Máquina de limpieza de cigüeñales: limpieza de galerías de aceite a alta presión de 50 MPa y control de la limpieza de orificios oblicuos de aceite

Resumen

El reto integral de la limpieza de cigüeñales se concentra en la limpieza de orificios profundos y oblicuos para aceite. Este artículo parte del mecanismo de deposición de contaminantes en dichos orificios oblicuos, analiza el principio del proceso y la lógica de selección de presión para la limpieza por inserción a alta presión, y compara tres soluciones para la limpieza de cigüeñales: alta presión para muñones principales de vehículos comerciales, alta presión dirigida para cigüeñales de vehículos de pasajeros y limpieza ultrasónica flexible.

Palabras Clave

Máquina de limpieza de cigüeñales, máquina de limpieza de cigüeñales a alta presión, limpieza de orificios oblicuos de aceite, limpieza de galerías de aceite, limpieza de árboles de levas, limpieza de cigüeñales, tamaño de partícula

I. Orificios oblicuos de aceite: el reto integral de la limpieza de cigüeñales

La estructura externa de un cigüeñal es relativamente sencilla. Los muñones principales y los muñones de biela son superficies de revolución, y su limpieza no resulta difícil. El verdadero desafío radica en los orificios oblicuos para aceite: para conducir el aceite lubricante desde los muñones principales hasta los muñones de biela, se taladran pasajes inclinados a través del cigüeñal. Estos orificios tienen diámetros pequeños, recorridos largos y cambios de dirección.

Las virutas metálicas y las rebabas generadas durante el mecanizado tienden a depositarse en las paredes y las esquinas de los orificios oblicuos para aceite, y la limpieza por pulverización convencional no logra alcanzarlos en absoluto. Si quedan virutas en los conductos de aceite, circularán por el sistema de lubricación tras el ensamblaje, rayando los cojinetes y los muñones, con consecuencias graves. Por tanto, el núcleo de la limpieza del cigüeñal es la limpieza de los orificios oblicuos para aceite.

II. Principio de la limpieza por inserción a alta presión

La limpieza por inserción a alta presión consiste en insertar una boquilla delgada en el conducto de aceite y proyectar continuamente agua a alta presión mientras la boquilla se desplaza a lo largo del eje del orificio. La fuerza de impacto y la acción de arrastre del flujo de agua eliminan los depósitos del interior del orificio.

Este proceso resulta eficaz únicamente cuando se cumplen tres condiciones: el diámetro exterior de la boquilla coincide con el diámetro del orificio, lo que permite una inserción fluida y mantiene al mismo tiempo un flujo de retorno anular durante la proyección; la presión es suficiente para desprender los depósitos de la pared del orificio, pero no supera la capacidad de carga de la abertura y la pared del orificio; y el recorrido abarca la totalidad del conducto de aceite, incluidas las esquinas y las secciones de salida.

III. Comparación de soluciones para distintos cigüeñales

• Cigüeñal de motor diésel de seis cilindros para vehículos comerciales : Carga mediante robot puente, pre-limpieza por pulverización general, limpieza dirigida de piezas sujetas por robot, limpieza a alta presión (50 MPa) de los conductos de aceite, enjuague, secado con aire comprimido y posterior secado al vacío de piezas sujetas por robot, refrigeración mediante aire acondicionado hasta ≤ temperatura ambiente ±5 °C. Tiempo de ciclo: 180 segundos, limpieza total ≤30 mg, tamaño de partícula ≤600 μm, sequedad: sin residuos en las superficies de los muñones.

• Cigüeñal para vehículo de pasajeros : Máquina de limpieza a alta presión tipo elevación-y-avance, carga mediante robot puente, transporte mediante sistema elevación-y-avance, limpieza general más limpieza dirigida a alta presión, secado con barrido rotatorio de aire comprimido, traslado horizontal mediante manipulador, refrigeración mediante aire acondicionado. Dimensiones: 8 m × 5 m × 4 m, tiempo de ciclo: 60 segundos/pieza, limpieza ≤8 mg, tamaño de partícula ≤500 μm, sequedad: sin residuos en las superficies de los muñones, temperatura de la pieza ≤ temperatura ambiente ±5 °C.

• Limpieza flexible de cigüeñales : Limpieza ultrasónica general más limpieza con agua a alta presión dirigida más enjuague, secado más secado al vacío y refrigeración por aire acondicionado hasta que la temperatura de descarga de la pieza sea ≤ temperatura ambiente ±5 °C. Compatible con cigüeñales de cuatro y seis cilindros, limpieza a alta presión de los muñones principales, cambio automático de boquillas y compatibilidad con múltiples variedades. Dimensiones: 11 m × 9 m × 4,5 m, tiempo de ciclo: 180 segundos/pieza, limpieza total ≤30 mg, sequedad: sin marcas de agua en las superficies de los muñones ni en los conductos, tamaño de partícula ≤600 μm.

Las tres soluciones reflejan distintas prioridades: la solución para vehículos comerciales enfatiza la presión y la limpieza profunda de los conductos de aceite; la solución para vehículos de pasajeros enfatiza el tiempo de ciclo y la eficiencia de transporte; la solución flexible enfatiza la compatibilidad con múltiples variedades y el cambio automático de boquillas.

IV. Limpieza y desbarbado de árboles de levas

Los árboles de levas y los cigüeñales son ambos piezas de tipo eje, pero, además de los orificios para aceite, los árboles de levas también tienen levas que deben mecanizarse. Tomando como ejemplo la máquina robotizada flexible para desbarbado y limpieza de árboles de levas, esta elimina las rebabas de los orificios para aceite y de las levas. La limpieza emplea limpieza por inserción a alta presión en los orificios para aceite, limpieza general y limpieza a alta presión de las superficies externas. El secado combina soplado y secado al vacío. Tiempo de ciclo: modelo A, 66 segundos/2 piezas; modelos B, C, D y E, 78 segundos/2 piezas. Carga y descarga mediante robot pórtico; limpieza total <3 mg; tamaño de partícula <300 μm; estado de sequedad: completamente seco.

La solución para árboles de levas exige especificaciones notablemente más estrictas que la correspondiente a cigüeñales: limpieza <3 mg y tamaño de partícula <300 μm. La razón es que los orificios para aceite de los árboles de levas son más pequeños y más sensibles al tamaño de partícula, y la precisión de la superficie de contacto entre las levas y los taqués es muy elevada.

V. Puntos clave para la selección de equipos de limpieza de cigüeñales

• Tipo de cigüeñal cuatro cilindros o seis cilindros, vehículo de pasajeros o vehículo comercial: determina las especificaciones de equipamiento y el tiempo de ciclo.

• Parámetros del conducto de aceite diámetro del orificio, longitud y número de esquinas determinan el tipo de boquilla de inserción y la presión de limpieza.

• Objetivos de especificación la limpieza varía entre ≤3 mg y ≤30 mg; el tamaño de partícula, entre 300 μm y 600 μm; esto determina directamente la longitud de la cadena de procesos.

• Compatibilidad con variedad para la producción mixta de modelos, considere la capacidad de cambio automático de boquilla y de conmutación de programas.

• Control de Temperatura las piezas de tipo eje son sensibles a la temperatura y normalmente requieren refrigeración hasta una temperatura dentro de ±5 °C respecto a la temperatura ambiente.

Preguntas frecuentes

P: ¿Por qué la limpieza del conducto de aceite del cigüeñal requiere una presión tan alta como 50 MPa?

A: Los orificios oblicuos para aceite tienen diámetros pequeños, recorridos largos y ángulos, y los depósitos se adhieren firmemente. Una presión inferior no genera una fuerza de impacto suficiente dentro del orificio para desprender y expulsar los depósitos. 50 MPa es una configuración habitual en cigüeñales diésel de seis cilindros para vehículos comerciales. La presión real debe ajustarse al diámetro, la profundidad y el material del orificio; una presión excesiva podría dañar la abertura del orificio.

P: ¿Cuál es la diferencia entre la limpieza del cigüeñal ≤8 mg y ≤30 mg?

A: ≤8 mg se aplica a los cigüeñales de vehículos de pasajeros y ≤30 mg a los de vehículos comerciales. Esta diferencia proviene principalmente de la estructura de la pieza y de los requisitos de los fabricantes originales (OEM). Los cigüeñales de vehículos de pasajeros son más pequeños, con galerías de aceite más cortas y un residuo base menor, lo que permite objetivos más estrictos. Los cigüeñales de vehículos comerciales son mayores y poseen un volumen mayor en las galerías de aceite, por lo que los valores absolutos son relativamente más flexibles. Ambos deben cumplir simultáneamente sus respectivas especificaciones de tamaño de partícula.

P: ¿Por qué se controla la temperatura de la pieza después de la limpieza del cigüeñal?

R: Los cigüeñales son piezas de tipo eje de alta precisión. Las desviaciones de temperatura respecto a la temperatura ambiente afectan los resultados posteriores de medición dimensional y el ajuste durante el ensamblaje. Además, una temperatura elevada acelera la evaporación irregular de la humedad residual en la superficie, lo que puede provocar manchas de agua. Por lo tanto, los equipos de limpieza de cigüeñales suelen incluir un proceso de refrigeración por aire acondicionado para devolver la temperatura de la pieza al rango de temperatura ambiente ±5 °C.

P: ¿Es posible limpiar árboles de levas y cigüeñales en la misma máquina?

R: Ambos son piezas de tipo eje con principios similares, pero los árboles de levas presentan levas y requieren desbarbado, mientras que los cigüeñales exigen una limpieza profunda de orificios de lubricación oblicuos. Las configuraciones de proceso no son idénticas. En proyectos reales, normalmente se diseñan máquinas separadas para cada pieza, o bien se emplea un modelo flexible que logra compatibilidad mediante cambio de programa y sustitución automática de boquillas.