PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE COJINETES DESLIZANTES SINTERIZADOS.

Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados.

La invención proporciona un procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados mediante un proceso pulvimetalúrgico.

El procedimiento se caracteriza por incluir un recubrimiento (5) superficial poroso de metal blando en el orificio central de la matriz de acoplamiento del eje (2), de manera que se facilita el sellado por deformación plástica de los poros (7) del recubrimiento.

Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados.

Objeto y Campo técnico de la invención La presente invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento para fabricar cojinetes deslizantes y en general para fabricar sistemas tribológicos que comprenden un cojinete (o soporte) y un eje (o árbol) giratorio.

Dentro de la familia de los cojinetes deslizantes, también llamados de fricción, la invención se refiere a cojinetes porosos (o autolubricados) . En particular, la presente invención se concibe para cojinetes deslizantes porosos sinterizados, que se obtienen por un proceso de fabricación pulvimetalúrgico.

Antecedentes de la invención Son bien conocidos en el estado de la técnica los cojinetes deslizantes, tanto provistos de lubricación como sin lubricación, estos últimos denominados de fricción en seco. La lubricación tiene una doble finalidad: por un lado reducir la fricción entre eje y cojinete, y por otro mantener una separación adecuada en la zona de contacto durante la operación del cojinete.

Existen tres regímenes de lubricación básicos durante la operación: hidrodinámico, untuoso y mixto.

El régimen hidrodinámico es el régimen de operación ideal para cojinetes deslizantes. En este régimen, en la zona de contacto entre eje y cojinete se genera una película lubricante capaz de mantener la presión hidrodinámica necesaria. El régimen puede romperse por excesiva carga o velocidad. Teóricamente, existen dos condiciones que se deben satisfacer para mantener el régimen hidrodinámico asociado a la operación del cojinete deslizante. La primera condición es que el número de Reynolds sea pequeño, es decir, cuando ρ · U · h/η≤l (ρ: densidad del lubricante, U: velocidad de deslizamiento, h: holgura entre eje y cojinete, η: viscosidad del lubricante) . La segunda condición es que entre eje y cojinete exista cierta holgura y ésta sea suficientemente pequeña.

El régimen untuoso se produce cuando no puede formarse la película lubricante en la zona de contacto entre eje y cojinete. En esta situación sólo existe una capa molecular en la zona de contacto, normalmente compuesta por aditivos del lubricante. Este régimen se da en la operación normal del sistema durante las fases de arranque y paro.

Por último, el régimen mixto es una fase transitoria entre el régimen hidrodinámico y el untuoso.

Como se ha indicado anteriormente, la invención se refiere a cojinetes deslizantes porosos, también denominados autolubricados. La porosidad permite almacenar y retener lubricante en el interior de los poros del cojinete intercomunicados mediante fuerzas de capilaridad, proporcionando una cantidad suficiente de lubricante a la zona de contacto durante la operación. Por ello, los cojinetes deslizantes porosos resultan particularmente útiles cuando existe falta de espacio o inaccesibilidad para la lubricación, caracterizándose por su fácil montaje y mantenimiento, durabilidad, fiabilidad y reducido coste.

Los cojinetes porosos sinterizados comprenden una matriz anular metálica que comúnmente tiene un espesor que puede variar entre 0.5 y varios milímetros. La matriz se obtiene mediante un proceso de fabricación pulvimetalúrgico, que permite proporcionar la porosidad en volumen requerida para estos cojinetes, comprendida convencionalmente en el rango de 15% a 35%. Estos valores de espesor y porosidad son valores aproximados, a efectos orientativos y aclaratorios pero no limitativos en lo que a la presente invención se refiere.

Las etapas básicas de un proceso pulvimetalúrgico son las siguientes:

- Mezcla del metal en polvo;

- Compactación; y

- Sinterización.

La sinterización consiste en someter la matriz a un tratamiento a temperatura y atmósfera controlada. La temperatura de sinterización aproximadamente puede llegar a alcanzar un 75% de la temperatura de fusión del material. La sinterización confiere las propiedades mecánicas requeridas a la matriz, manteniendo la porosidad requerida para asegurar la autolubricación del cojinete.

Adicionalmente, el proceso de fabricación pulvimetalúrgico puede incluir los siguientes procesos de acabado:

- Calibrado;

- Mecanizado; y

- Tratamientos superficiales.

El calibrado consiste en una nueva compactación de la matriz con objeto de mejorar la precisión dimensional por prensado.

El mecanizado y rectificado permite mejorar complementariamente la precisión dimensional pero por devastación o rectificado del material.

Con respecto a los tratamientos superficiales aplicados a cojinetes deslizantes sinterizados, en primer lugar se conocen tratamientos superficiales que consisten en proporcionar un recubrimiento fino al sustrato de la matriz del cojinete sobre la superficie de contacto, como por ejemplo por electrodeposición, galvanización (en frío o en caliente) , proyección térmica o laminado. Lógicamente, el recubrimiento superficial debe ser suficientemente fino como para no invalidar la función de autolubricación del cojinete por taponamiento de los poros de la matriz. Según el metal o el proceso de recubrimiento seleccionado pueden lograrse mejoras en las propiedades de resistencia a la oxidación, desgaste y agarrotamiento de la matriz, entre otras, algunas de las cuales se detallan a continuación por su relativa proximidad a la invención.

Primero, un recubrimiento superficial fino de metal blando como por ejemplo de cobre, permite un relativo mejor asentamiento del eje durante la operación, lo que conlleva a una mejora en la reducción de ruidos y fatiga estructural de la matriz.

Segundo, un recubrimiento superficial de la matriz para taponar los poros en la superficie de contacto de la misma (obviamente taponando parcialmente los poros de la superficie de contacto de la matriz) proporciona una relativa mejora en el coeficiente de fricción durante la operación. Ello es debido a que durante la operación del cojinete, el arrastre del eje produce una presión hidrodinámica del lubricante en la zona cargada. A consecuencia de esta presión el lubricante es absorbido a través de los poros hacia el interior del cojinete, siendo expulsado por la zona más descargada. Así, el régimen hidrodinámico no se forma óptimamente ya que la porosidad de la superficie de contacto del cojinete impide que la película lubricante se sostenga. Por ello, un recubrimiento superficial para taponar los poros parcialmente permite aumentar la resistencia a la carga del cojinete y por tanto sostener la película hidrodinámica mejorando el coeficiente de fricción en régimen del cojinete. Se conocen diversos métodos en el estado de la técnica para producir un sellado o cierre parcial de los poros en la superficie. Por ejemplo, en la solicitud de patente US2003/003157, se describe un método de sellado de poros por impregnación de la superficie una resina y el posterior curado de la misma.

Se conoce también otra familia de tratamientos superficiales aplicados a cojinetes sinterizados que persiguen lograr el mismo efecto anterior de cerramiento de poros para reducir el coeficiente de fricción en régimen pero de un modo diferente, concretamente por plastificación del material de la matriz en la superficie de contacto. Así, en la patente ES-2015607 puede encontrarse un método de aplicación de un tratamiento superficial de sellado de los poros por plastificación de material de la superficie de contacto basado en comprimir por dilatación térmica dicha superficie. Otro método de sellado de los poros por plastificación del material de la superficie de contacto mediante prensado o rodadura de un útil sobre dicha superficie puede encontrarse en el documento de validación ES-0949427.

Por otra parte, los metales que se emplean más frecuentemente para la fabricación de la matriz sinterizada de cojinetes deslizantes son: hierro, acero, cobre, bronce y latón. Comúnmente, se encuentran cojinetes sinterizados obtenidos a partir de una mezcla de polvo de distintos metales y carbono, algunos ejemplos de materiales bien conocidos por su utilización en cojinetes sinterizados son los siguientes:

- Hierro sinterizado (a partir de una mezcla de polvos de hierro puro) ;

- Acero sinterizado con bajo contenido de cobre (a partir de una mezcla de polvos de metal que consiste en carbono (<0.3%) , cobre (1-5%) y el resto hierro puro) ;

- Acero sinterizado con alto contenido de cobre (a partir de una mezcla de polvos de metal que consiste en carbono (<0.3%) , cobre (20%)... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, los cojinetes teniendo una matriz anular con un orificio central para acoplamiento de un eje giratorio; caracterizado porque comprende las siguientes etapas: -obtención de la matriz por un proceso de fabricación pulvimetalúrgico; y

- aplicación de un recubrimiento poroso de metal blando en el orificio central de la matriz; de manera que se facilita el sellado por deformación plástica de los poros del recubrimiento.

2. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según la reivindicación 1, caracterizado porque el metal del recubrimiento poroso es de base cobre.

3. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según una de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque la matriz es de metal duro.

4. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según la reivindicación 3, caracterizado porque el metal de la matriz es de base hierro.

5. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según una de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la aplicación del recubrimiento poroso se realiza por electrodeposición.

6. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según una de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el recubrimiento poroso tiene un espesor comprendido en el intervalo de1a30 μm.

7. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según la reivindicación 6, caracterizado porque el recubrimiento poroso tiene un espesor comprendido en el intervalo de8a15 μm.

8. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según una de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: -impregnación del orificio central de la matriz con un producto químico de relleno de poros;

- proceso de electrodeposición; y -eliminación del producto químico de relleno de poros.

9. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según la reivindicación 8, caracterizado porque el producto químico de relleno de poros es una resina polimérica.

10. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según una de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque incluye una etapa de calentamiento una vez aplicado el recubrimiento poroso en la matriz.

11. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según la reivindicación 10, caracterizado porque la etapa de calentamiento comprende una resinterización, en la que se sinteriza el recubrimiento poroso una vez aplicado en la matriz.

12. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según una de las reivindicaciones 1-11, caracterizado porque incluye adicionalmente una etapa de calibrado.

13. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según la reivindicación 12, caracterizado porque incluye adicionalmente una etapa de lubricación por impregnación con lubricante líquido que se selecciona del grupo que consiste en: aceites minerales, aceites sintéticos, grasas minerales y grasas sintéticas.

14. Procedimiento para la fabricación de cojinetes deslizantes sinterizados, según una de las reivindicaciones 113, caracterizado porque comprende adicionalmente un proceso de sellado de poros del recubrimiento poroso por plastificación; el proceso de sellado por plastificación seleccionado del grupo que consiste en: rodaje por presión de contacto directo del eje, rodaje por presión hidrodinámica del eje, compactación del recubrimiento y una combinación de ambos.

15. Cojinete deslizante sinterizado, realizado siguiendo un procedimiento de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones1a14.