dentada y el piñón giran en acoplamiento
de engrane en un compuesto de lapidado y manteniendo luego la corona dentada y el piñón como
juego armonizado utilizable solamente en mutua
relación.
Aún cuando se haya utilizado el método de
la práctica anterior para fabricar coronas dentadas para camiones pesados durante muchos
años, como las coronas dentadas y los juegos de
piñón/corona dentada fabricados con el mismo,
este método no es totalmente satisfactorio puesto
que los tochos o palanquillas empleadas tienen un
volumen considerablemente mayor que la corona
dentada terminada, representando por tanto unos
costes de material y de tratamiento notablemente
elevados, y el corte de los dientes desde las piezas toscas de engranaje es una operación antieconómica y lenta y los dientes formados con dicho
proceso de corte no poseen las caracterı́sticas de
flujo de grano deseables, intrı́nsecas en los dientes de engranaje formados mediante un proceso
de deformación de material y en consecuencia, no
ofrecen la ejecución de dientes de engranaje formados. Igualmente, como los juegos corona dentada/piñón lapidados sólo son utilizables como
parejas armonizadas, hay que tener mucho cuidado en mantener los juegos de engranaje en parejas armonizadas y cualquier deterioro de la corona
dentada o del piñón conducirá a dejar inservible
todo el juego.
El forjado de los elementos huecos desde coronas laminadas para ahorrar material ya se conoce
generalmente en la práctica anterior. Sin embargo, este proceso generalmente sólo es económico
en la fabricación a gran escala, ya que el laminado de coronas procedente de piezas toscas
exige una operación de formado (con martillo o
prensa de forjado) para tener la preforma anular
que termina en corona laminada. El ahorro de
material, u otras economı́as relacionadas con el
mismo, no son suficientes para que este método
resulte económicamente deseable, especialmente
en cuanto a las coronas dentadas relativamente
mayores más costosas, en el volumen y variedad
de tamaños y relaciones correspondientes a los diferenciales de vehı́culos pesados (es decir diferenciales utilizados con camiones pesados, vehı́culos
de construcción todo terreno y similares). Y esto
sucede porque en la fabricación de la práctica anterior de las preformas, ası́ como en muchas otras
operaciones de forjado, se prestaba atención al
hecho de que la matriz de preformado estuviera
llena casi en un cien por cien (100%) de su capacidad teórica y por tanto cada preforma de tamaño
distinto exigı́a una matriz separada y en los lotes relativamente pequeños, el ahorro de material
quedaba bastante más desvirtuado con el trabajo
adicional en la preforma y los montajes de prensa
normalmente requeridos.
Según la presente invención, se resuelven los
inconvenientes de la práctica anterior, o por
lo menos se reducen con la aportación de un
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método para la fabricación de coronas dentadas
para ejes de transmisión de los vehı́culos pesados,
cuyo método es económicamente factible ante el
tamaño relativamente grande, el volumen relativamente bajo y la variedad relativamente grande
de tamaños y relaciones correspondientes a dichos
ejes de transmisión o diferenciales de vehı́culos
pesados. El método permite considerable economı́a de material y de energı́a, ante los métodos
de la práctica anterior y elimina la necesidad
del lapidado de la corona dentada con un engranaje piñón armonizado que produzca un juego
de piñón/corona dentada armonizado y posteriormente utilizar dicha corona dentada solamente
como elemento armonizador con el piñón lapidado. Además, en relación con la fabricación de
preformas forjadas para laminar coronas en piezas
toscas de forjado de corona laminadas, se elimina
la necesidad de tener una matriz de forjado de
preforma individual para cada preforma distinta.
En especial, los inconvenientes de los métodos
de la práctica anterior se han reducido al aportar
un proceso de forjado de precisión para forjar con
precisión coronas dentadas de diferencial o ejes de
transmisión relativamente masivos de vehı́culos
pesados con medidas casi finales desde una calidad de acero de engranajes al carbono o aleado,
como la calidad de cementación del acero de engranajes (AISI 8620A, 8622A, 8625A, 8822A ó
9310A). El proceso permite fabricar forjados casi
a la medida final con una combinación muy apetecible de parámetros de forjado, como la necesaria
microestructura, maquinabilidad, duración de herramienta, trabajo del proceso, presión de forjado
y análogos.
Cuanto antecede se cumple aportando un proceso de forjado para fabricar con precisión forjados de corona dentada de ejes de transmisión o
diferenciales de vehı́culos pesados en medidas casi
finales que comprenden las fases de proporcionar
tochos o palanquillas debidamente configuradas y
dimensionadas de un acero aleado o al carbono de
contenido de nivel bajo a medio de carbono; calentar los tochos o palanquillas a una temperatura
de forjado adecuada para las siguientes operaciones de deformación: forjado de los tochos o palanquillas en una matriz de preformado con una
cavidad generalmente en forma toroidal en preformas de laminado de coronas sustancialmente
de forma toroidal sin recortar; recortar las preformas de laminado de coronas sustancialmente
de forma toroidal sin recortar en preformas de
coronas laminadas sustancialmente de forma toroidal recortadas; laminado de las preformas de
coronas en coronas con paredes de sección transversal sustancialmente rectangular de altura y espesor, de modo que el diámetro interior de dicha
corona sea sustancialmente igual al diámetro del
talón, siendo el diámetro exterior de dichas coronas dentadas menor que el diámetro exterior y el
peso de dichas coronas se halla en el margen de
uno a cuatro veces su espesor de pared; y el forjado de precisión de estas coronas en forjados de
coronas dentadas con medidas casi finales.
En consecuencia, constituye un objeto de la
presente aportar un proceso de forjado de precisión nuevo y mejorado para forjados de engranajes de transmisión o diferenciales de vehı́culos
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pesados, desde aceros aleados y al carbono de nivel bajo a mediano de carbono.
Este objeto y otros además y las ventajas de
la presente invención serán manifiestas con la lectura de la descripción detallada de la realización
preferida tomada haciendo referencia a los dibujos.
Breve descripción de los dibujos.
La figura 1 es una vista en sección parcial de
un engranaje de transmisión o diferencial de
vehı́culo pesado tı́pico de la práctica anterior del tipo que utiliza engranajes de transmisión de corona dentada/piñón.
Las figuras 2A y 2B respectivamente, ilustran
engranajes de transmisión de corona dentada/piñón cónicos espirales y hipoides de
la práctica anterior respectivamente.
Las figuras 3 y 3A, respectivamente son esquemas generales de las partes de deformación
metálica y de deformación post-metálica
respectivamente del método de la práctica
anterior para la fabricación de coronas dentadas para ejes de transmisión o diferenciales de vehı́culos pesados.
Las figuras 4 y 4A, respectivamente, son esquemas generales de las partes de deformación metálica y de deformación postmetálica respectivamente, del método de la
presente invención para la fabricación de coronas dentadas para ejes de transmisión o
diferenciales de vehı́culos pesados.
La figura 5 es un esquema general que ilustra la
parte de fabricación de la preforma de laminado de la corona del método representado
en las figuras 4 y 4A.
La figura 6 es una vista en sección transversal esquemática de la matriz de forjado utilizada
en el método de la presente invención para
fabricar preformas de laminado de corona
forjadas.
Las figuras 7 y 8 respectivamente son vistas esquemáticas en sección transversal de la matriz de forjado ilustrada en la figura 6, representando el forjado de las preformas con
aproximadamente el cien por cien (100%) y
el ochenta y cinco por cien (85%) respectivamente, del volumen teórico de la cavidad
de la matriz de forjado de la preforma.
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La figura 9 es una ilustración esquemática de la
parte del proceso de laminado de corona del
método representado en las figuras 4 y 4A.
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La figura 10 es una vista en sección transversal
del forjado a medidas casi finales, fabricado
con el método ilustrado en la figura 4.
Descripción de la realización preferida
En la siguiente descripción de la presente invención, se utilizarán algunos términos solamente
a fines de referencia y no pretenden ser exhaustivos. Los términos “hacia arriba”, “hacia abajo”,
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“hacia la derecha” y “hacia la izquierda” se refieren a los sentidos de los dibujos a los cuales
se haga referencia. Los términos “hacia dentro”
y “hacia fuera” respectivamente se refieren a los
sentidos hacia y fuera respectivamente del centro
geométrico del aparato descrito. Dicha terminologı́a incluirá las palabras antes citadas expresamente, sus derivados y las palabras de similar significado.
El método y la matriz de forjado del mismo,
de la presente invención comprenden una parte
de un proceso para la fabricación de coronas dentadas para ejes de transmisión o diferenciales de
vehı́culos pesados. Una caracterı́stica esencial del
proceso para la fabricación de estas coronas dentadas comprende el forjado de precisión de coronas dentadas forjadas casi a medida final, desde
un acero aleado y al carbono de nivel bajo a mediano de carbono (generalmente con un contenido
de carbono del 0.05 al 0.5% en peso) como el AISI
8620A, 8622A, 8625A, 8822A, 4817H y 9320A. El
término “AISI” se refiere al Instituto Americano
del Hierro y del Acero y a las normas de clasificación del acero establecidas por el mismo. Sin
embargo, el proceso de la presente invención no se
limita a un tipo especı́fico determinado de acero
aleado y al carbono de nivel bajo a mediano de
carbono.
Como se ha utilizado en esta descripción, el
término “forjado de precisión” y sus derivados, se
refieren a un proceso de forjado (es decir a la deformación de volumen aparente de una pieza de
trabajo bajo presión) capaz de fabricar “partes
netas”, es decir una pieza utilizable como forjado
(sujeta al tratamiento térmico y demás fases de
mecanizado) o “piezas casi netas”, es decir forjados que generalmente exigen 0.8 mm (0.30 pulg)
o menos de retirada de material desde cualquier
superficie operativa.
El empleo de los juegos corona dentada/piñón
de ángulo recto en el tren de transmisiones de los
ejes de transmisión o diferenciales de los vehı́culos
pesados es ya conocido en la práctica anterior.
Volviendo a la figura 1, se ilustra en la misma, un
eje de transmisión de una sola reducción 10 que
utiliza este juego de engranajes 11 y comprende
un piñón 12 acoplado en engrane con una corona
dentada 14. Un conjunto diferencial 16 se fija a la
corona dentada con los tornillos 17 para mover los
dos semiejes 18 y 20. El eje de giro 22 del piñón
12 se halla sustancialmente perpendicular al eje
de giro 24 de la corona dentada 14 (y del conjunto diferencial 16 y de los ejes de transmisión
18 y 20). Los ejes de transmisión de vehı́culos pesados de este tipo, y del tipo de doble velocidad
y de doble reducción planetaria son ya conocidos
en la práctica anterior y pueden conocerse con
mayor detalle acudiendo a las patentes EE.UU.
antes citadas nums. 4 018 097, 4 263 824 y 4 651
587.
La mayorı́a de los ejes de transmisión de
vehı́culos pesados utilizan juegos de corona dentada/piñón de ángulo recto del tipo cónico espiral o hipoide, como se ilustra en las figuras 2A
y 2B respectivamente. El método de la presente
invención y la matriz de forjado del mismo, pretenden servir para la fabricación de engranajes
hipoides y cónicos espirales y/o sus derivados o
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modificaciones. Como puede verse, en un juego
de engranajes cónicos espirales, figura 2A, los ejes
de giro 22 y 24 son perpendiculares y se entrecruzan mientras en un juego de engranajes hipoide,
figura 2B, los ejes 22 y 24 se hallan descentrados
en una distancia 26. El descentrado hipoide generalmente tiene de 2.5 a 5 cm (1.00 a 2.00 pulg)
en un juego de engranajes de 30.5 a 45.8 cm (12 a
18 pulg) de diámetro primitivo de la corona dentada. Las coronas dentadas están provistas de
un agujero de montaje 28 para recepción del conjunto diferencial 16 y los ejes de transmisión 18
y 20 y una serie de agujeros circulares de tornillo
30 para recepción de los conjuntos de tornillo y
tuerca 17 para el montaje de la corona dentada
en el conjunto diferencial 16.
Como ya se sabe, los engranajes cónicos espirales en teorı́a tienen un contacto totalmente rodante no deslizante en la lı́nea primitiva, mientras
que los juegos hipoides pueden ser menores, pero
tienen un mayor grado de contacto deslizante en
la lı́nea primitiva. En los últimos años, con las
mejoras en el modelo y engrase de los engranajes,
el contacto deslizante no es el mayor problema
como era antes, y se aceptan cada vez más los
juegos de engranajes hipoides para ejes de transmisión o diferenciales de vehı́culos pesados. La
presente invención, sólo a fines de facilitar la explicación, se ilustrará en relación con un juego de
engranajes cónicos espirales, quedando entendido
que la presente invención se halla igualmente adecuada para juegos de engranajes cónicos espirales
y engranajes hipoides ası́ como de sus modificaciones. Las caracterı́sticas y ventajas de los juegos
de engranaje de corona dentada/piñón hipoide y
cónico espiral son ya conocidas en la práctica anterior, como puede verse acudiendo al documento
SAE num. 841085 antes citado.
Las fases más significativas del proceso de la
práctica anterior para fabricar coronas dentadas
14 de eje de transmisión de vehı́culo pesado se
ilustran esquemáticamente en forma de esquemas generales en las figuras 3 y 3A. En resumen, la parte del proceso de la práctica anterior
ilustrada en la figura 3 es la parte realizada en
el tocho o palanquilla inicialmente calentada y
comprende principalmente las operaciones de deformación y recortado, mientras que la parte esquemáticamente ilustrada en la figura 3A representa las operaciones realizadas en la deformación
post-metálica en la pieza tosca del engranaje recortado 34. Se observará cómo para el proceso de
la práctica anterior ilustrado en las figuras 3 y 3A
y para el proceso de la presente invención, como
se ilustra en las figuras 4 y 4A, la corona dentada
final 14 a fabricar es comparable y tiene un peso
de aproximadamente 22.5 kilos (49.75 libras).
La parte de deformación metálica del proceso
de la práctica anterior incluye las fases secuenciales siguientes descritas con mayor detalle a continuación: la preparación del tocho o palanquilla y
el calentamiento 36, recalcar y preformar 38, conformación aproximada a la definitiva 40, forjado
de la pieza tosca de engranaje 42, y recortado de
la pieza tosca de engranaje 44.
A los fines de descripción y de comparación, la
corona dentada 14 a fabricar con el método de la
práctica anterior y con el método de la presente
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invención será una corona dentada de una sola
velocidad con un diámetro exterior aproximado
de 42 cm (16 1/2 pulg) y peso neto de aproximadamente 22.5 kgs (49.75 libras) y caracterı́sticas
sustancialmente idénticas. El tocho o palanquilla o disco 32 se corta a una forma y tamaño
determinado desde el material de barra de material de engranaje adecuado, a saber de un acero
aleado o al carbono de nivel bajo a medio de carbono. Luego se calienta el tocho o palanquilla
12 a una temperatura de forjado adecuada preseleccionada, normalmente alrededor de 1232◦1290◦C (2250-2350◦C). Para reducir el escamado
(oxidación y la profundidad del escamado del tocho o palanquilla calentada, se calienta preferiblemente el tocho o palanquilla tan rápidamente
como sea práctico.
En las fases de recalcado y conformación aproximada a la definitiva 38 y 40 respectivamente,
la pieza de trabajo calentada se recalca primero
para formar un tocho o palanquilla 46 en forma
generalmente de torta para retirar las escamas y
luego se conforma para la definitiva para formar
una preforma de forjado 48. Las fases 38 y 40
exigen impactos separados de prensa y debido al
tamaño relativamente masivo de la pieza de trabajo, no se preforman simultáneamente. En la
fase de forjado de la pieza tosca de engranaje 42,
la preforma de forjado 48 se forja en una pieza
tosca de engranaje sin recortar 50. Se observará
que la pieza tosca 50 de engranaje sin recortar
50 comprende una parte de disco central relativamente grande 52 y una parte nivelada exterior relativamente grande 54, que se forma en las lı́neas
divisorias de la matriz de forjado, como se conoce
ya en la práctica anterior. En la fase de recortado
44, la parte de disco central 52 y la nivelación
exterior 54 se recorta desde la pieza tosca de engranaje para tener una pieza tosca de engranaje
recortado 56. La pieza tosca de engranaje 56 no
dispone de dientes parcialmente formadas.
Mientras que la conveniencia de formar piezas toscas de engranaje forjado similar a 56, por
lo menos con dientes de engranaje parcialmente
formadas en el mismo es conocida en la práctica
anterior, no ha sido económicamente factible mediante el método de forjado convencional ilustrado en la figura 3 a causa del tamaño relativamente masivo de las coronas dentadas del eje de
transmisión de vehı́culos pesados correspondientes. El motivo radica en el número de fases que
se hallan implicados, a saber el recalcado o preformado, conformación aproximada a la definitiva
para formar una preforma, el forjado de acabado,
el recortado y luego el forjado de los dientes que
implicarı́a todo ello un gran número de fases, con
el resultado de que la pieza de trabajo perderı́a
demasiado de su calor (es decir llegarı́a a estar
demasiado frı́a), para el forjado adecuado de los
dientes. Todo ello es especialmente ası́, ante las
zonas superficiales relativamente superiores de la
pieza de trabajo en contacto con las herramientas, como ya se conoce en la práctica anterior.
Además, si los dientes se formaran después de las
fases de conformación aproximada a la definitiva
y del preformado, las escamas producidas en estas
fases resultarı́an de una calidad superficial inaceptable. Además, de intentarse forjar dientes en una
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pieza de trabajo 56 en su condición relativamente
frı́a, el tamaño relativamente grande de la prensa
necesaria y las presiones relativamente grandes
exigidas para el forjado de dientes, a la temperatura relativamente deprimida de la pieza de trabajo se destruirı́a rápidamente el utillaje convirtiendo al proceso aún más en económicamente impracticable.
El resto o sistema de deformación post-metálica del proceso de la práctica anterior se ilustra
esquemáticamente en la figura 3A e incluye las
fases secuenciales siguientes descritas con mayor
detalle a continuación: tratamiento térmico homogeneizador 58, una operación de torneado de
la superficie 60, taladro de los agujeros circulares
del tornillo 62, corte aproximado de los dientes
del engranaje 64, corte de acabado de los dientes del engranaje 66, un tratamiento térmico de
cementación de la pieza de trabajo 68, una operación de mecanizado de acabado 70, una operación de lapidado con un piñón armonizado 72
y calibrado del juego piñón/corona dentada armonizado y procedimiento de mantenimiento del
juego de engranajes 74.
La pieza tosca de engranaje recortado o pieza
de trabajo 56, se somete después a un tratamiento térmico homogeneizador para optimizar
su estructura metalúrgica en preparación para el
mecanizado. El tratamiento térmico homogeneizador de los aceros de engranaje forjados del tipo
tı́picamente implicado comprende una operación
de calentamiento, inmersión y/enfriamiento controlado. Después del tratamiento térmico homogeneizador, todas las superficies de la pieza
tosca de engranaje homogeneizador se someten a
una operación de torneado para ofrecer superficies
adecuadas para el mecanizado y posicionamiento
posterior. En la fase 62, los agujeros circulares
del tornillo 30 se taladran en la platina o pestaña
de montaje 76.
Se observará cómo en toda la descripción del
método de la práctica anterior y en la descripción
del método de la presente invención, y para los
fines de facilitar la descripción, se denominarán
partes de las piezas de trabajo no terminadas con
el mismo nombre y número de referencia que las
partes de la corona dentada acabada 14. A tı́tulo
de ejemplo, la abertura central de la pieza tosca
de engranaje recortado 56 se denominará como
el agujero de montaje 28, aún cuando se precise
aún más mecanizado, hasta que este agujero central tenga las dimensiones exactas del agujero de
montaje en la corona dentada terminada 14.
En las operaciones 64, 66, respectivamente, los
dientes se cortan en la pieza de trabajo en corte
aproximado y luego se terminan con un procedimiento de corte, respectivamente. El corte de
los dientes de engranaje modificados/hipoides, o
cónicos espirales es un procedimiento ya conocido
y puede realizarse con maquinaria de corte de engranajes, como la vendida por Gleason Works,
con la marca “Gleason Generator” o por Oerlikon Company, vendida con la marca “Spiromatic”. Después de las operaciones de corte de engranajes, se someten las piezas de trabajo a un
tratamiento térmico de cementación en la fase
68. Como ya se sabe, el tratamiento térmico de
cementación comprende un calentamiento de las
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piezas de trabajo, generalmente de 870 a 930◦C
(1600-1700◦F) en una atmósfera que provoca la
difusión del carbono en las superficies para endurecerlas y aportar superficies duras de alto contenido de carbono y mejorar la resistencia al desgaste del producto acabado. Después del tratamiento térmico de cementación, la pieza de trabajo endurecida se somete a un mecanizado de
acabado del cı́rculo del tornillo y de los agujeros
de montaje 28 y 30.
Como que las superficies de los dientes del engranaje cortado o generado han sido sometidas
a un tratamiento térmico, después del corte de
las superficies de los dientes, incluso se producirá
cierta distorsión en un proceso de tratamiento
térmico cuidadosamente controlado. En consecuencia, para tener una ejecución aceptable de
los juegos de piñón/corona dentada, es decir para
tener la calidad superficial necesaria, es necesario
someter un piñón y corona dentada cementada a
la operación de lapidado de la fase 72. En el proceso de lapidado, un juego armonizado de piñón y
corona dentada se acoplan en engrane y luego giran bajo la carga simulada, mientras se pulveriza
un compuesto de lapidado en una toma de diente
de engranaje. Tı́picamente, el eje de giro 22 del
piñón se articula en relación con el eje de giro 24
de la corona dentada, para que se disponga el tratamiento superficial adecuado en todas las superficies de los dientes del piñón y la corona dentada.
El compuesto de lapidado es un abrasivo relativamente fino suspendido en un lubricante. Una
vez lapidadas conjuntamente, el piñón y la corona dentada lapidados constituyen un juego armonizado, y son únicamente utilizables satisfactoriamente como juego armonizado y se utilizan o
sustituyen únicamente según convenga, como pareja. En consecuencia, es necesario que el juego
armonizado se calibre como tal y se mantenga un
cuidado extremo en conservar el juego. Generalmente, esto exige paletas y contenedores especiales para los constructores de los engranajes, montadores de los ejes y también en el punto de servicio. Los requisitos de mantenimiento y utilización
de los juegos de piñón/corona dentada, solamente
como pareja armonizada, significan naturalmente
nuevos gastos. Y realmente es ası́ especialmente
para los tipos de modelos de juego de engranaje,
en los cuales puede utilizarse una corona dentada
común con piñones de números de dientes distintos, como se describe en la patente EE.UU. num.
4 651 587.
Las figuras 4 y 4A, respectivamente ilustran
las fases más significativas de las partes de deformación metálica y deformación post-metálica
respectivamente, de la presente invención para fabricar coronas dentadas para ejes de transmisión
de vehı́culos pesados. El proceso incluye las fases
secuenciales siguientes, cada una de las cuales se
describirá con mayor detalle a continuación: la
preparación y calentamiento del tocho o palanquilla 80, el forjado de una preforma de laminado
de la corona 82, el laminado de la corona para
una pieza tosca de forjado de la corona laminada
84, el forjado de precisión del engranaje forjado
casi a medida final 86, un tratamiento térmico homogeneizador no necesario en muchos de los aleados a utilizar previsiblemente en relación con la
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presente invención 88, una operación de mecanizado de semi-acabado 90, un tratamiento térmico
de cementación 92, un mecanizado de acabado
para los agujeros central y de montaje 94 y un
rectificado de acabado de los perfiles 96 de los
dientes de engranaje final. Como se tratará con
mayor detalle a continuación, es importante observar cómo el rectificado de acabado 96 de los
perfiles de los dientes de engranaje finales se produce después del tratamiento térmico final 92 del
engranaje (y piñón) y por tanto los perfiles de los
dientes no se someterán a distorsiones en un tratamiento térmico posterior. Si los piñones 12 se
fabrican mediante un proceso similar, se elimina
la necesidad de una operación de lapidado posterior y la necesidad de utilizar las coronas dentadas
sólo en relación con un piñón armonizado.
Un tocho o palanquilla o disco 100 se corta a
un tamaño y forma prefijada cuidadosamente controlada desde un material de barra de una calidad
de cementación de un acero aleado y al carbono de
nivel de bajo a mediano de carbono, que se haya
limpiado. Al revés de lo que ocurre en la práctica
anterior de exigir la limpieza mediante rectificado,
generalmente un rectificado sin puntos o análogo
de los tochos o palanquillas a utilizar para los
forjados casi a medida final, la práctica presente
no exige la limpieza, puesto que la fase de laminado de la corona 84 ofrece suficiente desescamado, como se tratará con mayor detalle a continuación. El tocho o palanquilla o disco 100 se calienta después a una temperatura adecuada para
las operaciones de deformación ilustradas en la figura 4. Se ha demostrado que debido a la pérdida
de calor notablemente reducida de la pieza de trabajo producida en la práctica actual, al revés de lo
que sucede en el proceso, ilustrado en la figura 3,
en el que resulta suficiente el calentamiento de un
tocho o palanquilla a una temperatura apropiada
en el margen de 1090-1260◦C (2000-2300◦C). Se
ha demostrado también que en los forjados de medida casi final de muchas de las aleaciones citadas
anteriormente, como por ejemplo AISA 8620A y
9310A, no se precisa el tratamiento térmico homogeneizador de la fase 88. La experiencia ha
demostrado que el proceso ilustrado en la figura
4, en algunas de las aleaciones citadas anteriormente, aporta una buena maquinabilidad en la
precisión de los forjados de medida casi final, ası́
como que la microestructura es una ferrita poligonal y el grano perlita equiáxico con sólo un
mı́nimo o ninguno, de estructura Widmanstatten
no deseable. El tamaño de grano generalmente es
fino (es decir menos de tamaño de grano número
7 a 8 en la escala ASTM). Además, ante la caracterı́stica de desescamado, intrı́nseca del proceso de laminado de la corona, el calentamiento
de los tochos o palanquilla para el forjado de precisión de medida casi final no necesita hacerse en
atmósfera controlada.
El tocho o palanquilla calentado 100 se forja
después en una preforma de laminado de corona
recortada 102 con forma generalmente toroide en
la fase 82. Los detalles del forjado de la preforma
de laminado de la corona simbólicamente ilustrada por la fase 82 se ilustran con mayor detalle
acudiendo a las figuras 5, 6, 7 y 8 y se tratarán
con mayor detalle a continuación.
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En la fase 84, la preforma de laminado de corona 102 se lamina en una corona de pieza tosca
forjada 104 con pared de sección transversal generalmente rectangular. La corona de pieza tosca
forjada 104 laminada luego se forja en un forjado
de corona dentada de medida casi final 106 en la
fase 86.
Podemos ver acudiendo a la figura 10, una
vista ampliada de los detalles del forjado de corona dentada 106 de medida casi final. Como se
tratará más adelante, la altura 108, el espesor de
pared 110, el diámetro interior 112 y el diámetro
exterior 114 de la corona de pieza tosca forjada
laminada 104 es necesario que tengan unas relaciones especı́ficas en cuanto al forjado de corona
dentada de medida casi final 106. Las dimensiones de la pieza rosca de forjado laminado 104
determinaran también por lo menos en parte, las
dimensiones de la preforma de laminado de la corona 102.
El proceso de laminado de la corona, esquemáticamente ilustrado en la fase 84 ya es conocido en la práctica anterior y puede conocerse
mejor acudiendo a la figura 9. En resumen, la preforma de laminado de corona 102 se coloca sobre
un mandril giratorio 116 con un diámetro exterior
ligeramente inferior al diámetro interior 118 de la
preforma. Un rodillo principal 118 de diámetro
relativamente mayor entrará en contacto con la
superficie del diámetro exterior de la pieza de trabajo y será movido giratoriamente para girar friccionalmente la pieza de trabajo entre el mandril
y el rodillo principal. Luego, el rodillo principal o
mandril se empuja para moverlo radialmente hacia el otro de los rodillos para comprimir la pieza
de trabajo entre los mismos. El laminado de la
corona es relativamente conocido en la práctica
anterior y puede conocerse acudiendo a las patentes antes citadas US-A-4 084 419; 3 383 693;
3 230 370; 1 991 486 y 1 971 027 y acudiendo al
Manual de Metales, 8a
¯ edición, volumen 5, Sociedad Americana de Metales, páginas 106 a 107,
“Laminado de coronas dentadas”.
Dos caracterı́sticas intrı́nsecas del proceso de
laminado de las coronas dentadas son importantes
a considerar. Durante el proceso de laminado de
coronas dentadas, la altura 120 de la preforma no
aumentará sustancialmente y por tanto la altura
120 de la preforma será igual a la altura 108 de la
corona de pieza tosca de forjada laminada 104. El
proceso de laminado de coronas intrı́nsecamente
desescamará la pieza de trabajo, eliminandola necesidad de una operación de preformado de desescamación separada y también la preforma 102 y
la corona laminada 104 presentan una zona superficial relativamente pequeña en contacto con
el utillaje y por tanto el proceso de laminado de
las coronas representa una pérdida de calor relativamente mı́nima. El calor de la deformación
generado puede realmente aumentar la temperatura de la pieza de trabajo, permitiendo el forjado
posterior casi a medida final, a las temperaturas
de forjado deseadas.
La figura 4A ilustra la parte de las operaciones de deformación post-metálicas de la presente invención. Como se ha dicho anteriormente,
ciertas aleaciones pueden precisar un tratamiento
térmico homogeneizador similar al definido ante-
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riormente en la fase 58 del proceso de la práctica
anterior. Muchos de los aceros aleados utilizados
en la presente invención no precisarán de tratamiento térmico homogeneizador del forjado a medida casi final 106.
Volviendo a la figura 10, se ilustra en la misma
el forjado de medida casi final 106 producido por
la fase de forjado de precisión 86 de la presente
invención. En la ilustración de la figura 10, esta
parte del forjado de medida casi final situado hacia fuera de las lı́neas de puntos precisará ser retirada para tener la corona dentada final 14.
El forjado de medida casi final 106 se mecaniza en semiacabado para taladrar los agujeros de
cı́rculo de tornillo 28 en la platina o pestaña de
montaje 76, el agujero de montaje 28 y la cara
de atrás 122. El taladro de los agujeros circulares
de tornillo es idéntico a la fase 62 del método de
la práctica anterior, mientras que el mecanizado
semiacabado del agujero de montaje 28 y la cara
de atrás 122 es necesario para tener las superficies
de posición para posterior mecanizado. Durante
la operación de mecanizado de semiacabado 90,
puede ser necesario también cierto mecanizado en
el ángulo facial y/o agujero del talón, según sea
la calidad del forjado de medida casi final 106.
La pieza de trabajo mecanizada semiacabada se
somete después al tratamiento térmico de cementación 92 sustancialmente idéntico a la fase 68
descrita al referirnos al proceso de la práctica anterior.
Después del tratamiento térmico de cementación de la fase 92, los agujeros del cı́rculo de
tornillo 30 y el agujero de montaje 28 se mecanizan de acabado en la fase 94.
Luego se completa el proceso por rectificado
de acabado de la raı́z y flancos de los perfiles
de diente de engranaje en la fase 96. Producida ya la rectificación de los perfiles de diente
final después del tratamiento térmico de cementación, el método preferido de rectificación consiste en un rectificado (“CBN”) por nitruro de
boro cúbico que proporciona una forma adecuadamente económica de rectificar las superficies
metálicas cementadas. Es una caracterı́stica altamente deseable de la presente invención el que
se hayan previsto los perfiles de los dientes de engranaje finales, después de la operación de tratamiento térmico final y por tanto las superficies
de perfil de diente rectificado no quedarán sujetas a ningún tratamiento térmico relacionado
con la distorsión. En consecuencia, suponiendo
un piñón producido por un proceso similar, las
operaciones de lapidado del piñón y de la corona
dentada y el mantenimiento de un juego de piñón
y corona dentada lapidados como juego armonizado, ya no es necesario.
Como se ha dicho anteriormente, el método
de la presente invención, como simbólicamente
se representa en las figuras 4 y 4A, ofrece material, energı́a correspondiente y economı́a de manejo sustanciales, comparado con el método de la
práctica anterior, como se ilustra en las figuras
3 y 3A. A tı́tulo de ejemplo, y de comparación
de los dos procesos para tener una pieza sustancialmente idéntica (Eaton Corporation, División
de Ejes y Frenos, pieza num. 86374) el producto
final, la corona dentada 14, tiene un peso aproxi7
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mado de 22.5 kilos (49.75 libras). El tocho o palanquilla 32 utilizada en el proceso de la práctica
anterior tiene un peso aproximado de 46.8 kgs
(103 libras) comparado con los 31.8 kgs (70 libras)
aproximados de peso del tocho o palanquilla del
tocho o palanquilla 100, utilizada en el proceso
de la presente invención. Naturalmente, todo ello
representa una economı́a de material que supera
el treinta por ciento (30%). Igualmente, el peso
de la pieza tosca de engranaje no recortado 52
será igual de unos 45.4 a 46.3 kgs (100 a 102 libras) (es decir, el peso del tocho o palanquilla
menos el peso de las escamas o rebabas retiradas) comparado con el peso aproximado de 29 kgs
(64 libras) del forjado de corona dentada de medida casi final 106. En consecuencia, puede verse
cómo podrá utilizarse una prensa sustancialmente
de menor capacidad en la presente invención, lo
cual sustancialmente aumentará la duración útil
del utillaje de forjado. Además, al utilizar una
pieza tosca del forjado en forma de corona 104,
podrá utilizarse una matriz de forjado de medidas casi finales sin rebabas o sustancialmente sin
rebabas. A tı́tulo de seguir comparando, la pieza
tosca de engranaje recortado 56 producida por la
invención de la práctica anterior tendrá un peso
aproximado de 35.6 kgs (78.5 libras) comparado
con el peso aproximado de 29 kgs (64 libras) del
forjado de medida casi final 106 de la presente
invención dando una indicación de la cantidad
de metal a retirar en las fases de corte aproximado y corte de dientes de acabado del método
de la práctica anterior. Se han demostrado economı́as de material similares y otras economı́as,
sobre base porcentual, tanto en las coronas dentadas de los ejes de transmisión o diferenciales de
los vehı́culos pesados de tamaño menor y mayor
fabricados con el método de la presente invención.
Además del ahorro de material, las necesidades de energı́a del proceso, que comprenden
la suma de la energı́a necesaria para la preparación del tocho o palanquilla, la energı́a necesaria para el calentamiento del tocho o palanquilla, la energı́a de forjado, la energı́a necesaria para el tratamiento térmico después del forjado para la debida maquinabilidad, la energı́a
necesaria para el tratamiento térmico de cementación, la energı́a necesaria para las operaciones
de post-cementación (lapidado) y la energı́a necesaria para el mecanizado, todo ello es a un nivel
mı́nimo o casi mı́nimo.
Se observa también que muchos de los juegos de engranaje fabricados por los métodos de
la práctica anterior exigen un tratamiento de
relajado de tensiones de tracción o granallado,
después del tratamiento térmico de cementación
68, para relajar el esfuerzo de tracción no deseable
en las piezas de trabajo cementadas. En la presente invención, el granallado o el relajamiento
del esfuerzo de tracción no es necesario puesto
que la rectificación, especialmente el rectificado
CBN tiende a relajar la tracción, y a inducir tensiones compresivas deseables en las superficies de
la pieza de trabajo.
Volviendo a las figuras 4 y 10, deben mantenerse ciertas relaciones dimensionales de la corona
de pieza tosca forjada laminada 104 en relación
con las dimensiones del forjado de corona dentada
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de medida casi final forjada a precisión 106 para
la utilización óptima del proceso de la presente
invención. Se ha demostrado que para conseguir
un llenado satisfactorio de la matriz de forjado
de precisión y producir un forjado de corona dentada de medida casi final satisfactorio 106, que
la altura 108 de la corona de pieza tosca forjada
laminada 104 debe hallarse en el margen de una
(1) a cuatro (4), preferiblemente, de una y media
(1 1/2) a dos y media (2 1/2) veces más que el espesor de la pared 110 de la corona de pieza tosca
forjada 104. Además, para situar debidamente en
la matriz de forjado de precisión, el diámetro interior 112 de la pieza tosca forjada 104 debe ser
sustancialmente igual que el agujero del talón 124
(denominado también como el diámetro de caja
de la matriz) y el diámetro exterior 114 de la corona de pieza tosca forjada laminada 104 debe
ser inferior al diámetro exterior 126 del forjado
de corona dentada de medida casi final 106.
Como ya se conoce en la práctica anterior, las
caracterı́sticas de flujo de grano de los dientes de
engranaje formados por la deformación metálica,
como el forjado, son más deseables que las caracterı́sticas de flujo de grano de los dientes formados por la operación de corte de metal y por tanto
tienen una ejecución superior en cuanto a la fatiga de curvado y análogos. Se cree que el flujo
de grano deseable de los engranajes producidos
con el método de la presente invención se debe
principalmente al formado de los dientes por deformación metálica, sin embargo, también se cree
que esta tendencia se intensifica con la utilización
de una pieza tosca forjada laminada. El flujo de
grano desarrollado en los dientes del engranaje
por forjado para conformar mejora las propiedades de impacto y fatiga sobre los engranajes producidos con el mecanizado de los dientes desde
una pieza tosca compacta como la pieza tosca 56.
El proceso de forjado de precisión, mediante
el cual se fabrican los forjados de corona dentada
de medida casi final 106 comprende una matriz
de forja sin rebabas o sustancialmente sin rebabas y por tanto el volumen de la pieza tosca forjada laminada para coronas 104 debe controlarse
muy cuidadosamente. Puede utilizarse el equipo
de laminado de las coronas, en una amplia gama
de preformas a laminar en piezas toscas de forja,
como la altura 120 de la preforma que determinará la altura 108 de la pieza tosca 104 y por
tanto controlará la separación entre el mandril
116 y el rodillo principal 118, el espesor de pared
110 y el diámetro 114, que pueden variarse según
convenga. Sin embargo, sigue siendo extremadamente conveniente que la preforma necesaria para
cada forjado de medida casi final 106 no tenga enteramente una forma única y no exija una matriz
única para su forjado.
El solicitante ha descubierto, que mientras la
altura 108 de la corona laminada 104, y por tanto
la altura 120 de la preforma forjada 102, se halle
dentro del margen de una (1) a cuatro (4), preferiblemente de una y media (1.5) a dos y media (2.5)
veces el espesor de pared 110 de la corona laminada, puede obtenerse una operación de forjado
de precisión muy satisfactoria. En base a esta
concesión, y al descubrimiento del solicitante de
una cavidad de matriz de forja de preforma única
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que aporta preformas aceptables de forma sustancialmente toroidal, siempre y cuando el volumen
de la preforma se halle dentro del margen del cien
por ciento (100%) al ochenta por ciento (80%) del
volumen toroidal teórico máximo de la matriz, el
solicitante ha podido forjar una familia de preformas de distinto peso que utiliza la misma matriz.
El proceso de la presente invención se ilustra
mejor acudiendo a la figura 5, que representa los
detalles siguientes de las fases 80 y 82 del proceso
de la presente invención, la figura 6 que representa la matriz única utilizada con el mismo y
las figuras 7 y 8 que ilustran la matriz llena del
cien por cien (100%) y al ochenta por cien (80%)
respectivamente, de su volumen teórico.
La forma de la preforma de corona laminada
recortada 102 preferiblemente es sustancialmente
toroidal y define una sección transversal sustancialmente circular a lo largo de cualquiera de sus
radios. La sección transversal sustancialmente
circular es importante y muy conveniente, puesto
que el laminado de la corona tiende a crear una
corona con paredes de sección transversal sustancialmente rectangulares y durante este proceso de
laminado de la corona, las superficies sustancialmente redondas de la pieza de trabajo tenderán
a impedir la formación de cavidades en V en los
extremos y que se doble el material, ambos casos causarı́an un defecto en el forjado de medida
casi final, como ya se conoce en la práctica anterior. Repitiendo la sección transversal generalmente anular de una preforma generalmente
toroidal reduce la probabilidad de los defectos a
medida que el proceso de laminado de la corona
tiende a escuadrar las superficies y entonces las
superficies redondas es menos probable que tengan defectos o partes dobladas.
Volviendo a la figura 5, en la fase 80 del proceso de la presente invención, el tocho o palanquilla redondo, de esquinas redondas o cuadrado
100 se calienta, como se ha descrito anteriormente
y luego se recalca en un tocho o palanquilla en
forma de torta 130, como puede verse en la fase
82A. En la fase 82B, el tocho o palanquilla en
forma de torta 130 se forja en una preforma sin
recortar 132 que comprende una parte en forma
de corona o generalmente toroidal 134 y una parte
central o discoide 136, utilizando la matriz de forjado única de preforma 138 ilustrada en las figuras
6, 7 y 8. En la fase 82C, se recorta el disco central de la preforma sin recortar 132 para tener la
preforma forjada 102 para el proceso de laminado
de la corona.
La matriz de forjado de la preforma 138 comprende las secciones superior e inferior 140 y 142,
que coinciden juntas en una lı́nea divisoria 144
para definir una cavidad de matriz 146 entre las
mismas. La cavidad de matriz 146 incluye una
sección en forma generalmente de disco y radialmente hacia dentro 148, una sección generalmente
en forma toroidal 150 que se extiende radialmente
hacia fuera desde la sección en forma de disco
148, y una sección de rebose anular generalmente
de forma triangular 152 que se extiende radialmente hacia fuera desde la sección generalmente
de forma toroide 150 y definido por superficies
generalmente planas 154 extendidas radialmente
hacia fuera y hacia la lı́nea divisoria desde un
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punto tangente a la sección de forma generalmente toroide 150 y que define un ángulo incluido
156 entre las mismas. El ángulo incluido 156 se
halla en el margen de 75 a 105◦. El lı́mite radialmente hacia fuera de la sección generalmente
toroidal 150 se indica por la lı́nea de puntos 158
de las figuras 6-8.
El volumen teórico de la cavidad 146 de la matriz de forjado de la preforma 138 es el volumen
de las secciones 150 y 148. El volumen teórico
de la sección toroidal 150 de la cavidad 146 se
define por el volumen de las secciones 150 y 148,
menos el volumen de la sección 148 que permanecerá sustancialmente constante. El solicitante
ha descubierto que las preformas en forma toroidal con un volumen de material, con el cual llenar la cavidad en forma toroidal 150 de la matriz
138 se halla en el margen del ochenta por ciento
(80%) (véase figura 8) del volumen teórico de la
cavidad 150 que proporcionará preformas con una
forma de sección transversal suficientemente circular para permitir que la corona laminada sea
una pieza tosca forjada en forma anular y de pared rectangular sin defectos. Todo ello debido
a la forma de las cavidades de la matriz 150 y
152 que tienden a empujar al material de tocho
o palanquilla hacia la corona de sección transversal generalmente anular con superficies circulares
relativamente lisas y una altura 120 igual a la altura de la cavidad 150. Naturalmente, la sección
en forma de disco 148 de la cavidad 146 tendrá
un diámetro 112 igual al diámetro interior 112 de
la preforma de laminado de la corona, que es ligeramente superior al diámetro exterior del mandril
de laminado de la corona 116. Obsérvese también
cómo para un flujo de material adecuado, la altura 162 de la sección en forma de disco 148 debe
ser aproximadamente el diez por ciento (10%) de
su diámetro 112. Si la variedad de las preformas
de corona dentada 106 a fabricar por el método de
la presente invención exigiera más de una matriz
de preforma 138, el diámetro 112 y el espesor 161
de la sección en forma de disco 148 permanecerá
sustancialmente constante en todas las matrices
que sean necesarias.
En consecuencia, para conocer si una preforma de laminado de corona 102 debe primero
laminarse en una corona y luego forjarse de precisión en un forjado de corona dentada de medida
casi final 106 de un diámetro exterior determinado 126, el agujero 124 y el volumen pueden
forjarse en una matriz de preforma determinada
138 con una sección de cavidad toroidal 150 de volumen teórico conocido y altura conocida 120 (o
diámetro de sección transversal circular) y debe
satisfacerse el criterio siguiente: el volumen del
forjado de corona dentada de medida casi final
106 no debe ser más del cien por cien (100%)
y no menos del ochenta por cien (80%), preferiblemente no menos del ochenta y cinco por cien
(85%) del volumen teórico de la sección de cavidad toroidal 150; y una pieza tosca de forjado
generalmente rectangular 104 de volumen igual
al volumen del forjado de medida casi final 106
y de una altura 108 igual a la altura 120 de la
sección de cavidad 150 y un diámetro interior 112
generalmente igual al agujero del talón 124 del
forjado debe estar disponible con un diámetro ex9
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terior 114 menor que el diámetro exterior 126 del
forjado y de un espesor de pared 110 con una relación respecto de la altura 108, de modo que la
altura no sea menor de una vez el espesor ni superior a cuatro veces el espesor (preferiblemente
la relación debiera hallarse en el margen de 1.5 a
2.5) de la pared de la corona.
Si se cumple este precedente criterio, puede
forjarse una preforma en una matriz determinada
138 que proporcionará una pieza tosca forjada
en forma de corona satisfactoria en su laminado
de la misma. Estableciendo este criterio y sus
márgenes, la necesidad de aportar una serie de
matrices de forjado de preformas se reduce sustancialmente sin que disminuya la calidad de los
forjados de coronas dentadas de medida casi final formados de precisión. La forma de la cavi-
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dad de la matriz 146, incluyendo especialmente
las secciones toroidales y las secciones de rebose
generalmente de lados planos que tenderán a ocasionar que el material se mueva radialmente hacia
dentro es importante para la presente invención.
Como puede verse por cuanto se describe anteriormente, el proceso de la presente invención
ofrece un método nuevo y muy conveniente para
la fabricación de coronas dentadas de los ejes de
transmisión de los vehı́culos pesados y en especial
para el forjado de preformas de coronas laminadas
para ser convertidas en piezas toscas de forjado
en forma de coronas dentadas para el forjado de
precisión y llegar a los forjados de coronas dentadas de medida casi final, de una determinada
dimensión.
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REIVINDICACIONES
1. Un método para fabricar forjados de corona dentada de medida casi final (106) con un
diámetro exterior (126), un diámetro de talón
(124) y un volumen conocidos, comprendiendo dicho proceso las fases de:
5
- (a) aportar (100) unos tochos o palanquillas
(100) de tamaño y forma adecuadas de
acero aleado o al carbono de nivel bajo a
medio de carbono conocidos;
10
- (b) calentar los tochos o palanquillas (130)
a una temperatura de forjado adecuada
para las subsiguientes operaciones de deformación;
15
- (c) forjar los tochos o palanquillas (130) en una
matriz de preformas (138) con una cavidad generalmente de forma toroidal (150)
para preformas (132) de laminado de coronas sustancialmente en forma toroidal sin
recortar;
- (d) recortar las preformas de coronas laminadas sustancialmente de forma toroidal sin
recortar convirtiéndolas en preformas (102)
de coronas laminadas sustancialmente de
forma toroidal recortadas;
- (e) laminado de las preformas en coronas (104)
con paredes de sección transversal sustancialmente rectangulares de una altura (108)
y de un espesor (110) determinados, de
modo que el diámetro interior (112) de
dicha corona sea sustancialmente igual al
diámetro del talón, siendo el diámetro exterior (114) de dicha corona menor que el
diámetro exterior y la altura de dichas coronas se halle en el margen de una (1) a
cuatro (4) veces su espesor de pared;
y
- (f) forjado de precisión de dichas coronas en
forjados de coronas dentadas de medida casi
final.
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2. El método, según la reivindicación 1, que
incluye la fase siguiente de mecanizar por lo me-
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nos una superficie de dicho forjado de corona dentada de medida casi final, todo el mecanizado de
dicho forjado de corona dentada de medida casi
final sin someter dicho forjado de corona dentada
de medida casi final a ninguna operación de tratamiento térmico homogeneizador.
3. El método, según la reivindicación 1, en el
cual dicho forjado de precisión es una operación
de soplado simple.
4. El método, según la reivindicación 2, en el
cual dicho forjado de precisión es una operación
de soplado simple.
5. El método, según las reivindicaciones 3 ó
4, en el cual el forjado de precisión de las coronas
se realiza a una temperatura en el margen de 950
a 1065◦C (1750 a 1950◦F).
6. El método, según la reivindicación 1, en
el cual dicha preforma sin recortar tiene un disco
central (136) en su interior y dicha operación de
recortar comprende la retirada solamente de dicho
disco central, siendo el volumen de dicho tocho o
palanquilla equivalente aproximadamente al volumen de dicho forjado de corona dentada a medida
casi final más el volumen de dicho disco central.
7. El método, según la reivindicación 1, en el
cual el volumen de dicho forjado de corona dentada de medida casi final se halla en el margen
del 100 al 80% del volumen de dicha sección de
cavidad toroidal de dicha matriz.
8. El método, según la reivindicación 1, en el
cual el volumen de dicho forjado de corona dentada de medida casi final se halla en el margen del
100 al 85% del volumen de la sección de cavidad
toroidal de dicha matriz.
9. El método, según la reivindicación 6, en
el cual dicho laminado de la corona se produce
en una máquina de laminación con un mandril
(116) de un diámetro exterior determinado, teniendo dicha sección de disco central un diámetro
exterior ligeramente superior al diámetro exterior
de dicho mandril.
10. El método, según la reivindicación 9, en
el cual el espesor de dicho disco es de 1/10 de su
diámetro exterior.
11. El método, según las reivindicaciones 1,
2, 3 ó 5, en el cual la altura de dicha corona se
halla en el margen de una y media (1.5) a dos y
media (2.5) veces su espesor de pared.
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55
60
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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