PT99094A - Processo de fabricacao de cabeca de embolo articulado e embolo articulado - Google Patents

Description

-3- A presente invenção diz respeito a êmbolos de duas peças, também designadas êmbolos articulados, para utilização em motores de combustão interna. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um processo de fabricação da parte superior, ou cabeça, de um êmbolo articulado e o êmbolo assim obtido.

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Nos dias actuais existe uma crescente tendência no sentido de se utilizar êmbolos de duas peças, ou articulados, em motores de combustão interna, de modo especial nos motores diesel modernos, os quais se caracterizam por alta velocidade e potência especifica elevada, ao mesmo tempo em que se procura projectá-los para que tenham baixo peso, menor consumo de óleo combustível e lubrificante, e niveis mais baixos de ruido e emissão de poluentes, estes últimos objecto de normas legais cada vez mais rigorosas em diversos padsss. No êmbolo do tipo articulado, a parte superior, ou cabeça, e a parte inferior ou saia, são elementos independentes. A saia é montada por meio de ura pino em um par de cubos localizados na extremidade inferior de elementos pendentes da cabeça e integrantes da mesma. Entre a extremidade infedor da cabeça e a extremidade superior da saia é mantida uma folga, de modo que com o êmbolo - em operação no motor, não há contacto entre a cabeça e a saia, com o que é evitado o fluxo de calor da cabeça à saia, permitindo, assim, montar a saia no cilindro - com folgas minimas, o que traz como beneficio um menor nivel de ruido. Outro assim, nos êmbolos de tipo articulado é bem reduzido o movimento lateral do êmbolo causado pela biela; assim, a zona das caixas de segmentos localizada na cabeça, pode ser montada com folgas reduzidas, com o que é melhorada a estabilidade dos segmentos e em consequência, diminuindo o consumo de óleo lubrificante e a passagem de gases para o - cárter do motor ("blow-by").

Devido âs elevadas temperaturas geradas no topo pelo processo de combustão nos motores diesel, é necessário subtrair parte do calor produzido naquela região, de modo especial na câmara de combustão, para que - não ocorram fracturas térmicas que, com o tempo, podem provocar ruptura do topo, para solucionar esse problema, é comum prover os êmbolos de uma galeria, na qual circula óleo de arrefecimento. Nos êmbolos do tipo articulado, essa galeria é constituída de uma cavidade circunferencial é na cabeça e uma calha, ou bandeja, notopo da saia. 0 óleo de esfriamento é fornecido à galeria por meio de um bico injector localizado no cárter do motor, e com os movimentos alternados do êmbolo, bate contra as paredes da galeria e subtrai parte do calor gerado no topo, especialmente ao redor da câmara de combustão.

Nos motores diesel, há um preceito técnico segundo o qual o centro da câmara de combustão no topo do êmbolo deve estar situado em alinhamento com o bico injector de combustível, para atender a requisitos de eficiência de combustão. Assim, a posição do bico injector de combustível em determinados projectos de motor impõe um projecto de êmbolo no qual a câmara de combustão é deslocada do centro do topo do êmbolo. Nessas condições é necessário projectar a galeria de arrefecimento de modo a tornar eficaz o processo de arrefecimento, isto é, a espessura da parede interna da galeria, que separa a galeria da câmara de combustão deve ser a mais fina e uniforme possível. Isso implica a necesádadeuma galeria assimétrica em relação ao eixo longitudinal do topo. Nas cabeças convencionais de êmbolos articulados, nas quais o topo e - os cubos constituem uma só peça, a colocação de uma cavidade assimétrica na parte inferior do topo é possível somente quando a peça é obtida por fundição. Entretanto, essa técnica de fabricação tem se mostrado inadequada para a obtenção de cabeças com propriedades estruturais compati- -5- -5-

veis com as solicitações que lhe são impostas, em razão do que há actualmente uma clara opção pelo processo de forjamento para a obtenção da cabeça de êmbolos articulados. Nesse caso, porém, não é possivel prever a cavidade na parte inferior do topo durante a própria operação de forjamento por impossibilidade técnica. Assim, a cavidade tem deser formada por maquinagem e isto é possivel somente se se têãtar de uma galeria assimétrica. Uma configuração assimétrica é impraticável devido a limitações de processo não sendo possivel o acesso da ferramenta de maquinação. A requerente do presente pedido criou e desenvolveu um conceito segundo o qual as partes compõe a cabeça de um êmbolo articulado, isto é, o topo e os cubos, são fabricados em separado e posteriormente unidas uma à outra por meio de soldadura. O referido conceito é objecto do pedido de patente brasileiro PI 8805716.

Com base naquele conceito, a requerente desenvolveu um processo capaz de solucionar o problema de se prever uma cavidade assimétrica na parte inferior do topo de um êmbolo articulado. De acordo com a presente invenção, as partes que compõem a cabeça de um êmbolo articulado, ou seja, o topo e os - cubos, são fabricadas em separado; na parte infedor do topo é formada por usinagem uma cavidade assimétrica, posteriormente, o topo é unido aos cubos por meio de solda.

Constitui, portanto um primeiro objecto da presente invenção um processo de fáricação de cabeça de êmbolo articulado, pelo qual a parte inferior do topo é provida de uma cavidade periférica assimétrica em relação ao eixo longitudinal da cabeça.

Constitui um objecto adicional da presente invenção uma cabeça do êmbolo articulado provida de câmara de combustão localizada em posição assimétrica -6-

em relação ao eixo longitudinal da cabeça, sendo a parte inferior do topo dotada de uma cavidade periférica assimétrica em relação ao eixo longitudinal da cabeça. 0 processo de que trata a presente invenção está ilustrado esquematicamente no desenho que acompanha o presente, com referência ao qual será feita a descrição da forma de realização preferida da invenção. De acordo com a invenção, um primeiro elemento pré-formado (1) do formato substancialmente cilíndrico, é posicionado e fixado com um dispositivo de maquinagem (não mostrado) e submetido a uma primeira operação - de maquinagem na qual é provida de uma cavidade cir-cunferencial periférica assimétrica (5) na parte inferior do elemento pré-formado (1) (etapa "A"). A seguir, o primeiro elemento pré-formado (1) fixado no referido dispositivo é deslocado do seu eixo lonfitudinal e submetido a uma segunda operação de maquinagem durarte a qual, devido ao posicionamento excêntrico do elemento (1) relativamente à ferramenta de corte, ocorre uma remoção adicional de material de somente parte da cavidade (5), em direcção ao eixo longitudinal do elemento (1) (etapa "b") . Se necessário, podem ser efectuadas mais operações de maquinagem (conforme etapas "c" e "d") sempre que com deslocamento adicional do centro do elemento (1) até ser obtida a configuração desejada da cavidadde (5).

Em operações em separado, um segundo elemento pré-formado (2) é submetido a maquinagem provendo-sê numa das suas extremidades uma cavidade e, adjacente à cavidade, um esteritamento da referida extremidade do elemento (2) formando um colar (6). A seguir, os elementos (1) e (2) são unidos entre si por meio de soldadura, mediante a justaposição do colar (6) à superificie inferior central do primeiro elemento pré-formado (1) formando a cabeça em bruto (3) de êmbolo articulado. -7-

Posteriormeriteà cabeça em bruto (3) é submetida às últimas operações de maquinagem para a provisão da câmara de combustão (7) nas caixas para os segmentos (8) dos cubos (9) e dos furos para pino (10) obtendo-se assim, a cabeça acabada (4). Nesta forma final, é possivel observar a câmara de combustão (7) localizada em posição excêntrica relativamente ao eixo longitudinal da cabeça (4) bem como a nervura anular (11) entre a câmara de combustão (7) e a cavidade (5) com espessura aproximada-mente igual, com o que é optimizada a retirada de calor daquela região. É preciso observar também que a largura menor da cavidade assimétrica impõe uma limitação de largura à ferramenta de corte. Assim, quanto maior o valor de assimetria desejado, maior o número de operações de maquinagem necessário à sh obtenção. A pasede intena da cavidade, depois de maquinadas a câmara de combustão no topo, será concêntrica com a câmara de combustão e formará juntamente com a parede da câmara uma nervura anular de espessura reduzida e uniforme, com o que será efecetuado um ariefeci-mento eficaz e uniforme daquela região da cabeça do êmbolo. O processo preferido para promover a ligação entre os dois elementos que compõem a cabeça é o de soldadura por atrito, o qual efectua a união desejada sem provocar fusão do material de qualquer dos elementos a serem soldados. A vantagem do processo de soldadura por atrito reside na ausência de porosidades de solidificação na região de soldagem devido â não formação de fases liquidas. Com isso, são evitadas alterações na estrutura dos materiais dos elementos soldados entre si. Entretanto, outros processos podem ser empregados para efectuar essa ligação, tais como a soldadura (MIG metal inert gas welding) soldadura TIG (tungsten inert gas wending) caldeamento, sol- -8- -8-

dadura de eléctrodo, feixe electrónico, (electron beam) ou laser. A forma de realização descrita e ilustrada é a preferida não restritiva, devendo ficar entendido que -são possíveis outras formas de realização de acordo com o conceito da invenção. Assim, por exemplo, o segundo elemento pré-formado (2) poderá ser um elemento fundido, forjado ou até mesmo sintetizado, já em forma final para união por soldadura ao elemento (1) com o que podem ser dispensadas as operações de raaquinagem para formação da cavidade e do colar no elemento (2).

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Claims (1)

1. REIV INDICAÇÕES: lã.- Processo de fabricação de cabeça de êmbolo articulado, para motores de combustão interna, caracterizado pelo facto de compreender as etapas de: a) produzir um primeiro elemento pré formado com formato - substancialmente cilíndrico; b) posicionar e fixar o primeiro elemento pré-formado num dispositivo de -- retenção; c) formar, por maquinação, uma cavidade circun-ferencial assimétrica na parte inferior do primeiro elemento pré-formado, próximo à borda do mesmo; d) nomesmo dispositivo de retenção, deslocar o primeiro elemento pré-formado do seu centro longitudinal; e) efectuar pelo menos mais uma operação de maquinação da cavidade circunferencial do primeiro elemento pré-formado, removendo material da parede interna de somente parte da cavidade circunferencial; f) produzir um segundo elemento pré-formado; g) submeter o segundo elemento pré-formado a operações de maquinagem para prover uma de suas extremidades com uma cavidade e reduzir o diâmetro externo do pré-formado na região adjacente à cavidade, de modo a formar um colar na referida extremidade; h) unir por soldadura o primeiro elemento pré-formado ao segundo elemento - pré-formado, com a justaposição do colar, do segundo - elemento à superfície inferior central do primeiro elemento pré-formado, o primeiro e o segundo elementos pré-formados unidos constituindo a cabeça em buto do êmbolo; i) submeter a cabeça em bruto a uma maquinação para formar uma câmara de combustão concêntrica à parede interna da cavidade circunferencial; e j) submeter a cabeça em bruto a operações de maquinação complementares para formação das ranhuras para aneis de segmento dos cubos e dos furos para pino. -10-

   2â. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela união entre o primeiro e o segundo pré-formados ser efectuada por meio de soldadura por atrito. 3â. - Êmbolo articulado, para > motores de combustão interna, incluindo uma cabeça constitui da de um elemento de topo ao qual estão integrados cubos inferiores para sustentação de pino de articulação, caracterizado pelo facto de o elemento de topo e os cubos serem soldados entre si, sendo os cubos providos de furos de sustentação de pino de articulação. 4â. - Êmbolo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de o topo ser provido, na sua parte superior, de uma câmara de combustão deslocada do centro longitudinal do topo. 5â. - Êmbolo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de a parte inferior do topo ser provida de uma cavidade periférica cuja parede interna à excêntrica em relação ao eixo longitudinal do topo e concêntrica com a câmara de combustão. 6i. - Êmbolo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de a parede interna -lida cavidade periférica e a parede da câmara de combustão formarem uma nervura anular de espessura substancialmente uniforme. Lisboa, 26 de Setembro de 1991

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