El pistón del motor automotríz (Parte 1 de 2)

Si pedimos que nombren los componentes más críticos del motor, seguramente los pistones encabezarían la lista. Su cometido es tan exigido y exacto que los pistones están diseñados y manufacturados de acuerdo a las más altas normas de calidad.

Los pistones son fabricados, controlados, terminados e inspeccionados para controlar su calidad repetidamente. Se explicará cómo lingotes de aluminio de alta calidad, se transforman en pistones.

El aluminio se funde en un horno de 32 toneladas de capacidad. Los controles de calidad empiezan inmediatamente con discos de muestra  tomados de la fundición para ser verificados en su composición química.

Los lingotes y secciones del pistón terminado se verifican en el cuantómetro. Las muestras son bombardeadas electrónicamente y sus características convertidas en una tabla para su comparación con las normas establecidas. El cuantómetro tiene 13 canales separados de control que verifican todos los elementos componentes de la aleación de aluminio utilizada en los pistones.

Dichos elementos están contenidos en la alineación de aluminio F-132. Algunos de los metales agregados al aluminio son: zinc, manganeso, cobre, silicio, magnesio, sodio y níquel. Con la fundición lista y la calidad asegurada, se prepara el horno para llenar un crisol de 1,150 kilogramos.

El aluminio fundido es enviado a la estación de desgasificado para remosión de los óxidos e impurezas. Luego es depositado en un horno suspendido para las operaciones de colado.

El herramental para las operaciones de colado incluye un molde. El núcleo del centro forma el interior del pistón. 

Los núcleos para los pernos se colocan en el molde para formar los alojamientos del perno del pistón.

Los pistones son fundidos por el proceso de molde permanente y alimentación por gravedad. Los insertos autotérmicos se colocan en el molde antes de verter el aluminio fundido.

Los protectores de ranura son colocados en el molde, de manera que el aluminio pueda rodearlos y fijarlos al pistón.

Los insertos conformatic también se colocan en el molde y se mantienen en su lugar por medio de las ranuras de fijación. También se utilizan máquinas manuales de fundición para algunos diseños de pistones. El tiempo de cada ciclo es automáticamente controlado para asegurar la calidad de la fundición. El operador de la máquina manual de fundición carga primeramente los componentes de acero. Las mangueras dirigen cantidades de agua al molde para que el pistón se solidifique en la secuencia correcta.

El operativo vierte ahora el aluminio, el que es colocado a 682 grados centígrados. Cuando el ciclo se ha completado el molde se abre automáticamente quedando lista la "forja" del pistón.

Se da entonces a las forjas, una inspección visual en todos sus detalles y se almacenan hasta completar las inspecciones de las muestras.

El control de calidad en cada paso es primordial como se evidencia en las muestras provenientes del horno de pruebas. Estas muestras son colocadas en copas de acero sometidas al vacío, para comprobar la porosidad creada por el exceso de hidrógeno. Cuando una muestra falla debe efectuarse una desgasificación adicional antes de colar.

Se toman muestras de cada máquina de fundición en cada turno, y se pintan con tintas penetrantes para poner en descubierto las porosidades, óxidos o inclusiones.

Cuando las pruebas revelan problema, el proceso de fundición se detiene hasta que sean hechas las correcciones necesarias.

Las forjas son verificadas en sus dimensiones y profundidades, y los protectores de ranura son trazados para verificar su correcto ajuste.

Entre otros equipos, se utilizan los ultrasónicos para determinar la solidez de la unión metalúrgica de los componentes de acero en el aluminio: Un equipo cordax controlado por un programa grabado en cinta para la medición y trazado de la muestra y un verificador de perfiles indi/trace.

Con la calidad asegurada, las forjas se envían al departamento de cizallado de coladas y mazarotas.

Las coladas y mazarotas son cizalladas automáticamente, los pistones reciben un tratamiento térmico de ocho horas a 204 grados centígrados para controlar el crecimiento del aluminio y asegurar su dureza correcta.

Después del tratamiento térmico los pistones de muestra son verificados para asegurar que su dureza cumple con las especificaciones.

Las operaciones de maquinado comienzan con el desbaste. La falda se tornea y la cabeza es refrentada a su dimensión real con respecto a las dimensiones internas de la forja.

Los pistones desbastados son controlados en su diámetro de falda, perpendicularidad y espesor de la cabeza.

Las ranuras para anillos son cortadas a precisión, donde se requieren tolerancias extremadamente ajustadas. A medida que se cortan las ranuras para anillos, los pistones se achaflanan para facilitar la instalación de los anillos y de los pistones del cilindro. Los diámetros de las landas son cortados ligeramente más pequeños que la falda, porque están más cerca de la cámara de combustión. La dilatación debida a la temperatura, es mayor.  

Se controlan en los pistones las profundidades, anchos, diámetros, espaciamientos y alturas de compresión semiterminadas. Los radios en el fondo de las ranuras para anillos se controlan por medio del proyector de perfiles.

El próximo paso es el rectificado del barreno de perno, una operación muy crítica debido a las cargas impuestas sobre el perno de pistón

El diámetro, la redondez, conicidad y acabados de superficie deben ser extremadamente precisos. El diámetro y paralelismo del barreno del perno son calibrados en la máquina rectificadora a menos de 200 millonésimas de pulgada.

La rugosidad o acabado del barreno del perno es verificada en el rugosímetro. Entre las variadas operaciones de maquinado se encuentra el taladro de los agujeros de aceite en la ranura del anillo rascador.

Las ranuras para los seguros son maquinadas por pequeñas herramientas de corte dentro del barreno de perno de pistón. La operación de maquinado final comprende: el rectificado de la falda del pistón, el perfil elíptico especificado, la conicidad, el acabado superficial y el diámetro para asegurar su ajuste correcto en el cilindro.

Su utiliza el rugosímetro para garantizar el acabado de superficie correcto. El contorno elíptico se verifica doblemente, el perfil real de la falda se grafica con un calibrador electrónico.

El gráfico es utilizado para verificar el perfil ideal para cada pistón. La medición del diámetro de falda y la conicidad se llevan a cabo durante el proceso de rectificado.

Al momento de realizar las mediciones tanto los pistones como el block de cilindros deben estar a 21 grados centígrados. La reparación final de los pistones comienza con su lavado para remover las partículas y el aceite residual del mecanizado.

Luego, los pistones reciben varios agentes químicos y neutralizantes. Y finalmente, un recubrimiento delgado de estaño que sirve para el asentamiento después de su instalación.

Ahora, los pistones van al departamento de inspección final donde el alojamiento del perno de pistón es rolado y medido neumáticamente.

Se utiliza herramental de rolado para proveer al alojamiento del perno un acabado de 35 micropulgadas dotando así al perno del ajuste y asentamiento correcto. Finalmente, mediante sofisticados instrumentos vuelven a colocarse:
El diámetro del alojamiento del perno.
El diámetro de falda.
La conicidad.

Fuente: Federal Mogul Institute (FMI-05)