Procesos De Maquinado

PARTE II

Una empresa ensambladora de motores para vehículos quiere contratar la manufactura de un lote de 10.000 pistones como el que se muestra en la figura. Ustedes como grupo asesor de expertos en el tema, ¿Qué material, proceso de conformación forzada y maquinado recomendarían para la fabricación del pistón mostrado? (Justificar ampliamente el material y procesos de manufactura elegidos). Mínimo 2, máximo 4 páginas de extensión.

Solución

Antes de identificar el material y los procesos de conformación forzada y maquinado, que se deben recomendar para ser utilizados para la fabricación en serie de los pistones. Debemos conocer que es un pistón y cuál es su funcionamiento.

Pistón: Es uno de los elementos básicos del motor de combustión interna. Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Es un cilindro abierto por su base inferior, cerrado por en la base superior y sujeto a la biela en su parte intermedia

Funcionamiento: El movimiento del pistón es hacia arriba y abajo en el interior del cilindro, comprime la mezcla, transmite la presión de la combustión al cigüeñal a través de la biela, fuerza la salida de los gases resultantes de la combustión en la carrera de escape y produce un vacío en el cilindro que “aspira” la mezcla en la carrera de aspiración.

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. Pues tiene que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a esto 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.

Al analizar el funcionamiento de un pistón se puede decir que para su fabricación se deben elegir materiales con aleaciones que tengan un peso bajo para disminuir la energía cinética generada en los desplazamientos y también que sean lo suficientemente fuertes para soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones.

En relación a lo anterior y de acuerdo a la consulta de las experiencias previas en fabricación de pistones, el aluminio es el material base utilizado para esto. La aleación de aluminio más empleada para la construcción de pistones es aluminio-silicio.

Se recomendará entonces como material base para la construcción en serie de los pistones, el aluminio, puesto que este cuenta con propiedades que para esta pieza en particular, tiene mejores condiciones que otros materiales. Como por ejemplo. Es un metal muy electropositivo y muy reactivo. Al contacto con el aire se cubre rápidamente con una capa dura y transparente de óxido de aluminio que resiste la posterior acción corrosiva. Por esta razón, los materiales hechos de aluminio no se oxidan. Además un volumen dado de aluminio pesa menos que 1/3 del mismo volumen de acero. Debido a su elevada proporción resistencia−peso es muy útil para construir aviones, vagones ferroviarios y automóviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservación de energía. Por su elevada conductividad térmica, el aluminio se emplea en utensilios de cocina y en pistones de motores de combustión interna.

Y en este caso la aleación recomendada es aluminio-silicio, puesto que ofrece óptima resistencia mecánica y coeficiente de dilatación bajo, junto con elevado coeficiente de conductibilidad térmica. El silicio es el elemento de aleación principal, imparte alta fluidez y baja contracción, que se traducen en colabilidad y soldabilidad. El bajo coeficiente de expansión térmica es explotada para pistones, la alta dureza de las partículas de silicio para la resistencia al desgaste.

Adicional a esto las cantidades de silicio que contenga la aleación, permite características de fuerza, resistencia y control de la dilatación a temperaturas extremas. Siendo los pistones altamente resistentes al agarrotamiento y por estar hechos de un material de mayor resistencia, las ranuras y el orificio del pasador tiene mayor duración y resistencia frente al desgaste. Su diseño permitirá soportar altas temperaturas con baja dilatación y mínima deformación. Esto disminuye considerablemente el coeficiente de fricción entre las partes móviles, eliminando las posibilidades de arrastre del pistón con el cilindro, además los anillos pueden girar con mayor

Para la fabricación del pistón, el proceso de conformación forzada que se recomendará es el forjado a presión en donde se utilizarán trozos de barras de aleaciones de aluminio-silicio cortados a la medida y sometidos a presiones de hasta 3000 toneladas de fuerza, la máquina herramienta se precalientan a temperaturas necesarias para forjar los discos, así como los discos. En los troqueles se forja con exactitud las dimensiones del pistón dándole su forma inicial.

Para la conformación de la pieza final existen varios procesos de maquinado a recomendar:

El proceso se inicia con la Operación de aserrado, la cual se realiza antes de la operación de forjado, y consiste en cortar la barra de aleación de aluminio en discos, a la medida indicada. Posteriormente se continua con las operaciones de torneado en torno CNC, en donde se efectúan procesos principalmente de cilindrado, refrentado y tronzado. Estos procesos se combinan durante la fabricación con operaciones de taladrado de tipo escariado y operaciones de fresado cilíndrico y fresado frontal. Es importante anotar que durante los trabajos de maquinado realizados se aplica

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