TEHNOLOGIA DE FABRICARE A PISTONULUI

5.1. Conditii tehnice, materiale, semifabricateConditiile tehnice privesc precizia dimensionala, a formei, a pozitiei reciproce a

suprafetelor si calitatii acestora.

Tolerantele impuse cotelor nominale ale suprafetelor existente si alezajului pentru bolt sunt optimizate în procesul asamblarii, pe baza sortarii acestora pe grupe de dimensiuni sau greutate.

Împerecherea piston-bolt, piston-cilindru (segmenti) se evidentiaza prin marcajele realizate prin vopsire sau prin codurile obtinute prin poansonare. Toleranta privind masa

pistonului se admite în limitele % din masa totala a pistonului.

În figura 5.1 se prezinta principalele conditii tehnice impuse unui piston, evidentiind în acest exemplu tolerantele dimensiunilor, abaterile de forma si pozitie, rugozitatea suprafetelor, excentricitatea axei alezaj 616h721g ului pentru bolt, profilul în sectiune longitudinala si transversala, profilul capului pistonului, etc.

Conditiile tehnice sunt completate cu elemente ce privesc insertiile care asigura o rezistenta suplimentara în zona canalului primului segment sau a cavitatii camerei de ardere din capul pistonului. Se adauga prescriptiile despre acoperirea tribologica, treptele de reparatii, etc.

Materiale

Conditiile functionale impuse pistoanelor au promovat pentru motoarele autovehiculelor aliaje de aluminiu (siluminuri – pe baza de siliciu din grupa Al – Si – Cu – Mg -Ni si aliaje Y – pe baza de cupru Al – Cu – Mg

– Ni).

Conditii tehnice: Profilul lonfitudinal si transversal se vor efectua conform normei. Se aplica un tratament de stabilizare (205 C timp de 5 ore). Dupa finisarea completa, se aplica stanarea prin imersie într-o baie de stanat de sodiu. Se efectueaza sortarea în functie de masa pistonului în clase de 5 g, în functie de diametrul suprafetei exterioare în clase de 40 m, în functie se diametrul boltului în clase de 2 m.

 

Aliaje pe baza de siliciu poseda un coeficient de dilatare redus care se micsoreaza pe masura cresterii continutului de siliciu. Jocul piston-cilindru, precum si cel dintre canal si segment se poate realiza si mentine mai mic daca aliajele de siliciu sunt eutectice sau hipereutectice, adaugând calitati bune pentru rezistenta la uzura. Dificultatile de semifabricare (aparitia fisurilor, turnabilitate, etc.) se reduc prin adaugarea de modificatori (sodiu). La m.a.s. se utilizeaza aliaje eutectice, iar la m.a.c. (puternic solicitate) se utilizeaza aliaje hipereutectice.

Aliajele pe baza de cupru necesita jocuri mari de montaj ale pistonului în cilindru, din cauza coeficientului de dilatare mai mare si se utilizeaza la executia pistoanelor pentru m.a.c. cu o puternica solicitare termica.

Materiale compozite pentru pistoane se refera la utilizarea actualelor aliaje de aluminiu ca matrice, ranforsata cu fibre ceramice din alumina si titanat de aluminiu. În acest fel, capul pistonului capata rezistenta la uzura termica, rezistenta la oboseala, dilatare termica redusa, etc.

Pistoanele integral armate cu nitrura de siliciu se obtin prin tehnologia de sinterizare cu reactie, cotele putând avea tolerante mai mici de 0,05 mm, prelucrabilitatea fiind rezolvata prin intermediul sculelor diamantate.

Pistoanele cu insertie de fibra de alumina înglobata într-un aliaj de aluminiu, fabricate prin presare în stare semilichida (squeeze casting) au un modulul de elasticitate cu 40 % mai mare decât aliajul de baza si rezistenta termica crescuta cu 90…150 %.

Semifabricate

La executia pistoanelor, semifabricatele se obtin prin turnare în cochila sau matritare. Tehnologia de sinterizare din pulberi de aliaje de aluminiu hipereutectice este una din cele mai moderne, dar cu costuri ridicate. Insertia din fonta cenusie sau aliata pentru canalul primului segment se încorporeaza în fazele procesului de turnare.

Pentru a asigura aderenta aliajului de aluminiu cu insertia din fonta, atât pentru canalul primului segment cât si pentru insertii (de exemplu, calota camerei de ardere din piston) este necesara acoperirea insertiilor cu aluminiu tehnic pur. Materialul pentru insertii poate fi de tipul nirezist (2,7…3,1 % C, 1,5…2,5 % Si, 0,75…1,5 % M, 5…7 % Cu, 1…3 %Cr, 15…17 % Ni) si cu structura austenitica. Matritarea în trepte este un procedeu mai pretentios, mai scump, aplicabila pistoanelor solicitate puternic mecanic si termic (motoarele automobilelor de curse, autovehiculelor militare, etc.).

Tratamente termice si acoperiri de protectie

Tratamentul termic presupune calirea urmata de îmbatrânire artificiala. Calirea se executa dupa diagrama:

- încalzire pâna la 500…520 C;

- mentinerea la aceasta temperatura timp de 4…6 ore;

- racire în ulei.

Îmbatrânirea se face dupa ciclul:

- încalzire la 170…190 C;

- mentinere timp de 6…12 ore;

- racire lenta.

Acoperirile de protectie se executa pentru îmbunatatirea rezistentei la uzura, la solicitari termice si chimice, înlocuind în perioada de pornire a motorului pelicula de ulei.

Eloxarea (oxidarea anodica) este un proces de transformare electrochimica a suprafetei

pieselor supuse la uzura, pe o adâncime de 10…30 .

Pentru eloxare se foloseste un amestec de acid sulfuric tehnic (H2SO4) si carbonat de sodiu anhidru tehnic (Na2CO3 – 10H2O).

Pistoanele se degreseaza în solventi organici, se decapeaza în solutii alcaline si acide, se spala si se usuca înainte de eloxare cu atentie pentru a elimina orice urma de elemente de oxidare anodica.

Stanarea pistoanelor se aplica atât în varianta electrolitica, cât si în varianta termica (prin imersie în baia de staniu topit) pentru a obtine straturi protectoare de diverse grosimi.

5.2. Tehnologia de prelucrare a pistonului

Forma complexa a pistonului (sectiuni eliptice si profil longitudinal variabil), conditiile tehnice riguroase care trebuiesc realizate, precum si rigiditatea mica a pistonului (pereti subtiri), impune ca în procesul de prelucrare sa se utilizeze acele tehnologii care tin seama de datele amintite, si anume:

-         concentricitatea conturului exterior fata de cel interior neprelucrat se obtine numai atunci când pistonul se fixeaza pe un dispozitiv cu strângere interioara cu autocentrare;

-         conditiile de perpendicularitate între canalele de segmenti si suprafata cilindrica exterioara impune prelucrarea din aceeasi prindere;

-         conditia de perpendicularitate între axa boltului si axa de simetrie a pistonului impune prelucrarea din aceeasi asezare cu operatiile anterioare.

Procesul tehnologic de fabricare a pistoanelor cuprinde urmatoarele etape:

-    alegerea si prelucrarea bazelor de asezare;

-    prelucrarea suprafetelor exterioare;

-    prelucrarea alezajului pentru bolt;

-    operatii de gaurire si frezare;

-    sortarea si marcarea pe grupe masice si dimensionale;

-    operatii de control.

Exemplu de proces tehnologic de fabricare a pistonului.

Alegerea bazelor de asezare

Proiectarea procesului tehnologic se face prin asezarea operatiilor într-o ordine logica pentru a respecta conditiile tehnice, inclusiv pentru excluderea deformatiilor si a operatiilor inutile de prelucrare universala.

Ca baze de asezare se utilizeaza:

-suprafata speciala de pe capul pistonului;

-alezajul pentru bolt;

-suprafata interioara a brâului mantalei.

Prelucrarea suprafetelor exterioare

În cazul fabricatiei de serie sau a fabricatiei flexibile, prelucrarea suprafetelor exterioare se executa pe masini automate, cu mai multe axe, permitând ca din aceeasi prindere a piesei sa fie executate mai multe operatii (figurile 5.3 si 5.4).

Postul 1. Alimentarea cu piese si pornirea ciclului automat

Dispozitivul preia cinci grade de libertate, asigurând o strângere suplimentara S1 si una principala S pe strungul multiax 6x6”, strângerea fiind realizata hidraulic.

Postul 2. Strunjirea exterioara de degrosare

Se conserva bazele de asezare si fixare anterioare si se executa prin strunjire frontala si

cilindrica cepul tehnologic si  cu cutit cu placuta P-10, cu regimul:

N=1380 rot/min; vp=300 m/min; S=0,73 mm/rot.

Postul 3. Strunjire finitie exterior

Se executa cu un dispozitiv cu trei cutite pentru cele trei trepte (cep tehnologic, cap piston, fusta piston), pentru a asigura precizia pozitiei reciproce a celor trei suprafete, cu rugozitatea Ra=3,2 cu acelasi regim de lucru.

Postul 4. Strunjire ebos canale segmenti

Se executa cu cutit multiplu (pentru cele trei canale), cu Ra=0,8, cu acelasi regim de lucru.

Postul 5. Strunjire tesire – canale pentru segmenti, capul si fusta pistonului.

Postul 6. Strunire finitie canale pentru segmenti, respectând conditiile de rugozitate Ra=0,8 si de concentricitate fata de R.

Dupa efectuarea celei de-a sasea operatii, se executa controlul complex al pistonului, pentru a determina impreciziile dimensionale, de forma si de pozitie.