Tarea2_ferramentas_piston2

Proceso de mecanizado de una
camisa de pistón.
En este ejercicio se analizará el proceso de mecanizado de una camisa de
pistón, a partir de una preforma de aluminio, que tiene la forma final salvo sobre
espesores. En cada sección se irán mostrando las características de la pieza,
etc., necesarios para la fabricación de la misma. Asimismo, se plantearán
algunas cuestiones para su razonamiento y solución.
Para la correcta realización del ejercicio, se deberá estudiar detenidamente el
plano de la pieza, para así comprender mejor las diferentes posibilidades que
existen para su mecanizado. Posteriormente, se deberá realizar un análisis de
las superficies y volúmenes a mecanizar.
Se considera que la fabricación se realiza en un taller de mecanización y
montaje de una PYME con una gran variedad de producción, trabajando con
lotes medianos de forma que no se justifica la inversión en máquinas
especiales. Aunque lo ideal sería el planteamiento de fabricación flexible
mediante una célula de mecanizado, para el desarrollo del ejercicio se ha
considerado disponer únicamente de Máquinas Herramienta y Centros de
Mecanizado CNC, por lo que la carga de piezas y fijación de utillajes será
manual.
IMPORTANTE: Se trata de un ejercicio guiado, por lo que se debe seguir el
orden establecido y las instrucciones que se indican en cada apartado
1. ESTUDIO DEL PLANO DE
LA CAMISA DEL PISTON
Para obtener esta pieza, deberemos mecanizar cinco superficies en total. La
superficie número 1 sufrirá varias operaciones, correspondientes a la
realización de los segmentos y de los agujeros de ajuste con el bulón, por lo
que podemos realizar dentro de ella dos subdivisiones, que corresponden a las
superficies 3 y 4. A su vez, dentro de la superficie 4, deberemos mecanizar la
superficie 5.
Es importante recalcar, que 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.
Superficie
TIPO
COTA
ACABADO
T1
Torneado
ᶲ88,25
Acabado
Desbaste
sujetar torrenta,
posicionar y
sujetar torrenta
T2
Torneado
ᶲ85,55
Acabado
Desbaste
sujetar torrenta,
posicionar y
sujetar torrenta
T3
Torneado
ᶲ78,3
Acabado
Desbaste
sujetar torrenta,
posicionar y
sujetar torrenta
C
Cilindrado ᶲ74,65
Acabado
Desbaste
perpendicularidad
de su eje con el
de la pieza
C
Cilindrado ᶲ 88,25 Desbaste
Externo
ᶲ85,55 ACABADO
Información del plano
REFERENCIA
perpendicularidad
de su eje con el
de la pieza
Superficie
Nº
F
Ch
R
TIPO
COTA
ACABADO
REFERENCIA
Fresado
ᶲ100
fresa
Fresado
Se ajusta el número
de revoluciones y de
avance, se eleva
ligeramente la fresa
y realizar la
operación de
fresado.
Chaflan
ᶲ78,3
ᶲ74,65
Desbaste
Acabado
Chaflán en el
extremo de la pieza.
Refrectado
Desbaste
Acabado
Información del plano
1. Torneado (T).
2. Cilindrado interno (C).
3. Cilindrado cónico externo(c).
4. Fresado (F).
5. Chaflán (Ch).
Información de la pieza
MATERIAL: Se ha elegido aleación aluminio como material para la realización
del pistón por diferentes razones:
1. Baja densidad (un tercio menor que el hierro)
2. Facilidad para la fundición (incluso en el caso de inyección), forja y
mecanizado
3. Gran conductividad térmica
4. Buena resistencia a la corrosión
5. Buenas características de resistencia frente al acero y hierro.
Desventajas, para la mayoría de procesos, incluyendo:
1.
2.
3.
4.
Alto coeficiente de expansión térmica
Baja dureza
Efectos adversos de la alta temperatura en la resistencia
Coste del material
La mayoría de los motores con cilindros de menos de 152 mm de diámetro,
usan pistones de aluminio procedentes de la fundición. También, muchos de
los grandes motores usan este material.
Mientras que las secciones de los pistones de aluminio deben ser más gruesas
que la de los de hierro, el sobrepeso es menor y la gran conductividad térmica
del aluminio tiende a reducir la temperatura del pistón.
Esta ventaja es especialmente importante cuando no se utiliza ningún sistema
especial de refrigeración (usando aceite o agua circulante simplemente).
Características generales para las Aleaciones de Aluminio Fundido
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
UTS,ksi
Módulo elástico, psi*10^-6
BHN
Relación de resistencia EL/UTS
Elongación , por ciento
Conductividad del calor, cal/cm ºC hr
Coeficiente de expansión por ºF *10^6
Maquinabilidad relativa
15-17
10-11
23-135
0.35-0.50
1-30
0.37-0.53
12.7-13.3
excelente
SOBREESPESORES: Será suficiente con 2 mm de sobreespesor ya que la
fundición nos permitirá obtener un ajuste dimensional aceptable.
ESPECIFICACIONES: Todas las superficies deberán tener un muy buen
acabado superficial, en especial la parte del pistón que estará en contacto con
la camisa del cilindro y la zona de unión con el bulón.
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.
En la práctica, para esta pieza no es posible encontrar herramientas
motorizadas que abarquen la distancia que mide el largo del agujero del bulón,
con lo que la posibilidad de realizar las superficies 4 y 5 en un torno de CN con
herramientas motorizadas queda descartada. Por lo tanto, para mecanizar la
superficies 4 y 5 se ha utilizado una fresadora de CN.
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.
Vuelve a la página anterior y analiza las necesidades de elegir la fresadora
para mecanizar estas dos superficies.
CARACTERISTICAS DE LAS
MÁQUINAS HERRAMIENTAS
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 en el apartado visto
anteriormente.
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.
Aquí se muestran las características técnicas del torno.
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.
Máquinas herramienta
El proceso de mecanizado de la biela se va a realizar en una fresadora vertical
universal, cuya combinación de grados de libertad permite realizar una amplia
gama de productos.
La fresadora vertical universal nos permite
realizar todas las operaciones deseadas
para dejar la pieza prácticamente acabada.



Fresado.
Mandrinado.
Ranurado.
En el esquema de la derecha se muestran
los bloques principales de una máquinaherramienta con los grados de libertad
indicados. En la MH tiene lugar el proceso
básico de conformación, y alrededor de
ella se desarrollan muchas actividades
complementarias como son el transporte
de
materiales
y
herramientas,
el
tratamiento de datos, los programas de
CN, la verificación de la pieza, el ajuste de
la máquina, el diseño y colocación de las
sujeciones, la eliminación de residuos, etc.
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.
Características de esta
máquina :
Recorrido de la mesa (mm) :
750*500*470
Superficie de la mesa (mm) :
1050*350
Motor : 4.5 kW