Recibido: 08-05-2021 / Revisado: 15-05-202=
1 /
Aceptado: 09-06-2021 / Publicado: 05-07-2021
Desarrollo de un proceso de obten=
ción
de un pistón de 100 cc de dos tiempos mediante
ingeniería inversa
DOI:
https://doi.org/10.33262/a=
p.v3i3.70
Development of a
process for obtaining a two-stroke 100cc piston by means
Edison
Patricio Abarca Pérez. [1],
Víctor David Bravo Morocho. [2],<=
/span> Jose
Luis Cayancela Achote. [3] & Luis Fernando Buenaño Moyano. [4]
Resumen.
Introduccion. En
nuestro país se ve la falta de abastecimiento de repuesto en particular los
pistones de tiempos para motor de motocicletas, dado que la producción de e=
ste
elemento solo se da en países tales como: Alemania, Argentina, España, Turq=
uía,
Gran Bretaña, Estados Unidos, Brasil, Japón, China e India, siendo estos los
pioneros que abastecen el stock de recambio tanto a nivel mundial como en
Latinoamérica. Objetivo. Obtener un proceso de obtención de un pistó=
n de
100 CC de dos tiempos aplicando la ingeniería inversa a partir de un pistón
comercial mediante el empleo de diferentes ensayos como: espectrometría, en=
sayo
de dureza y micrografía. Metodología. Para la obtención de la misma =
se
ha elaborado a partir de pistones reciclados como fuente de materia prima,
contribuyendo además con el medio ambiente al reutilizar los pistones que e=
stán
fuera de servicio, por otra parte, para el proceso de fundición en molde de
arena se ha basado en normas e investigaciones previas para reducir efectos
como el exceso de porosidad, fracturas, etc., puesto que pueden influir en =
el
producto final. Posterior a ello tras obtener el pistón, mediante los ensay=
os
mencionados se realiza una comparación entre el obtenido y el original,
adicional con un ensayo de tracción aportar con datos como el esfuerzo ulti=
mo
de tracción y el límite de fluencia. Resultados. De esta manera se o=
btuvo
un pistón funcional además se concluye que durante la fundición es importan=
te
considerar que el silicio por acción de la temperatura disminuye su porcent=
aje
en masa, factor importante ya que como elemento químico es difícil de encon=
trar
en el mercado.
P=
alabras
claves: Aleaciones, Fundición, Ingenierí=
a
Inversa, Pistón, Propiedad=
es
Mecánicas
Intr<=
/span>oducci<=
/span>ón.
En dif= erentes En diferentes puntos de venta de stock de partes de recambio para motocicletas= , en el Ecuador desde hace algunos años atrás, se ha dejado de abastecer de algu= nos elementos, entre ellos se tiene a los pistones para motores de dos tiempos,= esto en vista de que la mayor parte de atención se ha centrado en importar eleme= ntos de mantenimiento para vehículos en general con constan de motores de cuatro tiempos. Por tanto, en el Ecuador se registra una gran demanda de repuestos para motores de dos tiempos, con la finalidad de prolongar la vida útil del mismo, tomando en cuenta los límites permisibles de contaminación.
La pro= ducción masiva de pistones se halla en países tales como: Alemania, Argentina, Espa= ña, Turquía, Gran Bretaña, Estados Unidos, Brasil, Japón, China e India, siendo estos los pioneros que abastecen el stock de recambio tanto a nivel mundial como en Latinoamérica. (MAHLE Metal Leve S.A., 2020)
En con= secuencia, Ecuador es uno de los países con más importaciones de pistones de dos tiemp= os para motores. El pistón es el elem= ento móvil principal en el funcionamiento de un motor de combustión interna, se desgasta característicamente reduciendo el diámetro de su perfil debido a la fricción producida, de tal forma que aumentando la holgura en el alojamient= o de los anillos; y tras haber cumplido la vida útil, se ve en la obligación de sustituirlo por un repuesto con características similares, garantizando de = esta manera prolongar la vida útil de dicho motor, por lo tanto, el pistón se to= rna en un elemento de recambio frecuente. (Crouse, 1992)
Toda i= mportación está sujeta a su respectivo valor arancelario en función del número de cupos permitida en el Ecuador, siendo a la vez analizado y distribuido de tal man= era que en Ecuador se prioriza las importaciones de autopartes para vehículos, existiendo menor interés por los pistones de dos tiempos empleados en motor= es de motocicletas. (COMEX, 2013)
Por ta= l motivo se obtendrá un proceso de obtención de pistones de dos tiempos para motores= de 100 CC siendo escogido este modelo para un estudio por ser el más comercial= en el medio y además contribuir en el proyecto de investigación “Desarrollo de= un prototipo de motor de dos tiempos mediante la integración de las herramient= as CAD-CAM-CAE”, teniendo en cuenta las características necesarias para que el mismo sea un elemento de recambio óptimo y garantizar la funcionabilidad de este elemento en = un motor.
Mat=
eriales de
un pistón
Genera=
lmente los
pistones están constituidos de una aleación de aluminio-silicio, con un
contenido de silicio mínimo del 12%, se añaden además pequeñas cantidades de
otros elementos como: cobre, hierro, cobre, níquel, entre otros. Todos estos
materiales, mediante estudios persiguen un fin común que es aligerar el
producto resultante, se puede obtener ya sea mediante forja o fundición (
La ale= ación aluminio silicio es muy ligero y altamente resistente, pueden ser sometidos a dife= rentes tratamiento de templado posterior a la fundición para<= span style=3D'mso-spacerun:yes'> mejorar sus propiedades de dureza y resistencia al desgaste, por otra si al silicio se puede añadir hasta un 25% del valor mínimo al alear con el alumi= nio para aumentar las propiedades de dureza, disminuir el desgaste y disminuir = la dilatación térmica ya sea en motores por argumentos de preparación, altas solicitaciones como lo es motores Diesel sobrealimentados o motores de dos tiempos como de motocicletas (Sanz, 2007; citado en Guarderas 2013, p. 69).=
Ale=
aciones de
aluminio
El alu= minio es un metal no ferroso que más abunda sobre la corteza terrestre principalmente formando silicatos y en forma de óxido debido a su alta afinidad con el oxígeno, con un 8,07% de peso estimado, por otra parte también está el sili= cio con el 27,69 %, oxigeno con el 46,71%, Hierro con el 5,05%, Magnesio con el 2,08%, siendo estos algunos elementos químicos que conforman parte de las aleaciones más comunes con el aluminio en el campo automotriz, por ser vers= átil y económicos, además presentando propiedades como: resistencia a la corrosi= ón, relación elevada peso – resistencia, baja densidad (Po= lmear et al., 2017, pp. 7-9).
La fab= ricación de pistones se puede clasificar en dos grupos quo son: aleaciones de alumin= io para forja o conformado (Polmear, 1997) y aleac= iones de aluminio para fundición (Zolotorevsky, 2007)= .
Ale=
aciones de
Aluminio para Fundición
Este t= ipo de aleación comprende más del 90% de todas las fundiciones de aluminio a nivel general, pero respecto a la fabricación de piezas automotrices fundidas se estima que solo está entre el 20 al 30% en la producción usando este método para obtener estos elementos, de los productos de aluminio fabricado por es= te método, se mantiene hasta la fecha por su excelente capacidad de moldeo, resistencia a la fisuración y otras propiedades tecnológicas que son aplica= bles para casi todos los métodos de fundición (Zolotorevsky= , 2007),
Ale=
aciones de
Aluminio – Silicio
Las al= eaciones de Aluminio – Silicio (Al – Si), se los denomina también como aleaciones binarias siendo este el más común en un 90% del total de partes producidas = de aleación de aluminio por fundición, estos prestan propiedades tales como: excelente fluidez, capacidad de fundición, resistencia a la corrosión y una= fácil capacidad de moldeo, de tal modo que es importante para el desarrollo en el área automotriz para la fabricación de partes como: pistones, cajas de camb= io, cabezotes, bloques de motor, desalojando a las fundiciones tradicionales de hierro (Askeland, 2016)
El inc= remento de silicio aumenta la dureza reduciendo la maquinabilidad, porcentaje de elongación, la expansión térmica e incrementa la resistencia última a la tracción (UTS), pero para adquirir ciertas propiedades especificas en el ám= bito automotriz se suele añadir otro elemento aleante como el hierro, magnesio, cobre, manganeso entre los principales para dicho propósito, otra característica importante es la baja densidad del silicio q= ue es (2.34 g/cm^3), este aporta la reducción al peso total de la aleación. Mediante el sistema de designación = de la Asociación de Aluminio, las aleaciones se hallan en la serie 4xxx que corresponde al caso de aleaciones de forja y en el 3xx.x para aleaciones de fundición que son el objeto de estudio del presente tra= bajo (Davis, 2007)
Dia=
grama de
fase de Al-Si
Los di= agramas de fase permiten conocer: qué fases se forman, a qué temperatura se forman las fases, las cantidades relativas de cada fase, la composición de las fases y cómo se distribuyen los elementos solutos entre las fases y cuán difícil o fácil será colocar un elemento de aleación específico en aluminio, las mism= as que están descritas mediante gráficas del estado físico de una o más substancias bajo diferentes condiciones de presión y temperatura. Estos dia= gramas permiten conocer: las fases que se forman a determinadas condiciones, la temperatura de formación de las fases, la cantidad relativa de cada fase, la composición de cada fase y su solubilidad a diferentes temperaturas (Sigworth, 2013)
“El si= stema aluminio-silicio es un eutéctico binario simple con solubilidad limitada de aluminio en sili= cio y solubilidad limitada de silicio en aluminio. Solo hay una reacción invari= ante en este diagrama, a saber, L → α + β (eutéctico)” (Nayak & Karthik, 2001, p. 8)
Gráfico 1. Diagrama de fase del sistema b= inario Al-Si
Fuente: (Nayak &=
Karthik, 2001, p. 8)
Para la fusión de Al y Si se encuentran a=
una
eutéctica, con una composición de 12.6 por ciento en peso de Si y una tempe=
ratura
de 577 ºC.
La solubilidad máxima es 1,65 por ciento =
en
peso a la temperatura eutéctica, el silicio se disuelve en aluminio.
Aleaciones hipoeutéc=
ticas
Estas aleaciones tienen un contenido de s=
ilicio
menor que la composición eutéctica. La mayoría de las aleaciones hipoeutécticas comunes tienen entre 5% y 9-10% de sil=
icio,
estas aleaciones están diseñadas principalmente para aplicaciones de alta
resistencia donde también se requiere buena ductilidad (Sigworth,
2013, p. 2).
Aleaciones eutécticas
=
Estas
aleaciones tienen entre 10 y 13% de silicio, y consisten principalmente en
Al-Si eutéctico en la estructura del molde. Tienen un rango de congelación
estrecho, excelente fluidez y son fáciles de moldear. También tienen buena
resistencia al desgaste y son bastante dúctiles cuando no están aleados y
tratados térmicamente con alta resistencia. Este tipo de aleaciones son usa=
das
para la fabricación de pistones, muchos de ellos cuentan con otros elemento=
s aleantes como: Cu, Mg o Ni, que da las características
específicas del pistón (Sigworth, 2013, p. 2). =
Aleaciones hipereuté=
cticas.
Estas aleaciones tienen entre 15 y 20% de
silicio, por lo que su estructura de fundición está compuesta de partículas=
de
silicio primarias incrustadas en una matriz de Al-Si eutéctico. Estos
materiales tienen una resistencia al desgaste notable y se usan donde se de=
sea
esta característica: para pistones, bloques de motor sin revestimiento y pi=
ezas
de compresores (Cao & Campbell, 2003).
Metodologia.
La met= odología de la investigación de acuerdo a las posibilidades del investigador y según= el tema de investigación elige la metodología adecuada que conlleve a un enfoq= ue claro, mediante un orden lógico y un procedimiento riguroso para dar soluci= ón a un problema planteado validando así la investigación.
Dis=
eño CAD
El pro= ceso de diseño hoy en día se convirtió en la base para el diseño de piezas y componentes que contribuyeron al desarrollo en el sector automotriz, utiliz= ando complejas herramientas que facilitan el proceso y desarrollan el diseño, ad= emás de funciones como cálculos y simulaciones, etc. (Domínguez y Espinosa, 2002; citado en Díaz 2013, p. 3).
SOL=
IDWORKS
Permit= e realizar planos en 2D, modelar piezas en 3D y el ensamblaje respectivo de las piezas modeladas, también cuenta con herramientas adicionales para obtener datos de una simulación, este software posee un abanico de formatos de extensión para los archivos que genera que facilita la interacción entre uno o varios softwares CAD o CAM (Díaz, 2013).
Figura 1. Modelado de pistón en software= SolidWorks
Fuente: Autor
Pro=
totipo del
pistón - Impresión 3D
La imp= resión 3D, conocida como fabricación aditiva, toma un modelo que ha sido previamente procesado por software CAD utilizando los materiales adecuados (PLA) que soporta la impresora al momento de imprimir y lo crea capa por capa, forman= do un elemento en 3 dimensiones con mucha precisión. La creación de prototipos= es una ventaja porque puede identificar fallas, permitiendo aplicar diseños alternativos y asegurarse de tener el mejor producto final después de crear= lo.
Obt=
ención de
Materiales
Recicl= ar los pistones sin usar es una de las maneras para obtener materiales como alumin= io y silicio así, de esta manera obtener la materia prima para cada proceso de fundición por lo tanto se considera una opción para su reutilización, y se = sabe que el silicio como elemento químico es difícil de obtener en el medio ambiente, aunque existe como una aleación con otros elementos, generalmente tiene un pistón en pequeñas cantidades, por otro lado también en circuitos electrónicos en cantidades relativamente bajas
Figura 2. Pistón de dos tiempos
Fuente: Autor
Pro=
ceso de
fundición - Preparación de la Arena
Una de= las características que debe tener la arena es que logre soportar altas temperaturas, es decir, debe tener buenas propiedades refractarias sin que = se funda o sufra degradación de cualquier tipo, para ello es importante la granulometría o tamaño de grano de la arena que va entre 1/16 a 2 mm de diámetro, sin embargo, en ocasiones se realiza un proceso de cernido para obtener la arena mencionada mediante una zaranda de malla metálica de inter= - espaciado máximo de 2 mm. Con esta arena, para = el proceso de fundición se mezcla de tal modo que contenga (en volumen) 90% ar= ena, 3 – 5 % de agua y 7 – 9 % de arcilla, esperando tener humedad homogénea, de aquí donde aparece las clasificaciones del tipo de arena para fundición (Torres, 2019).
Mol=
des de
Arena
El mol= de de arena más empleado para la elaboración de pistones es de tipo dividido, conocido también como molde desechable, con cierta característica de que se puede volver a reutilizar la arena que fue empleada durante la obtención de= la pieza, este tipo de molde es común para una producción media de elementos, siendo ampliamente usado de muchas maneras según sea la necesidad del medio (Valverde, 2012).
Figura 3: Molde de arena<= /p>
Fuente: (Valverde, 2012)
Col=
ada
Con la= materia prima lista se dispone a someter a altas temperaturas, sobre los 900 ºC. se lo realiza en un horno especialmente diseñado = para realizar esta acción, en el presente caso se tiene a disposición pistones desechados que son previamente cortados en pequeños pedazos para obtener la colada como se muestra en la figura 4. Esta colada debe estar completamente en estado líquido para que pueda tener facilidad de ingreso por el conducto de alimentación en el molde y cu= brir absolutamente las cavidades que conforma el elemento, en este punto es impo= rtante mencionar que las paredes de las cavidades deben estar completamente sólidos para evitar desmoronamientos y por otro lado reducir la probabilidad de gen= erar porosidad en el elemento (Montano, 2011, pp. 44-50).
Figura 4: Pistones cortadas en s= ecciones pequeñas
Fuente: Autor
Los=
sistemas
de colada
Este s= istema consta de un conjunto de canales que conducen la aleación líquida hacia la cavidad del molde para su posterior llenado de la colada, dependiendo de su configuración del molde, así pueden ser: colada por la línea de partición d= el molde, colada por el fondo o sifón, colada escalonada o por etapas y colada directa o por lluvia, siendo este último empleado en el presente estudio (Serrano, 2011).
Maz=
arota
Una ma= zarota es una prolongación de la pieza cuya función es de mantener una reserva aleaci= ón líquida, mismo que se emplea en el proceso de solidificación puesto que debe compensar las pérdidas de volumen que resulten de las diversas contracciones que experimenta la aleación (Kalpakjian & Schmid, 2008).
En una= fundición se considera la implementación de una o más mazarotas en función del tamaño= del producto a obtener y el sistema de colada aplicado, sin embargo, en fundici= ones pequeñas el bebedero cumple la función de mazarota si su sistema de colado = es directa sobre la cavidad de vaciado (Serrano, 2011).
Beb=
edero
El beb= edero es un canal cónico vertical mediante el cual se realiza el vaciado de la colada del metal fundido que fluye hacia abajo por acción de la gravedad en el interior del molde. Este se conecta hacia los canales de alimentación en ca= so de tenerlo caso contrario se conecta directamente con la cavidad de vaciado= de la pieza a obtener y suple a la vez la función de una mazarota, y esta debe obedecer a la ecuación 1 (Kalpakjian & Schmid, 2008).
|
|
(1) |
Donde = A es el área, h representa la altura, subíndice 1 es la parte superior y 2 la parte inferior.
Vel=
ocidad del
metal fundido
La vel= ocidad del metal fundido, considerando de que en la parte superior del bebedero sea una sección más grande, se puede determinar la velocidad con la que llega a la parte inferior del bebedero, se empresa mediante la ecuación 2 (Kalpakjian & Schmid, 2008).
|
|
(2) |
Donde = g es la gravedad y h representa la altura.
Gas=
to
Volumétrico
El gas= to volumétrico obedece a la ley de la continuidad que enuncia que la tasa de f= lujo volumétrico va permanecer constante a través del líquido, por lo que va ser igual al producto de la velocidad y su área de la sección transversal del líquido que fluye, expresada así (Groover, 2007= ):
|
|
(3) |
Donde = Q es el Gasto volumétrico, v representa el volumen y A es el área.
Tie=
mpo de
llenado
Es el = tiempo que emplea para llenar tras haber cruzado la base inferior del bebedero por lo = que el gasto volumétrico se mantiene constante a través del paso hacia la cavid= ad al igual que en la base, en consecuencia, se puede estimar el tiempo que se requiere para el llenado de la cavidad de un molde de volumen V, y se expre= sa así (Groover, 2007):
|
|
(4) |
Donde =
Tie=
mpo de
solidificación
Puede = ser la fusión de un metal puro o una aleación, y el tiempo de endurecimiento es el tiempo entre la finalización del vertido y la solidificación. El tiempo dep= ende del tamaño y la forma como se vierte. Los cálculos pueden basarse en la ley= de Chvorinov, que enuncia (Groover<= /span>, 2007):
|
|
(5) |
Donde =
Cm es la
Constante de molde
Ens=
ayo de
micrografía
Median= te la microestructura se puede determinar las fases, su estructura, los constituyentes y sus aleaciones de los metales se pueden determinar bajo observación mediante el microscopio electrónico de barrido o microscopio óptico. Por eso, su análisis es importante para revelar las propiedades específicas de un material. El trabajo actual se centra en medir las fases = intermetálicas del aluminio – silicio (Romming et al., 1993).
Prepar= ación de la muestra
Dado q= ue la muestra se basa en la norma ASTM E8, lo más recomendado para una fundición = de aleación debe ser una sección transversal perpendicular a la superficie. Es= to le permite ver la estructura de principio a fin y considerar las dimensione= s. Como se muestra en la Figura 5, con un diámetro de 12 a 25 mm y una altura = considerable que se pueden rectificar fácilmente mediante el pulido (Mendoza Ventura, 20= 17).
Figura 5: Pistones cortadas en s= ecciones pequeñas
Fuente: (Mendoza Ventura, 2017)
Esp=
ectrometría
A trav= és de una espectrometría nos facilita el reconocimiento positivo de materiales presen= tes en una aleación, generalmente de cobre, silicio, aluminio, hierro, entre ot= ros, por otra parte, es un procedimiento que permite desarrollar una ingeniería inversa misma que es el caso de este estudio, para generar un producto nuevo con características propias y determinar la eficiencia del mismo (Q2 ION, 2= 020, p. 2).
Para e= llo se requiere de un espectrómetro de emisión óptica por chispa, en este caso es = de a marca BRUKERION mostrada en la figura 6, la muestra a utilizar deberá ser p= reparada para ser ubicada en la cámara de chispeo, para ejecutar el análisis corresp= ondiente, y mostrar los resultados representados (% elementos) de cada elemento que f= orma la aleación (Q2 ION, 2020, p. 2).
Figura 6: Equipo para espectrome= tría Q2 ION
Fuente: Autor
Según la norma ASTM E 415 el tamaño de la muestra recomendado es de =
10mm
a 38mm estas dimensiones pueden v=
ariar
dependiendo de la disponibilidad o en muchos casos del elemento que sea
sometido a evaluación, mientras que para la preparación de la superficie de=
la
muestra es la misma descrita para el ensayo de micrografía antes mencionado
(Córdova, 2018).
Ens=
ayo de
Dureza Brinell
Conocida también por dureza a la resistencia a la penetración, abras=
ión,
deformación o destrucción superficial de un material, al estar sometido a
esfuerzos externos de otro cuerpo con una superficie más dura. Por otra
El número de la dureza de Brinell se relaciona directamente con la c=
arga
P que ejerce el indentador de un diámetro determinado D, sobre el área
superficial de la huella (ASTM E10, 2017).
Para este ensayo se basa en ASTM E 10 (Standard Test Method
for Brinell Hardness of Metallic Materials),
que lo define de dos maneras, el primer caso se denomina HBS si se usa un
indentador de bola de acero, mientras que si usa un indentador de bola de
carburo de tungsteno lo han denominado como HBW (ASTM E10, 2017).
Lec=
tura de
huella en el micrómetro
Para obtener la medida marcado por el indentador sobre la probeta se
emplea un Microscopio micrómetro de marca Mutitoyo,
tipo TM-100 con tolerancia de 0,005 mm, mismo que tiene dos grados de liber=
tad
de desplazamiento, horizontal y vertical.
Ens=
ayo de
tracción
En Ingeniería la aplicación del ensayo de tracción es muy útil puest=
o que
nos proporciona información acerca de las propiedades mecánicas, para esto =
se
emplea una probeta normalizada, que es sujeto a un esfuerzo axial de tracci=
ón
creciente hasta la ruptura de la probeta. Por medio del ensayo se conoce la
resistencia de un material montada en la Máquina Universal o a una fuerza
estática, dichas deformaciones son generalmente muy pequeñas, también las v=
elocidades
de deformación durante la ejecución del ensayo .=
Resultados.
Con=
sideraciones
del molde
La pieza a obtenerse al tener=
una
configuración geométrica similar a un cilindro de dimensiones pequeñas, se
emplea un molde sin mazarota puesto que el mismo bebedero cumple dicha func=
ión
en este caso y además el sistema de colado es directo o por lluvia.
Por otra parte, el pistón obt=
enido
presenta un volumen de
Tie=
mpo de
solidificación
Aplicando la ecuación 5 se pu=
ede
estimar que:
Se requiere 8,33 minutos para=
la
solidificación del pitón.
Beb=
edero
Al considerar en el presente
trabajo de que el bebedero suplirá la función de mazarota es importante
determinar que el tiempo de solidificación del bebedero que será un 40%
adicional del tiempo de solidificación de la pieza, para disminuir el riesg=
o de
contracción que ocurre en el proceso de solidificación de la aleación.
Por lo que el tiempo de solidificación del bebedero (=
<=
![if !msEquation]>
Resultando un volumen necesario de
=
Se puede determinar que requi=
ere
una superficie de
Otros cálculos
Con los datos obtenidos se pu=
ede
determinar la velocidad de vertido en el fondo del bebedero, que se limita =
a la
ecuación 2, y se tiene:
=
El gasto volumétrico cumple la ecuación 3 y se obtiene
que:
Se determina que el gasto volumétrico es de
<=
![if !msEquation]>
De esta manera se puede estim=
ar
que se ha empleado 0,26 minutos (15,79 segundos) en el proceso de vaciado d=
e la
colada.
Ens=
ayos de
espectrometría
Pistón original
Como se observa en la gráfica=
2
el ejemplar original contiene 54,32% de aluminio y 29,49 % de silicio,
elementos que están presentes en la aleación y que son objetos del presente
estudio, estos datos son los que generalmente se hallan con los pistones
comercializados en el mercado, muy escasos hoy en día.
Gráfico 2: Espectrometría del pi= stón
Fuente: Autor
Pistón obtenido
En la grafico 3 se muestra un
contenido en la aleación de 74,47% de aluminio y 13,64% de silicio, porcent=
ajes
en masa, que se generó en base a la materia prima reciclada, que se obtuvo =
en
el pistón fundido.
Gráfico 3: Espectrometría del pi= stón
Fuente: Autor
Ens=
ayo de
dureza
Para el desarrollo del ensayo=
de
dureza se realiza la toma de 5 datos para tener confiabilidad en el resulta=
do
final, a continuación, se describen para cada uno.
Pistón original
T=
abla
1: Dureza Brinell del pistón original
|
Nº. |
Diámetro |
Unidad |
Dureza |
Unidad |
|
1=
|
0=
,8 |
m=
m |
3=
63 |
|
|
2=
|
0=
,8 |
m=
m |
3=
63 |
|
|
3=
|
0=
,8 |
m=
m |
3=
63 |
|
|
4=
|
0=
,8 |
m=
m |
3=
63 |
|
|
5=
|
0=
,8 |
m=
m |
3=
63 |
|
Elaborado por: Autor
Fuente: Autor
El pistón original al tratars=
e de
un material cuya dureza es homogénea en todos los puntos se obtiene una dur=
eza
promedio de 363 Kg/mm^2.
Pistón obtenido
T=
abla 2:
Dureza Brinell del pistón obtenido
|
Nº. |
Diámetro |
Unidad |
Dureza |
Unidad |
|
1=
|
1=
|
m=
m |
2=
29 |
|
|
2=
|
0=
,975 |
m=
m |
2=
41 |
|
|
3=
|
0=
,950 |
m=
m |
2=
55 |
|
|
4=
|
1=
|
m=
m |
2=
29 |
|
|
5=
|
0=
,975 |
m=
m |
2=
41 |
|
Elaborado por: Autor
Fuente: Autor
La dureza ha tenido una varia=
ción
en las diferentes probetas obtenidas del proceso de fundición por molde de
arena verde, sin embargo, con los datos obtenidos se tiene una dureza prome=
dio
de
Ens=
ayo de
metalografía
Para la interpretación del en=
sayo
de metalografía se estimó los porcentajes de fase presentes en la aleación,
tomando en cuenta que el porcentaje de Silicio se ubica hacia la derecha del
punto eutéctico, por lo que se considera que en la muestra obtenida las fas=
es
presentes son silicio proeutectico rodeado de u=
na
matriz aluminio – silicio eutéctico.
Aplicando la regla de la pala=
nca
al diagrama de fases Al – Si del grafico 1, la cantidad de fases presentes se
aproxima como se muestra a continuación.
=
Con la ayuda de un software C=
AD,
se procede a calcular la cantidad de fases presentes en función de las áreas
que ocupan dentro de la muestra fotografiada, dando como resultado que el
contenido de silicio proeutèctico es del 11.6999
%. Este valor se aproxima al valor
calculado mediante regla de la palanca, con lo cual se verifica dicho
resultado.
Figura 7: cantidad de fases pres= entes en función de las áreas
Fuente: Autor
Ens=
ayo de
tracción
El ensayo de tracción se lo
realizó solo con el material fundido mediante el proceso antes mencionado, =
para
obtener el dato de límite de esfuerzo de la aleación resultante, la gráfica=
3 proporciona
información que se detallan en la tabla 3.
Grafica 3: Curva de ensayo de tr= acción de la probeta de aleación del pistón obtenido
Fuente: Autor
A continuación, se presenta la
tabla de resumen en la cual se detalla toda la información obtenida con el
presente estudio.
T=
abla
3: Datos comparativos entre el pist=
on
obtenido y original
|
Ensayo |
Pistón
Obtenido |
Pistón
Original |
|
Espectro=
metría |
% Al =3D 74,57 % Si =3D 23,64 % Fe =3D 0,705 % Cu =3D 0,212 |
% Al =3D 54,32 % Si =3D 29,49 % Fe =3D 1,898 % Cu =3D 5,657 |
|
Dureza
Brinell |
239
|
363 |
|
Tracción=
|
Desplazamiento: 1, 58 mm Límite de fluencia: 129,36 MPa<= o:p> Esfuerzo ultimo de tracción: 143,73
MPa |
Desplazamiento: mm Límite de fluencia: MPa Esfuerzo ultimo de tracción: MPa - |
|
Espectro=
metría |
Se considera que en la muestra
obtenida las fases presentes son silicio proeutéctic=
o
rodeado de una matriz aluminio – silicio eutéctico. |
Se considera que en la muestra
original se tiene varias fases intermetálicas=
en la
matriz de aluminio silicio. |
Elaborado por:
Fuente: Autor
Conclusiones.
· = En el modelado es impor= tante considerar una sobremedida en las superficies externas como margen de seguridad, para contrarrestar efectos de contracción del metal cuando este solidifica y se enfría a temperatura ambiente, además con la intención de d= ar un buen acabado superficial en el proceso de mecanizado de la pieza obtenid= a, esto tras el proceso de fundición.
· = Mediante el empleo de l= os diferentes ensayos y tras conocer las aleaciones del ejemplar original, se determina que durante el proceso de fundición por molde de arena la acción = de la temperatura sobre los elementos constituyentes tiende a evaporarse, así mismo, durante el vaciado de la colada en el molde de arena, las cavidades pueden generan pequeñas turbulencias mismo que se nota la presencia del fen= ómeno de la porosidad.
· = Caracterizando mediante= los diferentes ensayos en el pistón obtenido, se determina que este presenta variación relativamente baja en las propiedades específicas, tales como una disminución en la dureza y un aumento en el coeficiente de fricción.
· =
Con el proceso de fundi=
ción
realizado se puede mencionar que la materia prima a partir del reciclado
disminuye los costos de fabricación, puesto que se aprovecha la mayor parte=
de
los elementos constituyentes, además, contribuye con el medio ambiente
reduciendo el impacto ambiental y promoviendo a nuevas visiones.
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PARA
CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Abarca Pérez, E. P.,
Bravo Morocho, V. D., Cayancela Achote, J. L., =
&
Buenaño Moyano, L. F. (2021). Desarrollo de un proceso de obtención de un
pistón de 100 cc de dos tiempos mediante ingeni=
ería
inversa. AlfaPublicaciones, 3(3), 78–97. https://doi.org/10.33262/ap.v3=
i3.70
El artículo que se publica es de
exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente reflejan el
pensamiento de la Revista Alfa
Publicaciones.
El artículo qu=
eda
en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en
otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Alfa Publicaciones.
=
[1]
Escuela Superior Polité=
cnica
de Chimborazo, Facultad de Mecánica, Riobamba, Ecuador. edison.abarca@espoch.edu.ec, <=
span
style=3D'font-family:"Times New Roman",serif'>https://orcid.org/0000-0001-7=
041-4805X
[2]
Escuela Superior Polité=
cnica
de Chimborazo, Facultad de Mecánica, Riobamba, Ecuador. victor.bravo@espoch=
.edu.ec,
https://orcid.org/0000-0001-5629-259X
[3] <=
span
style=3D'font-family:"Times New Roman",serif'>Escuela Superior Politécnica =
de
Chimborazo, Facultad de Mecánica, Riobamba, Ecuador. jcayancela@espoch.edu.ec, https://orcid.or=
g/0000-0003-3560-021X
[4] <=
span
style=3D'font-family:"Times New Roman",serif'>Escuela Superior Politécnica =
de
Chimborazo, Facultad de Mecánica, Riobamba, Ecuador. lfbuenanio@espoch.edu.=
ec, https://orcid.org/0000-0002-2194-4102X
Alpha publicaciones<=
o:p>
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