Tipi di pistoni, come sono fatti i pistoni?

I motori automobilistici utilizzano diversi tipi di pistoni. Questi offrono vantaggi e svantaggi a seconda dell'applicazione. Quando si sceglie un pistone per il proprio veicolo, entrano in gioco diversi fattori, come la capacità di resistere all'usura, al calore e agli urti. Ecco cosa tratterò in questo capitolo: i diversi tipi di pistoni e le loro caratteristiche. Per coloro che desiderano sapere come sono fatti i pistoni, c'è un'apposita sezione alla fine del capitolo.

Tipi comuni di pistoni per motori

Oggi i tipi di pistoni sono molti e vari. Le loro variazioni riguardano principalmente le differenze di progettazione, il materiale e il metodo di fabbricazione. Sulla base di queste considerazioni, abbiamo i seguenti tipi di pistoni per motori e le relative categorie.

• In base al design della testa. Pistoni a testa piatta, pistoni a cupola, pistoni a piatto
• In base al metodo di produzione- Pistoni forgiati, pistoni fusi, pistoni ipereutettici
• In base al materiale. alluminio pistoni, getto ferro pistoni, pistoni in acciaio

Tipi di pistoni in base alla struttura della testa

Le configurazioni dei motori e i livelli di potenza variano. Ciò significa la necessità di livelli di compressione diversi. Di conseguenza, le teste dei pistoni sono progettate per controllare la combustione e, quindi, il rapporto di compressione. Da ciò derivano i diversi tipi di pistoni basati sul design della testa, elencati di seguito.

Pistoni Flathead

La testa ha una forma piatta. Di conseguenza, la fiamma si propaga in modo uniforme. La superficie ridotta migliora anche il processo di combustione. Questo, a sua volta, significa una reazione più efficiente della miscela aria-carburante e un aumento del rendimento del motore. rapporto di compressione. I pistoni a testa piatta sono quindi noti per produrre forze alternative più elevate.

I principali vantaggi dei pistoni a testa piatta sono la semplicità del design, che ne riduce i costi di produzione. Di conseguenza, sono più economici da utilizzare in un motore. Un altro aspetto positivo dei pistoni è la loro capacità di migliorare il processo di combustione per produrre più forza. Vengono utilizzati soprattutto nei motori a benzina.

Pistoni a cupola

Sono chiamati così per la loro parte centrale rialzata che forma una cupola. Questo design del pistone fa sì che i gas di combustione percorrano una distanza maggiore. Allo stesso tempo, l'ampia superficie altera il processo di combustione rendendolo meno efficiente.

I pistoni a cupola sono necessari nei motori che non devono produrre molta potenza. In queste applicazioni, la compressione ridotta aiuta anche a proteggere il motore da eventuali danni. Esempi di questo tipo di utilizzo sono i motori a due tempi di motociclette.

Pistoni per piatti

Come suggerisce il nome, questi tipi di pistoni hanno la forma di un piatto. Il centro della testa o della corona è incassato e i bordi si arricciano. Questo design contribuisce ad aumentare il volume della camera di combustione, riducendo così la compressione.

Proprio come i tipi a cupola, i pistoni a tazza trovano comunemente applicazione quando la compressione e la forza di alternanza devono rimanere basse. Tra questi vi sono quelli che utilizzano sistemi di turbocompressori o supercaricabatterie. In questi motori potenziati, livelli di compressione più elevati possono essere distruttivi.

Tipi di pistoni per metodo di produzione

I pistoni dei motori sono classificati anche in base al modo in cui sono realizzati o, in altre parole, al processo di fabbricazione. I metodi comprendono la forgiatura, la fusione e l'aggiunta di silicio per indurire il ferro. I tipi di pistoni per motori di questa categoria sono descritti di seguito.

Pistoni forgiati

I pistoni forgiati sono tra i tipi più comuni. Per realizzarli, un pezzo di metallo viene pressato nella forma o nel design desiderato. Il risultato struttura del grano fa sì che il pistone possieda caratteristiche superiori in termini di integrità strutturale.

La resistenza dei pistoni forgiati si adatta alle applicazioni in cui il pezzo deve sopportare carichi più elevati, come ad esempio nei veicoli ad alte prestazioni o per impieghi gravosi. Tuttavia, questi pistoni si dilatano maggiormente e richiedono giochi più ampi per evitare il grippaggio alle alte temperature.

Pistoni fusi

Sono un'alternativa ai tipi forgiati. La loro fabbricazione prevede l'uso di metallo fuso per produrre la forma del pistone. Questi tipi di pistoni possono essere in alluminio o ferro, talvolta anche in acciaio, a seconda delle proprietà richieste.

I pistoni del motore realizzati con il metodo della fusione non sono robusti come quelli realizzati con la forgiatura di pezzi di metallo. Tuttavia, sono ancora adatti per i motori leggeri. In queste applicazioni, le sollecitazioni meccaniche e termiche sono in genere sufficientemente basse da causare danni precoci.

Pistoni ipereutettici

I pistoni ipereutettici sono un tipo di pistoni fusi. L'unica differenza è l'aggiunta di silicone durante la produzione. In genere, questo viene fatto per renderli più robusti e resistenti all'usura, il che li rende adatti a condizioni più difficili.

I pistoni ipereutettici possono non essere così resistenti come quelli realizzati con il processo di forgiatura. Tuttavia, possiedono qualità migliori rispetto ai pistoni fusi standard. I loro vantaggi rispetto ai pistoni fusi includono la capacità di resistere meglio alle sollecitazioni termiche e meccaniche.

Tipi di pistoni per materiale

Il materiale del pistone è un altro modo per classificare la parte del motore. A questo proposito, i tipi di pistoni di questa categoria comprendono alluminio, ferro e acciaio. Di seguito vengono illustrati i vantaggi e gli svantaggi di ciascun materiale.

Pistoni in alluminio

Sono realizzati con lega di alluminio che comprende rame, manganese, zinco e altri elementi. I pistoni in lega di alluminio sono solitamente forgiati o fusi dal metallo fuso, e ciascun tipo offre proprietà diverse in termini di usura e robustezza.

I pistoni in alluminio offrono il vantaggio di avere un peso ridotto per adattarsi ai motori ad alta velocità. Sono inoltre più adatti per applicazioni leggere in cui il pistone non subisce molti abusi. Per questo motivo, questi tipi di pistoni sono utilizzati soprattutto nei motori a benzina.

Rispetto agli altri tipi, i pistoni in alluminio non resistono bene all'usura. Inoltre, sono meno robusti e per questo non sono adatti a motori pesanti o diesel. Detto questo, i moderni metodi di produzione producono leghe che rendono i pistoni in alluminio più resistenti all'usura e alle sollecitazioni meccaniche o termiche.

Pistoni in ghisa

Come dice il nome, questi tipi di pistoni sono realizzati con il processo di fusione. I pistoni in ghisa possiedono sia qualità buone e cattive, che li rende adatti ad alcuni motori e non ad altri.

Partendo dalle buone qualità, i pistoni mostrano una migliore resistenza all'usura rispetto ai tipi forgiati. Hanno anche migliori caratteristiche termiche e possono operare in ambienti ad alto calore senza rischio di danni.

Tra gli svantaggi dei pistoni in ghisa c'è la loro struttura debole, che li rende suscettibili di essere danneggiati da urti o sollecitazioni meccaniche. Sono quindi adatti soprattutto per motori più leggeri rispetto ai moderni motori con turbocompressore o sovralimentati.

Come vengono prodotti i pistoni?

La produzione di pistoni prevede un processo di forgiatura o di fusione. Il materiale può essere anche una lega di alluminio, oltre ad altri materiali. Il processo di forgiatura è oggi il più utilizzato e l'alluminio è il materiale più diffuso. Ecco come si producono i pistoni utilizzando la lega di alluminio e il metodo della forgiatura.

• Il processo di produzione dei pistoni inizia con grandi aste di alluminio. Le canne misurano in genere fino a 3 metri di lunghezza.
• Una sega taglia le barre di alluminio in piccoli pezzi in una macchina automatizzata.
• I pezzi tagliati, ora chiamati lumache, passano in un forno e vengono riscaldati.
• Anche una pressa per punzonatura viene riscaldata per ricevere i proiettili. Questa è la macchina per la forgiatura.
• I pezzi vengono trasferiti dal forno alla pressa, che applica una pressione fino a 2 000 tonnellate. In questo modo il proiettile assume la forma del pistone desiderato.
• I pistoni supercaldi vengono spostati fuori dalla pressa e raffreddati ad aria per circa un'ora.
• Dopo il raffreddamento, i pistoni vengono nuovamente messi in forno, questa volta per rafforzarli.
• Successivamente, i pistoni vengono trasferiti in un forno a temperatura più bassa. Il basso calore serve a stabilizzarli.
• I pistoni vengono quindi portati in un tornio e le parti in eccesso vengono rimosse. In questa fase vengono anche praticati piccoli fori per l'olio nel gruppo del pistone.
• Il tornio asporta il materiale per produrre le scanalature del pistone. Viene inoltre praticato un grande foro attraverso il pistone. Questo è il foro che ospiterà lo spinotto del pistone.
• Il pistone viene portato in una fresatrice che rimuove un po' di materiale dal mantello per ridurre il peso.
• Un tornio rimuove un po' di materiale dai bordi della corona. Questo viene fatto per consentire l'espansione del pistone senza che si verifichino problemi.
• Un'altra macchina incide il numero del pistone e altri dati.
• Il pistone viene infine levigato a mano e il foro del polso viene passato al tornio per essere lavorato secondo le specifiche.
• L'ultima fase del processo di produzione dei pistoni prevede l'irrorazione con acqua calda e deionizzata. Questa operazione serve a rimuovere l'olio che potrebbe essersi accumulato nei diversi processi di produzione. Dopodiché, il pistone viene asciugato e pronto per i ritocchi finali e l'imballaggio.

Conclusione

I diversi tipi di pistoni offrono livelli di prestazioni e durata. Nella scelta del tipo da utilizzare, queste proprietà sono importanti. Le opzioni di design e di materiale dei pistoni discusse qui dovrebbero aiutarvi a prendere la decisione giusta. Indipendentemente dal tipo, tuttavia, i pistoni sono soggetti a danni a causa delle condizioni difficili della camera di combustione. Scoprite quali sono gli effetti sui pistoni dei motori.