UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECANICAS ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA PROCESOS DE MANUFACTURA
PROCESO DE FABRICACION DE UN PISTON PARA MOTOR DE COMBUSTION INTERNA
ADRIAN CAMILO BUSTOS GELVEZ JULIAN MATEO DIAZ PINZON
PROFESOR: HENRY VERA GONZALEZ
Bucaramanga, 18 de septiembre del 2012
INTRODUCCION
El pistón puede ser considerado como la parte móvil de la cámara de combustión: transmite a la biela la fuerza motriz generada por la presión del gas, sirve de guía al pie de biela, e impide que la presión del gas se pierda a través de las superficies laterales de acoplamiento con el cilindro. La fuerza que actúa sobre la cabeza del pistón en el momento de la explosión, depende del tipo de motor que se trate; pero puede suponerse superior a una tonelada. Por esta causa, el pistón debe ser resistente para soportar las altas presiones y elevadas temperaturas que se desarrollan Generalmente, el pistón está constituido por una sola pieza que puede considerarse dividida en dos partes fundamentales: la cabeza, que soporta directamente las presiones y temperaturas del gas, y la falda, que sirve de guía al pie de biela soporta el empuje lateral y el rozamiento contra las paredes del cilindro. En la falda va practicado un orificio que aloja a un eje llamado bulón, que realiza la unión del pistón a la biela. En la cabeza del pistón se practican unas gargantas, donde se alojan unos anillos circulares y elásticos llamados segmentos, que ajustan perfectamente a las paredes del cilindro evitando las fugas del gas. El alojamiento del eje del bulón se une a la cabeza del pistón por medio de nervaduras que dan consistencia al conjunto y favorecen la evacuación del calor.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL: Describir los procesos de manufactura involucrados en la producción de pistones para motores de combustión interna, así como los materiales, los costos y el control de calidad que se debe llevar a cabo en cada proceso.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1- Diferenciar entre los procesos de forja y fundición para la fabricación de pistones.
2- Determinar el material mas optimo que cumpla con los requerimientos establecidos por la norma.
3- Investigar a cerca de las variables que influyen en el precio de venta del pistón.
DESARROLLO DEL TEMA
PISTON: Es uno de los elementos básicos de un motor de combustión interna, generalmente, el pistón está constituido por una sola pieza que puede considerarse dividida en dos partes fundamentales: la cabeza, que soporta directamente las presiones y temperaturas del gas, y la falda, que sirve de guía al pie de biela soporta el empuje lateral y el rozamiento contra las paredes del cilindro. 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 que se desarrolla dentro de la cámara de combustión.
En el momento de la explosión, el pistón recibe un fuerte impulso que lo lanza hacia el p.m.i. Este impulso se transmite al cigüeñal por mediación de la biela.
MATERIAL DEL PISTON
En los motores de automóviles, es de vital importancia la ligereza del pistón, con la que se disminuyen grandemente las fuerzas de inercia generadas en su movimiento; lo que permite aumentar la velocidad del pistón y alcanzar regímenes elevados de rotación de los motores. Por esta causa, se construyen en la casi totalidad de los casos de duraluminio, aleación ésta de aluminio, cobre y níquel, que endurece el aluminio manteniendo su ligereza. Anteriormente los pistones se fabricaban de fundición, que les confería una
buena
contrapartida,
resistencia; resultaban
pero
en
excesivamente
pesados.
Otro artificio para evitar el campaneo del pistón, consiste en fabricarlo con la falda ligeramente ovalada, con el diámetro mayor orientado en el sentido perpendicular al del eje de unión del pistón con la biela, es decir, donde se produce el campaneo. De esta manera, al calentarse el pistón se dilata en el sentido de su eje menor, ajustándose perfectamente al cilindro. Para limitar la dilatación del pistón, en otras ocasiones se colocan en zonas apropiadas de la falda y la unión de ésta a la cabeza del pistón, unos trozos de acero al níquel (metal invar), cuyo coeficiente de dilatación es prácticamente nulo,
con
el
cual
se
consigue
limitar
la
dilatación
del
pistón.
La superficie de la cabeza del pistón suele ser plana o cóncava-convexa; aunque en algunas ocasiones presenta formas especiales para conducir el fluido en su entrada al cilindro, dotándole de un movimiento de torbellino. La superficie de la falda es perfectamente lisa y pulida para disminuir el rozamiento contra la pared del cilindro.
PROCESOS DE FABRICACIÓN DE UN PISTÓN:
Se pueden fabricar pistones por dos métodos: -Forja -Fundición
Forja
Se toman barran de aluminio de 3 metros de longitud y se cortan en trozos de 7 cm de largo.
La perforadora y el torno se precalientan a 426°C.
Los discos se ponen a la misma temperatura en el horno.
La perforadora aplica 200 Ton de fuerza para darle la forma inicial al pistón.
Se lubrican los discos para facilitar la forja.
La perforadora solo necesita dos segundos para realizar este trabajo. Debido a las altas temperaturas a las que se realiza la forja los pistones deben enfriarse por lo menos una hora.
Se calienta el pistón dos veces más; la primera para endurecerlo y la segunda para estabilizarlo.
Se inserta el pistón en un torno para darle la forma correcta y las maquinas puedan manejarlo fácilmente.
Con un punzón se realizan agujeros al pistón para que el lubricante circule a través de ellos cuando el pistón esta en uso.
Con otro torno se reduce el diámetro del pistón en 3 mm y se realizan 3 hendiduras; dos para los anillos de compresión, y otra para el anillo de control del aceite.
Luego con un taladro se realiza un agujero para la biela
Una laminadora recorta hasta dos cm de ambas caras del pistón con el fin de reducir el peso del mismo.
Después un torno elimina una pequeña porción de material en el exterior con el fin que el pistón se expanda ligeramente cuando se genera calor.
Un taladro hace dos agujeros en la pieza para drenar el aceite con el fin de lubricar la biela.
Una maquina de corte elimina parte del metal dentro del agujero para que la biela se pueda sujetar con firmeza.
Fundición:
Se vierte el aluminio fundido dentro de los moldes permanentes hidráulicos. Cuando el material esta seco se retira del molde.
Con una cortadora se retira el material sobrante.
Antes de seguir con el proceso de maquinado, se introducen los pistones al horno para que se endurezcan.
Con un torno se elimina la superficie rugosa generada por el endurecimiento del material en el horno.
En un torno CNC se maquina la superficie de la falda del pistón, y los segmentos.
Con un taladro se le hacen agujeros por los cuales va a circular el lubricante.
Con un torno se corta una pequeña porción del material para cuando la temperatura aumente el pistón se pueda expandir un poco.
Dado que el coeficiente de dilatación del aluminio es muy superior al correspondiente al cilindro, se hace necesario adoptar un huelgo notable entre la falda del pistón y el cilindro, se hace necesario adoptar un huelgo notable entre la falda del pistón y el cilindro, al objeto de que no se produzca el agarrotamiento entre ambos con la elevación de temperaturas propias del funcionamiento del motor. Con ello, se presenta el inconveniente de que en el funcionamiento en frío se produce un "cabeceo" debido a la holgura de montaje, con la correspondiente rumorosidad de funcionamiento. La solución a este problema se obtiene dando a la cabeza del pistón un diámetro inferior al de la falda, en cantidad suficiente para compensar la dilatación que sufrirá al calentarse, sin que se agarrote en el cilindro. En este caso, la cabeza está parcialmente separada de la falda por una ranura horizontal, que limita la transmisión del calor de una a otra. En la falda también se practica en ocasiones una ranura vertical con cierta inclinación, que permite la dilatación de la falda sin que se produzca el agarrotamiento en el cilindro. La inclinación de la ranura impide la formación de un cordón en el cilindro debido al desgaste. Esta ranura debe quedar siempre del lado por donde baja la biela en el montaje en el cilindro. Otro artificio para evitar el campaneo del pistón, consiste en fabricarlo con la falda ligeramente ovalada, con el diámetro mayor orientado en el sentido perpendicular al del eje de unión del pistón con la biela, es decir, donde se produce el campaneo. De esta manera, al calentarse el pistón se dilata en el sentido de su eje menor, ajustándose perfectamente al cilindro.
COSTOS DE FABRICACIÓN: Estos costos dependen, como en cualquier proceso de manufactura, de la cantidad de operaciones necesarias, es decir, si se va a mecanizar en maquinas con tecnología de punta (CNC), donde un software controla todas las tolerancias con una precisión única, se requiere de una producción de mas de 1000 unidades, para que la inversión pueda producir ganancias, por otro lado si se hace en una fabrica con operarios para cada operación, la cantidad de operaciones y el tiempo necesario aumenta, lo que incrementa el costo, aunque no llega a superar al costo por CNC, esto se puede sustentar en que la cantidad de unidades que se producen por hora no son muchas, y no hay problemas en venderlos. El costo aproximado de comercialización de cada pistón es de alrededor $457.700
CONCLUSIONES: -La precisión al momento de mecanizar el pistón es muy importante, es por esto que se prefiere que la mayoría de las operaciones se hagan en maquinas CNC. -El control de calidad debe ser mas riguroso en las empresas que no cuentan con maquinas CNC, ya que los operarios no garantizan que todas las piezas tengan una precisión dimensional adecuada. -Podemos observar que el proceso de manufactura de un pistón para motor de combustión interna en CNC aventaja a otros métodos únicamente en grandes producciones. -El pistón es uno de los elementos más importantes del motor de combustión interna, ya que es el que transmite la energía, y su correcto funcionamiento se destaca en la eficiencia del motor.
BIBLIOGRAFIA
http://www.150currency.com/es/convert-COP-ARS.htm http://articulo.mercadolibre.com.ar/MLA-152991842-kit-piston-forjado-wsmyamaha-banshee-350-precio-por-kit-_JM http://es.scribd.com/doc/50160434/NTC4209-3 http://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n http://www.taringa.net/posts/autos-motos/9927460/Pistones-de-Fabrica-yForjados.html http://www.comercialdelmotor.com/pistones.htm http://www.almuro.net/sitios/Mecanica/Motor.asp?sw04=1 http://www.youtube.com/watch?v=owgcK0TswBM&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=U7buag-1c2M
