Pistones Forjados Versus Fundidos: ¿Cuál es la Diferencia?

Echamos un vistazo a la diferencia entre pistones forjados y fundidos, y por qué las piezas forjadas son más resistentes y confiables.

Las piezas de motor fuertes y confiables pueden marcar más diferencia de lo que algunos de nosotros creemos para corredores, pilotos, conductores y mecánicos por igual. Hablando desde mi experiencia personal como piloto de motos de tierra y corredor, sufrí un accidente significativo en 1991, cuando el pistón de mi motocicleta falló en la cara de un salto triple, obligándome a pasar por encima del manillar, lo que resultó en dos brazos rotos, cuatro cirugías y el fin de mi sueño de carreras profesionales. Después de esta experiencia reveladora, comencé a educarme sobre el origen de las piezas utilizadas en mi bicicleta. Comencé con las diferencias entre los procesos de metal forjado y fundido, incluidos sus beneficios e inconvenientes. Independientemente de las razones detrás de las piezas que elijamos, todos deberíamos saber un poco más sobre su desarrollo antes de lanzar una pierna sobre una motocicleta o ponerse al volante de un coche de carreras.

La vida útil de un pistón JE comienza a partir de una barra de aluminio, se forja y termina como un pistón completamente mecanizado.

La mayoría de nosotros hemos escuchado los términos «fundición» y «forja» en relación con la base de los pistones y los componentes del motor, sin pensar en lo que separa los dos procesos metálicos. La forja es la deformación controlada del metal en una forma específica mediante una fuerza integral, un proceso desarrollado a partir de la herrería. La fundición es verter metal líquido en un molde. Las principales diferencias entre los dos incluyen resistencia, integridad estructural y resistencia al impacto y a la fatiga.

Flujo de grano

Una distinción significativa del proceso de forja es la producción de alineación direccional, más comúnmente conocida como flujo de grano. El flujo de grano correcto permite la casi ausencia de defectos estructurales o vacíos comunes en el proceso de fundición. Cuando el metal se forja, la estructura molecular de la aleación se ve forzada a alinearse direccionalmente, lo que le da a la pieza cualidades de resistencia más consistentes. En el proceso de fundición, las moléculas de aleación son libres de asentarse donde quieran, creando una estructura de grano aleatoria y abriendo el potencial de puntos débiles.

Algunas piezas forjadas de pistón JE pueden parecer simples, pero la estructura de grano del aluminio se ha alineado, creando mucha más resistencia en comparación con las piezas fundidas.

Una analogía simple ayuda a explicar las diferencias en un nivel básico: compare el proceso de forja con la fabricación de una mesa de roble macizo. El material está en su forma más verdadera, reteniendo su estructura original alineada, lo que lo hace muy resistente. Ahora compare el proceso de fundición con OSB (oriented strand board), una mezcla de partículas de madera comprimidas en una forma no original, lo que la hace flexible, pero pierde muchas de las cualidades de resistencia originales de la madera.

(Izquierda) La estructura de grano en roble está bien alineada, creando fuerza. Compare esto con aluminio forjado. (Derecha) La estructura de grano en OSB (tablero de filamentos orientados) es aleatoria, creando áreas vulnerables. Compare esto con una aleación fundida.

La larga historia de la forja

El origen antiguo (ya en el año 4000 a. C.) del proceso de forja comenzó en el diseño de armas. Mucho antes del desarrollo de los motores, los guerreros usaban bronce y hierro forjado para producir armas.

La forja de metal se remonta a cuando los herreros forjaron armas y otros artículos a mano.

Forjado de metal armas comenzó con un bloque de metal que se calienta a una temperatura específica, a continuación, martillado, puñetazos, o manipulado en la forma deseada.

A diferencia de los tiempos antiguos, la forja moderna es muy específica. JE Pistons utiliza su instalación de forja con certificación ISO 9000, equipada con tres prensas de forja mecánicas y dos prensas hidráulicas isotérmicas, junto con su instalación de tratamiento térmico de grado aeroespacial, para completar todo el proceso. Actualmente son uno de los pocos fabricantes de pistones del mercado de accesorios en los Estados Unidos con esta ventaja.

Prensas de forja: Mecánicas e hidráulicas isotérmicas

Las principales diferencias entre la prensa hidráulica isotérmica y la prensa mecánica son los beneficios específicos de la aplicación. La característica clave de la prensa mecánica es una alta tasa de producción. La fuerza y la velocidad están determinadas por la posición del ram, con la fuerza nominal completa solo disponible cuando el ram está aproximadamente en el centro muerto inferior. Cuando los pistones se forjan a través de una prensa mecánica, la temperatura de la matriz y del disco debe permanecer constante y controlada durante todo el proceso.

La prensa de forja mecánica está manejada por dos personas para garantizar que la temperatura se mantenga constante mientras se forjan los pistones.

Una gran diferencia con la prensa hidráulica isotérmica es el uso de controles numéricos por computadora (CNC). Las funciones controladas por computadora permiten que la prensa tenga una fuerza nominal completa disponible durante todo el recorrido de la ram. Las características adicionales permiten ajustar y controlar la fuerza y la velocidad del ariete durante todo el proceso de forjado, al tiempo que monitorizan las temperaturas para un control de consistencia más fácil. Este método de forja está muy lejos de los antiguos procesos de calentamiento y martilleo de metal, pero el concepto sigue siendo el mismo.

La prensa hidráulica isotérmica está controlada por CNC, lo que proporciona un control preciso de la fuerza y la temperatura.

Procesos posteriores a la forja

Los pistones de forja obligan al material a fluir y dar forma alrededor de la matriz de forja, creando la forma de base y la estructura de los pistones. Después de forjar, los pistones requieren una buena cantidad de mecanizado, incluidos relieves de válvulas, faldones, tierras de anillos, orificios de pasadores y otras características de la parte inferior. Este mecanizado extensivo es de donde proviene el mayor costo de los pistones forjados vs.fundidos. Los pistones JE se mecanizan en una serie de máquinas CNC de última generación, lo que permite que se cumplan sistemáticamente mediciones y tolerancias muy específicas.

Después de que se realiza el mecanizado, los pistones forjados pasan por el tratamiento térmico de grado aeroespacial de JE, que es un paso igualmente importante para garantizar que los pistones ofrezcan una confiabilidad más allá de las expectativas. Después de esto, algunos pistones pueden recibir recubrimientos, como el revestimiento de falda de falda perfecta.

La forja tiene una larga historia en la creación de piezas de aleación, y décadas de innovación y nueva tecnología han llevado a la capacidad de JE de crear pistones forjados avanzados y confiables. Se seguirán probando y desarrollando nuevos métodos, técnicas y ajustes para que la tecnología de pistón siga avanzando.

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