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SISTEMA PRODUCTIVO DEL PISTON Y BIELA PROCESOS DE MANUFACTURA

PROCESOS DE MANUFACTURA

PRESENTADO POR. RICARDO DONADO CÓD. 8786055

GRUPO 332571_1

PRESENTADO A ALBERTO MARIO PERNETT

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD BARRANQUILLA MAYO DEL 2017

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS Diseño de producción de un pistón de un motor , sus funciones, los materiales utilizados y procedimientos a llevar a cabo en la producción, tomando en cuenta características de los materiales físicas y mecánicas, así como el proceso de selección de manufactura

ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN PARA AUTOMATIZAR, USANDO CELDAS DE MANUFACTURA, EL SISTEMA PRODUCTIVO DEL PISTÓN BIELA

Los procesos de manufactura es de vital importancia para la competitividad de las empresas y por medio de esta se logran los objetivos de productividad y eficiencia. Además, se disminuyen los costos de fabricación utilizando los mismos medios con los que se contaba antes de la organización. Un proceso de manufactura se debe concebir de manera organizada y eficiente desde el principio, lo cual facilitará la implementación de sistemas automatizados a medida que el sistema lo requiera. La flexibilidad como concepto fundamental en los actuales procesos productivos es la habilidad para adaptarse a los continuos cambios del mercado. La máxima escala evolutiva de los actuales procesos de producción automatizados está representada por las células integrales de manufactura (CIM), y el objetivo de este artículo es sentar las bases en este largo proceso de automatización.

ESQUEMA DE ESTACIÓN AUTOMATIZADA En este proyecto se va a desarrollar el proceso de fabricación de los pistones de un motor a gasolina A continuación se ha construido con ayuda del programa Solid Edge un diseño de los mismos para facilitar su visualización. Se deberá estudiar el proceso de mecanizado del pistón, para poder realizar el esquema de la estación automatizada. La estación de fabricación de pistones deberá de disponer de: 

Torno



Fresadora



Taladro



Brazos de reparto



Contenedores de recogida



Barreras

Basándonos en estos componentes se creará un esquema lo más realista posible de una planta de mecanizado de pistones. El siguiente esquema representa la planta de producción de los pistones, de la cuál, se realizará su simulación automática a continuación.

Esquema de la estación de fabricación de pistones

DISEÑO DE CELDAS DE MANUFACTURA DE PIEZA PISTON DE BIELA Se determina la totalidad de los productos que serán fabricados por la celda de manufactura y los procesos inherentes para su elaboración, Se organiza una matriz que identifica los procesos a los que cada uno de los productos es sometido; por medio de unos (1) y ceros (0) se identifica si al producto se le practica un proceso o no. El método de “rankeo”, Rank Order Clustering (ROC), (King, 1980), determina la sensibilidad de peso específico tecnológico de cada una de las columnas y cada una de las filas. Se ordenan las filas en orden decreciente de acuerdo con la sensibilidad de peso específico tecnológico y a continuación se organizan las columnas en orden decreciente. Se repiten estos dos pasos hasta que la matriz no sufra más modificaciones. Una vez la matriz ha sido organizada, se determinan las posibles celdas de manufactura. Una celda de manufactura es un conjunto de partes y máquinas que tienen en común el proceso de fabricación y, por tanto, con base en esta matriz se determinará el montaje y ubicación en planta de las máquinas

FUNCIONAMIENTO El pistón es el encargado de cubrir toda la superficie interna del diámetro del cilindro. De manera que cuando baja (a grosso modo), es el encargado de hacer el vacío, que aspirará la mezcla proveniente de la admisión. (1. Tiempo admisión) En el tiempo de compresión, será el encargado de comprimir dicha mezcla, con las válvulas cerradas. Generando calor y en el momento que la chispa salta. (2. Tiempo compresión)

Debido a la explosión que se produjo, el pistón baja a alta velocidad, pues fue quien recibió la explosión en su superficie. Entonces baja como producto de la misma, y en ése momento es donde se genera la fuerza motriz, la que mueve el motor y por consiguiente la caja y las ruedas. (3. Tiempo fuerza) En el momento siguiente, cuando vuelve a subir, con la válvula de escape abierta ya, es el encargado de expulsar los gases de la cámara de combustión. (4. Tiempo escape) Estos son los tiempos que caracterizan a los motores de combustión interna de cuatro tiempos.

Anillos de Pistón (aros) Los anillos de pistón, comúnmente llamados aros, consisten en anillos de compresión, los cuales actúan para prevenir que los gases escapen a través de la holgura entre el pistón y las paredes (camisetas) del cilindro, y los anillos de aceite, los cuales actúan para raspar el exceso de aceite lubricante de las paredes del cilindro, que fluye, regresando al cárter de aceite. Generalmente se construyen de acero. Biela Esta funciona para transmitir la fuerza recibida por el pistón al cigüeñal. Este elemento está sometido a esfuerzos de compresión y tracción mientras el motor está funcionando, por lo que los materiales empleados para su construcción deben poseer un alto grado de resistencia a los mismos y además, tienen que ser poco pesados al igual que los pistones. Pasador Es un cilindro hueco de acero que permite la unión de la biela con el pistón. En su elaboración hay que tener en cuenta el ajuste entre los elementos que une, pues debe permitir determinado movimiento entre ellos

Tipos de Pistones Pistones de aluminio fundido (Sufijos P, NP) Uno de los procesos más antiguos y aún vigente, es el de la fundición de lingotes de aluminio en grandes Crisoles (donde se calientan los metales hasta que se funden o pasan de sólido a líquido) que luego se vacían en moldes enfriados por agua bajo sistemas especiales. Posteriormente, comienza el proceso de mecanizado, efectuado por diferentes maquinarias controladas por computadoras y por último pasan por una serie de procesos térmicos que les dan las propiedades requeridas por las empresas fabricantes de equipo original. Estos mismos pistones de la marca Sealed Power son los que tienen los vehículos que salen de la fábrica y son los mismos ofrecidos en las repuesteras como piezas de reposición. Pistones forjados a presión (Sufijo F) En éste proceso se utilizan trozos de barras de aleaciones de aluminio cortados a la medida y sometidos a presiones de hasta 3000 toneladas de fuerza, En los troqueles se forja con exactitud las dimensiones del pistón y las ranuras de los anillos con maquinados a precisión para brindar óptima calidad y confiabilidad en el uso de estos, tanto en motores de uso diario como de trabajos pesados e incluso en los motores de autos de competencias. Pistones Hipereutecticos (Prefijo H) Estos pistones son fabricados con modernos sistemas de la más alta tecnología metalúrgica en la cual se emplean nuevas formulaciones que permiten agregar una mayor cantidad de silicio, lográndose una expansión molecular uniforme de los elementos utilizados en su composición. Esta técnica de manufactura proporciona a éstos pistones características especiales, tales como soportar mayor fuerza, resistencia y control de la dilatación a temperaturas altas, disminuyendo el riesgo de que el pistón se pegue o agarre en el cilindro, la vida útil es mayor ya que las ranuras de los anillos y el orificio del pasador del pistón son más duraderas, además se pueden instalar en los nuevos motores e igualmente se usan en motores de años anteriores. Esta particular tecnología de los pistones Sealed Power se impone en especial para las nuevas generaciones de motores de alta compresión. Al usar pistones con prefijo “H” su reparación será confiable Pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C) Los primeros minutos de funcionamiento de un motor nuevo o reparado son cruciales para la vida del motor. Los pistones de la marca Sealed Power han estado a la vanguardia de la tecnología del recubrimiento de las faldas del pistón. Inicialmente se utilizó el estaño (éste

le da un color opaco figura 3) pero por ser nocivo a la salud ha sido eliminado por los fabricantes de pistones. En sustitución se está aplicando el nuevo recubrimiento antifricción compuesto por molibdeno y grafito en las faldas. Este proceso patentado por Sealed Power extiende la vida útil de los motores que lo usan, evita que los pistones se rayen, ayuda a prevenir daños por la lubricación inadecuada y mejora el sellado de los pistones.

FABRICACIÓN 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. En la fabricación de los pistones de los motores actuales se usan como elemento principal el aluminio por ser un metal con amplias cualidades, al aluminio se le agregan otros elementos para obtener fórmulas adecuadas que proporcionan las características particulares necesarias según el tipo y aplicación del motor, se utilizacion aleantes como: cobre, silicio, magnesio y manganeso entre otros. Estas aleaciones son las que permiten obtener un producto de alta calidad como es el caso de los pistones Sealed Power. 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 Diesel naftero, 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.

DESCRIPCIÓN DEL PUESTO AUTOMATIZADO Se deberá estudiar el proceso de mecanizado del pistón, para poder realizar el esquema en Automación Studio de la estación automatizada: 1. Se introducen en un torno barras de aluminio de 80mm de diámetro y unos 3m de longitud. En el torno se realizarán dos procesos: 1. Realización de los segmentos (encargados de la estanqueidad del cilindro) 2. Corte a la longitud adecuada, en nuestro caso 60mm 2. Una vez salen del torno van a un contenedor 3. Una pinza capaz de girar 90º recoge una pieza y la coloca sobre un utillaje 4. El siguiente paso es el fresado. En nuestro caso disponemos de dos centros de fresado, el centro de fresado A es más nuevo y más rápido que el B, por lo que, el 60% de las piezas irán al centro A, mientras el 40% irán al B. 5. Para terminar con el mecanizado del pistón deberemos realizarle un taladro donde irá el bulón. 6. Por último una pinza coge el pistón ya terminado y los va almacenando en un contenedor. Mientras que los utillajes vuelven a entrar en el ciclo de mecanizado mediante una cinta en cadena cerrada.

La siguiente imagen sirve para asociar más fácilmente el sistema real a la simulación en la fabricación de un piston

SELECCIÓN DEL PROCESO DE MANUFACTURA FABRICACION DE LA BIELA MECANIZADO DE LA BIELA Las bielas son construidas en acero, titanio ó aluminio. De cada uno de estos elementos se usan determinadas aleaciones balanceando y aplicación. Cada barra de material a utilizarse en la fabricación de bielas es numerada y sometida a ensayos de templabilidad. Aleatoriamente, el 10% de las probetas tomada de cada barra es sometido a análisis químicos para verificar si las cantidades de los elementos que componen la aleación coinciden con los indicados en el certificado que el proveedor del material entregó. Una vez aprobado, el material es enviado a la planta donde se forjará para orientar lascivas de acuerdo a la forma de la futura biela. Nuestro objetivo es forjar el material a una forma similar a la biela terminada pero con un sobrante que permita, mediante mecanizado en centros computarizados, remover el material que ha perdido carbono al estar en contacto con la matriz de forja. Las bielas forjadas que equipan a los motores de los autos de calle suelen tener en su exterior una capa de material cuyas propiedades mecánicas son diferentes a las del núcleo. No obstante ello solamente entre el 20% y el 30 % del material forjado será parte de la biela, el resto será viruta. Luego del forjado se hace un tratamiento térmico que regenérala estructura metálica y favorece su mecanizado. De nuevo en nuestra planta, se realiza un rectificado y perforado que servirá como referencia para las restantes operaciones del proceso de fabricación

PRODUCTO FINAL DE FABRICACION

CONCLUSIONES Con este trabajo pude aterrizar un poco más los conocimientos de la materia al realizar un proceso de manufactura de una pieza, es muy interesante saber desde el tipo de material a utilizar, porque ese material el saber sus características sus beneficios y ventajas así como sus desventajas. Ahora Puedo aplicar los conocimientos adquiridos en este proyecto por sus características físicas y mecánicas, que se somete a un proceso de tratamiento de forja en caliente que consta de 4 etapas, que se pueden trabajar con laminado, prensado con matraces, que se trabaja maquinado y que para eliminar las rebabas de una biela en bruto se utiliza un proceso de bruñido. En lo personal este trabajo se me hizo muy interesante, además de que adquirí conocimientos sobre el tema y concluyo que un proceso de manufactura de una pieza requiere de determinar desde el diseño de la pieza, las tolerancias dependiendo del papel que desempeña la pieza en el proceso, el material del que estará hecha, el proceso al que será sometido para verificar sus propiedades físicas y mecánicas, las condiciones del proceso, que debemos tener en cuenta el acabado de la misma, que debemos tener presente el innovar para satisfacer las necesidades del sector productivo, eso le toca a la industria y a nosotros una vez que seamos ingenieros.

BIBLIOGRAFIA

 http://wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/index.php/Proyecto_Automatizaci %C3%B3n_B%C3%A1sica_08177_APR  http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/detail.action? docID=10515063&p00=manufactura  http://www.mms-mexico.com/noticias/post/celda-hmc-automatizadaincrementa-flexibilidad-en-la-produccin-de-bielas  https://prezi.com/xjfm6dcww0wd/sistema-de-produccion-por-celdas-demanufactura/