PROCESO DE MECANIZADO DE 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.  Es el componente interno del motor que sube y baja en un cilindro, comprimiendo la mezcla de aire y combustible y luego ejerce la fuerza de la explosión controlada de la mezcla hacia abajo en la vara de conexión y cigüeñal.

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. 

PLANO

SUPERFICIE 1

SUPERFICIE 2

SUPERFICIE 3

SUPERFICIE 4 Y 5

El interior del pistón no será necesario mecanizarlo, ya que la preforma proveniente de fundición, ya tiene la forma adecuada y no requiere mejor acabado superficial.

INFORMACION DE LA PIEZA

El pistón se elaborara en aluminio ya que es el material base utilizado para su construcción.

Las aleaciones de aluminio empleadas normalmente para la construcción de pistones puede clasificarse en 3 categorías: aluminio-cobre, aluminio-cobre-níquel (o hierro) y aluminio-silicio. Estas aleaciones ofrecen óptima resistencia mecánica y coeficiente de dilatación bajo, junto con elevado coeficiente de conductibilidad térmica.

Otras ventajas son:

Baja densidad (un tercio menor que el hierro) Facilidad para la fundición (incluso en el caso de inyección), forja y mecanizado Buena resistencia a la corrosión fácil de cortar

El proceso de elaboración de un pistón inicia con la sierra que es la encargada del corte de las barras de aluminio las cuales van en forma de disco cuya longitud puede variar adaptando la alimentadora para que desplace la barra con diferentes intervalos.

La perforadora y el torno se precalientan a 426° C, la temperatura necesaria para forjar los discos.

Los discos se ponen a la misma temperatura en el horno, la perforadora aplica 200 toneladas de fuerza para darle la forma inicial al pistón.

Se sumerge una de cada 10 piezas en el agua para buscar imperfecciones. Para que la forja sea más sencilla lubrica los discos antes de calentarlos por eso el trozo llamea cuando lo golpea la perforadora, en solo dos segundos realiza este trabajo.

La forja se hace a una temperatura tan alta que deben enfriar una hora antes de pasar siguiente proceso.

Los operarios calientan el metal dos veces más, la primera a alta temperatura para endurecerlo y la segunda a temperatura más baja para estabilizarlos.

MAQUINARIA

Torno CN con herramienta motorizada

En principio esta solución sería la más indicada puesto que se podría realizar el mecanizado de todas las superficies en la misma máquina, torno de CN, con el consiguiente ahorro de tiempo y mayor garantía de cotas especialmente si el lote de piezas a fabricar fuera alto. No obstante, si el número de piezas a fabricar fuera elevado se podría pensar en adquirir una máquina especial que fuera capaz de cubrir los requerimientos de esta pieza y otras de la misma familia.

Torno TCN-11

Se ha elegido un torno bidireccional con alimentador de barra comandado por control numérico para la realización del bulón. La elección ha sido ya contrastada con otros posibles modos de proceder. Este torno nos ofrece las mejores condiciones de trabajo a la hora de la fabricación de piezas tipo bulón.

El torno nos permite sujetar la pieza por un lado y actuar en el otro extremo de la misma en una primera fase, y en una segunda cambiar el punto de amarre al otro extremo de la pieza y acabar el mecanizado en el extremo que inicialmente nos ha servido de anclaje.

Es decir, la gran ventaja que ofrece este torno es que podemos acabar completamente el proceso de fabricación sin tener que parar en ningún momento el programa de control numérico.

Otra gran ventaja de este torno es la posibilidad que tiene de alimentarlo por barra y contarla durante el proceso mecanizado a la cota deseada.

En resumen, este torno conlleva un gran ahorro de tiempo en el proceso de fabricación del bulón.

CARACTERISTICAS DEL TORNO

Diámetro sobre bancada 400 mm. Distancia entre puntos hasta 500 mm. Potencia: 20 Kw Control numérico: FAGOR. Doble cabezal

Doble torreta

Mecanizado en fresadora CN

Las máquinas estándar más apropiadas para la realización de las superficies 4 y 5 son fresadoras CN o centros de mecanizado. Esta solución conlleva el inconveniente de tener que cambiar de máquina para mecanizar todas las superficies del pistón, con la consiguiente pérdida de tiempo, que se puede hacer más importante si se trata de fabricar un gran número de piezas. Esta opción también incrementa el inventario en curso y hace necesario un mayor control de la producción.

Para lotes grandes se podría pensar en una célula flexible adecuada para esta familia de piezas, que integrase un torno y un centro de mecanizado, con un robot para la alimentación de ambos. Sin embargo, dada la condición inicial del ejercicio, el mecanizado con una fresadora CN es la solución adoptada.

MAQUINA HERRAMIENTA

Fresadora vertical universal

Los principales atractivos de una fresadora de este tipo son:

Es una máquina capaz de realizar trabajos fuertes que requieren gran vigor y energía. Este alto poder de mecanizado es debido a que las herramientas son multifilo, por lo que la capacidad de arranque de viruta se multiplica.

Su campo de operación es amplio y muy variado gracias a los numerosos grados de libertad y tipos de herramientas. Además existen gran diversidad de accesorios que permiten otros movimientos.

Las fresadoras universales tienen la posibilidad de orientar tanto la mesa como el cabezal vertical.

Este hecho, junto con todo lo mencionado anteriormente, permite mecanizar casi cualquier tipo de superficie.