Rolul funcțional și solicităriile piesei [311736]

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 asigură evoluția fluidului motor în cilindru și îndeplinește următoarele funcțiuni:

Transmite bielei forța de depresiune a gazelor;

Transmite cilindrului reacțiunea normală produsă de bielă;

Etanșează cilindrul în ambele sensuri: împiedică scăparea gazelor în exterior și pătrunderea uleiului în interior;

Evacuează o parte din căldura dezvoltată prin arderea combustibilului.

[anonimizat] a-l transmite mai departe la arborele cotit. Pistonul trebuie să asigure etanșarea față de carterul inferior a [anonimizat].

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

Pistonul se compune din următoarele părți componente:

[anonimizat] a [anonimizat] – [anonimizat] – partea în care se fixează bolțul.

Suprafețele funcționale ale piesei

Figura 5.1 Suprafețele funcționale ale piesei

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

Suprafața S2 [anonimizat];

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

Suprafața S6 reprezintă baza mantalei și se prelucrează pentru a echilibra pistonul;

Suprafața S7 reprezintă baza tehnologică de prelucrare;

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

Suprafața S9 reprezintă canalele de strângere a uleiului raclat.

[anonimizat].

[anonimizat] a mantalei, canalele pentru segmenți se înclină față de planul transversal împiedicând aplicarea normal a [anonimizat] A, care provoacă distrugerea ei. Rezultă că pistonul trebuie să îndeplinească o condiție fundamentală: să posede o rigiditate înaltă. Componenta normal N aplică pistonul 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

Se utilizează două grupe principale de aliaje de aluminiu: [anonimizat], numite duraluminiu. Aliajul silumin 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% îmbunătățește caracteristicile mecanice și proprietățile anticorozive ale aliajului; siliciul antrenează o renducere a coeficientului de dilatare a aliajului. Aliajele hipereutectice conțin cantități reduse de Cu (1%), Ni (1%), magneziu, mangan, fier, care sporesc rezistența la rupere, duritatea, rezistența la coroziune și refractaritatea aliajului. Conținutul ridicat de Si antrenează o uzare mai rapidă a sculei așchietoare și reducerea coeficientului de conductibilitate, ceea ce impune confecționarea pistonului cu pereți groși, soluție convenabilă pentru MAC. Aceste dezavantaje se elimină dacă se micșorează conținutul de Si, de aceea, aliajele eutectice au căpătat o răspândire mai mare pentru MAS. 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 este principalul element de durificare a aliajului și mărește totodată conductibilitatea lui (tab.1).

Tabelul 5.1 Influența aliajului de aluminiu asupra unor caracteristici fizice ale materialului

În România materialele pentru pistoane de aluminiu sunt standardizate STAS 201/2-71. 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 .

Întocmirea planului de operatii pentru executarea semifabricatului

Strunjirea suprafețelor exterioare ale pistoanelor se execută la producția de masă și de serie mare într-o operație concentrată, realizată pe strung semiautomat multiax (cu 6 sau 8 axe).

Tabelul 5.2 Planul de operatii

Strunjirea reprezintă procedeul de prelucrare prin așchiere, cu cea mai frecventă utilizare, fiind metoda de bază pt obținerea corpurilor de revoluție. În construcția de mașini piesele care conțin suprafețe de revoluție au o pondere însemnată, cele mai caracteristice fiind arborii, bucșele și discurile, fapt care justifică raspandirea pe care o au în prezent prelucrările prin strunjire.

Strunjirea este realizat prin combinarea mișcării principale de rotație executată de obicei de piesă, cu mișcarea de avans a cuțitului.

Prin operații de strunjire se pot prelucra suprafețe cilindrice 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. Utilizarea de dipozitive speciale permite și strunjirea altor forme de suprafețe de revoluție. Astfel, este posibilă prelucrarea suprafețelor sferice, dacă mișcarea de avans a sculei se realizează pe o traiectorie circluară, sau a suprafețelor profilate prin deplasarea simultană a cuțitului pe direcție longitudinală și transversală, rezultând o traiectorie corespunzătoare profilului piesei.

Analiza posibilitățiilor de realizare a preciziei dimensionale și a rugozității

Tabelul 5.3 Suprafețe de prelucrat

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 permițând la o singură prindere o mare concentrare a operațiilor. Pentru finisarea suprafețelor exterioare se preferă strunjirea fină cu cuțite cu vârf de diamante. 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. În cazul pistoanelor din aluminiu prevăzute cu orificii din turnare se execută semifinisarea și finisarea alezajului, urmată de o prelucrare fină.

Prelucrarea de semifinisare constă din adâncirea simplă sau dublă, sau strunjirea interioară urmată de alezare. Uneori la această operație se adaugă și strunjirea canalelor pentru siguranțele bolțului flotant. În general, operația se execută pe aggregate bilateral cu masă tip tambur cu mai multe posture de lucru.

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

Operații de găurire și frezare. Pentru executarea orificiilor radiale din canalele segmenților de ungere se folosesc agregate cu mai multe posture de lucru amplasate pe o masă rotativă. Găurirea se execută concomitant sau prin schimbarea poziției unghiulare a pistonului. Găurile din umerii pistonului se execută printr-o operație independent.

Frezarea fantelor se execută la mașini de frezat cu destinație general echipate cu freze disc subțiri, sau la agregate speciale de găurit și frezat cu mai multe posture de lucru.

Tabelul 5.4 Operații de prelucrare