Las bielas son componentes cruciales en motores de gasolina y diésel, con una amplia variedad y una gran demanda, siendo los motores de automóviles los más demandados. Hoy, Xiaogong le ayuda a comprender los conocimientos relevantes sobre la fabricación de bielas.
La estructura y función de la biela
La biela es una biela relativamente delgada, no circular, con sección transversal variable. La sección transversal del cuerpo de la biela disminuye gradualmente desde el extremo mayor hasta el menor para adaptarse a la rápida variación de la carga dinámica durante el trabajo. Está compuesta por la cabeza de biela, el cuerpo de la biela y el extremo menor. La cabeza de biela está separada, una mitad integrada en el cuerpo de la biela y la otra mitad forma la tapa de biela. Esta tapa se ensambla con el muñón principal del cigüeñal mediante pernos y tuercas.
La biela conecta el pistón y el cigüeñal, y transmite la fuerza del pistón al cigüeñal, convirtiendo el movimiento alternativo del pistón en movimiento rotatorio del cigüeñal. Es uno de los principales componentes de transmisión del motor de automóvil. Transmite la presión del gas en expansión que actúa sobre la parte superior del pistón al cigüeñal, de modo que el movimiento alternativo lineal del pistón se convierte en el movimiento rotatorio del cigüeñal para generar potencia.
Material de la pieza de trabajo y piezas en bruto
La mayoría de los materiales de las bielas son aceros 45 de alta resistencia, aceros 40Dr, etc., y se templan y revenen para mejorar el rendimiento de corte y la resistencia al impacto. La dureza requiere que el acero 45 sea HB217~293 y el 40Dr, HB223~280. También existen bielas que utilizan hierro dúctil y tecnología de pulvimetalurgia, lo que permite reducir el costo de las piezas brutas.
Las piezas brutas de las bielas de acero se fabrican generalmente mediante forja, y existen dos tipos: una consiste en forjar el cuerpo y la tapa por separado; y la otra, en que el proceso de rotura produce una dilatación. Además, para evitar defectos en la pieza bruta, se requiere una medición de dureza del 100 % y la detección de defectos.
Proceso de mecanizado de bielas
1. Posicionamiento y sujeción 1) La correcta selección del punto de referencia y el diseño racional del dispositivo de posicionamiento inicial son aspectos cruciales en la tecnología de procesamiento. Al extraer las superficies de posicionamiento de las cabezas grande y pequeña de la biela, se utilizan la cara del extremo de referencia de la biela, el círculo exterior de tres puntos de la pieza bruta del extremo pequeño y los dos puntos del círculo exterior de la pieza bruta del extremo grande para el posicionamiento de referencia aproximado. De esta manera, la sobremedida de mecanizado de los orificios de las cabezas grande y pequeña y las superficies de procesamiento de la tapa es uniforme, se garantiza el pesaje y la deduplicación del extremo grande de la biela, y se asegura la forma y la posición finales del conjunto de la pieza.
2) En el procesamiento de la biela y su conjunto, se utilizan los métodos de procesamiento y posicionamiento de la cara del extremo de la biela, la superficie superior y lateral de la cabeza pequeña, y el lateral de la cabeza grande. En el mecanizado de la tapa de la biela, desde el orificio del perno hasta la espiga, se utiliza el método de mecanizado y posicionamiento de su cara del extremo, las dos caras de asiento del perno y la cara lateral de una de ellas. Este método de posicionamiento y sujeción ofrece una alta precisión de posicionamiento repetitivo, un posicionamiento estable y fiable, una mínima deformación de las piezas y una operación cómoda, y se puede utilizar en diversos procesos, desde el desbaste hasta el acabado. Gracias a la unificación de la referencia de posicionamiento, el tamaño y la posición de los puntos de posicionamiento se mantienen constantes en cada proceso. Todo esto proporciona buenas condiciones para estabilizar el proceso y garantizar la precisión del mecanizado.
2. Disposición de la secuencia de procesamiento y división de las etapas de procesamiento
La biela presenta una alta precisión dimensional, de forma y de posición, pero presenta baja rigidez y es propensa a deformarse. Las principales superficies de mecanizado de la biela son los orificios de cabeza, los dos extremos, la superficie de unión entre la tapa y el cuerpo de la biela, y los pernos. Las superficies secundarias son los orificios de lubricación y las ranuras de bloqueo. También se incluyen procesos como pesaje y despesado, inspección, limpieza y desbarbado. La biela se forja en matriz, y la tolerancia de mecanizado del orificio es grande, lo que facilita la generación de tensiones residuales durante el corte. Por lo tanto, al planificar el proceso, se deben separar los procesos de desbaste y acabado de cada superficie principal. De esta manera, la deformación causada por el desbaste se puede corregir en el semiacabado. La deformación generada en el semiacabado se puede corregir en el acabado, y finalmente se cumplen los requisitos técnicos de la pieza y el dato de posicionamiento se procesa primero en la planificación del proceso.
El proceso de biela se puede dividir en las siguientes etapas:
1) Etapa de mecanizado en bruto La etapa de mecanizado en bruto también es la etapa de procesamiento antes de que se combinen el cuerpo de la biela y la cubierta: principalmente el procesamiento del plano de referencia, incluido el procesamiento del plano de referencia auxiliar, y la preparación para la combinación del cuerpo de la biela y la cubierta, como las superficies opuestas de los dos, fresado, rectificado, etc.
2) Etapa de semiacabado La etapa de semiacabado también es el procesamiento después de que el cuerpo de la biela y la cubierta se combinan, como el rectificado fino de dos planos, el orificio de cabeza grande semiacabado y el biselado del orificio, etc. En resumen, es la etapa de preparación para el acabado de orificios de cabeza grandes y pequeños.
3) Etapa de acabado La etapa de acabado es principalmente para garantizar que todos los orificios grandes y pequeños en la superficie principal de la biela cumplan con los requisitos del dibujo, como bruñir el orificio del extremo grande, perforar con precisión el orificio del cojinete del extremo pequeño, etc.
4) Tabla de flujo del proceso de procesamiento de bielas
¿Qué tipo de biela es una buena biela?
El extremo pequeño de la biela se conecta al pistón mediante el bulón, y el extremo grande se conecta al muñón del cigüeñal. El tamaño de los extremos grande y pequeño depende del área de apoyo de la presión. La temperatura de trabajo de la biela es de 90 a 100 °C y la velocidad de funcionamiento es de 3000 a 5000 r/min. Para garantizar la entrada fluida de las piezas forjadas de biela en la línea de producción de mecanizado de precisión automático y la precisión de montaje de las piezas terminadas en el motor, y al mismo tiempo, para mantener la alta frecuencia de tensión y compresión alternadas durante el funcionamiento a alta velocidad, el cigüeñal se mantiene siempre en equilibrio. Esta condición requiere una alta resistencia y resistencia a la fatiga de las piezas forjadas de biela.
Bajo la premisa de cumplir con la precisión dimensional de los dibujos, las piezas forjadas de biela también deben cumplir los siguientes requisitos técnicos y de calidad:
1. La pendiente de forja sin inyectar está entre 3° y 5°, y el radio de filete sin inyectar R está entre 2 y 5 mm.
2. La superficie no mecanizada debe ser lisa y no se permiten defectos como grietas, pliegues, cicatrices y escamas de óxido (picaduras con una profundidad de >1 mm).
3. El ancho del rebaba residual en la superficie de separación es menor o igual a 0,8 mm.
4. La dirección de las fibras metálicas en la sección longitudinal debe ser la misma que la línea central y estar alineada con la forma. No debe haber desorden ni discontinuidad, ni defectos como porosidad, pliegues o inclusiones no metálicas.
5. La dureza del tratamiento de temple y revenido está entre 220 y 270HB.
6. Las piezas forjadas deben inspeccionarse para detectar defectos.
7. No se permite la soldadura de reparación por defectos en piezas forjadas.
8. La desviación de calidad de cada lote de piezas forjadas es menor o igual al 3%.
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