Bloque Motor Traduccion.docx

Resumen. Hasta hace poco, hierro fundido y aleaciones de aluminio han sido los materiales preferenciales utilizados para fabricar la mayoría de diesel y bloques de motor de gasolina convencionales. Sin embargo, con un mayor énfasis en el aumento de la eficiencia del motor a través de la reducción de peso, fabricantes han comenzado a buscar alternativas aleaciones que son más ligeras que aleaciones de hierro y aluminio de molde, conservando la fuerza necesaria para soportar las fuerzas de un motor. Últimamente, se han desarrollado nuevos procesos de fabricación que se han generado dos nuevas aleaciones adecuadas para su uso en un bloque del motor, aleación de magnesio AMC-SC1 y fundición de grafito compactado (CGI). En este trabajo, los requisitos funcionales del bloque motor, los procesos utilizan para la fabricación de la pieza y se discutirán las propiedades mecánicas de las aleaciones. Introducción El primero con éxito trabajando en un automóvil de motor de combustión interna fue construido por Siegfried Marcus en aproximadamente 1864 [1]. Fue un vertical monocilíndrico, dos tiempos alimentado por petróleo motor que también utilizó un carburador para proporcionar combustible al motor. El motor fue colocado en un carro con cuatro ruedas y funcionó con éxito por sus propios medios. No sólo Marcus ha producido el primer motor que es el precursor directo a los motores de hoy, él también construyó el primer automóvil de la historia, unos 20 años antes de automóvil de Gottlieb Daimler. Los motores de hoy son un componente integral de un automóvil que se construyen en un número de configuraciones y son considerablemente más complejos que los primeros motores automotrices. Las innovaciones tecnológicas como la inyección electrónica de combustible, conducirpor-alambre (es decir, controlado por ordenador) válvulas reguladoras y desactivación de cilindro han hecho motores más eficientes y potentes. El uso de materiales de ingeniería más ligeros y más fuerte para la fabricación de diversos componentes del motor también ha tenido un impacto; ha permitido que los ingenieros aumentar la potencia a peso del motor y así el automóvil. Componentes comunes que se encuentran en un motor incluyen pistones, árboles de levas, cadenas de distribución, balancines y otras varias partes. Cuando completamente despojado de todos sus componentes, puede verse la base del motor: el bloque de cilindros. El bloque de cilindros (popularmente conocido como el bloque del motor) es el componente más fuerte de un motor que proporciona gran parte de la vivienda para los cientos de piezas en un motor moderno. Puesto que también es un componente relativamente grande, es 20-25% del peso total de un motor [2]. Así, hay mucho interés en reducir el peso del bloque. Muchos tempranos bloques de motor fueron fabricados de aleaciones de hierro fundido debido principalmente a su alta resistencia y bajo costo. Pero, como diseños de motor llegó a ser más complicados, había aumentado el peso del motor (y el vehículo). En consecuencia, surgió el deseo de los fabricantes utilizan aleaciones más ligeras que eran tan fuertes como los arrabios. Uno de estos materiales que se utilizaba como un sustituto de las aleaciones de aluminio. Usados con

moderación en los años 1930 (debido a problemas con durabilidad) [3], de aleación de aluminio uso en bloques de motor crecientes durante los años 1960 y 1970 como una manera de aumentar la eficiencia de combustible y rendimiento. Juntos, estos dos metales fueron utilizados exclusivamente para la fabricación de bloques de motor. Como de tarde, sin embargo, un nuevo proceso material ha hecho una aleación de magnesio adecuado para uso en motores. La aleación, llamada AMC-SC1, pesa menos de dos de hierro fundido y aleaciones de aluminio y representa nuevas posibilidades en la fabricación del motor. Un nuevo proceso de fabricación han hecho fundición de grafito compactado (CGI) una alternativa viable a la fundición gris para la fabricación de bloques de motor diesel. Como aleaciones de magnesio, este material ofrece una mayor resistencia y menor peso que la fundición gris. En este trabajo, se discutirán los materiales utilizados para la fabricación de bloques de motor para vehículos de pasajeros. La discusión de los materiales utilizados para la fabricación de la parte, el componente y sus requisitos funcionales están incluidos. Las propiedades mecánicas de las aleaciones individuales serán incorporadas, así como la fabricación procesos utilizados para fabricar el componente. 2. Descripción de la Producto 2.1 - ¿Qué es un bloque de motor? Un bloque de motor es el núcleo del motor que alberga casi todos los componentes necesarios para que el motor funcionar correctamente. El bloque se arregla típicamente en una "V", en línea, o 4 configuración (también se refiere como plano) horizontalmente opuesto y el número de cilindros van desde cualquiera de los dos 3 a tanto como 16. La figura 1 muestra los bloques de motor con configuraciones opuesto horizontalmente, en línea y "V". 2,2 - requisitos funcionales de un bloque de cilindro porque bloques de motor son un componente crítico de un motor, que debe satisfacer una serie de requisitos funcionales. Estos requisitos incluyen la vida del vehículo, piezas móviles internas de la vivienda y fluidos, facilidad de servicio y mantenimiento, duradera y soportar presiones creadas por el proceso de combustión. 2.3-propiedades necesarias del Material en orden para un bloque de motor satisfacer los requisitos funcionales mencionados anteriormente, los materiales de ingeniería para la fabricación del producto deben poseer alta resistencia, módulo de elasticidad, resistencia a la abrasión y resistencia a la corrosión. De alta resistencia es una preocupación particular en motores diesel, ya que relaciones de compresión son normalmente 17.0:1 o superior (en comparación con unos 10.0:1 para motores convencionales). El material también debe tener una baja densidad, expansión térmica (para resistir la expansión bajo altas temperaturas de funcionamiento) y conductividad térmica

(para evitar el fracaso bajo altas temperaturas). Buena manufacturabilidad y castability de la aleación del metal también son factores importantes para seleccionar el material adecuado, lo más difícil es trabajar a máquina el producto, más los costos de fabricación. Además de las propiedades de la mencionado anteriormente, las aleaciones deben poseer vibraciones amortiguación para absorber las vibraciones de las piezas móviles. 2.4 - metales se utiliza en la fabricación de los cilindros bloques partiendo de los requisitos funcionales del bloque de cilindro y las propiedades de los materiales necesarias para satisfacer los requisitos funcionales, las industrias han utilizado hierro fundido y aleaciones de aluminio para la fabricación de los bloques. Aleaciones de hierro fundido se utilizan debido a la combinación de buenas propiedades mecánicas, bajo costos y disponibilidad. Ciertas aleaciones de aluminio combinan las características de las aleaciones de hierro con bajo peso, lo que el material más atractivo a los fabricantes que buscan una ventaja competitiva. Fundición de grafito compactado es más ligero y más fuerte que el arrabio gris, fabricación de la aleación de una alternativa más atractiva a esta última en la producción de bloques de cilindros, sobre todo en motores diesel. Aleaciones de magnesio, que eran previamente inadecuadas para su uso como material del bloque del motor, tienen la ventaja de ser el más ligero de todos los metales mencionados, sin embargo, aún conserva la fuerza necesaria exigida por un bloque. 3. fabricación del cilindro bloque 3.1 - propiedades mecánicas de las aleaciones de ambos bloques de cilindro convencional y combustible diesel es cepas sometidas a térmica, las condiciones de desgaste agresivo y tensiones de fatiga alta que una aleación debe ser capaz de soportar. Los ingenieros deben ser capaces de seleccionar el material adecuado que cumpla con los requerimientos mecánicos precedentemente. Por ejemplo, las propiedades mecánicas necesarias para un bloque de motor de aluminio típico incluye una última fuerza extensible de MPa 245, fluencia de 215 MPa y resistencia a la fatiga de 60 MPa [7]. Enumerados en las secciones siguientes son aleaciones que están vigentes se utiliza para la fundición de bloques de motor y sus propiedades mecánicas. 3.1.1 – gris hierro fundido gris de aleaciones aleación de hierro fundido han sido el metal dominante que se utilizó para bloques de motor de fabricación convencional de gasolina. Aunque el uso extenso de aleaciones de aluminio ha disminuido la popularidad de este material, todavía encuentra uso amplio en bloques de motores de diesel, donde las tensiones internas son mucho mayores. Aleaciones de hierro fundido gris contiene típicamente 2.5-4 wt.% carbono 6Y 1-3 wt.% silicio, 0.2-1.0 wt.% manganeso 0.02-0.25 wt.% azufre y 0.02-1.0 wt.% fósforo [8]. Tiene excelente

capacidad de amortiguación, buen desgaste y resistencia a la temperatura, es fácilmente mecanizable y es barato de producir. Sin embargo, gris arrabios son relativamente débiles y están propensos a la fractura y deformación. Debido a estos problemas, hierro de grafito compactado recientemente ha comenzado a competir con fundición gris como el material de elección para producir bloques de motor diesel. La figura 2 muestra el BMW S54 inline-6 utilizado en su coupe M3 de alto rendimiento. Es interesante notar que el bloque de cilindros de este motor está construido de fundición gris, mientras que el bloque del motor de BMW M54, la base de la arquitectura de S54, fue hecha de aleación de aluminio. Una posible razón por qué el bloque S54 fue hecho de hierro fundido gris era la necesidad de un material más fuerte que podía tolerar los niveles más altos de rendimiento (el S54 produce 333 caballos de fuerza de freno y tiene una velocidad máxima del motor de 8000 rpm, mientras que el M54 produce 184 225 freno de caballos de fuerza con una velocidad máxima del motor de 6500 rpm). 3.1.2 – fundición de grafito compactado compactado arrabio del grafito (CGI), que fue descubierto accidentalmente al intentar producir arrabio dúctil, posee mayor resistencia a la tracción y módulo elástico de la fundición gris por el grafito compactado en la microestructura de CGI. La tabla 1 muestra la comparación entre los puntos fuertes y módulo de elasticidad del hierro fundido gris y CGI. Como se ve en la tabla 1, hierro fundido gris tiene una más bajada fuerza extensible que CGI, a pesar de su mayor peso. Como fundición gris, fundición de grafito compactado tiene una conductividad térmica y buena capacidad de amortiguación, pero su dificultad para máquina ha limitado el uso de gran escala de CGI. Un nuevo proceso de fabricación, sin embargo, ha abierto el camino para grandes aplicaciones de CGI. El desarrollo de herramientas rotatoria ha aumentado la vida de las herramientas usadas para el metal, permitiendo así que los fabricantes de utilizar CGI sin preocuparse de adquirir nuevas herramientas [10] de la máquina. Las proyecciones iniciales de 150.000 motores diesel producidos (por Ford y Peugeot) por año están una indicación que los fabricantes están adoptando el uso de CGI como el material para producir bloques de cilindro [11]. La figura 3 muestra el motor de diesel de Ford y Peugeot que contiene un bloque de hierro fundido de grafito compactado. 3.1.3-uso de aleación de aluminio aleaciones de aluminio ha ganado popularidad desde los años 1960 como una forma de reducir el peso total del vehículo. Hay dos implicaciones prácticas: mejor relación rendimiento / peso y eficacia de combustible creciente. Los inconvenientes del uso de aluminio en bloques de motores que son más costosos fabricar que las aleaciones de hierro fundido. Sin embargo, el cociente del fuerzaa-peso de aleaciones de aluminio es difícil de ignorar, y desarrollados a lo largo de los 8 procesos de fabricación los años han minimizado la disparidad de costos entre el aluminio y el hierro. Hay dos aleaciones de aluminio que se utilizan principalmente en la fabricación de bloques de cilindro: 319 y A356. Aleación de

aluminio 319 tiene una composición de 85,8 91,5 wt.% aluminio, 6.5 5.5 wt.% silicio, 3-4 wt.% cobre, 0.35 níquel wt.% máximo, máximo 0.25 wt.% titanio, máximo 0,5 wt.% manganeso, máximo 1% de hierro, máximo 0.1 wt.% magnesio y máximo 1 wt.%zinc [13]. La aleación tiene buen bastidor características, resistencia a la corrosión y conductividad térmica. Cuando un tratamiento térmico con el proceso de T5, posee alta resistencia y rigidez para el uso del bloque del motor. El motor LS1 de la 5ª generación del Chevrolet Corvette (1997-2004) es un ejemplo de un motor que utiliza la aleación de aluminio 319-T5 como su bloque, que se muestra en la figura 2. Aleación de aluminio A356 tiene una composición de 93.3 91.1 wt.% aluminio, silicio wt.% de 6.5-7.5, 0.25-0.45 wt.% magnesio y máximos de 0,2 cobre wt.% 0,2 wt.% titanio, 0,2 wt.% hierro y zinc 0.1 wt.% [13]. Propiedades mecánicas son similares a la de aleación de aluminio 319. Sin embargo, cuando un tratamiento térmico con un tratamiento T6, posee mayor resistencia que 319. La tabla 2 compara la resistencia a la tracción y módulo de elasticidad de ambas aleaciones. Tenga en cuenta el módulo de elasticidad menor de A356-T6 en comparación con 319-T5. Figura 3 se muestra un ejemplo de un motor utilizando A356-T6 para su bloque. 3.1.4 – magnesio aleaciones magnesio aleaciones se han utilizado en los motores de antes, pero no para bloques de cilindros. Por el contrario, fueron utilizados como cubiertas de válvulas, tapas de culata, colectores de admisión, tapas de balancines, adaptadores de toma de aire, sistemas de inducción y los soportes de transmisión de accesorios [15]. El formanufacturers más grande de la atracción es que el material es mucho más ligero que el hierro fundido y aleaciones de aluminio y tiene la misma fuerza que el hierro fundido y aleaciones de aluminio. Los ingenieros y los científicos material estaban decididos a explotar estas características de aleación de magnesio y se usa para fabricar bloques de motor. Hubo una serie de aleaciones de magnesio disponibles que cumplieron o excedieron los requisitos exigidos por los fabricantes para un bloque de motor, pero insuficiente estabilidad material a altas temperaturas impide su uso real. Sin embargo, en 2003 material científicos e ingenieros del centro de investigación cooperativa para la fabricación de metales de fundición y la Corporación australiana de magnesio presentan su descubrimiento refinada AMC-SC1 de aleación del magnesio [16]. Este grado de aleación de magnesio contiene dos elementos de tierra rara, el lantano y cerio y fue tratada térmicamente con T6. Esto estabiliza la fuerza de la aleación a altas temperaturas, que es un requisito necesario para un material del bloque de cilindro [16] del motor. Bettles et al había realizado experimentos para determinar el rendimiento y arrastramiento fortalezas de AMC-SC1 y sus resultados se muestran en la tabla 3 [17]. Del cuadro 3, el punto más importante es que la fuerza de la producción de AMC-SC1 esencialmente permanece igual en el 177ºC como lo hace a temperatura ambiente. Esto significa que el material es capaz de tolerar una amplia gama de temperaturas sin pérdida de fuerza. Otras propiedades de la aleación de magnesio incluyen la buena conductividad térmica, excelente

mecanizado y fundición cualidades y excelente características de amortiguación. Para demostrar el ahorro de peso importante de la aleación de magnesio de fundición y aleación de aluminio, considerar inline-6 BMW R6 (se muestra en la figura 4), que substituyó el motor de aluminio de la empresa M54. Su bloque de cilindros es de AMC-SC1 y se dice que han disminuido el peso de un hierro fundido gris comparable construida y bloque de aleación de aluminio en 57% y 24% [18]. Hasta el momento, BMW es la única empresa que ha utilizado bloques de cilindros de aleación de magnesio en vehículos de producción. Pero, con una ventaja significativa de peso sobre las actuales aleaciones usadas hoy en día e insignificante aumento en el costo, otros fabricantes se empiezan a considerar el uso de AMC-SC1 y posiblemente otros grados de las aleaciones de magnesio para bloques de motor. 3.2 - fundición procesos existen dos métodos utilizados para la fundición de bloques de motor para todos los materiales: moldeo por arena verde o bastidor perdido de la espuma. Este último, promovido por General Motors para sus vehículos de Saturno, tiene 11 vuelto más popular debido a su capacidad para producir cerca de los componentes de forma neta, prever estrechas tolerancias de componentes críticos y reducir el mantenimiento de la máquina y coste [19]. Verde arena del moldeado, sin embargo, es todavía ampliamente utilizado en la industria como costos de material son bajos y la mayoría de los metales se puede efectuar por este método [20]. 3.2.1 - verde arena del moldeado aparte de la familia de bastidor de arena que también incluye los moldes de arena seca y piel seca moldes, el método común para bloques motor de fundición de moldeo en arena verde. El término "verde" indica la presencia de humedad en la arena de moldeo [20]. Figura 2 se muestra la primera etapa de moldeo por arena verde. De la figura 2, una combinación de arena de sílice, arcilla y agua vertida en la mitad del patrón del bloque con un marco de madera o metal. El molde se compacta entonces apretando o de movimiento, y el proceso se repite para la otra mitad del molde. Un núcleo que consiste de arena endurecida se utiliza para apoyo. Luego, hierro fundido, aluminio o aleación de magnesio se vierte en los moldes combinados y se solidifica. Una vez concluida la última parte, los moldes son removidos, y el bloque de cilindros es limpiado y examinado. Tratamiento térmico del bloque entonces se lleva a cabo para mejorar las propiedades mecánicas de la aleación para su uso adecuado. 3.2.2 - espuma perdido del bastidor espuma perdido del bastidor es una técnica de fundición más confiable y eficiente de la fabricación de bloques de motor de moldeo por arena verde. La técnica comienza con el uso de perlas de poliestireno en preexpanders expansión húmeda para control de tamaño de grano y densidad para producir cuatro molduras de

bloque separado que se pegan para formar el molde final [7, 19]. A continuación, la herramienta del metal es precalentada para eliminar cualquier humedad y luego llena con los granos. La herramienta entonces se calienta mediante vapor y colocada en un autoclave, donde es sometida a altas presiones para crear los moldes [7]. La herramienta es extraída del autoclave y sumergida en el agua para el acabado de las molduras. Control preciso de la calefacción y refrigeración aspecto asegura moldes dimensionalmente exactos, suave y fuertes [7]. Si la herramienta no se calienta antes de que los granos fueron inyectados, los resultados serían acabados ásperos en los moldes con las secciones de baja potencia. Si la herramienta y los granos durante un período prolongado de tiempo, o no se enfría lo suficiente, los granos se convierten en "overfused", que produce las variaciones superficiales en las molduras. Si la herramienta ha sido enfriada adecuadamente, los moldes contienen variaciones en dimensiones [7]. La figura 3 muestra las etapas finales de la mitad del método de bastidor perdido de la espuma. De la figura 3, una vez que se pegan los moldes individuales, el conjunto se coloca en una cubeta con líquido cerámica a base de agua para que el metal fundido de destruir el molde, dar rigidez a la Asamblea y proporcionan un acabado liso [7]. La Asamblea también puede ser rociada con el líquido de la cerámica, pero es un proceso desperdiciador de tiempo. A continuación, el bloque del motor foam recubierto está lleno de arena, 13 compactado, inmerso en la aleación de metal fundida. Una vez enfriado, arena se quita de la fundición de metales, limpiada y somete a tratamiento térmico para aumentar las características mecánicas del bloque. Por último, se mecanizan pasajes del refrigerante y aceite en el bloque. 4. Resumen aleaciones de aluminio y el hierro han dominado el mercado de materiales del bloque del motor para muchos años, nuevos materiales que eran una vez imposible o demasiado costoso considerar ahora se han convertido en realidad. En los últimos años, nuevo mecanizado de procesos y fabricación de material han aumentado el uso de fundición de grafito compactado en fundición gris como el material de elección para producir bloques de cilindro para regulares vehículos a petróleo y diesel. Pero quizás la mayor innovación en la tecnología de bloque de motor es la producción de una aleación de magnesio que es capaz de realizar bajo las difíciles condiciones de que un motor se pone a través. AMC-SC1 de aleación de magnesio podrá aumentar ratios de eficiencia y potencia-peso de combustible de motores automotrices disminuyendo los niveles de emisiones. Aunque esto puede ser un impacto significativo para el motor de combustión interna, enfrentan a nuevos retos. Alimentado por pilas de combustible, hidrógeno y electricidad de motores son vehículos muy eficientes que se han convertido en viables dentro de la última década. Como avance de automóviles más en el siglo XXI, el papel de motor de combustión interna posiblemente disminuyan debido a estos nuevos avances, a pesar del uso de aleaciones más ligeras.