Proyecto Final de Procesos de Manufactura I

 

 

PROYECTO FINAL DE MANUFACTURA I Diseño y fabricación del pistón Estudiantes: Daniel Espinoza Mirea Flores BrIan Oporto Kelvi Salvatierra H. Materia: Procesos de Manufactura I

 

1.  DOCUMENTACIÓN DE PRODUCTO a)  INFORMACIÓN TOPOLÓGICA Se denomina pistón a uno de d e 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. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido. A través de la articulación de  biela y cigüeñal,  cigüeñal, su  su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.

Esquema simplificado del movimiento pistón/biela

Puede formar parte de bombas, de bombas, compresores  compresores y motores.  motores.   Se construye normalmente en aleación de aluminio. de aluminio.  

 

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 material más elegido para la fabricación de pistones es el aluminio y suelen utilizarse aleantes utilizarse aleantes como: como: cobre,  cobre, silicio,  silicio, magnesio  magnesio y manganeso entre otros.

Los pistones forjados, tras verter el aluminio en un molde especial se someten a presiones que en algunos casos superan las 2.000 toneladas, eliminando así poros e impurezas las cuales minimizan la fiabilidad y el rendimiento en los pistones normales. Si lo miramos por un microscopio todas las partículas de metal de un pistón fundido se podría decir “están una al lado de otra”.  Las partículas del metal de un pistón forjado están mucho más comprimidas. Esto es lo que hace que los pistones forjados sean tres veces más fuertes que los l os demás. *Los pros que tienen estos pistones forjados respecto a los normales son que se necesita menos material para fabricarlos(ya que se necesitan grosores menores de metal en las faldas y en la cabeza del pistón para lograr aun así mucha más resistencia que los pistones fundidos), esto supone un peso menos elevado , haciendo subir de vueltas más rápido al motor y a su vez haciéndole dar más par y potencia a bajo, medio y alto régimen de rpm. El otro es que estos pistones son prácticamente imposibles de romper dentro del motor, cosa que en los pistones fundidos sucede con facilidad cuando se acumula algo de desgaste en ellos. *Los contras, son la duración, ya que al dar más potencia al motor, el desgaste es mayor y la duración disminuye. Por eso podemos elegir qué clase de pistón poner a nuestro vehículo en función de lo que más nos convenga, si queremos más potencia nos viene bién un pistón forjado, o si queremos no hacer un uso muy agresivo del motor, nos vendrá bién un pistón fundido ya que nos durará más tiempo.

 

También aclarar que los pistones forjados se usan más que nada para la competición, por eso se desgastan más, pero si montamos un forjado en un vehículo que no valla a competir es totalmente legible también, ya que nos dará más potencia en el caso de necesitarla e irá prácticamente igual que el fundido sin ir a "tope", eso si nos durará aun así algo menos como ya dije anteriormente. anteriormente. Fuente: http://aranuga.com/piston-hidraulico Fuente: http://aranuga.com/piston-hidraulico Fuente: http://alemarcor.blogspot.com/2012/03/pistones-forjados-vs-fundidos.html  http://alemarcor.blogspot.com/2012/03/pistones-forjados-vs-fundidos.html Fuente:

b)  DETERMINACIÓN Y JUSTIFICACIÓN DEL MATERIAL Se ha revisado la información del texto Bralla para determinar el material material de aluminio y el tipo de aleación que se utiliza para fabricar un pistón, según el video y además de revisar las siguientes fuentes bibliográficas se espera que el material seleccionado cumpl cumpla a los requerimientos requerimient os para fabricar el pistón de la calidad deseada.

Fuente: Texto “Manual de diseño diseño de producto para manufactura”, Autor: Autor: James G. Bralla pág. 244 tabla 2.3-2: Material 2014

 

  Fuentes bibliográficas

GARCÍA-ROMERO, A.; ANGLADA, M.; IRISARRI, A. M. Estudio del comportamiento frente al desgaste de un material compuesto de aleación de aluminio. XXII Encuentro Encuentro del Grupo Español de Fractura.   AVEZOU, Jean-Claude. Manufacture of pistons. U.S. Patent No 4,651,631, 24 Mar. 1987.

Se ha determinado que para la fabricación del pistón, el material seleccionado será el aluminio forjable forjable 2017 ya que pertenece pertenece a una serie serie de aluminio con con un contenido de cobre principalmente junto con otros materiales, esta aleación tiene las siguientes características característ icas que permiten al pistón ser funcional: 

  Una aleación con cobre de alta resistencia física con bajo peso.



  Resistenc Resistencia ia a la corrosión.



  Facilidad de maquinado o formado.



  Tratable térmicamente. térmicamente.

c)  RECOPILACIÓN DE INFORMACION TÉCNICA DEL MATERIAL El proveedor que ofrece la aleación 2017 proporciona la siguiente información técnica del producto:

 

 

 

d)  PLANO DE FABRICACIÓN

2.  INFORMACIÓN DEL MATERIAL DE PARTIDA

 

a)  Formatos disponibles Barra de aluminio de 100.925 mm de diámetro y altura de 6 metros.

b)  Proveedores La siguiente tabla indica los l os posibles proveedores argentinos: 1.Alumfé S.R.L. 

Telefono: (0342) 455-8090, Santa

Leopoldo Prats (Argentina)

456-1310/ 2322/ 4447 Irigoyen Freire 3836 Fax: (0342) 456-1310 Santa Fe [email protected]  

2.Exa Aluminio S.R.L. 

Telefono: (0342) Telefono: (0342) 456-3902 456-3902 Santa 3903 Dr. Zavalla Fax: (0342) 456-3902/ 3903 Santa Fe [email protected]  

Martín Acuña (Argentina) 3.Sannella

Telefono: (0341) 439-4836, 437- Rosario 

Aluminio S.R.L. 

0542 Fax: (0341) 437-0542 Constitución Santa Fe [email protected]  

4.P.I.L.A.R. S.A.C.I.F.I. 

Telefono: (0341) 463-6834 Rosario  Fax: (0341) 463-6312 Mister Ross [email protected]   Santa Fe

Edgardo Sannella

 Américo Maglione 5.Dopert S.R.L. 

 Andrés Simonetti

6.Ormetal 

Metal

Telefono: (0341) Telefono: (0341) 43 437-2828 7-2828 Rosario  3652  Alsina

Fe 

Fé 

4802

1623

829

1344

Fax: (0341) 437-2828 Santa Fe [email protected]  

Telefono: (0341) 4572- Buenos Aires  3077/3172 4574-3077 Fax: 4573-1094 [email protected]  

De los cuales se eligió al proveedor que nos proporcione el aluminio 2014, al no encontrar el material, buscamos otro material que tuviera propiedades tecnológicas similares al aluminio

 

2014, como resultado cambiamos de material aluminio 2017 que nos ofrece el proveedor Ormetal(Argentina-buenos Ormetal(Ar gentina-buenos Aires).

c)  Conclusión Se había determinado el material de aluminio de aleación 2014 por las propiedades que presentaba según la referencia bibliográfica del texto Bralla pero no se encontró un proveedor, como resultado se cambió el material a la aleación 2017 que posee propiedades similares similares al aluminio 2014.

3.  PROCESO DE CORTE a)  Alternativas Tecnológicas para corte   Corte por plasma.



  Discos de corte.



b)  Información de Maquinaria La Sierra circular se utiliza específicamente para acortar perfilería, aluminio, acero y materiales no férricos como cobre, bronce y latón. Cada disco, está constituido por un cuerpo o nucleó circular dotado en su periferia de una serie de dientes cortantes, cuya configuración en cuanto a un número, calidad, densidad del tipo, la forma y el espesor del material que se vaya a cortar. Las sierras circulares utilizadas en corte de metal, son fabricadas en acero rápido, con aleaciones especiales especiales de cromo, vanadio, wolframio y cobalto. Para seleccionar correctamente correctamente el disco de sierra se debe tomar en cuenta:   Diámetro: Los discos varían desde 150 hasta 600 milímetros, es preciso seguir normas



tan simples como el espesor máximo del material aserrado sea un cuarto de diámetro de la herramienta. De otro lado, el plato porta sierra no debe ocupar más de un tercera parte del disco, y dicha dimensión debe conocerse ante de la elección del tamaño del mismo.

 

  Número de dientes y paso dentado según los expertos, cuanto más grueso sea el



material, mayor mayor debe ser ser el paso dentado y menor el núm número ero de dientes, mientras que si el material a aserrar es más delgado, menor debe ser el paso y mayor el número de dientes.   Ángulos de corte: Los dos ángulos principales son el de ataque o ángulos “Y”, que



varían

entre 6 grados-negativo y 35 grados grados positivos, y el ángulo si simple. mple. Lo Loss

elementos de juicio para elegir el ángulo correcto tienen que ver con la calidad del aserrado, el tipo y la dureza de material, así como la velocidad de avance y la posición del disco frente al material a aserrar.

 

c)  Información de Herramientas

d)  Conclusiones La duración, productividad y efectividad de los discos de corte, depende principalmente de una adecuada selección, en donde los factores anteriormente mencionados deben tenerse en cuenta para sacar el máximo provecho y capacidad de trabajo de cada disco de sierra.

4.  FORJADO a)  Información de las condiciones de forjado del material a trabajar El material del cual cual se empiez empieza a para el forjado titiene ene un diámetro de aproxi aproximadamente100 madamente100 milímetros y una longitud de 65.57 mm.

Tolerancia dimensional Tolerancia dimensiona dimensionall normal: +-0.4 mm. Acabado superficial superficial en la forja: 3.2- 12.5 μm.

 

Fuente: Texto

b)  Diseño de dados, con lógica CIM La importancia de dell utillaje de forja en el producto final final (pistón) se produce en múlt múltiples iples direcciones, como puede ser, la calidad, el costo de fabricación, el plazo, la productividad, productividad, la precisión. El utillaje juega un papel vital en la competividad del producto. Además un utillaje diseñado y producido con tecnologías adecuadas y de última generación donde se utilizan cálculos de elementos finitos y simulaciones en el proceso, se permiten reducir el tiempo de desarrollo de estas herramientas y ayudará de forma importante en la mejora de los diferentes estadios de forja. Esta tecnología permite conocer, antes de su fabricación, toda la problemática de la vida, funcionamiento y rendimiento ,es por esto que se ha realizado una investigación documental para determinar el material del punzón, debido a que se realiza el forjado en caliente, se seleccionó el acero SISA M2(acero rápido), para esta selección del material en los punzones se debe tomar en cuenta un factor significativo como el material. Dentro de los diferentes procesos de fabricación de materiales para utillajes de forja y poniendo unas reglas muy básicas para seleccionar se dan tres reglas muy básicas: 1) ACEROS CONVENCIONALES: Fabricación de utillajes de responsabilidad normal, tanto en matrices como en punzones.  2) ACEROS ESR: Sobre todo para punzones con un desgaste superficial considerable.  3) PREMIUM: Sobre todo para matrices, con un considerable desgaste interior. Aparte de estas normas básicas hay que tener en cuenta otros factores tanto en la fabricación de utillaje de uso como estándar. No es ningún secreto, que para la fabricación de utillaje en contacto directo con la pieza a forjar, se utilicen aceros de tipo: 1.2343  –  1.2344   1.2344  –  1.2365   1.2365  –  1.2367   1.2367  –  1.2885   1.2885  –   1.2714, y todas las variantes que con pequeñas modificaciones en su composición química son

 

producidas por las diferentes marcas de aceros. La elección de uno u otro acero se realizan en función de la temperatura de forja, la resistencia, su tenacidad y resistencia al desgaste a esa temperatura, tras un previo y detenido estudio de todos los parámetros que inciden en el proceso de forja. Para la fabricación de utillaje de estándar (armaduras, placas sufrideras ) se utilizan aceros tipo: 1.2714  –  1.2343   1.2343  –  1.2344   1.2344 y las durezas a aplicar van en función de las cargas mecánicas que deben de soportar. Estas cargas se deben de definir tras un estudio previo. 

Se considera los siguientes aceros para seleccionar el mas adecuado para los punzones y dados.

Se selecciona el acero 1.2343 para el punzón y los dados ya que esto depende de la porque todas las variantes que con pequeñas modificaciones en su composición química son producidas por las diferentes marcas de aceros. La elección de uno u otro acero se realizan en función de la temperatura de forja, la resistencia, su tenacidad y resistencia al desgaste a esa temperatura, tras un previo y detenido estudio de todos los parámetros que inciden en el proceso de forja.

 

 

c)  Verificación de diseño de dados con sistema CAM/CAE (3deform)

Fotos de simulacion

d)  Planos de fabricación

e)  Planificación de fabricación de los dados, utilizando sistemas CAD/CAM/CNC. Los dados han sido diseñados de acuerdo a la geometría de pistón tomando en cuenta el acabado para determinar las posibles operaciones después de la forja, las ventajas de esta operación es que se tenga mejor precisión dimensional, gran capacidad de producción y reproductibilidad. En cuanto a desventajas se tiene gran coste de los dados para bajo número de piezas a producir, necesidad del maquinado para la obtención del producto final.

 

En la simulación realizada en el programa 3deform ha sido optima con el planos de fabricación tanto el dado como el punzón, ya que no se ha tenido dificultades para el diseño del dado, por lo tanto se ha podido obtener la pieza final gracias a la buena implementación implement ación inicial del diseño de dados que son funcionales. Se manda a construir los dados con la tecnología C CNC NC ya que estos nos dan mejor acabado superficial en las herramientas necesarias para posterior implementación en la empresa.

5.  OPERACIONES DE ACABADO a)  Información sobre posibles operaciones de acabado Tratamiento Térmico El tratamiento de solución se realiza típicamente en un rango de temperatura de entre 450 y 575 °C (842 a 1.067 F) en aire, seguido por un enfriamiento rápido en agua fría, agua caliente, agua hirviendo (revenido T61), solución de agua y polímero (glicol), pulverización de agua o aire forzado. El envejecimiento natural del temple T4 se produce a temperatura ambiente para aleaciones 2xxx, 6xxx, 2xx y 3XX, y la mayoría de piezas alcanza un templado estable tras 96 horas. El envejecimiento artificial en el rango de entre 93 y 245 °C (199 a 473 °F) se utiliza para cumplir con el temple T6 y T7X. Inmediatamente después del enfriamiento rápido desde el tratamiento de solución, todas las aleaciones son relativamente blandas y pueden conformarse o enderezarse moderadamente si la operación se realiza dentro de las dos horas siguientes. Estas aleaciones se endurecerán naturalmente por envejecimiento a temperatura ambiente, y tras el enfriamiento rápido su dureza aumentará gradualmente gradualmente con el paso del tiempo. Esto se puede suprimir mediante refrigeración a una temperatura aproximada de 0 °C (32 °F) si se desea conformar o enderezar el material cuando hayan transcurrido más de dos horas tras el enfriamiento rápido. Es necesario enfriar por debajo de los 23 °C (menos 10 °F) o una temperatura inferior, para conservar el templado por enfriamiento rápido austenítico (AQ), para tiempos de almacenamiento almacenamiento que se prolonguen más allá de unos pocos días. Para obtener la máxima conformabilidad antes del tratamiento de solución y el envejecimiento, estas aleaciones deben recocerse totalmente, para producir un temple extra suave, en un rango de entre 400 y 425 °C (752 a 797 °F), a continuación, enfriarse lentamente (28 °C o 50 °F por hora o más lento), hasta llegar a una temperatura inferio inferiorr a los 235 °C (455 °F) y finalmente tratarse en solución y envejecerse.

 

Fuente: pág. 102, Materiales y Procesos de Manufactura.

Mecanizado Rectificado Las especificaciones de las calidades deseadas para las dos operaciones de mecanizado y rectificado están especificadas especificadas en llos os planos de fabricación. fabricación.

b)  Información de máquinas Para el mecanizado mecanizado y rectificado se ha recopilado las posibles posibles tecno tecnologías logías que sean útiles para las operaciones de mecanizado y forjado, después seleccionamos la tecnología con la que se realizaran los pistones. 1.  TORNO  PARALELO  PARALELO CN C  FOLLOW  FOLLOW CNC450  CNC450 

www.hellermaquinaria.com www.hellermaqu inaria.com › CNC  › Tornos CNC  

 

 

 

  http://www.br http://www.bricolandia.es icolandia.es/maquelec-m2b-550-tor /maquelec-m2b-550-torno-fresadora-compact no-fresadora-compacto-550-mmo-550-mmm2b550/   m2b550/

 

MAQUELEC M2 B-550 TORNO FRESADORA COMPACTO 550 MM (M2B550) Características Técnicas del torno: Incluye kit de lectura digital profundidad de corte Modelo de torno C6 Máx. torneado sobre bancada 250 mm Distancia máxima entre puntos 550 mm Diámetro del husillo 20 mm Cono del mandril MT3 Cono del contrapunto MT2 Control de velocidad regulable electronicamente. Potencia del motor 550 w Rango de roscas Métrica 0.4-3.0mm (Paso de 12 roscas) Imperial 10-44 TPI (Paso de 8 roscas) Cabeza orientable -25 a +45 Grados Peso (neto/bruto) : 145 Kg/180 Kg Dimensiones embalado : 1200x660x600 mm Artículos incluidos: Plato de 3 garras de 125 mm Punto fijo MT2, MT3 Juego de piñones de roscado Portabrocas de 13 mm Mesa de fresado Características Técnicas de la Fresadora: Fresadora X2 Capacidad de taladro 13 mm Diámetro máximo de la fresa (final) 16 mm Diámetro de la fresa (frontal) 30 mm Recorrido cabeza eje Z 180 mm Recorrido eje X 100 mm Recorrido eje Y 220 mm Ángulo desplazamiento -25 a +45 Grados Potencia del motor 350 w Velocidad Rango bajo Rango alto 0-1100 rpm +/- 10% 0-2500 rpm +/- 10% Tamaño mesa 240×110 mm Cono eje MT3 Tamaño ranura en T 12 mm Peso (neto/bruto) 30 Kg/45 Kg Dimensiones embalado 810x420x500 mm Todos los tornos incluyen de serie : ref. 10013 Punto fijo MT2 Ruedas / piñones para intercambiar en la parte izquierda del torno u realizar hacer los diferentes pasos de roscas, incluye una tabla para ver los distintos pasos.

 

Accesorios recomendados imprescindibles : ref. 10014 Punto Giratorio MT2 : evita el rozamiento de la pieza contra el punto ref. 10012 Portabrocas de llave 13 mm MT2 + cono ref. 10005 Juego de 11 cuchillas 8×8 mm

http://www.metalmecanica.com/temas/Centro-de-torneado-CNC-ST-10Y+96090   http://www.metalmecanica.com/temas/Centro-de-torneado-CNC-ST-10Y+96090 

c)  Información de Herramientas Elegimos este torno fresa por su versatilidad en la parte de ahorro de tiempo y costo de operación de máquinas. La capacidad de tornear y fresar piezas complejas y de realizar varias operaciones en una sola máquina incrementa la productividad, reduce el tiempo de manipulación por parte del operario y mejora la precisión. El torno CNC ST-10Y de última generación de Haas

Automation es una solución económica para tornear piezas pequeñas con menos necesidad de manipulación, en un equipo compacto que ofrece diversas funciones típicas de máquinas de mayor tamaño e incluye herramientas motorizadas con eje C. El centro de torneado Haas ST-10Y ha sido diseñado con alta rigidez rígido y ofrece gran precisión y estabilidad térmica. Todas las bases de fundición se han optimizado mediante el método de análisis por elementos finitos para obtener los diseños más rígidos posibles. Además, se ha mejorado el flujo de viruta y el circuito de refrigerante, y se ha simplificado el mantenimiento mantenimiento y el servicio. El cabezal del husillo es compacto y simétrico para garantizar la estabilidad térmica y la rigidez, y el diseño en forma de cuña de 45 grados da más espacio para montar las herramientas y mejora el flujo de virutas. El ST-10Y está equipado con una torreta de 12 estaciones para herramientas tipo VDI, que posiciona las herramientas en 0,5 segundos para reducir los tiempos de ciclo. Esta máquina proporciona una capacidad máxima de corte de 228 x 355 mm, ofrece un recorrido del eje Y de 101 mm (a ±50,8 mm de la línea central) para operaciones de taladrado, roscado y fresado descentrado. Viene con herramientass motorizadas de par elevado y un eje C accionado por servomotor, para darle herramienta versatilidad con 4 ejes. La nariz de husillo A2-5 del ST-10Y tiene un diámetro interior de 58 mm y capacidad para barras de 44 mm. Además, la máquina viene con un plato universal hidráulico de 165 mm. El husillo con accionamiento vectorial doble de 11,2 kW de la

 

máquina gira a 6.000 rpm y proporciona un par de corte de 101 Nm a 1.300 rpm. El interruptor estrella-delta ultrarrápido produce una banda de potencia amplia para mecanizar a velocidad constante de corte, mientras que los avances rápidos son de 30,5m/min.

d)  Planificación de operaciones de acabado El tratamiento térmicoggggggggg

6.  CONCLUSIONES FINALES 7.  FICHA TÉCNICA DEL PISTÓN DESIGNACION Y MATERIAL

PISTON PARA FORD SHELBY GT 500 PREFIJO

H(Hipereutectico )

MATERIAL

ALUMINIO 2014 (FORJABLE)

TEMPERATURA DE IMERCION

925 a 950 [oF]

TRATAMIENTO TERMICO

TEMPLADO(T4)

 

  DIMENSIONES

TOLERACIA DIMENCIONAL NORMAL

+-0.4 mm

ACABADO SUPERFICIAL EN LA FORJA 3.2-12.5 μm. DIAMETRO(CABEZA)

101 mm

ANILLAS AGUJERO

2.4 mm 40 mm

CUERPO

103.8 mm ACABADO

CABEZA

TEMPLADO, RECTIFICADO(N9)

CUERPO

TORNEADO(N7)

AGUJERO CUERPO INFERIOR

TALADRADO CEPILLADO

ESPECIFICACIONES

 

RELACION DE COMPRECION

7:1 a 12:1.

CILINDRADA

5.0 CC

CONSUMO

15 millas por galón 

TORQUE

631 lb-ft 

8.  BIBLIOGRAFÍA 1.  http://www.me http://www.metalactual.co talactual.com/revista/19/he m/revista/19/herramientas rramientas_sierras.pdf _sierras.pdf 2.  http://www. http://www.lazpiur.com/int lazpiur.com/intranet/uploads/not ranet/uploads/noticias/adjuntos/248_LA icias/adjuntos/248_LAZPIUR_LIBRO_  ZPIUR_LIBRO_  USB_CAST1.pdf http://www.capalex.co. w.capalex.co.uk/spanish/2 uk/spanish/2014_alloy_sp.htm 014_alloy_sp.htmll  3.  http://ww 4.  http://www.struers.com/resources/elements/12/101173/Application%20Notes%20Copp er%20English.pdf 

 

5.  http://ww http://www.bodycot w.bodycote.com/es-ES/ e.com/es-ES/services/heat-tr services/heat-treatment/solu eatment/solution-andtion-andage/aluminium-alloys.aspx 

 

6.  ANEXOS