PREGUNTA: En su sección de Encendido en el número de marzo, usted menciona que se necesitan entre 12 y 15 semanas para producir un cigüeñal terminado para el motor Yamaha M1 MotoGP. Sería fascinante que Kevin Cameron explicara por qué tarda tanto.
Scott Saunders
Binghamton, Nueva York
RESPUESTA: Al principio parece extraño que tomaría tanto tiempo construir uno el cigüeñal de lomo de una máquina de MotoGP porque todos hemos visto videos de YouTube de máquinas CNC que fresan y hacen girar un cigüeñal con una barra de acero macizo. Hecho en un turno, ¿verdad? Luego, golpee, en el horno de tratamiento térmico, termine de moler los diarios, y en el estante de construcción.
La forma podría hacerse en un día, si no fuera por el estrés residual. Las máquinas herramientas en realidad no se cortan. Cizallan, aplicando fuerza concentrada a un área muy pequeña. El metal fluye, se estira y se rompe a medida que avanza el borde de la herramienta. Ese flujo y estiramiento dejan zonas muy estresadas en la parte. Si la pieza se pusiera en servicio con esas tensiones en su lugar, el estrés de la operación se agregaría a esa tensión residual. Los enlaces interatómicos más extendidos se romperían bajo tensión operativa y con el tiempo se formarían y propagarían grietas.
Por lo tanto, la parte debe aliviarse antes de entrar en servicio. La idea básica es llevar la pieza a una temperatura que establezca sus átomos en vibraciones térmicas bastante vigorosas, con el resultado de que en lugar de romper los enlaces interatómicos estirados, esos enlaces puedan "agitar su camino" hacia un estado de menor energía . Las uniones estiradas, agitadas por la vibración térmica, se relajan.
Ahora bien, otro problema: cuanto más calor hagamos, más podremos impulsar procesos de cambio metalúrgico que no deseamos; por ejemplo, la migración de carburos al zonas intergranulares entre el revoltijo de cristales metálicos que componen la parte. Pero cuanto más baja es la temperatura del proceso de alivio de la tensión, más tiempo tarda. Días y días.
Tenemos una idea del tratamiento térmico elemental. Caliente una pieza simple de acero al carbono para poner sus elementos de aleación en solución, luego reduzca repentinamente su temperatura (enfriando en agua o aceite), permitiendo así que se formen diminutos cristales y pequeñas partículas de carburo de hierro. En este estado, el acero tiene una dureza máxima, pero es frágil. Para endurecerlo, la pieza se calienta a una temperatura intermedia, lo que permite que crezcan los cristales, pero sacrificando algunos de los carburos inductores de dureza.
Las aleaciones modernas son más complicadas que esto, por lo que requieren más pasos de tratamiento térmico para colocarlas en la condición deseada. Eso lleva más tiempo.
Y hay otra cosa: todos los aceros tienen algo de contenido mineral como resultado del revestimiento refractario de los equipos de proceso. Para lograr la mayor resistencia a la fatiga (como en resortes de válvulas de carrera, bielas y cigüeñales), el acero debe procesarse al vacío para permitir que dichos contaminantes se evaporen y sean arrastrados por el sistema de vacío. Esto agrega complicaciones adicionales y toma más tiempo. Incluso en los aceros procesados al vacío VIM / VAR de la más alta calidad, permanecen algunos pequeños "stringers" (contaminantes minerales alargados). Calentar el acero a una temperatura particular y luego deformarlo estira los largueros hasta que se rompan, y su material se fusiona en pequeñas gotas que actúan como sitios de nucleación de grietas.
La parte más débil de cada cigüeñal es el radio de filete que une las revistas (principal o varilla) a las mejillas. Las grietas necesitan tensión para propagarse, por lo que la tensión se elimina de estas regiones mediante el laminado, el shot-peening o la compresión de la superficie metálica del filete. Muchas veces en el pasado, incluso cuando se proporcionan generosos filetes y se colocan en compresión de esta manera, la operación del cigüeñal todavía produce agrietamiento de filete. Luego, el remedio habitual (y parcial) es estrechar el diario para permitir filetes de mayor radio, o para recortar filetes más grandes en las mejillas del cigüeñal. Uno de los procesos utilizados para producir la compresión superficial es acelerar los iones de nitrógeno en el interior, donde forman nitruros duros de hierro. Si se atascan en la superficie, se comprime.
Los motociclistas conscientes saben que la tendencia de la lubricación es hacia aceites cada vez más viscosos (más delgados). Sin embargo, incluso en los motores de producción, el espesor mínimo de la película de aceite en un cojinete liso cargado puede ser inferior a 2 micras. Cualquier rugosidad superficial cerca de ese valor causará contacto entre el cojinete y el diario. Cuanto más trate de ahorrar energía utilizando aceite más delgado, más perfecto será el acabado de la superficie del diario para evitar el contacto de metal con metal. No solo brilla, porque una superficie puede ser brillante y aún tener olas en ella. Tiene que ser verdaderamente cilíndrico, con la menor rugosidad superficial posible.
Chrysler desarrolló un proceso para lograr esto durante la Segunda Guerra Mundial, cuando cualquier cosa que acortara el arranque de los motores de las aeronaves ahorraría gas de aviación críticamente necesario. El proceso de Chrysler empleó vueltas en forma, flotando en una película de aceite, encerrando un diario de cigüeñal. Cuanto más caliente estaba el aceite, más delgada era la película, hasta que la vuelta comenzó a tocar solo las características más altas de la superficie en el diario. Mediante un control cuidadoso, se pueden lograr acabados de casi cualquier suavidad deseada. Pero esto lleva tiempo lograrlo, en una tienda con el equipo especializado necesario. Cuando el corredor de autos stock Junior Johnson decidió hace años buscar ahorros de energía por la baja viscosidad del petróleo, se enteró de que nadie en los EE. UU. estaba ofreciendo el proceso nunca más. Tenía que ir a Alemania para terminar sus revistas de bielas. Desde entonces, el proceso ha sido ampliamente adoptado en la práctica automotriz.
Y, en definitiva, Dorna, razonando que las carreras más baratas pueden hacerse, cuantos más equipos corran para unirse a la serie, ha decretado que cada piloto de fábrica no puede usar más de cinco motores por temporada. ¡Ahí! Eso debería reducir los costos un montón! Pero eso deja a las fábricas para encontrar formas de hacer que cada parte dure de 1,000 a 1,500 millas, en lugar de las 150 a 300 millas antes de la regla de los 5 motores. Lograr la durabilidad necesaria no es barato, ni fácil, ni rápido.
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