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Copy of proceso de fabricación de un Cigüeñal para motor Diesel

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by

fabian Gallardo

on 1 February 2014

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Transcript of Copy of proceso de fabricación de un Cigüeñal para motor Diesel


fundición del cigüeñal
Para obtener la forma de un cigüeñal el método ideal es la colada centrífuga con molde en posición vertical
.
.
Diseño Del Molde.
Solo se tiene en cuenta la formación de paraboloides, que
se corrigen
calculando el espacio necesario para que este hueco no influya
en la pieza final, resultando una pieza con una especie de mazarota en su
parte superior que inevitablemente se quita con un proceso posterior de
mecanizado.
Después del desmoldo (la pieza esta colocada de forma que permite un desmoldo sin aprisionamientos) la pieza estará casi acabada, por lo que apenas habrá que realizar un pulido posterior.
Para el diseño del molde, se tiene en cuenta que de forma inmediata al bebedero se encontrará una cavidad ensanchada con el fin de evitar que el paraboloide penetre en la pieza resultante.
gracias
Procesos de Fabricación
de un Cigüeñal

El material empleado generalmente para la construcción de los cigüeñales es de acero al carbono, en algunos casos (según se solicite) se emplean aceros especiales al cromo-níquel o cromo-molibdeno-vanadio tratados térmicamente; en casos especiales como los autos de carrera se opta por un acero especial de alta resistencia y endurecido por nitruración.
Materiales
Definición y
partes

Procesos
de
conformado


Un cigüeñal es un eje con muñones y contrapesos que aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa.
El cigüeñal está sujeto a grandes Esfuerzos. En cada carrera, El pistón y la biela deben ser acelerados y desacelerados por el eje cigüeñal. Con ello, aparecen poderosas fuerzas de inercia. , sobre el eje cigüeñal actúan grandes fuerzas centrífugas. Ante las fuerzas presentes, el cigüeñal es sometido a torsión y a flexión; como tambien a desgaste en sus apoyos.

Además de los elementos de aleación,los aceros de alta resistencia son refinados cuidadosamente a fin de eliminar la mayor cantidad de impurezas indeseables como sea posible (de azufre, fósforo, calcio, etc) y para restringir más estrechamente las tolerancias, que definen las variaciones permisibles en el porcentaje de elementos de aleación.
Se pueden utilizar los procesos de refinamiento VIM y VAR para la produccion de aceros .

la Fusión por inducción en vacío (VIM) es un proceso para la producción de aceros de muy alta pureza por fusión de los materiales mediante calentamiento por inducción dentro de una cámara de alto vacío.


Arco refundido al vacío (VAR) es un proceso de refinado en el que los aceros son refundidos en el interior de una cámara de vacío para reducir la cantidad de gases disueltos en el metal. La calefacción es por medio de un arco eléctrico entre un electrodo consumible y el lingote.


tratamientos
térmicos

Forjado

Muchos cigüeñales se forman por el proceso de forjado, en el que una palanquilla de tamaño adecuado se calienta a la temperatura de forja apropiada, típicamente en el intervalo de 1950 - 2250°F y, a continuación, golpeado o prensado en la forma deseada apretando la palanquilla entre pares de moldes a presión muy elevada. a menudo requieren más de un conjunto de troqueles para llevar a cabo la conformación.
Por lo general, se utiliza acero de medio
carbono (0,25% a 0,45% C) junto con combinaciones de varios elementos de aleación, con el fin de producir cualidades específicas en el material que resistan las condiciones a las que esta expuesta el cigüeñal.

Las aleaciones de acero utilizadas típicamente en cigüeñales son de alta resistencia por lo que cada diseñador percibe como la combinación más deseable de propiedades.

La aleación de níquel-cromo-molibdeno de
aleación SAE-4340 (AMS-6414) se utiliza debido a su muy alta resistencia y propiedades de fatiga, junto con una buena ductilidad y resistencia al impacto a altas intensidades.
• La aleación níquel-cromo-molibdeno endurecida al aire, EN-30B se utiliza en algunos cigüeñales billete de gama alta, tanto en las formas comerciales y VAR. Esta aleación tiene un contenido de carbono de 0,3 % y tiene un contenido de níquel inferior o igual a 4% . Tiene buena resistencia al impacto a esfuerzos altos y se utiliza en elementos de transmisión de potencia. .
El hecho de que puede ser enfriada por aire es una ventaja añadida porque las distorsiones y tensiones residuales que resultan del temple en aceite se evitan

Fundición
Mecanizado
Forjado
Las ventajas del proceso de fundicion en la pieza son:

* Purificación del material tanto de impurezas como de gases.
* Una producción en serie rápida .
* Es una pieza que trabaja en el mismo sentido que este tipo de fundición.
* Es una pieza de revolución y masa equilibrada, por lo que el metal fluirá muy bien hacia los huecos

Mecanizado

Las operaciones de mecanizado consisten en el desbaste de la pieza, torneado de las muñequillas y posterior rectificado, y arranque de material para el equilibrado estático y dinámico.
1 El primer paso es colocar el cilindro en el cabezal del torno de forma que el husillo quede en el centro de la pieza y en el otro extremo el contrapunto . Esta posición permitirá el desbastado de la pieza por el EJE 1
2 El siguiente paso es colocar la pieza obtenida en el paso anterior de forma que quede alineada por el EJE 2, para desbastar hasta el nivel de los dos cilindros posteriores
3 Se cambia de nuevo hasta el nivel del eje 3 y se realiza una operación similar que en la Anterior.
4 En el cuarto y último paso del torneado volveremos al eje central para desbastar los extremos del cigüeñal
TORNEADO
Pasos
* enderezado de la pieza en bruto antes del desbaste en torno
* acabado (rectificado, equilibrado y afinado).

*Una vez terminada la mecanización, se efectúan los numerosos controles de verificación, como son: control de la alineación de las muñequillas de bancada, control de la posición y alineación de las muñequillas de manivela, control del radio de manivela, de la ovalización y conicidad
de las muñequillas, del grado de acabado, de la retención hidráulica, etc.

Se usa un torno revolver o un automático de levas debido a la gran versatilidad que tienen.
Integrantes

Eliana Sánchez
K. Fabian Gallardo
A. Felipe Torres
Proceso de Fabricación
de un Cigüeñal
Ejemplo

a) Etapas de fabricación de un cigüeñal en la Audi

+ Pre-mecanizado
+ Corte a la longitud y centrado
+ Fresado interior y exterior de los cojinetes principales y de apoyo de biela
+Torneado de cojinetes principales y de las +extremidades
+Rebarbado
+Taladrado mediante brocas largas de metal duro integral

b) Templado (por inducción)

c) Mecanizado
+Torneado duro
+Roscado
+Tallado
+Rectificado por muela de CBN
+Control de fisuras por fluorescencia
+Equilibrado dinámico
+Acabado (pulido y lapeado)

d) Control de calidad
TRATAMIENTO TERMICO POR FORJADO CON ACERO 4340
Para una estructura predominantemente perlítica, se debe calentar a 830° C y luego enfriar rápidamente a 705° C. Luego enfriar a 565° C a una razón que no exceda los 8° C por hora


nitruracion
la superficie de las uniones sobre la cual giran las vielas, necesita una alta resistencia al desgaste, y para conseguir esta propiedad, se debe realizar en algunos casos un proceso de nitruración
La eficacia de nitruración varía con la química de la aleación de acero. Los mejores resultados se producen cuando la aleación contiene uno o más de los elementos formadores de nitruro, incluyendo cromo, molibdeno y vanadio. el calentamiento se realiza entre 510 y 530 °C durante un el tiempo suficiente para desarrollar la profundidad de capa deseada.
El shot peening en algunos casos también es utilizado luego de realizarse los tratamientos de temple y revenido, este proceso consiste en aplicar a temperatura ambiente un bombardeo de la superficie con bolas pequeñas
shot peening
Cada bola que impacta el material actúa como un pequeño martillo produciendo una huella muy pequeñita en la superficie produciendo una capa homogénea de tensión residual de compresión.
Las tensiones de compresión son benéficas para aumentar la resistencia a los fallos de fatiga
Temple por inducción
el proceso consiste en calentar la palanquilla a una temperatura de forja entre 1050-850°C, se recomienda no forjar a temperaturas inferiores a esta, una vez obtenida esta temperatura , se procede a forjar para que la palanquilla adquiera la forma del cigueñal

Recocido
TEMPLE
primero se debe Precalentar el cigueñal uniformemente a una temperatura entre 595-650°C, despues se procede llevar hasta la temperatura de austenizacion que va entre 830-860°C a una razón de 1/2 hora por 1 pulgada de sección más 15 minutos por cada pulgada adicional.
El enfriamiento se hace regularmente en aceite o baños de sales

La microestructura   del acero SAE/AISI 4340 consiste en martensita fina     templada  y otros carburos. 
X500 Microestructura de acero  SAE/AISI 4340
DIAGRAMA TTT ACERO 4340
El revenido se debe llevar a cabo inmediatamente después del temple a una temperatura entre 235-510°C . Preferentemente dar doble revenido con un tiempo de permanencia de 2 horas en cada revenido.
REVENIDO

regularmente en cigueñales de alto rendimiento, se tiende a obtener la capa de nitruracion lo mas gruesa posible, la capa crece a razon de 0,6mm por cada 60 horas, creciendo hasta una un espesor maximo de 0,5mm
la Capa blanca en la zona exterior, formada por nitruros, varía en espesor hasta un máximo de 0.05 mm


Para formar una estructura esferoidal, calentar a 750° C y enfriar rápidamente hasta 705° C, luego enfriar hasta 565° C a una razón de enfriamiento que no exceda 3° C por hora; o calentar a 750° C, enfriar rápidamente a 650° C y mantener por 12 Horas. Esta estructura esferoidal es usualmente preferida para el mecanizado y tratamiento Térmico.


Recocido para Mecanizado

Calentar rápidamente a la profundidad requerida a 850°C - 870 ° C y enfriar rápidamente en agua o aceite. Revenido a 150 ° C - 200 ° C para reducir las tensiones, pero con un efecto mínimo en su dureza.
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