PROYECTO FINAL DE MANUFACTURA I

PROYECTO FINAL DE MANUFACTURA IDiseo y fabricacin del pistn Estudiantes:Daniel EspinozaMirea Flores BrIan OportoKelvi Salvatierra H.

Materia:Procesos de Manufactura I

1. DOCUMENTACIN DE PRODUCTOa) INFORMACIN TOPOLGICA Se denomina pistn a uno de los elementos bsicos delmotor de combustin interna.Se trata de un mbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindromediante aros flexibles llamadossegmentos o anillos. Efecta un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presin y volumen o transformando en movimiento el cambio de presin y volumen del fluido.A travs de la articulacin debielaycigeal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este ltimo.

Esquema simplificado del movimiento pistn/bielaPuede formar parte debombas,compresoresymotores. Se construye normalmente en aleacin dealuminio.Los pistones de motores de combustin interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, adems de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso especfico bajo para disminuir la energa cintica que se genera en los desplazamientos. Tambin tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones. El material ms elegido para la fabricacin de pistones es el aluminio y suelen utilizarsealeantescomo:cobre,silicio,magnesioymanganesoentre otros.

Los pistones forjados, tras verter el aluminio en un molde especial se someten apresionesque en algunos casos superan las2.000 toneladas, eliminando as poros e impurezas las cuales minimizan la fiabilidad y el rendimiento en los pistones normales.Si lo miramos por un microscopio todas las partculas de metal de un pistn fundido se podra decir estn una al lado de otra.Las partculas del metal de un pistn forjado estnmucho ms comprimidas. Esto es lo que hace que los pistones forjados seantres veces ms fuertesque los dems.*Los pros que tienen estos pistones forjados respecto a los normales son que se necesitamenos material para fabricarlos(ya que se necesitan grosores menores de metal en las faldas y en la cabeza del pistn para lograr aun as mucha ms resistencia que los pistones fundidos), esto supone unpeso menos elevado,haciendo subir de vueltas ms rpido al motory a su vez hacindole dar ms par y potenciaabajo, medio y alto rgimende rpm. El otro es que estos pistones son prcticamente 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, sonla duracin, ya que al darms potenciaal motor, el desgaste es mayor y la duracin disminuye.Por eso podemos elegir qu clase de pistn poner a nuestro vehculo en funcin de lo que ms nos convenga, si queremosms potencianos viene bin unpistn forjado, o si queremosno hacer un uso muy agresivodel motor, nos vendr bin unpistn fundidoya que nos durar ms tiempo.Tambin aclarar que los pistones forjados se usan ms que nada para la competicin, por eso se desgastan ms, pero si montamos un forjado en un vehculo que no valla a competir es totalmente legible tambin, ya que nos dar ms potencia en el caso de necesitarla e ir prcticamente igual que el fundido sin ir a "tope", eso si nos durar aun as algo menos como ya dije anteriormente.Fuente: http://aranuga.com/piston-hidraulicoFuente: http://alemarcor.blogspot.com/2012/03/pistones-forjados-vs-fundidos.htmlb) DETERMINACIN Y JUSTIFICACIN DEL MATERIALSe ha revisado la informacin del texto Bralla para determinar el material de aluminio y el tipo de aleacin que se utiliza para fabricar un pistn, segn el video y adems de revisar las siguientes fuentes bibliogrficas se espera que el material seleccionado cumpla los requerimientos para fabricar el pistn de la calidad deseada.

Fuente: Texto Manual de diseo de producto para manufactura, Autor: James G. Bralla pg. 2-44 tabla 2.3-2: Material 2014

Fuentes bibliogrficasGARCA-ROMERO, A.; ANGLADA, M.; IRISARRI, A. M. Estudio del comportamiento frente al desgaste de un material compuesto de aleacin de aluminio.XXII Encuentro del Grupo Espaol de Fractura.AVEZOU, Jean-Claude.Manufacture of pistons. U.S. Patent No 4,651,631, 24 Mar. 1987.Se ha determinado que para la fabricacin del pistn, el material seleccionado ser el aluminio forjable 2017 ya que pertenece a una serie de aluminio con un contenido de cobre principalmente junto con otros materiales, esta aleacin tiene las siguientes caractersticas que permiten al pistn ser funcional: Una aleacin con cobre de alta resistencia fsica con bajo peso. Resistencia a la corrosin. Facilidad de maquinado o formado. Tratable trmicamente.c) RECOPILACIN DE INFORMACION TCNICA DEL MATERIALEl proveedor que ofrece la aleacin 2017 proporciona la siguiente informacin tcnica del producto:

d) PLANO DE FABRICACIN

2. INFORMACIN DEL MATERIAL DE PARTIDA

a) Formatos disponiblesBarra de aluminio de 100.925 mm de dimetro y altura de 6 metros.b) ProveedoresLa siguiente tabla indica los posibles proveedores argentinos: 1.Alumf S.R.L.Leopoldo Prats(Argentina)

Telefono: (0342) 455-8090, 456-1310/ 2322/ 4447Fax: (0342) 456-1310ventas@alumfesrl.com.arSanta FeIrigoyen Freire 3836Santa Fe

2.Exa Aluminio S.R.L.Martn Acua(Argentina)

Telefono: (0342) 456-3902/ 3903Fax: (0342) 456-3902/ 3903exasfe@exaaluminio.com.arSanta FDr. Zavalla 4802Santa Fe

3.Sannella Aluminio S.R.L.Edgardo Sannella

Telefono: (0341) 439-4836, 437-0542Fax: (0341) 437-0542sannella_ventas@ciudad.com.arRosarioConstitucin 1623Santa Fe

4.P.I.L.A.R. S.A.C.I.F.I.Amrico Maglione

Telefono: (0341) 463-6834Fax: (0341) 463-6312pilar@coopvgg.com.arRosarioMister Ross 829Santa Fe

5.Dopert Metal S.R.L.Andrs Simonetti

Telefono: (0341) 437-2828/ 3652Fax: (0341) 437-2828ventas@dopert.com.arRosarioAlsina 1344Santa Fe

6.Ormetal

Telefono: (0341) 4572-3077/3172 4574-3077Fax: 4573-1094ormetal@abaconet.com.arBuenos Aires

De los cuales se eligi al proveedor que nos proporcione el aluminio 2014, al no encontrar el material, buscamos otro material que tuviera propiedades tecnolgicas similares al aluminio 2014, como resultado cambiamos de material aluminio 2017 que nos ofrece el proveedor Ormetal(Argentina-buenos Aires).c) Conclusin Se haba determinado el material de aluminio de aleacin 2014 por las propiedades que presentaba segn la referencia bibliogrfica del texto Bralla pero no se encontr un proveedor, como resultado se cambi el material a la aleacin 2017 que posee propiedades similares al aluminio 2014.3. PROCESO DE CORTE

a) Alternativas Tecnolgicas para corte Corte por plasma. Discos de corte.

b) Informacin de MaquinariaLa Sierra circular se utiliza especficamente para acortar perfilera, aluminio, acero y materiales no frricos como cobre, bronce y latn. Cada disco, est constituido por un cuerpo o nucle circular dotado en su periferia de una serie de dientes cortantes, cuya configuracin en cuanto a un nmero, 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 rpido, con aleaciones especiales de cromo, vanadio, wolframio y cobalto.Para seleccionar correctamente el disco de sierra se debe tomar en cuenta: Dimetro: Los discos varan desde 150 hasta 600 milmetros, es preciso seguir normas tan simples como el espesor mximo del material aserrado sea un cuarto de dimetro de la herramienta. De otro lado, el plato porta sierra no debe ocupar ms de un tercera parte del disco, y dicha dimensin debe conocerse ante de la eleccin del tamao del mismo. Nmero de dientes y paso dentado segn los expertos, cuanto ms grueso sea el material, mayor debe ser el paso dentado y menor el nmero de dientes, mientras que si el material a aserrar es ms delgado, menor debe ser el paso y mayor el nmero de dientes. ngulos de corte: Los dos ngulos principales son el de ataque o ngulos Y, que varan entre 6 grados-negativo y 35 grados positivos, y el ngulo simple. Los elementos de juicio para elegir el ngulo correcto tienen que ver con la calidad del aserrado, el tipo y la dureza de material, as como la velocidad de avance y la posicin del disco frente al material a aserrar.

c) Informacin de Herramientas

d) ConclusionesLa duracin, productividad y efectividad de los discos de corte, depende principalmente de una adecuada seleccin, en donde los factores anteriormente mencionados deben tenerse en cuenta para sacar el mximo provecho y capacidad de trabajo de cada disco de sierra.4. FORJADO

a) Informacin de las condiciones de forjado del material a trabajarEl material del cual se empieza para el forjado tiene un dimetro de aproximadamente100 milmetros y una longitud de 65.57 mm.Tolerancia dimensionalTolerancia dimensional normal: +-0.4 mm.Acabado superficial en la forja: 3.2- 12.5 m. Fuente: Texto

b) Diseo de dados, con lgica CIMLa importancia del utillaje de forja en el producto final (pistn) se produce en mltiples direcciones, como puede ser, la calidad, el costo de fabricacin, el plazo, la productividad, la precisin. El utillaje juega un papel vital en la competividad del producto. Adems un utillaje diseado y producido con tecnologas adecuadas y de ltima generacin donde se utilizan clculos de elementos finitos y simulaciones en el proceso, se permiten reducir el tiempo de desarrollo de estas herramientas y ayudar de forma importante en la mejora de los diferentes estadios de forja. Esta tecnologa permite conocer, antes de su fabricacin, toda la problemtica de la vida, funcionamiento y rendimiento ,es por esto que se ha realizado una investigacin documental para determinar el material del punzn, debido a que se realiza el forjado en caliente, se seleccion el acero SISA M2(acero rpido), para esta seleccin del material en los punzones se debe tomar en cuenta un factor significativo como el material. Dentro de los diferentes procesos de fabricacin de materiales para utillajes de forja y poniendo unas reglas muy bsicas para seleccionar se dan tres reglas muy bsicas:1) ACEROS CONVENCIONALES: Fabricacin 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 bsicas hay que tener en cuenta otros factores tanto en la fabricacin de utillaje de uso como estndar. No es ningn secreto, que para la fabricacin de utillaje en contacto directo con la pieza a forjar, se utilicen aceros de tipo: 1.2343 1.2344 1.2365 1.2367 1.2885 1.2714, y todas las variantes que con pequeas modificaciones en su composicin qumica son producidas por las diferentes marcas de aceros. La eleccin de uno u otro acero se realizan en funcin 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 parmetros que inciden en el proceso de forja. Para la fabricacin de utillaje de estndar (armaduras, placas sufrideras ) se utilizan aceros tipo: 1.2714 1.2343 1.2344 y las durezas a aplicar van en funcin de las cargas mecnicas 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 punzn y los dados ya que esto depende de la porque todas las variantes que con pequeas modificaciones en su composicin qumica son producidas por las diferentes marcas de aceros. La eleccin de uno u otro acero se realizan en funcin 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 parmetros que inciden en el proceso de forja.

c) Verificacin de diseo de dados con sistema CAM/CAE (3deform)

Fotos de simulacion

d) Planos de fabricacin

e) Planificacin de fabricacin de los dados, utilizando sistemas CAD/CAM/CNC.Los dados han sido diseados de acuerdo a la geometra de pistn tomando en cuenta el acabado para determinar las posibles operaciones despus de la forja, las ventajas de esta operacin es que se tenga mejor precisin dimensional, gran capacidad de produccin y reproductibilidad. En cuanto a desventajas se tiene gran coste de los dados para bajo nmero de piezas a producir, necesidad del maquinado para la obtencin del producto final.En la simulacin realizada en el programa 3deform ha sido optima con el planos de fabricacin tanto el dado como el punzn, ya que no se ha tenido dificultades para el diseo del dado, por lo tanto se ha podido obtener la pieza final gracias a la buena implementacin inicial del diseo de dados que son funcionales.Se manda a construir los dados con la tecnologa CNC ya que estos nos dan mejor acabado superficial en las herramientas necesarias para posterior implementacin en la empresa. 5. OPERACIONES DE ACABADO

a) Informacin sobre posibles operaciones de acabadoTratamiento TrmicoEl tratamiento de solucin se realiza tpicamente en un rango de temperatura de entre 450 y 575 C (842 a 1.067 F) en aire, seguido por un enfriamiento rpido en agua fra, agua caliente, agua hirviendo (revenido T61), solucin de agua y polmero (glicol), pulverizacin 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 mayora 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 despus del enfriamiento rpido desde el tratamiento de solucin, todas las aleaciones son relativamente blandas y pueden conformarse o enderezarse moderadamente si la operacin se realiza dentro de las dos horas siguientes. Estas aleaciones se endurecern naturalmente por envejecimiento a temperatura ambiente, y tras el enfriamiento rpido su dureza aumentar gradualmente con el paso del tiempo. Esto se puede suprimir mediante refrigeracin a una temperatura aproximada de 0 C (32 F) si se desea conformar o enderezar el material cuando hayan transcurrido ms de dos horas tras el enfriamiento rpido. Es necesario enfriar por debajo de los 23 C (menos 10 F) o una temperatura inferior, para conservar el templado por enfriamiento rpido austentico (AQ), para tiempos de almacenamiento que se prolonguen ms all de unos pocos das.

Para obtener la mxima conformabilidad antes del tratamiento de solucin 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 continuacin, enfriarse lentamente (28 C o 50 F por hora o ms lento), hasta llegar a una temperatura inferior a los 235 C (455 F) y finalmente tratarse en solucin y envejecerse.Fuente: pg. 102, Materiales y Procesos de Manufactura.Mecanizado RectificadoLas especificaciones de las calidades deseadas para las dos operaciones de mecanizado y rectificado estn especificadas en los planos de fabricacin. b) Informacin de mquinasPara el mecanizado y rectificado se ha recopilado las posibles tecnologas que sean tiles para las operaciones de mecanizado y forjado, despus seleccionamos la tecnologa con la que se realizaran los pistones.1. TORNO PARALELO CNC FOLLOW CNC450www.hellermaquinaria.com CNC Tornos CNC

http://www.bricolandia.es/maquelec-m2b-550-torno-fresadora-compacto-550-mm-m2b550/

MAQUELEC M2 B-550 TORNO FRESADORA COMPACTO 550 MM (M2B550)Caractersticas Tcnicas del torno:Incluye kit de lectura digital profundidad de corteModelo de torno C6Mx. torneado sobre bancada 250 mmDistancia mxima entre puntos 550 mmDimetro del husillo 20 mmCono del mandril MT3Cono del contrapunto MT2Control de velocidad regulable electronicamente.Potencia del motor 550 wRango de roscas Mtrica 0.4-3.0mm (Paso de 12 roscas)Imperial 10-44 TPI (Paso de 8 roscas)Cabeza orientable -25 a +45 GradosPeso (neto/bruto) : 145 Kg/180 KgDimensiones embalado : 1200x660x600 mmArtculos incluidos:Plato de 3 garras de 125 mmPunto fijo MT2, MT3Juego de piones de roscadoPortabrocas de 13 mmMesa de fresadoCaractersticas Tcnicas de la Fresadora:Fresadora X2Capacidad de taladro 13 mmDimetro mximo de la fresa (final) 16 mmDimetro de la fresa (frontal) 30 mmRecorrido cabeza eje Z 180 mmRecorrido eje X 100 mmRecorrido eje Y 220 mmngulo desplazamiento -25 a +45 GradosPotencia del motor 350 wVelocidad Rango bajoRango alto 0-1100 rpm +/- 10%0-2500 rpm +/- 10%Tamao mesa 240110 mmCono eje MT3Tamao ranura en T 12 mmPeso (neto/bruto) 30 Kg/45 KgDimensiones embalado 810x420x500 mmTodos los tornos incluyen de serie :ref. 10013 Punto fijo MT2Ruedas / piones 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 puntoref. 10012 Portabrocas de llave 13 mm MT2 + conoref. 10005 Juego de 11 cuchillas 88 mm

http://www.metalmecanica.com/temas/Centro-de-torneado-CNC-ST-10Y+96090c) Informacin de HerramientasElegimos este torno fresa por su versatilidad en la parte de ahorro de tiempo y costo de operacin de mquinas.La capacidad de tornear y fresar piezas complejas y de realizar varias operaciones en una sola mquina incrementa la productividad, reduce el tiempo de manipulacin por parte del operario y mejora la precisin. El torno CNC ST-10Y de ltima generacin de Haas Automation es una solucin econmica para tornear piezas pequeas con menos necesidad de manipulacin, en un equipo compacto que ofrece diversas funciones tpicas de mquinas de mayor tamao e incluye herramientas motorizadas con eje C. El centro de torneado Haas ST-10Y ha sido diseado con alta rigidez rgido y ofrece gran precisin y estabilidad trmica. Todas las bases de fundicin se han optimizado mediante el mtodo de anlisis por elementos finitos para obtener los diseos ms rgidos posibles. Adems, se ha mejorado el flujo de viruta y el circuito de refrigerante, y se ha simplificado el mantenimiento y el servicio. El cabezal del husillo es compacto y simtrico para garantizar la estabilidad trmica y la rigidez, y el diseo en forma de cua de 45 grados da ms espacio para montar las herramientas y mejora el flujo de virutas. El ST-10Y est 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 mquina proporciona una capacidad mxima de corte de 228 x 355 mm, ofrece un recorrido del eje Y de 101 mm (a 50,8 mm de la lnea central) para operaciones de taladrado, roscado y fresado descentrado. Viene con herramientas motorizadas de par elevado y un eje C accionado por servomotor, para darle versatilidad con 4 ejes. La nariz de husillo A2-5 del ST-10Y tiene un dimetro interior de 58 mm y capacidad para barras de 44 mm. Adems, la mquina viene con un plato universal hidrulico de 165 mm. El husillo con accionamiento vectorial doble de 11,2 kW de la mquina gira a 6.000 rpm y proporciona un par de corte de 101 Nm a 1.300 rpm. El interruptor estrella-delta ultrarrpido produce una banda de potencia amplia para mecanizar a velocidad constante de corte, mientras que los avances rpidos son de 30,5m/min.

d) Planificacin de operaciones de acabadoEl tratamiento trmicoggggggggg 6. CONCLUSIONES FINALES7. FICHA TCNICA DEL PISTNDESIGNACION Y MATERIAL PISTON PARA FORD SHELBY GT 500

PREFIJO H(Hipereutectico)

MATERIALALUMINIO 2014 (FORJABLE)

TEMPERATURA DE IMERCION925 a 950 [oF]

TRATAMIENTO TERMICOTEMPLADO(T4)

DIMENSIONESTOLERACIA DIMENCIONAL NORMAL +-0.4 mm

ACABADO SUPERFICIAL EN LA FORJA 3.2-12.5 m.

DIAMETRO(CABEZA)101 mm

ANILLAS2.4 mm

AGUJERO40 mm

CUERPO 103.8 mm

ACABADOCABEZATEMPLADO, RECTIFICADO(N9)

CUERPOTORNEADO(N7)

AGUJEROTALADRADO

CUERPO INFERIOR CEPILLADO

ESPECIFICACIONESRELACION DE COMPRECION7:1 a 12:1.

CILINDRADA5.0 CC

CONSUMO 15 millas por galn

TORQUE631 lb-ft

8. BIBLIOGRAFA1. http://www.metalactual.com/revista/19/herramientas_sierras.pdf2. http://www.lazpiur.com/intranet/uploads/noticias/adjuntos/248_LAZPIUR_LIBRO_USB_CAST1.pdf3. http://www.capalex.co.uk/spanish/2014_alloy_sp.html4. http://www.struers.com/resources/elements/12/101173/Application%20Notes%20Copper%20English.pdf5. http://www.bodycote.com/es-ES/services/heat-treatment/solution-and-age/aluminium-alloys.aspx

6. ANEXOS