Rolul funcțional și solicităriile piesei [311737]

Capitolul 5 Proiectarea pistonului

Rolul funcțional și solicităriile piesei

Ansamblul din care face parte piesa

Grupul piston este alcătuit din 3 organe: pistonul, bolțul și segmenți.

Acesta permite evoluția fluidului motor în cilindru și îndeplinește următoarele funcțiuni:

Transmite forța de depresiune a gazelor bielei;

Transmite reacțiunea normală produsă de bielă cilindrului;

Etanșează cilindrul în ambele sensuri;

Evacuează o parte din căldura dezvoltată prin arderea combustibilului.

[anonimizat] a-l transmite mai departe la arborele cotit.

Pistonul mai îndeplinește și rolul de ghidare a piciorului bielei în cilindru.

Pistonul se compune din următoarele părți componente:

Capul pistonului;

[anonimizat];

Mantaua;

Umerii mantalei.

Suprafețele funcționale ale piesei

Figura 5.1 Suprafețele funcționale ale piesei

Suprafața S1 este plană și face parte din camera de ardere;

Suprafața S2 este circulară și se află în contact cu cilindrul;

Suprafețele S3, S4, S5 sunt suprafețe de sprijin ale segmențiilor de presiune și ungere;

Suprafața S6 este baza mantalei. Aceasta se prelucrează pentru a echilibra pistonul;

Suprafața S7 este baza tehnologică de prelucrare;

Suprafața S8 este suprafața de contact dintre piston și bolț și are rugozitate mică;

Suprafața S9 reprezintă canalele de strângere a uleiului raclat.

Solicităriile piesei

Deformarea pistonului sub acțiunea forțelor mecanice

În timpul funcționării forța de presiune Fg acționează asupra pistonului și se transmite prin umerii mantalei la bolț.

[anonimizat] a mantalei, canalele pentru segmenți se înclină față de planul transversal împiedicând aplicarea normal a [anonimizat] A, care provoacă distrugerea ei. Pentru a rezista, pistonul trebuie să îndeplinească următoarea condiție: să posede o rigiditate înaltă. Componenta normal N este aplicată de piston pe cilindru și produce forța de frecare Ff.

Figura 5.2 Forțele care acționează asupra pistonului

Condiții tehnice impuse piesei finite prin desenul de execuție

Figura 5.3 Desenul tehnic al pistonului

Analiza justificativă a materialului pentru execuția piesei

Pentru realizarea pistonului se pot utiliza două grupe de aliaje de aluminiu: [anonimizat], numite duraluminiu. Aliajul de aluminiu pe bază de siliciu este de trei feluri: hipoeutectic ( cu Si mai puțin de 11,7%); eutectic (cu Si între 11,7…………..13,5%); hipereutectic (cu Si între 13,5……….25%). Creșterea conținutului de Si până la 12% conduce la îmbunătățirea caracteristicilor mecanice și proprietăților anticorozive ale aliajului. Aliajele hipereutectice au în componență cantități reduse de Cu (1%), Ni (1%), magneziu, mangan, fier, [anonimizat], rezistența la coroziune și refractaritatea aliajului. Conținutul ridicat de Si conduce la o uzare mai rapidă a [anonimizat]. Aceasta find o soluție convenabilă pentru MAC. Pentru a elimina aceste dezavantaje se reduce conținutul de Si. Rezistența la rupere a aliajelor sulumin este în general 20…….30 daN/mm2. Aliajele de aluminiu pe bază de cupru ( de exemplu, aliajul Y) au un conținut de Cu de 8…………12%. Cuprul reprezintă principalul element de durificare a aliajului și mărește totodată conductibilitatea lui.

În România, pentru aliajele eutectice, respectiv hipereutectice și Y se indică mărcile: ATCSI12CuMgNi; 18CuMgNi; ATCCu4Ni2Mg2.

Se alege ATCSI12CuMgNi deoarece are valori ale conductibilității, coeficientului de dilatare și densității .

Analiza posibilitățiilor de realizare a preciziei dimensionale și a rugozității

Tabelul 5.2 Suprafețe de prelucrat

Prin strunjire se înțelege procedeul de prelucrare prin așchiere. Aceasta este metoda de bază pentru obținerea corpurilor de revoluție. Strunjirea este realizată prin combinarea mișcării principale de rotație executată de obicei de piesă, cu mișcarea de avans a cuțitului.

Prin operații de strunjire se pot prelucra atât suprafețe cilindrice cât și conice (exterioare și interioare), frontale, filete, etc, ca urmare a combinării mișcării principale a semifabricatului cu mișcările de avans longitudinal sau transversal al cuțitului.

Stabilirea succesiunilor logice, economice, a operațiilor de prelucrare mecanică pentru fiecare suprafață

Succesiunea logică a operațiilor este urmatoarea:

Strunjire frontală (prelucrarea bazelor tehnologice secundare)

Strunjirea suprafeței S7 și executare găurii de centrare

Prelucrare suprafeței cilindrice exteriore

Strunjire exterioară de degroșare a suprafeței S2

Prelucrare suprafeței plane exterioare

Strunjirea plană de degroșare și finisare a suprafeței S1

Prelucrarea canalelor pentru segmenți

Strunjire de degroșare și finisare a suprafețelor S3, S4 si S5

Prelucrarea suprafeței de fixare a bolțului

Burghierea și frezarea de finisare și superfinisare a suprafeței S8.

Prelucrarea găurilor de scurgere a uleiului

Burghierea suprafețelor S9

Prelucrare suprafeței toroidale a mantalei

Strunjirea suprafeței S6

Control dimensional

Alegerea utilajelor și indicațiilor tehnologice

Prelucrarea suprafețelor exterioare și a canalelor pentru segmenți se execută pe mașini semiautomate cu mai multe axe. Aceasta permițând la o singură prindere o mare concentrare a operațiilor. Pentru finisarea suprafețelor exterioare se utilizează strunjirea fină cu cuțite cu vârf de diamant. Pentru realizarea suprafețelor exterioare profilate se utilizează mașini special de strunjit. Strunjirea se face prin copierea formei după șablon cu cuțit cu vârf de diamant în două treceri (degroșare, finisare), respectând un regim de așchiere corespunzător.

Prelucrarea alezajului pentru bolț. Pentru pistoanelor din aluminiu prevăzute cu orificii din turnare se realizează semifinisarea și finisarea alezajului, urmată apoi de o prelucrare fină.

Această prelucrare de semifinisare constă în adâncirea simplă sau dublă, sau strunjirea interioară urmată de alezare.

Prelucrarea de finisare constă în strunjirea fină cu cuțit cu vârf de diamante, folosind mașini multiaxe de alezat.

Operații de găurire și frezare. Pentru realizarea orificiilor radiale din canalele segmenților de ungere se folosesc agregate cu mai multe posture de lucru amplasate pe o masă rotativă. Găurirea se realizează concomitent sau prin schimbarea poziției unghiulare a pistonului. Găurile din umerii pistonului sunt realizate printr-o operație independentă.

Frezarea fantelor este realizată la mașini de frezat, în general echipate cu freze disc subțiri, sau la agregate speciale de găurit și frezat cu mai multe posturi de lucru.

Tabelul 5.3 Operații de prelucrare