ES2352078T3 - Procedimiento para fabricación de un pistón para un motor de combustión, así como pistón fabricado de acuerdo con este procedimiento. - Google Patents

Procedimiento para fabricación de un pistón para un motor de combustión, así como pistón fabricado de acuerdo con este procedimiento. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la fabricación de un pistón para un motor de combustión, que tenga por lo menos un canal de refrigeración (12) y por lo menos una ranura armada para un segmento de pistón (14), con los pasos siguientes: - fabricación de una pieza bruta de pistón (1), - mecanizar una ranura (10) en la pieza bruta de pistón (1), comprendiendo el canal de refrigeración (12) y un anillo exterior (11), - rellenar el canal de refrigeración (12) con una masa (2) que se pueda eliminar, - rellenar el anillo exterior (11) con un material de refuerzo (3), - eliminar la masa (2) que se puede eliminar y - mecanizado de acabado del pistón.

Description

Ámbito de la Invención
La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un pistón para un motor de combustión, que tenga por lo menos un canal de refrigeración y por lo menos una ranura armada para un segmento de pistón, así como un pistón fabricado según este procedimiento.
Estado de la Técnica
Los pistones para automóviles de turismo, en particular los pistones para automóviles de turismo con motor diesel, están expuestos durante el funcionamiento a altas temperaturas y presiones. Por eso es necesario que haya una refrigeración eficaz del pistón, y que éste tenga un refuerzo en los puntos expuestos a fuertes solicitaciones mecánicas. Para este fin, los pistones de motores diesel de automóviles de turismo están dotados por lo general de canales de refrigeración, a través de los cuales se hace pasar aceite de refrigeración y/u otro fluido de refrigeración, para evacuar calor del pistón.
Para fabricar un pistón con un canal de refrigeración se conoce por ejemplo por el documento DE 196 49 363 C2 el sistema de colocar un macho fusible de sal en una oquedad de un molde de fundición para un pistón. El macho fusible se vuelve a eliminar lavando después de la colada y solidificación.
También es conocido el hecho de realizar el pistón con un soporte de segmento de pistón reforzado o armado, a causa de la elevada presión superficial y solicitación al desgaste existente en la primera ranura de segmento de pistón. Para ello se conoce por ejemplo integrar el soporte del segmento del pistón en el pistón mediante lo que se llama un procedimiento Alfin. En éste se une el pistón fabricado de una aleación de aluminio mediante técnica de fundición con acero o hierro fundido. Para este fin es preciso que los soportes del segmento de pistón se sumerjan primeramente en una masa fundida de aluminio – silicio (masa fundida Al-Si). Los soportes de anillo de pistón humedecidos con la masa fundida fluida se colocan en la herramienta de colada y se funde alrededor de ellos.
Por el documento DE 196 49 363 C2 es conocido que para formar una ranura de segmento de pistón armada se realice el macho de fundición de sal con un anillo exterior, que va colocado en el pistón en lugar del futuro soporte del segmento de pistón. El anillo exterior se retira después de la colada del pistón, y el espacio creado de este modo se rellena con un
material de refuerzo.
Una parte considerable de los costes de fabricación de un pistón para motor diesel se debe a la fabricación y/o colocación manual de una pieza postiza, tal como por ejemplo el macho fusible. Además las variaciones de posición al colocar las piezas postizas pueden dar lugar a errores en la fabricación. Tampoco es posible automatizar la fabricación de los pistones a causa de las piezas postizas, o lo es sólo con unos costes muy elevados.
Unos procedimientos alternativos para la fabricación de pistones similares se conocen por los documentos JP 20002113413 ó JP 03138438.
Exposición de la Invención
Constituye por lo tanto el objetivo de la presente invención crear un procedimiento sencillo mediante el cual se pueda fabricar de forma automatizada un pistón con canal de refrigeración y una ranura para segmento de pistón armada, así como un pistón fabricado de acuerdo con esto.
Este objetivo se resuelve por medio de los objetos de las reivindicaciones 1 y 8.
Para este fin se prepara primeramente una pieza bruta de pistón. En la pieza bruta de pistón se mecaniza una ranura que comprende el canal de refrigeración y un anillo exterior. El canal de refrigeración se rellena a continuación con una masa que se pueda retirar. El anillo exterior se rellena con un material de refuerzo. A continuación se retira del canal de fabricación la masa que se puede eliminar y se termina de mecanizar el pistón. De este modo se obtiene un pistón que presenta un canal de refrigeración y que está realizado por lo menos con una ranura reforzada para el segmento de pistón. Todas las fases del proceso se pueden realizar de forma automatizada. La pieza bruta del pistón se puede fabricar sin piezas postizas, por lo menos en la zona del canal de refrigeración.
La pieza bruta del pistón se fabrica preferentemente mediante un procedimiento de fundición. Para ello se puede utilizar un molde de fundición sencillo, sin piezas postizas ni/o destalonados. Además, con un molde de fundición se pueden fabricar pistones con diferentes canales de refrigeración.
La ranura se realiza preferentemente torneándola en la pieza bruta del pistón. Dado que un pistón presenta una forma que tiene esencialmente simetría de rotación, se puede realizar económicamente un mecanizado de torneado automatizado de la pieza bruta del pistón.
En otra forma de realización se introduce en el canal de refrigeración una masa de sal, como masa que se puede eliminar. Una masa de sal se puede lavar económicamente para eliminarla del canal de refrigeración después de llenar el anillo exterior con el material de
refuerzo.
El material de refuerzo se suelda preferentemente dentro del anillo exterior. Para ello el anillo exterior se rellena preferentemente en su totalidad por el material de refuerzo. Cabe imaginar aplicar el material de refuerzo en varias capas.
En otra forma de realización se inyecta el material de refuerzo en el anillo exterior mediante un procedimiento de proyección por láser. Dado que el canal de refrigeración está lleno con la masa que se puede eliminar, por ejemplo la sal, se puede introducir el material de refuerzo en el anillo exterior mediante el procedimiento de proyección por láser o por un procedimiento de soldadura, sin que sea necesario proteger el anillo mediante un anillo de recubrimiento.
Muy preferentemente se mecaniza al menos la primera ranura anular durante el mecanizado de acabado del pistón, en el borde exterior del pistón. Al mismo tiempo cabe imaginar también aplicar el material de refuerzo de tal modo que simultáneamente se forme una ranura anular. Al rellenar completamente el anillo exterior y mecanizar a continuación la ranura para el segmento de pistón se pueden sin embargo automatizar mejor las dos fases de trabajo.
El objetivo se resuelve además por medio de un pistón que se fabrica con un procedimiento conforme a la invención, estando fabricado el pistón de una aleación de aluminio y siendo el material de refuerzo de metal, de una aleación metálica o de un material compuesto de cerámica y metal. Estos materiales son especialmente adecuados para la fabricación de un pistón que presente las características deseadas.
El material de refuerzo consiste preferentemente en una aleación de níquel – cobre o en acero inoxidable. Estos materiales son especialmente adecuados para colocar el material de refuerzo mediante un proceso de soldadura.
En otra forma de realización, el material de refuerzo es de una aleación de níquel. Las aleaciones de níquel son especialmente adecuadas para la colocación del material de refuerzo mediante un procedimiento de proyección láser.
Breve descripción de los Dibujos
La invención se describe a continuación a título de ejemplo mediante unas formas de realización preferentes. Para componentes iguales se han empleado las mismas referencias.
En los dibujos pueden verse:
Fig. 1 una representación esquemática de una pieza bruta de pistón;
Fig. 2 una pieza bruta de pistón según la Fig. 1, teniendo mecanizada una ranura;
Fig. 3 la pieza bruta de pistón según la Fig. 2, donde un canal de refrigeración ha sido rellenado con una masa que se puede eliminar;
Fig. 4 la pieza bruta de pistón según la Fig. 3, donde un anillo exterior ha sido rellenado con un material de refuerzo;
Fig. 5 la pieza bruta de pistón según la Fig. 4, en la que se ha eliminado del canal de refrigeración la masa eliminable, y
Fig. 6 un pistón terminado de mecanizar.
Descripción detallada de una forma de realización preferente de la Invención
La Fig. 1 muestra esquemáticamente una pieza bruta de pistón 1. La forma posterior del pistón terminado de mecanizar está indicada por una línea. El pistón terminado de mecanizar comprende un canal de refrigeración 12 y unas ranuras anulares 12, 16, 18, estando reforzada por lo menos la primera ranura anular. La pieza bruta de pistón 1 se puede fabricar mediante una herramienta de fundición adecuada.
La Fig. 2 muestra esquemáticamente la pieza bruta de pistón 1 según la Fig. 1, donde en la pieza bruta de pistón 1 se ha mecanizado una ranura 10. La ranura 10 comprende el canal de refrigeración 12 así como un anillo exterior 11. El anillo exterior 11 puede estar realizado en la forma representada con anchura constante, como también con forma de cuña. La ranura 10 se tornea preferentemente en la pieza bruta del pistón 1. A continuación se rellena el canal de refrigeración 12 con una masa que se pueda eliminar, por ejemplo una masa de sal.
La Fig. 3 muestra esquemáticamente la pieza bruta de pistón 1, estando el canal de refrigeración 12 relleno con la masa que se puede eliminar 2. El anillo exterior 11 no se rellena con la masa 3 que se puede eliminar.
La masa 2 que se puede eliminar se introduce preferentemente en el anillo de refrigeración en un estado fácilmente deformable. Una vez que la masa 2 que se puede eliminar haya endurecido, se rellena el anillo exterior 11, que no había sido llenado con la masa que se puede eliminar, con un material de refuerzo.
La Fig. 4 muestra esquemáticamente la pieza bruta de pistón 1, estando el canal de refrigeración relleno de la masa que se puede eliminar 2 y el anillo exterior 11 con el material de refuerzo 3. El material de refuerzo 3 se coloca por ejemplo mediante un proceso de soldadura. El canal de refrigeración 2 está totalmente protegido por el material 2 que se puede eliminar, por lo que no se requiere ningún anillo de recubrimiento adicional para separar el
5 canal de refrigeración 12 del material de refuerzo 3. En lugar de rellenar el anillo exterior 11 completamente con el material de refuerzo 3, tal como está representado, cabe imaginar también rellenar el anillo exterior 11 con material de refuerzo 3 salvo una ranura anular 14. También cabe imaginar aplicar diferentes materiales de refuerzo en varias capas.
La Fig. 5 muestra esquemáticamente la pieza bruta de pistón 1, cuando se ha retirado
10 del canal de refrigeración 12 el material 2 que se puede eliminar. La retirada de la masa 2 puede efectuarse por ejemplo mediante un lavado. A continuación se puede mecanizar la pieza bruta del pistón 1 con el canal de refrigeración 12 formado en su interior y el material de refuerzo, para terminarlos. La Fig. 6 muestra esquemáticamente un pistón terminado de mecanizar que presenta
15 las características deseadas. El pistón comprende un canal de refrigeración 12 y unas ranuras anulares 14, 16, 18. La primera ranura anular está protegida adicionalmente por el material de refuerzo para evitar una presión superficial elevada así como la solicitación por desgaste. Además se han mecanizado adecuadamente los bordes del pistón 13 y se ha realizado en el pistón una depresión 15 para la cámara de combustión. Además de esto cabe imaginar otros
20 pasos para la terminación del pistón. El procedimiento para la fabricación del pistón comprende exclusivamente fases de proceso que se pueden realizar de forma automatizada, por ejemplo en una línea de mecanizado. Mediante el mecanizado de la ranura en la pieza bruta de pistón puede efectuarse una realización más exacta del canal de refrigeración, que con las piezas postizas conocidas.

Claims (10)

1. Procedimiento para la fabricación de un pistón para un motor de combustión, que tenga por lo menos un canal de refrigeración (12) y por lo menos una ranura armada para un segmento de pistón (14), con los pasos siguientes:
-fabricación de una pieza bruta de pistón (1),
-mecanizar una ranura (10) en la pieza bruta de pistón (1), comprendiendo el canal de refrigeración (12) y un anillo exterior (11),
-rellenar el canal de refrigeración (12) con una masa (2) que se pueda
eliminar,
-rellenar el anillo exterior (11) con un material de refuerzo (3),
-eliminar la masa (2) que se puede eliminar y
-mecanizado de acabado del pistón.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la pieza bruta del pistón
(1) está fabricada por un procedimiento de fundición.
3.
Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la ranura (10) se mecaniza mediante torneado.
4.
Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el canal de refrigeración (12) se introduce una masa de sal, como masa que se pueda eliminar (2).
5.
Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el anillo exterior (11) se suelda el material de refuerzo (3).
6.
Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el anillo exterior (11) se inyecta el material de refuerzo (3) mediante un procedimiento de proyección por láser.
7.
Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque durante el mecanizado de acabado se realiza mecánicamente una ranura para segmento de pistón (14, 16, 18) en el borde exterior del pistón.
8.
Pistón fabricado mediante un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el pistón está fabricado de una aleación de aluminio y porque el material de refuerzo (3) es de metal, de una aleación metálica o de un material compuesto de cerámica y metal.
9.
Pistón según la reivindicación 7, caracterizado porque el material de refuerzo consiste en una aleación de níquel – cobre o en acero inoxidable.
10.
Pistón según la reivindicación 7, caracterizado porque el material de refuerzo (3) consiste en una aleación de níquel.
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