ES2211517T3 - Metodo de densificacion de la pared de una abertura en una preforma de metal pulverizado. - Google Patents
Metodo de densificacion de la pared de una abertura en una preforma de metal pulverizado.Info
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Abstract
Un método de densificación de preformas o elementos premodelados pulvimetalúrgicos que comprende: preparar una preforma de pulvimetal comprimida y sinterizada (20) que tenga un orificio en la misma con una pared periférica interna (24) de tamaño y forma iniciales predeterminados para ser densificada; proporcionar una herramienta alargada de densificación progresiva (10) que tiene una pluralidad de partes de modelado o conformación ensanchadas radialmente (16) de dimensión exterior variable, dispuestas en sucesión espaciada axialmente a lo largo de la herramienta desde la más pequeña hasta la más grande; y proyectar la herramienta axialmente de manera forzada a través del orificio de la preforma al mismo tiempo que se acopla a la pared del orificio con las partes de modelado sucesivamente, desde la más pequeña hasta la más grande, y deformar la pared plástica y elásticamente en progresión escalonada, con lo que ensancha y densifica la pared del orificio y comunica a la misma esfuerzos de compresión, siendo suficiente el espaciado (18) entre las partes de modelado para permitir la recuperación elástica del material de la preforma entre dos partes de modelado sucesivas.
Description
Método de densificación de la pared de una
abertura en una preforma de metal pulverizado.
Esta invención se refiere, en general, a la
densificación después del sinterizado de preformas o compuestos
premodelados pulvimetalúrgicos o de metal en polvo y, más
particularmente, a la densificación de superficies periféricas
internas de aberturas u orificios dispuestos en preformas
pulvimetálicas.
Hace tiempo que las piezas de pulvimetal vienen
ofreciendo una alternativa de bajo coste a muchas piezas forjadas
equivalentes. La conformación pulvimetalúrgica elimina el elevado
coste de mecanización asociado a las piezas forjadas. No obstante,
en aplicaciones en que se precisan piezas de alta resistencia, como
por ejemplo componentes de transmisiones y superficies duras de
cojinetes, las piezas de pulvimetal tradicionales por lo general no
presentan resistencia y tolerancias dimensionales suficientes para
servir, en algunos casos, como alternativas de bajo coste a las
piezas forjadas de alta resistencia.
Una técnica utilizada comúnmente para densificar
superficies periféricas internas de orificios de piezas
pulvimetálicas es el modelado o conformación por rodillo. La
patente norteamericana 4.059.879 describe un método de esta clase de
modelado por rodillo. Según el método descrito, una anillo de
cojinete de pulvimetal se acopla en su superficie interna a un
rodillo de modelado que, cuando se hace girar con una fuerza
aplicada al anillo de preforma, actúa de modo que comprime y
densifica la superficie interna para proporcionar un anillo de
rodadura interior endurecido. Puede comunicarse resistencia
adicional a las piezas de pulvimetal provocando una acumulación de
esfuerzos de compresión, además de la densificación. Sin embargo,
la técnica de modelado por rodillo, descrita anteriormente, no
proporciona la fuerza de impacto necesaria para conseguir un grado
elevado de acumulación del esfuerzo de compresión en la preforma de
pulvimetal, como sería deseable. Además, debe adoptarse una
disposición especial para mantener la rotación de la preforma sin
sobrecargar la superficie interna, y la herramienta de modelado
debe ser suficientemente pequeña para ajustarse dentro del orificio
mientras es capaz de ejercer suficiente fuerza de compactación para
densificar el material, todo lo cual añade complejidad y coste a la
fabricación de piezas de pulvimetal.
Por lo tanto, en la fabricación de piezas de
pulvimetal, es deseable disponer de un proceso mediante el cual
puedan densificarse más eficientemente las paredes periféricas
internas de orificios, para producir piezas pulvimetálicas
comparables en resistencia y tolerancia dimensional a las piezas
forjadas.
Un método de densificación de preformas de
pulvimetal según la invención comprende: preparar una preforma de
pulvimetal comprimida y sinterizada que tenga un orificio en la
misma con una pared periférica interna de tamaño inicial
predeterminado para ser densificada; proporcionar una herramienta
alargada de densificación progresiva que tiene una pluralidad de
partes de modelado o conformación ensanchadas radialmente, de
dimensión exterior variable, dispuestas en sucesión espaciada
axialmente a lo largo de la herramienta desde la más pequeña hasta
la más grande; y proyectar la herramienta axialmente de manera
forzada a través del orificio de la preforma al mismo tiempo que se
acopla a la pared del orificio con las partes de modelado
sucesivamente, desde la más pequeña hasta la más grande, y deformar
la pared plástica y elásticamente en progresión escalonada, con lo
que ensancha y densifica la pared del orificio y comunica a la
misma esfuerzos de compresión, siendo suficiente el espaciado de
las partes de modelado para permitir la recuperación elástica del
material de la preforma entre dos partes de modelado sucesivas.
La pared del orificio es ensanchada sucesivamente
de modo escalonado a medida que se proyecta de manera forzada la
herramienta progresiva a través del orificio de la preforma,
comunicando densificación e introduciendo esfuerzos de compresión
beneficiosos a la preforma para proporcionar una pared de elevada
resistencia que es adecuada, por ejemplo, como superficie de asiento
o contacto interno para aplicaciones de cojinetes y casquillos. El
espaciado entre dos partes de modelado sucesivas permite que la
preforma se recupere parcialmente, de modo elástico, para la
próxima deformación adicional mediante el paso del siguiente
elemento de modelado. La recuperación parcial de la deformación
elástica entre dos partes de modelado adyacentes produce esfuerzos
de compresión que contribuyen a aumentar la resistencia de la
preforma.
El método proporciona medios sencillos y de coste
eficaz para densificar paredes periféricas internas de orificios de
preformas de pulvimetal que puede realizarse con ritmos de
producción elevados utilizando máquinas y herramental mínimos.
Éstas y otras características y ventajas de la
presente invención se apreciarán más fácilmente si se consideran en
relación con la descripción detallada que sigue y con los dibujos
anejos, en los que:
la figura 1 es una vista esquemática,
parcialmente en sección, de una herramienta de modelado progresivo
y una preforma, según la invención;
la figura 2 es una vista similar a la figura 1,
pero que muestra las etapas sucesivas del proceso de densificación
de la invención;
la figura 3 es una vista ampliada parcial, en
sección, que muestra la interacción de la herramienta de modelado
con la preforma durante la densificación; y
la figura 4 es una vista esquemática en sección
que muestra una pieza de pulvimetal terminada.
En la figura 1 se indica con 10, en general, una
herramienta de modelado o conformación progresiva o multicapa para
densificar preformas de pulvimetal, y contiene un miembro alargado
que se extiende axialmente a lo largo del eje A entre dos extremos
opuestos, delantero y trasero 12, 14, respectivamente. La
herramienta 10 incluye una pluralidad de partes de modelado
ensanchadas radialmente 16 de dimensión o tamaño exterior variable
dispuestas en sucesión axial a lo largo de la longitud de la
herramienta 10, con la más pequeña de las partes de modelado 16
adyacente al extremo delantero 12 y la más grande de las partes de
modelado 16 adyacente al extremo trasero 14, y siendo el tamaño de
las partes intermedias de modelado 16 progresivamente mayor con
intervalos escalonados predeterminados.
Se prefiere que las partes de modelado 16 estén
integradas conforme a una estructura unitaria y que la herramienta
10 esté fabricada de un acero para herramientas adecuado, o
similar, que tenga la resistencia e integridad necesarias para
densificar una pieza de pulvimetal seleccionada.
Por las figuras 1 a 3 se observará que las partes
de modelado 16 tienen preferentemente forma de salientes o
protuberancias bulbosos con superficies exteriores lisas, sin
bordes cortantes o características que actúen de modo que eliminen
material en lugar de desplazarlo. La superficie periférica externa
de las partes de modelado 16 en la amplitud radialmente mayor,
indicada con 17, tiene, en general, la misma forma complementaria
transversal al eje A que la de un orificio a densificar de una
preforma de pulvimetal, pero teniendo un tamaño relativamente mayor
que el del orificio. Las superficies periféricas externas de las
partes de modelado 16 se ponen en contacto con el material de la
preforma en cada fase y producen la deformación elástica y plástica
de la preforma. La herramienta de modelado puede ser desplazada de
modo cuasiestático, o con velocidad muy elevada, que asegure un
impacto contra la preforma que provoque una deformación plástica
rápida o brusca. El resultado de la deformación con la herramienta
de modelado densifica la preforma en la proximidad y en las paredes
periféricas internas al contacto con la herramienta de modelado.
Esta densificación conduce a una graduación de la densidad y, en
consecuencia, de las propiedades del material. La densidad es mayor
en las paredes periféricas y disminuye gradualmente. Una variación
de esta clase en las propiedades del material da lugar a una
recuperación elástica incompleta del material que produce esfuerzos
residuales de compresión. En cada fase sucesiva tiene lugar más
deformación y menos recuperación elástica, produciéndose un aumento
de las tensiones residuales de compresión. La forma particular de
la sección transversal de las partes de modelado 16 estará regida,
por supuesto, por la forma particular del orificio y puede ser
esférica, en general, como se ilustra en los dibujos, para
densificar un orificio cilíndrico de una preforma, o puede tener la
forma general de engranaje recto, por ejemplo, para densificar una
ranura interna, o tener una forma cuadrada o rectangular para
densificar un orificio de forma similar de una preforma.
La forma de bulbo de la parte de modelado 16
presenta una superficie de modelado que resulta cónica o ahusada en
la dirección axial de la herramienta, tanto en el lado anterior
como en el posterior de la zona más ancha radialmente 17 de cada
parte de modelado 16. Las zonas rebajadas radialmente entre dos
partes de modelado adyacentes 16 definen una pluralidad de
interespacios anulares de recuperación 18, los cuales separan las
zonas 17 de las partes de modelado 16 de modo espaciado axialmente
una respecto a otras.
La figura 1 ilustra una preforma pulvimetalúrgica
ejemplar 20 que tiene un orificio 22 en la misma delimitado por una
pared periférica interna 24 a densificar por la herramienta 10. En
el ejemplo ilustrado, el orificio 22 tiene forma cilíndrica en
general conforme a la forma esférica, en general, de las partes de
modelado 16 ilustradas en los dibujos. La preforma 20 puede hacerse
de cualquiera de las diversas composiciones pulvimetalúrgicas, por
ejemplo aleaciones de acero apropiadas para aplicaciones de anillos
de rodadura de cojinetes o casquillos. La preforma 20 se compacta y
sinteriza según la práctica convencional en la forma general de un
anillo, teniendo el material menos del 100% de la densidad teórica,
por ejemplo en el intervalo del 70 al 85% de la densidad total. Al
menos algunas de las partes de modelado 16 tienen un tamaño
dimensional exterior relativamente más grande que el tamaño o
dimensión inicial predeterminada del orificio 22 de la preforma,
después del sinterizado, de modo que el material de la preforma
habrá de ser desplazado por la herramienta 10 para permitir la
proyección de la herramienta 10 a través del orificio 22.
Según un método de la invención, la preforma 20
es soportada por una base fija o estacionaria 26, con el orificio
22 de la preforma 20 alineado con un orificio mayor correspondiente
28 existente en la base 26, o de un modo que permita que la
herramienta 10 se proyecte a través del orificio 22 sin
interferencia con la base 26.
La preforma 20 se coloca debajo de la herramienta
10, la cual se mantiene soportada concéntrica con el orificio 22
durante el movimiento a lo largo del eje A. La herramienta 10 se
proyecta entonces con rapidez de modo forzado a través del orificio
22, en primer lugar el extremo delantero 12, tras lo cual las
partes de modelado 16 sucesivamente más grandes afrontan y desplazan
radialmente hacia fuera la pared periférica interna 24, ampliando
el orificio 22 y densificando la pared periférica 24 del orificio
22, como se ilustra en la figura 4, en donde la zona densificada
endurecida resultante está señalada con 30. A medida que avanza la
herramienta 10 a través del orificio 22, las partes de modelado 16
se empotran en o chocan en cada fase contra el material de la
preforma, deforman plástica y elásticamente el material de la
preforma, y comunican una fuerza de choque a la preforma 20 que
ocasiona un aumento de las tensiones de compresión en la preforma
20 para concurrir al acrecimiento de resistencia de la preforma. A
medida que la zona más ancha 17 de cada parte de modelado 16 pasa
por una zona del orificio 22, se permite que el material de la
preforma de esta zona retroceda elásticamente y vuelva radialmente
hacia el interior del interespacio 18, como consecuencia de la
recuperación de alguna o de toda la deformación elástica comunicada
por la parte de modelado 16 precedente. Esta recuperación de la
deformación elástica determina que la preforma 20 adquiera los
esfuerzos de compresión máximos adicionales en cada fase de la
deformación comunicada por las partes de modelado 16. La figura 3
ilustra, a una escala exagerada, la recuperación elástica que se
produce entre dos partes de modelado adyacentes 16 y la ulterior
densificación adicional que tiene lugar tras el paso de la
siguiente parte de modelado 16 sucesiva y mayor.
En resumen, la deformación escalonada, en fases
múltiples, de la pared interna 24 mediante la herramienta tiene la
ventaja de densificar uniformemente la preforma de un modo
sencillo, al mismo tiempo que comunica un aumento de esfuerzos de
compresión beneficiosos, que refuerzan más la pared 24, y un
acabado de la superficie de la pared 24 dentro de tolerancias
estrechas.
Obviamente, son posibles muchas modificaciones y
variaciones de la presente invención a la luz de las enseñanzas
anteriores. Por consiguiente, ha de entenderse que, dentro del
alcance de las reivindicaciones anejas, la invención puede ser
practicada de manera distinta a la descrita específicamente. La
invención queda definida mediante las reivindicaciones.
Claims (6)
1. Un método de densificación de preformas o
elementos premodelados pulvimetalúrgicos que comprende: preparar
una preforma de pulvimetal comprimida y sinterizada (20) que tenga
un orificio en la misma con una pared periférica interna (24) de
tamaño y forma iniciales predeterminados para ser densificada;
proporcionar una herramienta alargada de densificación progresiva
(10) que tiene una pluralidad de partes de modelado o conformación
ensanchadas radialmente (16) de dimensión exterior variable,
dispuestas en sucesión espaciada axialmente a lo largo de la
herramienta desde la más pequeña hasta la más grande; y proyectar la
herramienta axialmente de manera forzada a través del orificio de la
preforma al mismo tiempo que se acopla a la pared del orificio con
las partes de modelado sucesivamente, desde la más pequeña hasta la
más grande, y deformar la pared plástica y elásticamente en
progresión escalonada, con lo que ensancha y densifica la pared del
orificio y comunica a la misma esfuerzos de compresión, siendo
suficiente el espaciado (18) entre las partes de modelado para
permitir la recuperación elástica del material de la preforma entre
dos partes de modelado sucesivas.
2. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque la conformación del orificio (22) de la
preforma se moldea de modo que sea inicialmente de menor tamaño
respecto a la dimensión exterior (17) de las partes de modelado
(16).
3. El método de la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, caracterizado por proporcionar las partes
de modelado de la herramienta con superficies de modelado
bulbosas.
4. El método de la reivindicación 3,
caracterizado por proporcionar las partes de modelado (16)
en forma general de esferas de diámetros progresivamente más
grandes.
5. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la preforma
(20) se mantiene fija o estacionaria y la herramienta (10) se mueve
axialmente respecto a la preforma a través del orificio (22).
6. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por proporcionar la
herramienta (10) sin superficies de corte que actúen de modo que
eliminen material de la preforma tras el avance de la herramienta a
través de la preforma.
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|---|---|---|---|
| US251535 | 1994-05-31 | ||
| US09/251,535 US6017489A (en) | 1999-02-17 | 1999-02-17 | Method of densifying powder metal preforms |
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| AU (1) | AU3493400A (es) |
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| WO (1) | WO2000048773A1 (es) |
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