PROCESOS DE MANUFACTURA
FABRICACION DE PISTONES PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA INTRODUCCION: Esta es una investigación que se realiza con el fin de saber e ilustrar como se aplican los distintos procesos de manufactura en el área automotriz, en este veremos en específico la fabricación de pistones para motores de combustión interna.
1.- ¿Qué es un Pistón? El pistón es un cilindro abierto por su base inferior, cerrado en la superior y sujeto a la biela en su parte intermedia. Es uno de los elementos básicos del motor de combustión interna. El pistón, que a primera vista puede parecer de las piezas más simples, ha sido y es una de las que ha obligado a un mayor estudio. Debe ser ligero, de forma que sean mínimas las cargas de inercia, pero a su vez debe ser lo suficientemente rígido y resistente para soportar el calor y la presión desarrollados en el interior de la cámara de combustión. El pistón resiste un gran empuje durante el ciclo de combustión del motor, por lo que deben poseer una gran resistencia mecánica. Su resistencia a las temperaturas también es importante, tener en cuenta su contacto con la cámara de combustión.
2.- ¿Para qué sirve un pistón? El pistón sirve sencillamente es para recibir la fuerza de empuje recibida durante el ciclo de trabajo conocido comúnmente como tiempo de combustión. Su posición exacta en el motor es dentro del cilindro, con su corona hacia arriba y la falda hacia abajo conectada esta última con la biela gracias al pasador.
3.- Partes de un Pistón. La parte de la cabeza del pistón al observarse con detenimiento, hasta tiene en su extremo superior una parte que cierra al pistón, conocido como corona. Además de la corona la cabeza también posee unas ranuras, en ellas es donde van asentados los anillos. Por último, en la falda un agujero que permite conectar a la biela, a este agujero se lo conoce como pasador ya que en realidad se denomina pasador a cualquier agujero donde generalmente pasa otra pieza para sujeción).
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4.- Características y propiedades mecánicas con las que debe cumplir el pistón. Los pistones de motores de combustión interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso específico bajo para disminuir la energía cinética que se genera en los desplazamientos. También tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones. El pistón de combustión interna debe de cumplir o contener las siguientes características y propiedades.
Propiedades mecánicas. 12345-
Alta Resistencia. Resistencia a Fatiga. Dureza. Resistencia térmica. Tenacidad.
Propiedades Físicas 1- Bajo peso 2- Exactitud dimensional 3- Buen acabado superficial
Materiales de construcción. El pistón debe ser diseñado de forma tal que permita una buena propagación del calor, para evitar las altas tensiones moleculares provocadas por altas temperaturas en diferentes capas del material, caso contrario una mala distribución del calor ocasiona dilataciones desiguales en distintas partes del pistón ocasionando así roturas del mismo. Es común el uso de cabezas de acero fundido en motores de gran potencia, manteniendo el cuerpo cilíndrico de hierro fundido. Generalmente para la construcción del pistón se emplea la fundición de grano fino, pero cuando es necesario fabricarlo en dos o más partes se usa el fondo de acero fundido para resistir mejor las tensiones producidas por el calor. Los pistones se construyen en una gran variedad de materiales siendo los más comunes: *Hierro fundido. *Aleación de níquel y hierro fundido. *Aleación de acero y aleación de aluminio.
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PROCESO DE FABRICACION. Básicamente existen dos procesos para la fabricación de los pistones: Estos pueden ser:
Fundidos
Forjados
Dependiendo de la cantidad necesaria a producir y especialmente de los esfuerzos, temperaturas, presiones, etc. a los que estarán sometidos (sea un motor diésel, de gasolina , de competición, etc.) se elige uno u otro método. Los pistones forjados tienen mayor resistencia mecánica. Luego llevan mecanizados varios que son los que determinan la forma final del pistón. Estos mecanizados son hechos con un CNC. *En esta investigación hablaremos solamente sobre la fabricación de pistones forjados.
Ventajas
Desventajas
Pistones Forjados
Mayores propiedades mecánicas Menor peso Alta producción
Estos pistones se trabajan en caliente, tienen tolerancias más grandes, pero a estos se les da la exactitud necesaria con procesos de corte y torno.
Pistones Fundidos
Gran resistencia a golpes de alta temperatura.
Mayor peso del Pistón Perdida de energía por el peso Aumento en la energía cinética creada por el mismo peso.
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1- Un pistón comienza con una barra de aluminio de 3 metros de largo, el aluminio es ideal porque es ligero y resistente a la corrosión y además es fácil de cortar.
2- Una cierra corta la barra en discos cuya longitud puede bariar dependiendo de las espesificaciones del piston que se valla a fabricar. Este modelo de pistón en especial requiere de 7cm de largo. Los sobrantes del aluminio en el proceso de corte de las barras son reciclados.
3- La perforadora se precalienta a 426°c, la Temperatura necesaria para forjar los discos de aluminio.
Los discos también se ponen a la misma temperatura que la perforadora en el horno.
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4- La perforadora aplica 200 toneladas de fuerza para darle la forma inicial al pistón. Se sumerge una de cada diez piezas en agua para buscar imperfecciones.
Para que la forja sea más sencilla, lubrican los discos antes de forjarlos, por eso es que el trozo llamea cuando lo golpea la perforadora. La perforadora solo necesita 2 segundos para realizar este trabajo. La forja se hace a una temperatura muy alta, por lo que necesita enfriar por lo menos una hora antes de pasar al siguiente paso.
5- Los operarios calientan dos veces más los trozos de aluminio conformados. *La primera a Alta Temperatura para aumentar sus propiedades mecánicas como la dureza, resistencia, tenacidad, etc. *La segunda a una Temperatura más baja para estabilizarlo y aumentar su ductilidad, ya que al aumentar su dureza aumenta su fragilidad.
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6- Los trozos se ponen en un torno para darles la forma correcta para que las maquinas los puedan manejar más tarde.
Se perforan pequeños orificios en los costados del cilindro, los cuales permiten la lubricación de los anillos.
7- Otro torno reduce el diámetro en 3mm, la misma maquina hace tres hendiduras, dos para los anillos de compresión y otra para los anillos de control del aceite. Estos anillos ayudan al pistón a deslizarse a lo largo de la camisa del motor y le dan un sellado a prueba de aire.
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8- Se perfora el cilindro de extremo a extremo. Este orificio permite la conexión de la biela al pistón mediante un perno.
9- Una rebanadora recorta hasta 2cm en los costados del orificio hecho anteriormente con la finalidad de reducir el peso total del pistón.
Este líquido blanco es lubricante para controlar la temperatura en el proceso de corte.
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10- Otra laminadora o fresa, recorta parte de lo que se le llama campana. Los pistones deben de tener la forma y el tamaño adecuados, ya que pueden llegar a moverse a 6000 RPM revoluciones por minuto cuando el motor está en funcionamiento. En este proceso se le puede dar una forma específica a la parte superior del pistón, ya que existen distintos tipos de motores y especificaciones de formas, algunos requieren de tener un domo que se acople la forma de la culata del motor para adquirir una mayor compresión, otros requieren ser completamente planos o con una bandeja. Estos diseños dependen del modelo del motor para el cual sean fabricados.
Estas son algunas de las formas que se fabrican y requieren los distintos tipos de motores.
11- Un torno
reduce el diámetro
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exterior del pistón en porción del ancho de un cabello, esto permite que se expanda ligeramente cuando se genera calor dentro del cilindro.
12- Un taladro hace dos agujeros para el drenaje del aceite que permiten la lubricación de la biela.
13- Otra máquina graba el modelo y la fecha de producción.
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14- Aquí un operario lima los rebordes que han generado las operaciones previas.
Después usa una cinta lijadora para pulir más las superficies.
Este proceso es muy importante ya que e stas imperfecciones rebordes podrían llegar a dañar el cilindro (camisas del motor).
15- Esta máquina de corte elimina parte del metal dentro del agujero para que la biela se pueda sujetar con firmeza.
16- Una vez completado el corte, se evaporizan los pistones a alta presión con agua caliente des ionizada. Esta limpieza elimina los restos de lubricante y aceite que pueden llegar a impregnarse en el material en los distintos procesos.
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17- Después de secar con una pistola de aire, los pistones están listos para ir de arriba y abajo en el interior del motor.
CONCLUSION Para la fabricación de estas autopartes como son los pistones se necesita no únicamente de un solo proceso de manufactura, si no que para e ste se necesita de distintos procesos como lo son, la forja, torno, fresado y tratamientos térmicos para darle las propiedades necesarias para su buen funcionamiento. Los pistones pueden tener distintas formas dependiendo del diseño del motor, al igual que pueden estar fabricados ya sea mediante forja o fundición y de distintas aleaciones de aluminio o acero. Los pistones forjados ofrecen unas mayores propiedades mecánicas como, alta resistencia, tenacidad, resistencia a altas temperaturas, fatiga, etc. Estos pistones forjados se caracterizan por ser utilizados en motores de alto desempeño o competencia, ya que tienen mejores propiedades mecánicas que permiten tener un mejor desempeño y rendimiento en el moto.
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PROCESO DE MANUFACTURA NOMBRE Mario Alonso Ruiz Vargas INGENIERIA MECANICA AUTOMOTRIZ MAUT 04-03 TEMA FABRICACION DE PISTONES PARA MOTORES DE COMBUSTION INTERNA.
CICLO ESCOLAR SEPTIEMBRE - DICEMBRE
