Diseño de cilindros para motor de Yamaha RD350 con incremento de cilindrada a 421CC conservando el sistema YPVS

Cu so: 2024-2025 Fecha: Vi o ia- Gas eiz, 1 de julio de 2025 Alumno: Aguillo, A bona, O iol Di ec o 1: Anso egui, A aico, Joseba Di ec o a 2: Boyano, Mu illo, Ana GRADO EN INGENIERÍA MECÁNICA TRABAJO FIN DE GRADO DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 CON INCREMENTO DE CILINDRADA A 421CC CONSERVANDO EL SISTEMA YPVS TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 2 ÍNDICE GENERAL Resumen ejecu i o ........................................................................................................ 7 Labu pen exeku iboa ..................................................................................................... 8 Execu i e summa y ........................................................................................................ 9 1. In oducción ......................................................................................................... 10 1.1. Con ex o ...................................................................................................... 10 1.2. Mo o 2 iempos ........................................................................................... 11 1.2.1. Pa es del cilind o ................................................................................. 11 1.2.2. Funcionamien o gene al de un mo o de dos iempos ............................ 14 1.3. Sis ema YPVS ............................................................................................... 15 1.3.1. In oducción y con ex o his ó ico .......................................................... 15 1.3.2. P incipio de uncionamien o ................................................................. 16 1.3.3. Componen es y con ol del sis ema ...................................................... 16 1.3.4. Ven ajas del sis ema YPVS .................................................................... 17 1.3.5. Aplicación en la Yamaha RD 350 ........................................................... 18 1.3.6. Conclusión ........................................................................................... 18 2. Es ado del a e ..................................................................................................... 19 2.1. Tecnologías exis en es pa a el aumen o de cilind ada .................................... 19 2.2. Ausencia del sis ema YPVS en ki s come ciales ............................................. 21 2.3. Compa a i a en e soluciones come ciales y equisi os del p esen e p oyec o 21 2.4. P oyec os simila es o an eceden es .............................................................. 22 3. Obje o y alcance del p oyec o ............................................................................... 23 3.1. Mo o base y especi icaciones o iginales ........................................................ 23 3.2. Obje i o gene al ........................................................................................... 23 3.3. Obje i os especí icos ................................................................................... 23 3.4. Limi aciones del p oyec o ............................................................................. 24 3.5. Jus i icación del en oque elegido .................................................................. 24 4. P oceso de diseño de los cilind os ......................................................................... 25 4.1. Condiciones del diseño ................................................................................ 25 4.2. Diseño de p o o ipos en Siemens NX ............................................................. 27 4.2.1. P o o ipo 1............................................................................................ 27 4.2.1.1. Diseño ................................................................................................. 27 4.2.1.2. P o o ipo imp eso en PLA median e ecnología de imp esión 3D ............ 32 4.2.1.3. Incidencias de ec adas du an e la ase de mon aje y alidación del diseño sob e el conjun o mo o ........................................................................................ 33 4.2.1.4. Ensamblaje .......................................................................................... 37 4.2.1.5. E o es de ec ados du an e el mon aje y sus soluciones ........................ 38 4.2.2. P o o ipo 2............................................................................................ 39 TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 3 4.2.2.1. Diseño ................................................................................................. 39 4.2.2.2. P o o ipo imp eso en PLA median e ecnología de imp esión 3D ............ 40 4.2.2.3. Incidencias de ec adas du an e la ase de mon aje y alidación del diseño sob e el conjun o mo o ........................................................................................ 41 4.2.2.4. Ensamblaje .......................................................................................... 45 4.2.2.5. Medición g ados de dis ibución ............................................................ 46 4.2.2.6. Análisis de elemen os ini os (FEM) ....................................................... 49 4.2.2.7. E o es de ec ados du an e el mon aje y sus soluciones ........................ 58 4.2.3. P o o ipo 3............................................................................................ 59 4.2.3.1. Diseño ................................................................................................. 59 4.2.3.2. Análisis po elemen os ini os (FEM) ...................................................... 60 4.2.3.3. Compa a i a en e los análisis de elemen os ini os de los p o o ipos 2 y 3 67 4.2.3.4. P o o ipo imp eso en PLA median e ecnología de imp esión 3D ............ 69 4.2.3.5. Incidencias de ec adas du an e la ase de mon aje y alidación del diseño sob e el conjun o mo o ........................................................................................ 70 4.2.3.6. Ensamblaje .......................................................................................... 71 4.3. Compa a i a en e el cilind o o iginal y el p o o ipo inal ................................ 72 5. Posibles p ocesos de ab icación .......................................................................... 77 5.1. Mecanizado en máquina CNC de 5 ejes ........................................................ 77 5.2. Moldeo en a ena........................................................................................... 79 5.3. Imp esión 3D me álica ................................................................................. 81 6. Plani icación y análisis económico y de iabilidad del p oyec o .............................. 84 6.1. Plani icación de la ab icación del conjun o de cilind os ................................ 84 6.2. Cos es de desa ollo del p oyec o ................................................................. 84 6.3. Compa a i a de cos es de ab icación según el p oceso ................................ 85 6.3.1. Cos es asociados a cada p oceso ............................................................. 85 6.3.2. Posp ocesado écnico y económico .......................................................... 86 6.3.3. Tiempo de ab icación po unidad ............................................................. 86 6.3.4. Cos e es imado de una p ime a i ada ....................................................... 87 6.4. Viabilidad écnica y económica de cada p oceso ........................................... 87 6.5. Escalabilidad del p oyec o ............................................................................ 88 6.6. Ren abilidad po encial ................................................................................. 88 6.7. Impac o económico del p o o ipado ápido ................................................... 89 6.8. Conclusión de iabilidad .............................................................................. 90 7. Piezas de apoyo pa a los cilind os ......................................................................... 92 7.1. Piezas o almen e necesa ias ....................................................................... 92 7.2. Piezas aconsejables, pe o no imp escindibles ............................................... 95 7.3. P opues a de ki s come ciales ...................................................................... 97 TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 4 8. Conclusiones ....................................................................................................... 99 9. Líneas u u as ..................................................................................................... 101 9.1. Validación es uc u al y uncional ..................................................................... 101 9.2. Simulación a anzada y op imización ................................................................ 101 9.3. In eg ación y compa ibilidad con o os elemen os del mo o ............................. 101 9.4. P oducción y aplicación eal ............................................................................ 102 10. Bibliog a ía ..................................................................................................... 103 11. Anexo I. Planos de los p o o ipos..................................................................... 105 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Compa a i a en e soluciones come ciales. ..................................................... 22 Tabla 2. Compa a i a de dis ibuciones. ....................................................................... 28 Tabla 3. G ados de dis ibución o iginal. ....................................................................... 31 Tabla 4. E o es y soluciones p o o ipo Nº1. .................................................................. 39 Tabla 5. G ados de dis ibución p o o ipo Nº2. .............................................................. 48 Tabla 6. Compa a i a de g ados de dis ibución del cilind o o iginal y p o o ipo Nº2. ...... 48 Tabla 7. P opiedades AlSi10Mg. .................................................................................... 49 Tabla 8. E o es y soluciones p o o ipo Nº2. .................................................................. 59 ÍNDICE DE ECUACIONES Ecuación 1. Cálculo de cilind ada de mo o bicilínd ico. ............................................... 25 Ecuación 2. Cálculo de cilind ada del mo o o iginal. .................................................... 25 Ecuación 3. Cálculo de la cilind ada obje i o. ............................................................... 26 Ecuación 4. Cálculo de p esión media e ec i a cilind ada o iginal. ................................ 50 Ecuación 5. Cálculo de p esión máxima cilind ada o iginal. .......................................... 50 Ecuación 6. Cálculo de p esión media e ec i a cilind ada 421cc. .................................. 50 Ecuación 7. Cálculo de p esión máxima cilind ada 421cc. ............................................ 50 Ecuación 8. Cálculo de p esión máxima con coe icien e de segu idad. .......................... 50 ÍNDICE DE GRÁFICOS G á ico 1. Diag ama de Gan : plani icación es imada del p oceso de ab icación. ......... 84 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilus ación 1. Yamaha RD 350. ...................................................................................... 10 Ilus ación 2. Diag ama del mo o y sis ema YPVS de Yamaha RD 350. ........................... 11 Ilus ación 3. Vis a la e al en sección a a és del plano de sime ía. Mues a una ep esen ación en co e del pe il del componen e, ealizada siguiendo el plano de sime ía longi udinal. ................................................................................................................ 12 Ilus ación 4. Vis a en plan a supe io con co e a baja al u a. La sección se ha ealizado a una co a in e io con el in de isualiza adecuadamen e los pue os de ans e encia.... 13 Ilus ación 5. Vis a en plan a supe io con co e a mayo al u a. En es a is a, el plano de co e se ha si uado a una co a supe io , lo que pe mi e ap ecia la camisa que en uel e los conduc os del sis ema de e ige ación. ....................................................................... 13 TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 5 Ilus ación 6. Vis a en alzado con sección ans e sal. Es a is a pe mi e obse a an o los pue os de ans e encia como los conduc os de e ige ación, g acias al co e aplicado es a égicamen e pa a e ela dichas es uc u as in e nas. ........................................... 13 Ilus ación 7. Vis a explosionada de los cilind os y el sis ema YPVS. .............................. 15 Ilus ación 8. Diag ama de una ál ula o a i a. ............................................................ 16 Ilus ación 9. Pa eja de ál ulas o a i as. ..................................................................... 16 Ilus ación 10. Se omo o del sis ema YPVS. ............................................................... 17 Ilus ación 11. Unidad de con ol CDI. .......................................................................... 17 Ilus ación 12. Ki de cilind os A hena. .......................................................................... 19 Ilus ación 13. Cá e in e io o iginal (izq.) y modi icado (dcha.). ................................... 20 Ilus ación 14. Cilind os CPI Chee ah Cub. ................................................................... 20 Ilus ación 15. Esquema de los pue os de los cilind os de CPI. ..................................... 21 Ilus ación 16. Esquema del pis ón y biela o iginales. .................................................... 25 Ilus ación 17. Esquema del pis ón y biela del nue o conjun o. ...................................... 26 Ilus ación 18. Medición de g ados de dis ibución o iginal. ........................................... 29 Ilus ación 19. Medición g ados de escape o iginales con ál ula de escape abie a. ..... 30 Ilus ación 20. Medición de g ados de escape o iginales con ál ula de escape ce ada. 30 Ilus ación 21. Medición g ados de admisión o iginales. ................................................ 31 Ilus ación 22. Vis as p o o ipo Nº1. ............................................................................. 32 Ilus ación 23. Desalineación o i icios anclaje p o o ipo Nº1. ........................................ 33 Ilus ación 24. In e e encia en la ijación p o o ipo Nº1. ............................................... 33 Ilus ación 25. Alojamien o admisión p o o ipo Nº1. ..................................................... 34 Ilus ación 26. Toma admisión p o o ipo Nº1. ............................................................... 34 Ilus ación 27. O i icios oscados de la admisión p o o ipo Nº1. .................................... 35 Ilus ación 28. Pa ed admisión p o o ipo Nº1. ............................................................... 35 Ilus ación 29. Toma de escape p o o ipo Nº1. .............................................................. 35 Ilus ación 30. In e e encia con el cá e p o o ipo Nº1. ............................................... 36 Ilus ación 31. Anclaje cula a p o o ipo Nº1. ................................................................. 36 Ilus ación 32. In e e encia en e cilind os p o o ipo Nº1. ............................................. 36 Ilus ación 33. Asien o ál ula de escape p o o ipo Nº1. ............................................... 37 Ilus ación 34. Ensamblaje p o o ipo Nº1...................................................................... 37 Ilus ación 35. Ensamblaje ál ula de escape p o o ipo Nº1. ......................................... 38 Ilus ación 36. Ac uación ál ula escape p o o ipo Nº1. ................................................ 38 Ilus ación 37. Vis as p o o ipo Nº2. ............................................................................. 41 Ilus ación 38. In e e encia en la ijación p o o ipo Nº2. ............................................... 41 Ilus ación 39. In e e encia en el anclaje p o o ipo Nº2. ............................................... 42 Ilus ación 40. Aguje os anclaje al ca e p o o ipo Nº2. ................................................ 42 Ilus ación 41. O i icios de ijación de la admisión p o o ipo Nº2. .................................. 43 Ilus ación 42. Compa a i a del asien o de ál ula de escape en e p o o ipo Nº1 y Nº2. 43 Ilus ación 43. O i icio ál ula de escape p o o ipo Nº2................................................. 44 Ilus ación 44. Compa a i a alojamien o ál ula de escape en e o iginal y p o o ipo Nº2. ................................................................................................................................... 44 Ilus ación 45. Desalineación escape p o o ipo Nº2. ..................................................... 44 Ilus ación 46. Ensamblaje p o o ipo Nº2...................................................................... 45 Ilus ación 47. Ensamblaje ál ula de escape p o o ipo Nº2. ......................................... 45 Ilus ación 48. Ac uación ál ula escape p o o ipo Nº2. ................................................ 46 Ilus ación 49. Pis ón 68mm imp eso en PLA. ............................................................... 46 Ilus ación 50. Bulón imp eso en PLA. ........................................................................... 47 Ilus ación 51. Ensamblaje del pis ón y bulón imp esos en PLA. .................................... 47 Ilus ación 52. Ensamblaje del pis ón, bulón y p o o ipo Nº2. ........................................ 48 Ilus ación 53. Mallado p o o ipo Nº2. .......................................................................... 51 Ilus ación 54. De alle del mallado p o o ipo Nº2. ......................................................... 52 TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 6 Ilus ación 55. Res icciones p o o ipo Nº2. .................................................................. 52 Ilus ación 56. De alle de las es icciones p o o ipo Nº2. .............................................. 53 Ilus ación 57. P esión in e na p o o ipo Nº2. ................................................................ 53 Ilus ación 58. Análisis de desplazamien os p o o ipo Nº2. ........................................... 54 Ilus ación 59. De alle del análisis de desplazamien os p o o ipo Nº2. .......................... 55 Ilus ación 60. De alle en co e del análisis de desplazamien os p o o ipo Nº2 – zona admisión. .................................................................................................................... 55 Ilus ación 61. De alle en co e del análisis de desplazamien os p o o ipo Nº2 – zona pue os de ans e encia. ............................................................................................. 56 Ilus ación 62. Análisis de ensiones p o o ipo Nº2. ...................................................... 56 Ilus ación 63. De alle del análisis de ensiones p o o ipo Nº2. ..................................... 57 Ilus ación 64. De alle en co e del análisis de ensiones p o o ipo Nº2. ........................ 57 Ilus ación 65. Compa a i a en e la dis ibución del p o o ipo Nº2 y Nº3. ..................... 60 Ilus ación 66. Mallado p o o ipo Nº3 ........................................................................... 61 Ilus ación 67. De alle del mallado p o o ipo Nº3. ......................................................... 61 Ilus ación 68. Res icciones p o o ipo Nº3. .................................................................. 62 Ilus ación 69. De alle de las es icciones p o o ipo Nº3. ............................................. 62 Ilus ación 70. P esión in e na p o o ipo Nº3. ................................................................ 63 Ilus ación 71. Análisis de desplazamien os p o o ipo Nº3. ........................................... 64 Ilus ación 72. De alle en co e del análisis de desplazamien os p o o ipo Nº3. ............ 64 Ilus ación 73. Análisis de ensiones p o o ipo Nº3. ...................................................... 65 Ilus ación 74. De alle análisis de ensiones p o o ipo Nº3. ........................................... 66 Ilus ación 75. De alle en co e del análisis de ensiones p o o ipo Nº3. ........................ 66 Ilus ación 76. Compa a i a de desplazamien os en e p o o ipo Nº2 y Nº3. .................. 68 Ilus ación 77. Compa a i a de ensiones en e p o o ipo Nº2 y Nº3. ............................. 69 Ilus ación 78. Vis as p o o ipo Nº3. ............................................................................. 70 Ilus ación 79. Ensamblaje p o o ipo Nº3...................................................................... 71 Ilus ación 80. Ensamblaje ál ula de escape p o o ipo Nº3. ......................................... 72 Ilus ación 81. Compa a i a is a supe io cilind o o iginal y p o o ipo Nº3. ................... 72 Ilus ación 82. Compa a i a is a la e al en e cilind o o iginal y p o o ipo Nº3. .............. 73 Ilus ación 83. Compa a i a is a in e io en e cilind o o iginal y p o o ipo Nº3. ............ 74 Ilus ación 84. Compa a i a is a admisión en e cilind o o iginal y p o o ipo Nº3. ......... 74 Ilus ación 85. Compa a i a del alojamien o de la ál ula de escape en e cilind o o iginal y p o o ipo Nº3. ........................................................................................................... 75 Ilus ación 86. Compa a i a de diseño de pue os en e cilind o o iginal y p o o ipo Nº3. 75 Ilus ación 87. Maquina CNC de 5 ejes. ........................................................................ 77 Ilus ación 88. Vis a seccionada de los pue os de ans e encia. .................................. 78 Ilus ación 89. Des alle en co e de la camisa de agua. ................................................. 78 Ilus ación 90. Moldes y machos pa a la ab icación de los cilind os. ............................. 79 Ilus ación 91. P oceso de colada en el molde y ex acción del cilind o del molde. ......... 80 Ilus ación 92. Mecanizado del cilind o y p oduc o inal. ............................................... 80 Ilus ación 93. P oceso de imp esión 3D me álica. ........................................................ 81 Ilus ación 94. Cilind o ab icado po imp esión 3D me álica. ....................................... 82 Ilus ación 95. Cigüeñal “Ho Rods” pa a Yamaha RD 350. ............................................. 93 Ilus ación 96. Pis ón “Wiseco” de 68mm. .................................................................... 93 Ilus ación 97. Cula a “Cool Head” pa a Yamaha RD 350. .............................................. 94 Ilus ación 98. Ca e supe io mecanizado de Yamaha RD 350. .................................... 94 Ilus ación 99. Escapes “A ow” pa a Yamaha RD 350. ................................................... 95 Ilus ación 100. Pa eja de ca bu ado es “Lec on” pa a Yamaha RD 350. ........................ 96 Ilus ación 101. Tobe as de admisión pa a Yamaha RD 350. ........................................... 96 Ilus ación 102. Pa eja de cajas de láminas “V o ce4” pa a Yamaha RD 350. .................. 96 Ilus ación 103. Sis ema de encendido pa a Yamaha RD 350. ........................................ 97 TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 7 Resumen ejecu i o El p esen e T abajo Fin de G ado iene como obje i o el diseño de un nue o conjun o de cilind os pa a el mo o bicilínd ico de dos iempos de la Yamaha RD350, con el in de aumen a su cilind ada o iginal de 347 cm³ a 421 cm³. A di e encia de las soluciones come ciales ac ualmen e disponibles, el diseño p opues o conse a ín eg amen e el sis ema o iginal de ál ula de escape a iable YPVS (Yamaha Powe Val e Sys em), lo que cons i uye uno de los p incipales e os écnicos y, al mismo iempo, el alo di e encial del p oyec o. El mo o de la RD350, especialmen e en su e sión equipada con YPVS, des aca po o ece un equilib io en e endimien o y e sa ilidad. Sin emba go, las modi icaciones exis en es o ien adas al aumen o de cilind ada eliminan es e sis ema, comp ome iendo la en ega p og esi a de po encia y es ingiendo el uso del ehículo a con ex os exclusi amen e depo i os. En es e con ex o, el p esen e abajo plan ea una solución inno ado a que pe mi e inc emen a las p es aciones del mo o sin enuncia a su ca ác e poli alen e. El desa ollo del p oyec o se ha es uc u ado en dis in as ases. En p ime luga , se ha ealizado un análisis écnico del mo o o iginal y del sis ema YPVS, así como una e isión del es ado del a e de las soluciones come ciales exis en es. A con inuación, se ha lle ado a cabo el modelado idimensional de los nue os cilind os median e el so wa e Siemens NX, ajus ando las co as y geome ías a una con igu ación de 68 mm de diáme o y 58 mm de ca e a, con el obje i o de alcanza los 421 cm³. El diseño ha sido alidado median e la ab icación de es p o o ipos ísicos en PLA a a és de imp esión 3D, lo que ha pe mi ido iden i ica y co egi e o es de mon aje, in e e encias y des iaciones dimensionales. Además, se ha ealizado un análisis de allado de los g ados de dis ibución de admisión y escape, conside ando la in luencia de la ál ula YPVS en su posición abie a y ce ada, con el in de man ene un compo amien o lo más ce cano posible al del mo o o iginal. También se han lle ado a cabo simulaciones median e análisis po elemen os ini os (FEM) pa a e alua la esis encia es uc u al del diseño en e a las condiciones de p esión in e na du an e el uncionamien o. El abajo incluye asimismo una compa a i a de dis in os p ocesos de ab icación iables pa a la p oducción de los cilind os de ini i os, como el mecanizado CNC de 5 ejes, el moldeo en a ena y la imp esión 3D me álica. Cada al e na i a se ha e aluado en é minos de cos e, iempo de ab icación, equisi os écnicos y iabilidad económica, an o pa a unidades indi iduales como pa a se ies co as. En conjun o, el p oyec o o ece una solución écnica eplicable y azonablemen e asequible pa a aquellos usua ios que deseen mejo a el endimien o del mo o de su RD350 sin enuncia a las cualidades que lo ca ac e izan. El diseño p opues o pe mi e aumen a la cilind ada conse ando la p og esi idad en la en ega de po encia, man eniendo así el equilib io en e p es aciones mejo adas y la esencia o iginal del modelo. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 8 Labu pen exeku iboa G adu Amaie ako Lan honen helbu ua Yamaha RD350a en bi aldiko mo o bizilind iko ako zilind o mul zo be i ba diseina zea da, ja o izko zilind ada 347 cm³- ik 421 cm³ - a handi zeko. Gau egun esku aga i dauden i enbide kome ziale an ez bezala, p oposa u ako diseinuak YPVS (Yamaha Powe Val e Sys em) ihes-balbula aldako eko ja o izko sis ema kon se ba zen du oso-oso ik, e a ho i da e onka ekniko nagusie ako ba e a, aldi be ean, p oiek ua en balio di e en ziala. RD350a en mo o a, be eziki YPVSz ho ni u ako be sioan, e endimendua en e a moldako asuna en a eko o eka eskain zen duelako naba men zen da. Hala e e, zilind ada handi ze a bide a u ako aldake ek sis ema ho i ezaba zen du e, po en zia pixkanaka eskain zea a iskuan ja iz e a ibilgailua en e abile a soilik ki ol- es uingu ue a a muga uz. Tes uingu u ho e an, lan honek i enbide be i zaile ba plan ea zen du, mo o a en ezauga iak handi zeko auke a ema en duena, izae a balioaniz una i uko egin gabe. P oiek ua en ga apena hainba ase an egi u a u da. Lehenik e a behin, ja o izko mo o a en e a YPVS sis ema en az e ke a eknikoa egin da, e a dauden i enbide kome zialen a ea en egoe a be ikusi da. Ondo en, zilind o be ien hi u dimen sioko modelake a egin da Siemens NX so wa ea en bidez, ko ak e a geome iak 68 mm-ko diame oko e a 58 mm-ko ibilbideko kon igu azio a egoki uz, 421 cm³ lo zeko helbu ua ekin. 3D inp imake a en bidez PLAn hi u p o o ipo isiko ab ika uz baliozko u da diseinua, e a, ho i eske , mun ake ako, in e e en zie ako e a dimen sio- desbide a zee ako aka sak iden i ika u e a zuzendu ahal izan di a. Gaine a, sa e ako e a iheseko banake a-g aduen az e ke a xeha ua egin da, YPVS balbulak posizio i ekian e a i xian duen e agina kon uan ha u a, ja o izko mo o e ik ahalik e a hu bilen egon dadin. Simulazioak e e egin di a elemen u ini uen bidezko analisien bidez (FEM), un zionamenduan zeha diseinuak ba ne-p esioa en baldin zen au ean duen egi u azko e esis en zia ebalua zeko. E a be ean, behin be iko zilind oak ekoiz eko bide aga iak di en hainba ab ikazio- p ozesu alde a zen di u lanak, hala nola 5 a da zeko CNC mekanizazioa, ha eazko moldeka zea e a me alezko 3D inp imake a. Auke a bakoi za kos ua en, ab ikazio- denbo a en, baldin za eknikoen e a bide aga i asun ekonomikoa en a abe a ebalua u da, bai banakako uni a ee a ako, bai se ie labu e a ako. O o ha , p oiek uak konponbide ekniko ba eskain zen du, e eplikaga ia e a a azoizkoa, be e RD350 mo o a en e endimendua hobe u nahi du en e abil zaileen za , ezauga i be eizga iei uko egin gabe. P oposa u ako diseinuak zilind ada handi zea ahalbide zen du, po en zia-en egan p og esibo asuna man enduz, ho ela, hobe u ako ezauga ien e a modeloa en ja o izko esen zia en a eko o eka man enduz. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 9 Execu i e summa y This Bachelo 's Thesis aims o design a new se o cylinde s o he wo-s oke win-cylinde engine o he Yamaha RD350, wi h he goal o inc easing i s o iginal displacemen om 347 cm³ o 421 cm³. Unlike cu en comme cial solu ions, he p oposed design ully p ese es he o iginal Yamaha Powe Val e Sys em (YPVS), which ep esen s bo h he main echnical challenge and he dis inc i e alue o he p ojec . The RD350 engine, pa icula ly in i s YPVS-equipped e sion, s ands ou o i s balance be ween pe o mance and e sa ili y. Howe e , exis ing displacemen -inc easing modi ica ions elimina e his sys em, comp omising smoo h powe deli e y and limi ing he ehicle’s usabili y o s ic ly high-pe o mance o acing con ex s. In his ega d, he p esen wo k p oposes an inno a i e solu ion ha enhances engine pe o mance while main aining i s o iginal mul ipu pose cha ac e . The p ojec de elopmen is s uc u ed in o se e al phases. Fi s , a echnical analysis o he o iginal engine and he YPVS was ca ied ou , along wi h a e iew o he cu en s a e o he a ega ding comme cial upg ade ki s. Then, a 3D pa ame ic model o he new cylinde s was de eloped using Siemens NX so wa e, adap ing he geome y o a con igu a ion o 68 mm bo e and 58 mm s oke o achie e a o al displacemen o 421 cm³. The design was alida ed h ough he ab ica ion o h ee physical p o o ypes in PLA using 3D p in ing echnology, which enabled he iden i ica ion and co ec ion o assembly issues, in e e ences, and dimensional de ia ions. In addi ion, a de ailed analysis o in ake and exhaus iming was conduc ed, conside ing he in luence o he YPVS in bo h open and closed posi ions, wi h he objec i e o eplica ing he pe o mance cha ac e is ics o he o iginal engine. S uc u al simula ions using Fini e Elemen Me hod (FEM) we e also pe o med o e i y he design’s esis ance o in e nal ope a ing p essu es. The s udy also includes a compa a i e analysis o di e en manu ac u ing me hods o he inal p oduc ion o he cylinde s, such as 5-axis CNC machining, sand cas ing, and me al 3D p in ing. Each al e na i e was assessed in e ms o cos , p oduc ion ime, echnical easibili y, and economic iabili y o bo h single uni s and small p oduc ion ba ches. O e all, he p ojec o e s a eplicable and easonably a o dable echnical solu ion o use s who wish o imp o e he pe o mance o hei RD350 engine wi hou sac i icing he quali ies ha de ine i . The p oposed design allows o an inc ease in displacemen while main aining smoo h powe deli e y, hus p ese ing he balance be ween enhanced pe o mance and he o iginal cha ac e o he model. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 16 1.3.2. P incipio de uncionamien o El sis ema YPVS consis e en una ál ula o a i a ubicada en la lumb e a de escape del cilind o. Es a ál ula modi ica la al u a e ec i a de la lumb e a, al e ando así el momen o de ape u a y cie e del pue o de escape en unción de las e oluciones del mo o . A bajas e oluciones, la ál ula se posiciona de mane a que educe la al u a de la lumb e a de escape, lo que mejo a la elocidad de los gases de escape y aumen a el pa mo o en ese ango. A medida que las e oluciones aumen an, la ál ula gi a pa a ele a la al u a de la lumb e a, pe mi iendo un mayo lujo de gases y mejo ando la po encia en al as e oluciones. Ilus ación 8. Diag ama de una ál ula o a i a. 1.3.3. Componen es y con ol del sis ema El sis ema YPVS es á compues o po los siguien es elemen os: • Vál ula o a i a: Cilind o gi a o io que modi ica la ape u a de la lumb e a de escape. Ilus ación 9. Pa eja de ál ulas o a i as. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 17 • Se omo o : Mo o eléc ico que acciona la ál ula o a i a. Es e es ges ionado po la unidad de con ol, que de e mina la posición óp ima de la ál ula en unción de las e oluciones del mo o , asegu ando una ansición sua e en e di e en es egímenes de uncionamien o. Ilus ación 10. Se omo o del sis ema YPVS. • Unidad de con ol (CDI): Con ola el se omo o basándose en la señal de e oluciones del mo o . Ilus ación 11. Unidad de con ol CDI. • Senso es de RPM: P opo cionan in o mación sob e el égimen del mo o a la unidad de con ol. 1.3.4. Ven ajas del sis ema YPVS La implemen ación del YPVS en mo o es de dos iempos o ece las siguien es en ajas: • Mejo a del pa mo o a bajas y medias e oluciones. Al op imiza la ape u a de la lumb e a de escape, se log a una mejo combus ión y mayo e iciencia en es os angos. • Aumen o de la po encia máxima. A al as e oluciones, la ál ula se ajus a pa a pe mi i un mayo lujo de gases, inc emen ando la po encia disponible. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 18 • Cu a de po encia más lineal. La ansición sua e en e di e en es egímenes de e oluciones p opo ciona una en ega de po encia más p edecible y manejable. • Ve sa ilidad en la conducción. Mejo a la usabilidad del mo o an o en en o nos u banos como en conducción depo i a. 1.3.5. Aplicación en la Yamaha RD 350 En la Yamaha RD 350, el sis ema YPVS ue una inno ación cla e que di e enciaba es e modelo de sus p edeceso es. La in eg ación del YPVS pe mi ió a la RD 350 o ece un endimien o supe io en una amplia gama de condiciones de conducción, combinando la po encia ca ac e ís ica de los mo o es de dos iempos con una en ega de pa más con olada y e icien e. 1.3.6. Conclusión El sis ema YPVS ep esen a una solución ingeniosa pa a mejo a el endimien o de los mo o es de dos iempos, abo dando las limi aciones inhe en es a es e ipo de mo o ización. Su capacidad pa a ajus a dinámicamen e la ape u a de la lumb e a de escape en unción del égimen del mo o pe mi e op imiza an o el pa mo o como la po encia máxima, o eciendo una expe iencia de conducción más e sá il y e icien e. En el con ex o de es e p oyec o, la p ese ación y adap ación del sis ema YPVS en el ediseño de los cilind os es undamen al pa a man ene las ca ac e ís icas de endimien o y usabilidad que de inen a la Yamaha RD 350. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 19 2. Es ado del a e 2.1. Tecnologías exis en es pa a el aumen o de cilind ada Ac ualmen e, exis en en el me cado di e sas soluciones o ien adas a aumen a la cilind ada del mo o de la Yamaha RD 350, la mayo ía de ellas inspi adas o di ec amen e adap adas desde el mundo de la compe ición, especialmen e desde las p epa aciones pa a el quad Yamaha Banshee. Es as soluciones come ciales incluyen ki s de cilind os y cigüeñales de di e en es con igu aciones, que pe mi en alcanza cilind adas mayo es, aunque con comp omisos écnicos ele an es. Uno de los ab ican es más conocidos es A hena 4 , que o ece un ki de cilind os con un diáme o de 68 mm, man eniendo la ca e a o iginal del mo o (54 mm). Es o pe mi e alcanza una cilind ada de ap oximadamen e 392cc, aunque el sis ema YPVS queda comple amen e anulado, lo que educe d ás icamen e la e sa ilidad del mo o . La ganancia de cilind ada es muy educida ( an solo unos 44cc adicionales), lo cual no compensa la pé dida de p og esi idad que supone elimina la ál ula de escape a iable. Es os ki s es án cla amen e en ocados a usos en ci cui o, donde se p io iza el endimien o en al as e oluciones y se p escinde de la en ega de pa a bajas uel as. Ilus ación 12. Ki de cilind os A hena. Una al e na i a posible se ía combina es e ki con un cigüeñal de ca e a más la ga, u ilizando bielas de 115 mm, pe o es a con igu ación p o oca un desajus e en la al u a de los pue os de admisión y escape. Pa a co egi lo, se ía necesa io ealiza una modi icación manual median e una he amien a o a i a de al a elocidad, con el obje i o de eposiciona las lumb e as. Es e p oceso, además de labo ioso, implica un al o iesgo de e o : un pequeño exceso en el mecanizado pod ía inu iliza el cilind o, comp ome iendo i e e siblemen e su uncionamien o. Po o o lado, el ab ican e CPI 5 o ece una gama mucho más amplia de soluciones, an o po debajo como po encima de los 421cc. Los ki s que se si úan po debajo de es a ci a p esen an p oblemas simila es a los de A hena: pé dida del sis ema YPVS y ganancias muy 4 ATHENA S.p.A. Ki cilind o Yamaha Banshee 392cc. 5 CPI Racing. Ca álogo de ki s de mo o pa a Yamaha Banshee y RD350. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 20 limi adas de cilind ada, lo que los con ie e en una opción poco ecomendable. En el o o ex emo, los ki s po encima de 421 cc implican una modi icación mucho más p o unda: pa a mon a cigüeñales con bielas más la gas es necesa io ealiza un ebaje in e no en los cá e es, c eando un “pasadizo” con una he amien a o a i a que pe mi a el gi o del nue o cigüeñal sin que las bielas colisionen con las pa edes del cá e . Es a ope ación es in asi a, i e e siblemen e modi ica el mo o y ep esen a un umb al écnico que muchos usua ios p e ie en e i a . Ilus ación 13. Cá e in e io o iginal (izq.) y modi icado (dcha.). Den o de la o e a de CPI, el ki de 421 cc (diáme o 68 mm, ca e a 58 mm) ep esen a un pun o in e medio in e esan e en é minos de ganancia de cilind ada y complejidad de ins alación. Es, de hecho, la misma con igu ación dimensional que se plan ea en es e p oyec o. Sin emba go, es e ki ambién p escinde del sis ema YPVS y es á cla amen e o ien ado a compe ición, especialmen e a ca e as de acele ación (d ag acing) con Banshees. Sus pue os p esen an una con igu ación muy ag esi a, op imizada pa a gene a la mayo po encia posible en el ango al o de e oluciones. Como consecuencia, la en ega de pa en bajos y medios egímenes es p ác icamen e inexis en e, lo que lo con ie e en una opción inadecuada pa a una mo ocicle a de uso u bano o mix o. Ilus ación 14. Cilind os CPI Chee ah Cub. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 21 Ilus ación 15. Esquema de los pue os de los cilind os de CPI. 2.2. Ausencia del sis ema YPVS en ki s come ciales Una de las p incipales limi aciones de odos los ki s come ciales disponibles en el me cado es la anulación sis emá ica del sis ema YPVS. Ninguno de los cilind os diseñados pa a aumen a la cilind ada de los mo o es RD 350 o Banshee conse a es a ál ula o a i a de escape a iable, lo cual iene implicaciones muy ele an es pa a la cu a de pa y el compo amien o gene al del mo o . La ausencia del YPVS concen a la en ega de po encia en el ango al o de e oluciones, haciendo que el mo o sea poco ap o echable en si uaciones co idianas o en conducción u bana. Es a ca ac e ís ica gene a una espues a ab up a y poco lineal, muy alejada del compo amien o p og esi o que o ece un mo o con YPVS. Además, al e se obligado a ope a cons an emen e en la anja al a del cuen a e oluciones, el mo o su e un mayo desgas e, lo que comp ome e su iabilidad a medio y la go plazo. 2.3. Compa a i a en e soluciones come ciales y equisi os del p esen e p oyec o De la e isión an e io se desp ende que ninguna de las soluciones exis en es en el me cado cumple simul áneamen e con los dos equisi os undamen ales de es e p oyec o: 1. Alcanza una cilind ada de 421 cc (68 mm × 58 mm). 2. Conse a plenamen e el sis ema YPVS y su uncionalidad. Las soluciones po debajo de 421 cc apenas apo an mejo as signi ica i as y sup imen el YPVS. Las que supe an dicha ci a equie en modi icaciones es uc u ales en los cá e es que no son deseables pa a un p oyec o que p e ende se eplicable sin g andes modi icaciones en el mo o o iginal. Además, odos los ki s disponibles p esen an con igu aciones de pue os muy ag esi as, op imizadas pa a compe ición, pe o o almen e inadecuadas pa a una mo ocicle a de uso poli alen e o ec ea i o. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 22 Cilind ada Vál ulas de escape A hena 392 No CPI 421 No Especi icación deseada 421 Si Tabla 1. Compa a i a en e soluciones come ciales. 2.4. P oyec os simila es o an eceden es En cuan o a an eceden es écnicos o desa ollos simila es, no se ha iden i icado ningún p oyec o documen ado que combine el aumen o de cilind ada has a 421cc con el man enimien o del sis ema YPVS. Lo más ce cano es la u ilización de cigüeñales con bielas de 115 mm jun o con pis ones de al u a educida (30,93 mm), man eniendo el sis ema YPVS con cilind os o iginales. Es a con igu ación pe mi e gana lige amen e en cilind ada, pe o obliga a modi ica la al u a de los pue os manualmen e, con los iesgos ya mencionados de excede se en el mecanizado. Se a a de una solución expe imen al, poco documen ada y con esul ados incie os, además de no p opo ciona una ganancia de endimien o compa able a la de un ediseño comple o de los cilind os. En de ini i a, no exis e en la ac ualidad una p opues a écnica como la que plan ea es e p oyec o, lo que e ue za su ca ác e inno ado y su ele ancia p ác ica den o del mundo de las p epa aciones de mo o es de dos iempos. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 23 3. Obje o y alcance del p oyec o 3.1. Mo o base y especi icaciones o iginales El p oyec o pa e como base de una mo ocicle a Yamaha RD 350, conc e amen e de la e sión 2UA co espondien e al año 1987, equipada de áb ica con un mo o bicilínd ico de dos iempos e ige ado po líquido y con el sis ema YPVS (Yamaha Powe Val e Sys em) plenamen e ope a i o. Es e mo o p esen a una con igu ación o iginal con diáme o de cilind o de 64 mm y ca e a de 54 mm, lo que da luga a una cilind ada o al de 347 cm³. El cigüeñal o iginal mon a bielas de 110 mm de longi ud, y los pis ones u ilizados ienen una al u a de 38 mm (desde la cabeza has a el eje del bulón), pa áme os que de e minan la cinemá ica y la dis ibución del mo o en su con igu ación de se ie. 3.2. Obje i o gene al El obje i o p incipal del p oyec o es lle a a cabo el diseño comple o de un nue o conjun o de cilind os, des inados a se mon ados sob e dicho mo o , con el in de inc emen a la cilind ada has a los 421 cm³. Es a ampliación se log a á median e la adopción de una nue a con igu ación geomé ica con diáme o de 68 mm y ca e a de 58 mm. A di e encia de odos los ki s come ciales ac ualmen e disponibles, el diseño p opues o p ese a el uncionamien o del sis ema YPVS o iginal, lo cual ep esen a uno de los p incipales e os écnicos del p oyec o y, al mismo iempo, su mayo alo di e encial. 3.3. Obje i os especí icos Pa a alcanza el obje i o gene al, se han de inido una se ie de me as écnicas conc e as: • Rediseña el cilind o del mo o en modelo 3D pa amé ico u ilizando el so wa e Siemens NX, pa iendo de las co as o iginales y ajus ándolas a los nue os eque imien os geomé icos. • Asegu a la compa ibilidad comple a con el sis ema YPVS, man eniendo su ubicación, anclajes y uncionalidad median e un alojamien o ediseñado y alidado. • Realiza el p o o ipado ísico median e imp esión 3D en ma e ial PLA, con el in de alida el mon aje, las ole ancias y la geome ía gene al. • Medi y ajus a los g ados de dis ibución del nue o cilind o (admisión y escape), con ál ula ce ada y abie a, y compa a los con los alo es del cilind o o iginal. • Realiza un análisis es uc u al median e elemen os ini os (FEM) pa a e i ica la esis encia del diseño en e a las condiciones de p esión in e na p opias del uncionamien o eal. • Es udia dis in as al e na i as de ab icación pa a los cilind os de ini i os: mecanizado CNC, undición en a ena e imp esión 3D me álica. • E alua la iabilidad écnica y económica de cada p oceso p opues o, incluyendo es imaciones de cos e, iempos de ab icación y escalabilidad. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 24 3.4. Limi aciones del p oyec o El p esen e p oyec o iene como inalidad el desa ollo concep ual, diseño y alidación de los nue os cilind os, po lo que no con empla la ab icación me álica uncional inal, ni la ealización de ensayos en banco de po encia ni p uebas dinámicas en ehículo. Tampoco se abo da la modi icación comple a del mo o ni se diseñan o os elemen os es uc u ales como cula as o escapes, sal o en lo necesa io pa a asegu a la compa ibilidad dimensional y uncional del conjun o. Se ha op ado po una alidación p incipalmen e dimensional y es uc u al, apoyada en el p o o ipado en PLA y en simulaciones FEM, dado el ca ác e académico del abajo y la iabilidad empo al y económica del mismo. 3.5. Jus i icación del en oque elegido La elección de una cilind ada de 421 cm³ esponde a c i e ios an o écnicos como p ác icos. Po encima de es e umb al, los ki s come ciales equie en modi icaciones in asi as en los cá e es, como mecanizados in e io es pa a pe mi i el gi o de cigüeñales con bielas más la gas, lo cual complica eno memen e la implan ación y es a iabilidad al conjun o. El diseño p opues o busca alcanza el máximo aumen o de cilind ada posible sin necesidad de al e a los cá e es o iginales, asegu ando así una mayo compa ibilidad y acilidad de mon aje. Asimismo, conse a el sis ema YPVS pe mi e man ene las ca ac e ís icas de conducción que de inen el ca ác e poli alen e de la RD 350, con una cu a de pa más p og esi a y u ilizable, adecuada an o pa a conducción depo i a como pa a uso u bano. Es a dualidad es imposible de consegui con los ki s ac uales, odos ellos diseñados pa a compe ición pu a y con en ega de po encia muy ag esi a, concen ada exclusi amen e en al as e oluciones. Es e p oyec o p e ende, po an o, cub i un acío exis en e en el me cado, o eciendo una solución écnicamen e iable, azonablemen e sencilla de implan a y adap ada a las necesidades de usua ios que deseen mejo a el endimien o de sus mo o es sin enuncia al equilib io y uncionalidad que ca ac e iza al diseño o iginal de Yamaha. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 25 4. P oceso de diseño de los cilind os 4.1. Condiciones del diseño El mo o o iginal de la Yamaha RD 350 es á con igu ado como un bicilínd ico en pa alelo de dos iempos, con un diáme o de cilind o de 64 mm y una ca e a de 54 mm. La cilind ada o al del conjun o puede calcula se median e la siguien e exp esión: Ecuación 1. Cálculo de cilind ada de mo o bicilínd ico. donde: • D: Diáme o del cilind o (mm) • C: Ca e a del pis ón (mm) Sus i uyendo los alo es co espondien es (D = 64mm, C = 54mm) se ob iene una cilind ada o al de 347 cm³, co espondien e al mo o de se ie: Ecuación 2. Cálculo de cilind ada del mo o o iginal. O os pa áme os ele an es del mo o o iginal son los siguien es: • Al u a del pis ón (dis ancia desde la ca a supe io has a el eje del bulón): 38 mm • Longi ud de la biela (de cen o a cen o): 110 mm Ilus ación 16. Esquema del pis ón y biela o iginales. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 32 Como complemen o a la desc ipción del p ime p o o ipo, se ha incluido en el Anexo I 9 un conjun o de planos écnicos en o ma o A4 que mues an las is as p incipales del modelo. Dado que es a ue la p ime a i e ación del desa ollo, algunos de los de alles p esen es en los planos pe mi en isualiza los aspec os que pos e io men e se iden i ica ían como e o es du an e la ase de alidación del mon aje. 4.2.1.2. P o o ipo imp eso en PLA median e ecnología de imp esión 3D Una ez inalizado el modelado idimensional en Siemens NX, se p ocedió a la ab icación del p ime p o o ipo u ilizando ecnología de imp esión 3D con ma e ial PLA. El obje i o p incipal de es a ase ue ealiza una p ime a alidación dimensional del diseño, pe mi iendo comp oba la co espondencia en e las co as eó icas y la geome ía ísica ob enida. Ilus ación 22. Vis as p o o ipo Nº1. 9 En es os planos se han ep esen ado únicamen e las co as más signi ica i as del diseño, seleccionadas po su ele ancia uncional y es uc u al. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 33 4.2.1.3. Incidencias de ec adas du an e la ase de mon aje y alidación del diseño sob e el conjun o mo o Du an e la implemen ación p ác ica del diseño y su mon aje en los cá e es del mo o , se iden i ica on una se ie de des iaciones y e o es dimensionales que impidie on el co ec o ensamblaje de los componen es. A con inuación, se de allan los p incipales p oblemas de ec ados y las soluciones p opues as: 1. Desalineación de los o i icios de anclaje del lado de echo: Los o nillos de ijación al cá e p esen an co as inco ec as, lo que impide su ajus e con los espá agos co espondien es. Ilus ación 23. Desalineación o i icios anclaje p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Reposiciona los o i icios unos pocos milíme os pa a ga an iza el co ec o alineamien o. 2. In e e encia en las ue cas de ijación delan e as al cá e : La geome ía ac ual no pe mi e el a o nillado de las ue cas debido a la al a de espacio lib e. Ilus ación 24. In e e encia en la ijación p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Elimina ma e ial en las zonas c í icas pa a pe mi i el acceso y el ap ie e de las ue cas. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 34 3. Espacio insu icien e en la zona de admisión: La con igu ación del alojamien o de la caja de láminas no pe mi e su co ec a colocación. Ilus ación 25. Alojamien o admisión p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Amplia el alojamien o y p olonga la oma de admisión pa a asegu a un apoyo adecuado sob e la supe icie del cilind o. 4. Dimensiones inco ec as en la oma de admisión: La inclinación y la longi ud de la oma de admisión no se co esponden con lo especi icado. Ilus ación 26. Toma admisión p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Disminui lige amen e la inclinación y aumen a la longi ud pa a op imiza el lujo de admisión. 5. Des ase en la disposición de los o i icios oscados de la admisión: La dis ancia en e los o i icios supe io es e in e io es es inco ec a, impidiendo el mon aje de la obe a de admisión. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 35 Ilus ación 27. O i icios oscados de la admisión p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Reubica los o i icios pa a co egi la geome ía. 6. Espeso insu icien e en la pa ed in e io del alojamien o de la caja de láminas: Es a condición comp ome e la in eg idad es uc u al del conjun o. Ilus ación 28. Pa ed admisión p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Aumen a el espeso de dicha zona pa a asegu a esis encia mecánica adecuada. 7. Dimensiones e óneas en la oma de escape: Se de ec ó un e o en la inclinación y amaño de la oma de escape, lo que comp ome e el acoplamien o con el sis ema de escape. Ilus ación 29. Toma de escape p o o ipo Nº1. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 36 Solución p opues a: Rediseña la geome ía pa a co egi la des iación. 8. Con ac o no deseado con el cá e en el la e al de echo del cilind o: Es a in e e encia impide el apoyo comple o del cilind o. Ilus ación 30. In e e encia con el cá e p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Modi ica el pe il de con ac o pa a elimina la in e e encia. 9. Posicionamien o inco ec o de dos o i icios oscados de la cula a: Los o i icios ase os p esen an un le e desplazamien o, impidiendo un mon aje p eciso. Ilus ación 31. Anclaje cula a p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Reposiciona los con p ecisión según las co as eó icas. 10. Exceso de ma e ial en e los cilind os: Es e exceso gene a in e e encias en e cilind os, di icul ando su mon aje y el deslizamien o en e ambos. Ilus ación 32. In e e encia en e cilind os p o o ipo Nº1. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 37 Solución p opues a: Reduci el ma e ial sob an e aumen ando unos milíme os el espacio en e cilind os. 11. Cu a u a inco ec a en la supe icie de asien o de las ál ulas: Es e de ec o impide un apoyo uni o me de las ál ulas, siendo una de las incidencias más c í icas del conjun o. Ilus ación 33. Asien o ál ula de escape p o o ipo Nº1. Solución p opues a: Ajus a el diáme o de la cu a educiéndolo lige amen e, man eniendo la cu a u a adecuada pa a ga an iza una dis ibución homogénea del con ac o. 4.2.1.4. Ensamblaje El ensamblaje del cilind o p o o ipo ab icado en PLA cons i uye una e apa cla e pa a la e i icación de medidas y comp obación dimensional del diseño. A lo la go de es e p oceso se han iden i icado y con i mado odos los e o es mencionados p e iamen e, lo que ha pe mi ido es ablece las co ecciones necesa ias pa a su e sión de ini i a. En las siguien es imágenes se puede obse a el cilind o p o o ipo mon ado sob e el cá e , en compa ación di ec a con un cilind o o iginal. Asimismo, se mues a la colocación de la cula a, las obe as de admisión y, de o ma des acada, la in eg ación del sis ema de ál ula de escape, elemen o undamen al pa a el co ec o uncionamien o del conjun o. Ilus ación 34. Ensamblaje p o o ipo Nº1. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 38 Alojamien o pa a la ál ula de escape. En es a ase se ha comp obado la colocación de la ál ula de escape en su co espondien e alojamien o, incluyendo la ins alación de casquillos y e enes, con el in de e i ica que el diseño p esen a las ole ancias y dimensiones adecuadas pa a el co ec o mon aje y uncionamien o del sis ema. Es a comp obación esul a esencial pa a asegu a la compa ibilidad con los componen es o iginales y ga an iza la es anqueidad y mo ilidad del conjun o. Ilus ación 35. Ensamblaje ál ula de escape p o o ipo Nº1. Vis a de la ál ula a a és del cilind o y el escape. En las imágenes se puede ap ecia cómo la ál ula de escape ac úa di ec amen e sob e el pue o, modi icando y educiendo su sección e ec i a según su posición. La imp esión del p o o ipo en ma e ial PLA ha pe mi ido comp oba de o ma isual y uncional la in e acción del sis ema YPVS con la geome ía del p ime diseño, con i mando su co ec a in eg ación y ope a i idad den o del conjun o. Ilus ación 36. Ac uación ál ula escape p o o ipo Nº1. 4.2.1.5. E o es de ec ados du an e el mon aje y sus soluciones Nº Desc ipción del e o Posible causa Solución p opues a 1 Desalineación de o i icios de anclaje al cá e de echo. E o de dimensionado o ole ancias en CAD. Reposiciona los o i icios unos milíme os pa a alinea con los espá agos. 2 Imposibilidad de a o nilla las ue cas delan e as. Fal a de espacio pa a he amien a. Elimina ma e ial en zonas c í icas pa a pe mi i el acceso. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 39 3 Espacio insu icien e pa a la caja de láminas en admisión. Diseño subdimensionado del alojamien o. Amplia el alojamien o y ala ga la oma de admisión. 4 Inclinación y longi ud inco ec a de la oma de admisión. Fallo en el cálculo de geome ía uncional. Disminui la inclinación y aumen a la longi ud. 5 Mala posición de o i icios oscados en la admisión. E o en la disposición de co as. Reubica los o i icios según medidas co ec as. 6 Espeso insu icien e en la pa ed in e io del alojamien o de la caja de láminas. Fal a de e ue zo es uc u al en diseño. Aumen a el espeso de la zona c í ica. 7 E o en inclinación y amaño de la oma de escape. Fallo de diseño en la ayec o ia del escape. Rediseña la oma de escape pa a co egi geome ía. 8 Con ac o indeseado con el cá e en el lado de echo del cilind o. In e e encia po al a de ma gen. Ajus a el pe il la e al del cilind o pa a e i a el con ac o. 9 Desplazamien o de dos o i icios oscados en la cula a. E o de posicionamien o en la ase de mecanizado o modelado. Reposiciona los o i icios ase os con p ecisión. 10 Exceso de ma e ial en e cilind os que impide el deslizamien o. Fal a de con ol de ole ancias en e piezas adyacen es. Reduci el ma e ial sob an e y aumen a sepa ación en e cilind os. 11 Cu a u a inco ec a en el asien o de ál ulas, impidiendo con ac o homogéneo. De ec o c í ico en el diseño del pe il de apoyo. Reduci lige amen e el diáme o man eniendo la cu a u a adecuada. Tabla 4. E o es y soluciones p o o ipo Nº1. 4.2.2. P o o ipo 2 4.2.2.1. Diseño Pa a el desa ollo del p o o ipo 2 se han enido en cuen a odos los e o es de ec ados en el p o o ipo 1, los cuales, al y como se de alló en el apa ado an e io , p esen aban una ele ancia conside able y eque ían una co ección obliga o ia. En e los allos más signi ica i os cabe des aca el dimensionado inadecuado de la ca idad des inada a las ál ulas de escape, la al a de espacio pa a la co ec a ubicación de la caja de láminas en la oma de admisión y la p esencia de di e sos o i icios desalineados, que comp ome ían el ensamblaje del conjun o. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 40 Adicionalmen e, se han implemen ado mejo as uncionales o ien adas a la op imización del endimien o del mo o . En e ellas, des aca el ediseño de los pue os y omas, con el obje i o de do a los de una geome ía más ae odinámica, que a o ezca el lujo in e no de los gases a a és del cilind o, mejo ando así an o la e iciencia olumé ica como la espues a del mo o . Cabe señala que, a pesa de las modi icaciones es uc u ales in oducidas, an o el p o o ipo 1 como el p o o ipo 2 compa en el mismo diseño de dis ibución de pue os, asegu ando así la cohe encia en los pa áme os de uncionamien o es udiados. Como complemen o a es a segunda i e ación del diseño, se han gene ado planos gene ales del cilind o que se incluyen en el Anexo II 10 . 4.2.2.2. P o o ipo imp eso en PLA median e ecnología de imp esión 3D Una ez inalizado el diseño median e el so wa e Siemens NX, se p ocedió a su ab icación median e imp esión 3D en ma e ial PLA, con el obje i o de e i ica la co ección del modelo y comp oba su iabilidad an es de pasa a e apas más a anzadas de mecanizado o p oducción. Cabe des aca que, a di e encia del p o o ipo 1, en es a ocasión se ha imp eso el cilind o izquie do. Es a decisión esponde a la al a de disponibilidad de las ál ulas co espondien es al cilind o de echo, lo cual limi a la posibilidad de ealiza un ensamblaje comple o en esa posición. Po ello, se op ó po imp imi el cilind o izquie do, ya que pe mi e oma las medidas necesa ias y alida el ajus e de las piezas de mane a uncional y p ecisa. 10 Es os planos, p esen ados en o ma o A4, e lejan las p incipales dimensiones uncionales del modelo ac ualizado, incluyendo aquellas que ue on modi icadas especí icamen e pa a co egi los e o es de ec ados en el p o o ipo 1. Las co as indicadas se han seleccionado po su ele ancia es uc u al o de ensamblaje, lo que pe mi e isualiza de o ma cla a las mejo as in oducidas sin sob eca ga el plano con de alles meno es. Es a documen ación g á ica con ibuye así a consolida la comp ensión de los ajus es ealizados en es a e sión del diseño. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 41 Ilus ación 37. Vis as p o o ipo Nº2. 4.2.2.3. Incidencias de ec adas du an e la ase de mon aje y alidación del diseño sob e el conjun o mo o Du an e la ase de mon aje y alidación del p o o ipo del conjun o mo o , se iden i ica on di e sas incidencias de ca ác e dimensional y de in e e encias geomé icas. Es as incidencias, de ec adas de o ma empí ica al ensambla los di e en es componen es, comp ome en an o la uncionalidad como la p ecisión del ensamblaje. A con inuación, se de allan los e o es de ec ados jun o con las soluciones p opues as pa a su subsanación: 1. Espacio insu icien e pa a espá agos delan e os del cá e : Se cons a ó que el espacio p e is o en el diseño inicial pa a el alojamien o de las a andelas y ue cas de los espá agos delan e os del cá e e a insu icien e, di icul ando su mon aje. Aunque se inc emen ó pa cialmen e el amaño de dichos alojamien os, la modi icación esul ó se insu icien e. Ilus ación 38. In e e encia en la ijación p o o ipo Nº2. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 48 manualmen e el cigüeñal, egis ando los ángulos en los que el pis ón comenzaba a ab i y ce a las lumb e as de escape y ans e encia. En el caso del escape, las mediciones se ealiza on an o con la ál ula en posición ce ada como abie a, ya que su desplazamien o modi ica la al u a e ec i a de la lumb e a y, en consecuencia, los g ados de dis ibución. Ilus ación 52. Ensamblaje del pis ón, bulón y p o o ipo Nº2. Las mediciones se ealiza on sob e el p o o ipo 2, aunque cabe des aca que los esul ados ob enidos son ep esen a i os ambién del p o o ipo 1, dado que ambos diseños compa en exac amen e la misma al u a en odas las lumb e as. Los esul ados ob enidos se ecogen en la siguien e abla: Medida nº1 (g ados) Medida nº2 (g ados) Medida nº3 (g ados) Media de medidas (g ados) Admisión 123 124 121 123 Escape (Vál ula ce ada) 168 166 167 167 Escape (Vál ula Abie a) 195 196 197 196 Tabla 5. G ados de dis ibución p o o ipo Nº2. Pa a alida es os esul ados, se compa a on con las mediciones del cilind o o iginal, ob eniéndose los siguien es alo es medios: Media de medidas cilind o o iginal (g ados) Media de medidas p o o ipo 2 (g ados) Admisión 121 123 Escape (Vál ula ce ada) 169 167 Escape (Vál ula Abie a) 198 196 Tabla 6. Compa a i a de g ados de dis ibución del cilind o o iginal y p o o ipo Nº2. Como puede obse a se, las di e encias en e ambas con igu aciones se encuen an den o de un ma gen de ±2 g ados. Es a des iación mínima se conside a acep able den o TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 49 de las ole ancias del p oyec o, po lo que se concluye que la dis ibución ob enida en el nue o cilind o es adecuada pa a eplica el compo amien o del diseño o iginal. 4.2.2.6. Análisis de elemen os ini os (FEM) Con el obje i o de e alua el compo amien o es uc u al del cilind o bajo condiciones de uncionamien o, se ha ealizado un análisis po el mé odo de elemen os ini os (FEM) median e el uso del módulo Simcen e 3D del so wa e Siemens NX. Es e es udio pe mi e de e mina el e ec o de la p esión de combus ión sob e las pa edes in e nas del cilind o y analiza los desplazamien os y ensiones gene ados, con el in de de ec a posibles zonas c í icas que equie an e ue zo o ediseño. • Selección de ma e ial El cilind o ha sido concebido pa a se ab icado en aleación de aluminio AlSi10Mg, co espondien e a la no ma UNE 38.256 (equi alen e ISO: AlSi10Mg) 11 . Se a a de una aleación undida con un al o con enido en silicio, la cual p esen a ele ada du eza, buena esis encia mecánica y excelen e conduc i idad é mica, ca ac e ís icas que la hacen adecuada pa a aplicaciones some idas a ca gas é micas y mecánicas cíclicas como las p esen es en mo o es de combus ión in e na. Las p opiedades ísicas y mecánicas del ma e ial se de allan en la siguien e abla: P opiedad Valo Unidad Densidad 2.67 – 2.70 g/cm³ Módulo de elas icidad (Young) 69 – 70 GPa Coe icien e de Poisson 0.29 - Lími e elás ico (Rp0.2%) 192 – 297 MPa Resis encia a la acción (Rm) 450 – 471 MPa Ala gamien o a la o u a 9 – 11 % Du eza B inell 105 – 130 HB Conduc i idad é mica 115 – 130 W/m·K Capacidad calo í ica especí ica ~900 J/kg·K Resis encia eléc ica ~0.85 µΩ·m Tempe a u a máxima de se icio Has a 200 °C Tabla 7. P opiedades AlSi10Mg. • De e minación de la p esión máxima de combus ión El pa áme o de ca ga p incipal aplicado en es e análisis es la p esión máxima de combus ión, esponsable de induci es ue zos sob e las pa edes del cilind o. Es a p esión ac úa de mane a uni o me y adial sob e el in e io de la cáma a de combus ión, y su es imación se ealiza a pa i de los da os de uncionamien o del mo o u ilizando la p esión media e ec i a (PME) y una elación empí ica comúnmen e acep ada pa a mo o es de dos 11 EOS Aluminium AlSi10Mg – Ma e ial Da a Shee . TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 50 iempos, donde la p esión máxima (PM) se conside a ap oximadamen e sie e eces mayo que la PME. Cálculo pa a cilind o o iginal (347cc): Po encia: P = 60 CV = 736W / 1c = 44,160 W Régimen de gi o: N = 9,200 pm = 1min / 60s = 153.33 e /s Volumen desplazado po ciclo (Vc): Vc = 1.73 × 10⁻⁴ m³ P esión media e ec i a: Ecuación 4. Cálculo de p esión media e ec i a cilind ada o iginal. P esión máxima: Ecuación 5. Cálculo de p esión máxima cilind ada o iginal. Cálculo pa a cilind o de sob emedida (421cc): Po encia: P = 85 CV = 736W / 1c = 62,560 W Régimen de gi o: N = 11,000 pm = 1min / 60s = 183.33 e /s Volumen desplazado po ciclo (Vc): Vc = 2.105 × 10⁻⁴ m³ P esión media e ec i a: Ecuación 6. Cálculo de p esión media e ec i a cilind ada 421cc. P esión máxima: Ecuación 7. Cálculo de p esión máxima cilind ada 421cc. Dado que la p esión máxima más exigen e ob enida es 11.62 MPa, se oma á es e alo como base pa a el análisis. Aplicando un coe icien e de segu idad de 1.5, el alo inal u ilizado en la simulación se á: Ecuación 8. Cálculo de p esión máxima con coe icien e de segu idad. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 51 Es e alo ep esen a la p esión de ca ga es á ica que se aplica á uni o memen e sob e la supe icie in e na del cilind o en el en o no de simulación po elemen os ini os. • Simulación Una ez inalizado el modelado del p o o ipo en Siemens NX, es e se impo a al en o no de análisis Simcen e 3D pa a lle a a cabo la simulación po elemen os ini os. En p ime luga , es necesa io asigna el ma e ial co espondien e a la pieza. En es e caso, la aleación AlSi10Mg no se encuen a disponible en la biblio eca po de ec o del p og ama, po lo que se p ocede a su inco po ación manual in oduciendo las p opiedades ísico-mecánicas p e iamen e desc i as. Una ez ealizado el p oceso de asignación del ma e ial al modelo 3D, se p ocede a la p epa ación de la simulación en Siemens NX median e la gene ación de una malla adecuada y la de inición de las condiciones de con o no necesa ias pa a ep esen a ielmen e el compo amien o del componen e bajo es udio. El p ime paso consis e en el mallado de la geome ía, el cual se lle a a cabo u ilizando elemen os ini os de ipo e agonal. Ilus ación 53. Mallado p o o ipo Nº2. Es e ipo de elemen os es especialmen e adecuado pa a geome ías complejas como la del cilind o, ya que pe mi e una mejo adap ación a supe icies cu as e i egula es, lo que edunda en una mayo p ecisión de los esul ados. Du an e es e p oceso, se ajus an pa áme os como el amaño del elemen o, la calidad del mallado y la e inación local en zonas de in e és. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 52 Ilus ación 54. De alle del mallado p o o ipo Nº2. Una ez comple ado el mallado, se de inen las condiciones de con o no que ep esen an las es icciones mecánicas del sis ema. En es e caso, se aplican es icciones en las supe icies donde el cilind o se encuen a ijado o en con ac o con o os componen es de la es uc u a. Es as es icciones se de inen de o ma que impidan el desplazamien o en una o a ias di ecciones, según sea necesa io, con el obje i o de simula de mane a ealis a el mon aje del cilind o en el conjun o mecánico global. Ilus ación 55. Res icciones p o o ipo Nº2. En conc e o, es as condiciones de con o no ep esen an el cilind o i memen e anclado al cá e , con la cula a a o nillada en la pa e supe io , y con los conduc os de admisión y escape ambién ijados en sus espec i as ubicaciones. Además, se conside a que la ál ula de escape se encuen a ins alada en su posición uncional, es deci , apoyada sob e su asien o, lo cual a ec a di ec amen e a la dis ibución de es ue zos en la zona de la cáma a de combus ión. Es a con igu ación de es icciones pe mi e ep oduci con TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 53 p ecisión el compo amien o es uc u al del cilind o al como ocu e en condiciones eales de uncionamien o. Ilus ación 56. De alle de las es icciones p o o ipo Nº2. A con inuación, se de ine la ca ga de p esión in e na co espondien e al enómeno de combus ión que iene luga en el in e io del cilind o. Es a ca ga se aplica sob e la supe icie in e na del componen e, y su magni ud ha sido calculada p e iamen e en los apa ados co espondien es del abajo. Es undamen al que es a ca ga se aplique de o ma uni o me sob e la supe icie in e na. Ilus ación 57. P esión in e na p o o ipo Nº2. Una ez comple ados es os pasos, se p ocede a ejecu a la simulación, pe mi iendo ob ene un análisis de allado del compo amien o es uc u al del cilind o bajo condiciones de se icio. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 54 • Resul ados de la simulación A con inuación, se p esen an los campos de desplazamien o y dis ibución de ensiones de on Mises en el cilind o, ep esen ados g á icamen e pa a acili a su in e p e ación. Es os da os pe mi en comp oba que el diseño p opues o cumple con los má genes de segu idad es ablecidos y que las de o maciones se man ienen den o de lími es admisibles pa a el co ec o uncionamien o del mo o . − Análisis de los desplazamien os es uc u ales: Los desplazamien os gene ados po la p esión de combus ión se ep esen an median e una escala de colo es, isible en la imagen co espondien e. En dicha escala, el colo azul oscu o indica las zonas con desplazamien o mínimo, mien as que el ojo señala las á eas con mayo de o mación. Ilus ación 58. Análisis de desplazamien os p o o ipo Nº2. En es a simulación, el desplazamien o máximo egis ado ha sido de 1,396 mm, localizado en el puen e que sepa a los pue os de admisión. Es e esul ado indica que dicha zona es es uc u almen e la más comp ome ida del diseño ac ual, po lo que se á necesa io conside a la como un pun o c í ico a e o za en u u as i e aciones del p o o ipo. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 55 Ilus ación 59. De alle del análisis de desplazamien os p o o ipo Nº2. En la siguien e imagen se ha ajus ado la escala de desplazamien os, es ableciéndola en e 0 y 0,5 mm, con el in de isualiza con mayo cla idad las zonas a ec adas; aquellas á eas con desplazamien os iguales o supe io es a 0,5 mm se ep esen an en colo ojo. Además, se ha ealizado un co e en la pieza pa a acili a la obse ación de la egión de in e és. Ilus ación 60. De alle en co e del análisis de desplazamien os p o o ipo Nº2 – zona admisión. Además, se han obse ado lige as de o maciones en las pa edes del cilind o, especialmen e en la zona que lo sepa a de los pue os de ans e encia. Es os desplazamien os, del o den de 0,1 mm, son lo su icien emen e pequeños como pa a no comp ome e ni la uncionalidad ni la in eg idad es uc u al del conjun o. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 56 Ilus ación 61. De alle en co e del análisis de desplazamien os p o o ipo Nº2 – zona pue os de ans e encia. − Análisis de ensiones: De o ma análoga al análisis de desplazamien os es uc u ales, en el es udio de ensiones se emplea una escala de colo es pa a ep esen a la magni ud del es ue zo al que se e some ido el componen e. En es a escala, las zonas con meno ensión se ep esen an en azul oscu o, mien as que las de mayo concen ación de ensiones se mues an en ojo. Ilus ación 62. Análisis de ensiones p o o ipo Nº2. Según los esul ados ob enidos, el alo máximo de ensión egis ada en el modelo es de 2455,60 MPa, lo cual ep esen a un pico localizado que supe a ampliamen e los lími es admisibles pa a el ma e ial empleado (AlSi10Mg), cuya esis encia a la acción se encuen a en o no a los 297 MPa. Es e alo se ha de ec ado en la misma zona c í ica TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 57 iden i icada en el análisis de desplazamien os: el puen e que sepa a los pue os de admisión. Es a coincidencia en e ambos es udios con i ma que dicha á ea cons i uye el p incipal pun o débil del diseño y, po an o, debe á se obje o de un e ue zo es uc u al en el p óximo p o o ipo. Ilus ación 63. De alle del análisis de ensiones p o o ipo Nº2. En la siguien e imagen se ha modi icado la escala de ensiones, es ableciéndola en e 0 y 300 MPa, con el obje i o de acili a la iden i icación de las zonas más comp ome idas. Es e ango se ha seleccionado eniendo en cuen a que la esis encia a la acción del ma e ial es de 297 MPa, lo que pe mi e ap ecia con p ecisión las á eas que se ap oximan a dicho alo . También, se ha ealizado un co e en la pieza pa a mejo a la isibilidad de la egión que se desea analiza en de alle. Ilus ación 64. De alle en co e del análisis de ensiones p o o ipo Nº2. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 64 Ilus ación 71. Análisis de desplazamien os p o o ipo Nº3. En es a simulación, el desplazamien o máximo egis ado ha sido de 0,202 mm, localizado en el puen e que sepa a los pue os de admisión. Es e alo es conside ablemen e in e io al ob enido en el segundo p o o ipo, lo que indica que las modi icaciones in oducidas en el modelo han esul ado e ec i as. Ilus ación 72. De alle en co e del análisis de desplazamien os p o o ipo Nº3. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 65 El análisis de desplazamien os ha pe mi ido comp oba que las de o maciones en el modelo son, en gene al, de pequeña magni ud, lo que indica un buen compo amien o es uc u al. Asimismo, es e es udio ha sido undamen al pa a con i ma la e icacia de las modi icaciones ealizadas, al e idencia una mejo a signi ica i a en los pun os que p e iamen e p esen aban debilidades. - Análisis de ensiones: Al igual que en el análisis de desplazamien os es uc u ales, en el es udio de ensiones se u iliza una escala c omá ica pa a ep esen a la magni ud de los es ue zos a los que es á some ido el componen e. En dicha escala, las zonas con meno es ni eles de ensión apa ecen en azul oscu o, mien as que las á eas con mayo concen ación de ensiones se ep esen an en colo ojo. Ilus ación 73. Análisis de ensiones p o o ipo Nº3. En es e modelo, el alo máximo de ensión egis ado ha sido de 538,47 MPa, localizado nue amen e en el puen e que sepa a los pue os de admisión. Aunque es e alo supe a la esis encia a la acción del ma e ial u ilizado (AlSi10Mg, con un lími e en o no a los 297 MPa), ep esen a una mejo a muy signi ica i a espec o al p o o ipo an e io , en el que se alcanzaban ensiones supe io es a los 2400 MPa. Cabe des aca que la simulación se ha ealizado bajo una p esión de 17,43 MPa, alo que incluye un coe icien e de segu idad de 1,5 aplicado sob e la p esión máxima eó ica espe ada en el in e io del cilind o. Pa a e i ica que el modelo ambién es es uc u almen e iable bajo condiciones de uncionamien o ealis as, se ha ealizado una segunda simulación empleando únicamen e la p esión máxima eó ica, sin aplica dicho coe icien e de segu idad. Los esul ados de es a simulación se p esen an a con inuación, y pe mi en comp oba si las ensiones gene adas pe manecen po debajo del lími e de esis encia del ma e ial. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 66 Ilus ación 74. De alle análisis de ensiones p o o ipo Nº3. En la simulación ealizada con la p esión máxima eó ica de uncionamien o (sin coe icien e de segu idad), el alo máximo de ensión egis ado ha sido de 360,63 MPa. Aunque es e alo excede la esis encia a la acción del ma e ial (297 MPa), cabe des aca que dicha ensión se concen a únicamen e en dos pun os muy localizados, al como se mues a en la siguien e imagen. Pa a una mejo isualización, se ha ajus ado la escala de colo es de o ma que odas las zonas que supe an los 297 MPa se ep esen en en ojo, y se ha ealizado un co e en el modelo pa a acili a la obse ación de las zonas c í icas. Ilus ación 75. De alle en co e del análisis de ensiones p o o ipo Nº3. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 67 Como puede ap ecia se, las á eas en las que se supe an los 297 MPa son ex emadamen e pequeñas y pun uales, lo que indica que se a a de concen aciones de ensión localizadas, posiblemen e asociadas a i egula idades geomé icas o a e ec os de malla en los bo des. Es e ipo de concen aciones no comp ome e de o ma signi ica i a la in eg idad es uc u al del cilind o, ya que no se ex ienden sob e una supe icie ele an e ni a ec an a la uncionalidad gene al del componen e. Además, en condiciones eales, la p esencia de pequeñas edis ibuciones de ca ga o lige as de o maciones locales pe mi i ía mi iga es os picos, educiendo su impac o. Po an o, se conside a que el diseño del cilind o sigue siendo es uc u almen e iable y que las modi icaciones ealizadas han mejo ado no ablemen e su compo amien o en e a solici aciones in e nas. • Conclusiones del análisis po elemen os ini os El análisis po elemen os ini os ha sido una he amien a undamen al en el p oceso de alidación del p o o ipo 3. Es a me odología ha pe mi ido no solo an icipa el compo amien o es uc u al del componen e bajo condiciones de ca ga exigen es, sino ambién iden i ica con p ecisión las zonas más comp ome idas y e i ica la e icacia de las modi icaciones in oducidas espec o a e siones an e io es. En es e sen ido, el es udio ha sido cla e pa a ga an iza la iabilidad uncional y es uc u al del diseño an es de su ab icación. En lo que espec a a los desplazamien os, los esul ados ob enidos han mos ado de o maciones muy educidas en odo el conjun o, con un alo máximo de 0,202 mm. Es a ci a se encuen a muy po debajo de cualquie umb al c í ico y con i ma que el componen e man iene su igidez es uc u al en condiciones de ca ga. Además, la compa ación con p o o ipos an e io es e idencia una mejo a signi ica i a, alidando así las decisiones de ediseño adop adas du an e el desa ollo. En cuan o al análisis de ensiones, si bien el alo máximo egis ado bajo la p esión eó ica sin coe icien e de segu idad ha alcanzado los 360,63 MPa, alo supe io a la esis encia a la acción del ma e ial (297 MPa), es impo an e des aca que dichas ensiones se concen an exclusi amen e en dos pun os muy localizados. Tal y como se ha demos ado en las isualizaciones ob enidas, es as concen aciones a ec an a zonas de dimensión muy educida y no ep esen an un iesgo eal pa a la in eg idad del cilind o, ya que no se ex ienden sob e supe icies signi ica i as ni suponen una amenaza uncional. Po an o, se concluye que el diseño del p o o ipo 3 es es uc u almen e iable, y que el análisis po elemen os ini os ha sido de e minan e pa a alcanza un diseño op imizado y segu o. 4.2.3.3. Compa a i a en e los análisis de elemen os ini os de los p o o ipos 2 y 3 Con el obje i o de e alua la e ec i idad de las modi icaciones aplicadas en el diseño, se ha ealizado una compa a i a di ec a en e los esul ados de los análisis po elemen os ini os co espondien es a los p o o ipos 2 y 3. Ambos modelos han sido some idos a las mismas condiciones de ca ga, aplicando una p esión in e na de 17,43 MPa, alo que incluye un coe icien e de segu idad de 1,5 espec o a la p esión máxima eó ica en el in e io del cilind o. Es a uni o midad en los pa áme os pe mi e alo a obje i amen e el impac o de los cambios in oducidos desde el pun o de is a es uc u al. • Compa a i a de desplazamien os TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 68 Pa a ealiza la compa a i a de los desplazamien os es uc u ales en e los p o o ipos 2 y 3, se ha u ilizado la misma escala de colo es en ambas simulaciones, lo que pe mi e una in e p e ación di ec a y p ecisa de las di e encias en e ambos modelos. En ambos casos, la escala ha sido ajus ada en e 0 y 0,5 mm, de modo que odas las zonas que p esen en un desplazamien o igual o supe io a 0,5 mm apa ecen ep esen adas en colo ojo. Es a elección de escala a o ece una isualización cla a de las egiones más comp ome idas y mejo a la comp ensión compa a i a de los esul ados. Además, en ambas imágenes se ha ealizado un co e ans e sal en el modelo del cilind o con el in de expone de o ma más cla a las zonas in e nas donde se concen an los mayo es desplazamien os. P o o ipo 2 P o o ipo 3 Ilus ación 76. Compa a i a de desplazamien os en e p o o ipo Nº2 y Nº3. En el p o o ipo 2 se obse an desplazamien os máximos no ablemen e supe io es, supe ando incluso el milíme o en cie as zonas c í icas, como el puen e que sepa a los pue os de admisión. Es as de o maciones, además de comp ome e la in eg idad es uc u al, suponen un iesgo uncional, ya que pod ían a ec a al co ec o acoplamien o de componen es adyacen es o p o oca a iga p ema u a del ma e ial. En con as e, el p o o ipo 3 p esen a desplazamien os conside ablemen e meno es, con un alo máximo de 0,202 mm. Es a educción sus ancial no solo indica una mejo a cla a en la igidez del conjun o, sino que ambién con i ma que el diseño de ini i o cumple con los equisi os de es abilidad y p ecisión dimensional. • Compa a i a de ensiones Del mismo modo, se han analizado y compa ado las dis ibuciones de ensiones gene adas en ambos p o o ipos bajo las mismas condiciones de ca ga, aplicando una p esión in e na de 17,43 MPa. En ambas simulaciones se ha empleado una escala de colo es ajus ada en e 0 y 800 MPa, donde las zonas ep esen adas en ojo co esponden a aquellas en las que las ensiones alcanzan o supe an los 800 MPa. Es a con igu ación pe mi e esal a con cla idad las á eas con concen aciones más ele adas de es ue zo. Asimismo, se ha ealizado un co e en ambos modelos con el obje i o de isualiza mejo las egiones in e nas y acili a la iden i icación de los pun os c í icos en cada caso. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 69 P o o ipo 2 P o o ipo 3 Ilus ación 77. Compa a i a de ensiones en e p o o ipo Nº2 y Nº3. En el caso del p o o ipo 2, las ensiones máximas alcanzan alo es ex emadamen e ele ados, con un pico localizado de 2455,60 MPa en la zona del puen e en e los pue os de admisión. Es e alo supe a ampliamen e la esis encia a la acción del ma e ial (297 MPa), lo que con i ma la imposibilidad de que dicho diseño sopo e las condiciones de abajo p e is as. En cambio, en el p o o ipo 3, aunque la ensión máxima es de 538,47 MPa, se obse a una dis ibución mucho más con olada, con concen aciones ele adas es ingidas a zonas muy pequeñas. Pos e io men e, en la simulación ealizada sin el coe icien e de segu idad, es deci , aplicando únicamen e la p esión máxima eó ica, la ensión máxima desciende a 360,63 MPa. Aunque aún supe io al lími e del ma e ial, es as ensiones se localizan en pun os muy educidos, sin a ec a a la uncionalidad ni comp ome e la in eg idad es uc u al del conjun o. • Conclusión de la compa a i a La compa a i a en e los análisis de elemen os ini os de los p o o ipos 2 y 3 pone de mani ies o una mejo a es uc u al no able. El p o o ipo 2 p esen aba an o desplazamien os como ensiones que lo hacían cla amen e in iable desde el pun o de is a uncional y de segu idad. Sin emba go, g acias a las modi icaciones implemen adas, el p o o ipo 3 ha alcanzado un compo amien o es uc u al mucho más a o able: los desplazamien os se han educido a alo es desp eciables y las ensiones, aunque localmen e ele adas, se man ienen en zonas muy limi adas que no ep esen an un iesgo eal. Po an o, puede a i ma se que el diseño inal es uncional, es uc u almen e obus o y ap o pa a su ab icación. 4.2.3.4. P o o ipo imp eso en PLA median e ecnología de imp esión 3D Una ez comple ado el diseño del e ce p o o ipo en Siemens NX, se p ocedió a su ab icación median e imp esión 3D u ilizando ma e ial PLA. Es a e apa, al igual que en los p o o ipos an e io es, iene como inalidad alida el diseño desde el pun o de is a dimensional y uncional, asegu ando que las modi icaciones ealizadas se han implemen ado co ec amen e an es de a anza hacia p ocesos más complejos como el mecanizado. En es a ocasión, se ha uel o a imp imi el cilind o izquie do, al como se hizo en el segundo p o o ipo. Es a elección se jus i ica nue amen e po la al a de disponibilidad de las ál ulas necesa ias pa a el cilind o de echo, lo que imposibili a la comp obación comple a TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 70 en esa posición. Po an o, se ha op ado po abaja con el cilind o izquie do, ya que pe mi e e i ica con p ecisión los ajus es, ole ancias y ensamblajes eque idos. Ilus ación 78. Vis as p o o ipo Nº3. 4.2.3.5. Incidencias de ec adas du an e la ase de mon aje y alidación del diseño sob e el conjun o mo o Una ez ab icado el e ce p o o ipo median e imp esión 3D, se p ocedió al mon aje de las piezas sob e el conjun o mo o con el obje i o de lle a a cabo la alidación inal del diseño. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 71 Es a ase esul a undamen al pa a comp oba de o ma empí ica que las modi icaciones in oducidas en el modelo cumplen con los equisi os uncionales y dimensionales p e is os. Du an e el p oceso, se e i icó cuidadosamen e el encaje de odos los componen es, así como la co ec a alineación de los pun os de unión y la ausencia de in e e encias en e las dis in as pa es del conjun o. Pa a ello, se ealiza on p uebas de ensamblaje manual y se u iliza on ins umen os de medición pa a con i ma que las ole ancias se ajus aban a lo espe ado. A di e encia de lo ocu ido en los p o o ipos an e io es, en es a ocasión no se ha de ec ado ninguna incidencia signi ica i a. Todos los elemen os encaja on co ec amen e y no se obse a on p oblemas elacionados con desajus es, in e e encias o e o es de diseño. Po an o, se puede conclui que el e ce p o o ipo cumple con odas las especi icaciones uncionales y dimensionales es ablecidas, alidando así el diseño como ap o pa a su pos e io ab icación. 4.2.3.6. Ensamblaje Al igual que en los p o o ipos an e io es, en el e ce p o o ipo se ha lle ado a cabo el ensamblaje sob e el cá e o iginal del mo o , inco po ando ambién la cula a, la oma de admisión y el sis ema de ál ula de escape. Es a ase pe mi e comp oba de o ma p ác ica la co ec a in e acción en e los dis in os componen es diseñados y ab icados. En es a ocasión, el p oceso de ensamblaje se ha desa ollado sin incon enien es, con i mando que odos los elemen os encajan co ec amen e y que no exis en in e e encias ni desalineaciones. Las mejo as in oducidas espec o a e siones an e io es han dado como esul ado un conjun o comple amen e uncional, sin apa ición de nue os e o es. El ajus e p eciso en e piezas y la co ec a disposición de cada componen e den o del sis ema alidan el diseño en su conjun o, lo que pe mi e conside a lo como una base sólida pa a su u u a ab icación en el ma e ial de ini i o. Ilus ación 79. Ensamblaje p o o ipo Nº3. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 72 Alojamien o pa a la ál ula de escape: Se ha ins alado la ál ula de escape comple a, con el obje i o de comp oba que el diseño p esen a las dimensiones co ec as y un ajus e p eciso. Du an e es a comp obación, se ha e i icado que la ál ula encaja adecuadamen e en su alojamien o, sin holgu as ni in e e encias, y que man iene la alineación espe ada con el es o de componen es del sis ema. Además, se ha asegu ado que el mo imien o de la ál ula se ealiza de o ma sua e y sin obs ucciones, lo que con i ma la alidez del diseño y su compa ibilidad con los elemen os eales del conjun o mo o . Ilus ación 80. Ensamblaje ál ula de escape p o o ipo Nº3. 4.3. Compa a i a en e el cilind o o iginal y el p o o ipo inal En es e apa ado se lle a a cabo una compa a i a isual y écnica en e el diseño o iginal del cilind o y el p o o ipo inal desa ollado (P o o ipo 3). El obje i o es des aca las p incipales modi icaciones ealizadas a lo la go del p oceso de ediseño, an o desde el pun o de is a uncional como es uc u al. Pa a ello, se incluyen una se ie de imágenes compa a i as omadas desde dis in as is as del modelo (supe io , la e al, in e io y sección longi udinal), que pe mi en ap ecia de o ma cla a los cambios in oducidos. Las di e encias obse adas se comen a án en de alle, haciendo én asis en aquellas mejo as que han pe mi ido soluciona e o es p e ios, op imiza el compo amien o mecánico y ga an iza la iabilidad del componen e según los esul ados ob enidos en el análisis po elemen os ini os. • Vis a supe io Cilind o o iginal P o o ipo 3 Ilus ación 81. Compa a i a is a supe io cilind o o iginal y p o o ipo Nº3. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 73 Desde la is a supe io pueden ap ecia se con cla idad a ias de las modi icaciones más ele an es lle adas a cabo en el diseño del p o o ipo inal. La di e encia más signi ica i a es el aumen o del diáme o del cilind o, que ha pasado de 64 mm en el diseño o iginal a 68 mm en el p o o ipo de ini i o. Es e cambio esponde a los nue os eque imien os del mo o y ha implicado una econ igu ación gene al de las geome ías in e nas. Asimismo, se ha ampliado el amaño de la camisa de agua con el obje i o de mejo a la capacidad de e ige ación del cilind o. Es a modi icación pe mi e una mayo ci culación del luido e ige an e al ededo de las zonas some idas a mayo ca ga é mica, a o eciendo así una ges ión más e icien e del calo gene ado du an e el uncionamien o. O o aspec o impo an e es el aumen o del g oso de las pa edes en zonas c í icas, lo que e ue za la igidez es uc u al del conjun o y mejo a su esis encia en e a ensiones ele adas. A pesa de es as modi icaciones in e nas, se ha man enido la geome ía ex e io del cilind o o iginal, de mane a que el componen e sigue siendo comple amen e compa ible con el es o del conjun o mo o sin eque i ajus es adicionales en las piezas adyacen es. • Vis a la e al Cilind o o iginal P o o ipo 3 Ilus ación 82. Compa a i a is a la e al en e cilind o o iginal y p o o ipo Nº3. Desde la is a la e al no se obse an cambios signi ica i os en e el diseño o iginal del cilind o y el p o o ipo inal. En es a p oyección, ambos modelos p esen an una geome ía ex e na muy simila , lo cual e leja la in ención de man ene la compa ibilidad dimensional con el conjun o del mo o . La conse ación de es a o ma ex e na ga an iza que el nue o diseño pueda in eg a se co ec amen e en el en o no mecánico p e is o, sin in e e encias con o os componen es. De es e modo, aunque las modi icaciones in e nas han sido impo an es pa a mejo a el endimien o é mico y es uc u al, se ha p ocu ado p ese a la en ol en e ex e io del cilind o, man eniendo así su uncionalidad y su ensamblaje con el es o del sis ema. • Vis a in e io TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 80 Ilus ación 91. P oceso de colada en el molde y ex acción del cilind o del molde. Una ez ob enida la pieza b u a de undición, se ealizan ope aciones de mecanizado en aquellas supe icies que equie en una p ecisión dimensional ele ada, como el alojamien o del pis ón, los o i icios de mon aje o las supe icies de es anqueidad. Aunque el moldeo en a ena no pe mi e alcanza ole ancias an ajus adas como o os p ocesos, su capacidad pa a ep oduci de alles in e nos complejos lo con ie e en una opción muy adecuada pa a es e ipo de componen es. Ilus ación 92. Mecanizado del cilind o y p oduc o inal. En compa ación con el mecanizado CNC de 5 ejes, el moldeo en a ena p esen a en ajas no ables. Como se explicó an e io men e, la geome ía de un cilind o de mo o de dos iempos incluye zonas de di ícil acceso, como los pue os de ans e encia y la camisa de agua, que no pueden mecaniza se de o ma e icien e ni siquie a con máquinas mul ieje, debido a la o ien ación in e na de es as ca idades y a la imposibilidad de in oduci he amien as de co e sin in e e encias. El moldeo en a ena, po el con a io, pe mi e ma e ializa es as o mas in e nas median e el uso de machos, sin necesidad de accede ísicamen e con he amien as desde el ex e io . Además, mien as el mecanizado CNC implica la sus acción de ma e ial a pa i de un bloque macizo, con un consumo ele ado de iempo, ene gía y he amien as, la undición pe mi e ob ene di ec amen e una p e o ma p óxima a la o ma inal, op imizando el uso del ma e ial y educiendo signi ica i amen e el despe dicio. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 81 Desde el pun o de is a económico, el moldeo en a ena p esen a un cos e inicial mode ado asociado a la ab icación de los modelos y los machos, pe o una ez ealizados es os elemen os, el p oceso pe mi e una p oducción en se ie con cos es uni a ios bajos, especialmen e en se ies medias o la gas. A pesa de que el iempo de p oducción po unidad puede se más ele ado que en o os p ocesos de undición más au oma izados, como la inyección a p esión, su lexibilidad y meno in e sión inicial lo con ie en en una al e na i a muy compe i i a pa a i adas indus iales no ex emadamen e g andes. En conclusión, el moldeo en a ena ep esen a una solución al amen e ecomendable pa a la ab icación del cilind o desa ollado en es e p oyec o. Su capacidad pa a ep oduci con p ecisión las geome ías in e nas esenciales pa a el uncionamien o del mo o de dos iempos, unida a su escalabilidad y azonable cos e económico, lo con ie en en un mé odo de ab icación obus o, e icien e y pe ec amen e adecuado an o pa a la ase de p o o ipado como pa a una e en ual p oducción en se ie del componen e. 5.3. Imp esión 3D me álica En los úl imos años, la imp esión 3D me álica, ambién conocida como ab icación adi i a me álica, ha eme gido como una ecnología de angua dia con un g an po encial pa a la p oducción de componen es de geome ía compleja. Es a écnica, aplicada inicialmen e en sec o es de al a ecnología como la ae onáu ica, la au omoción de compe ición o la indus ia médica, pe mi e ab ica piezas di ec amen e a pa i de un modelo digi al median e la deposición capa a capa de ma e ial me álico undido o sin e izado. En el con ex o del p esen e p oyec o, la ab icación adi i a en me al cons i uye una opción écnicamen e iable pa a la p oducción de cilind os de mo o de dos iempos, ya que o ece una libe ad de diseño que supe a las limi aciones inhe en es an o al mecanizado po a anque de i u a como a los p ocesos de undición adicionales. Exis en di e sas ecnologías den o de la imp esión 3D me álica, pe o una de las más consolidadas y u ilizadas indus ialmen e es la usión selec i a po láse . Es e p oceso se basa en la deposición de capas sucesi as de pol o me álico muy ino sob e una pla a o ma de cons ucción. Median e un láse de al a po encia, se unde selec i amen e el pol o según la sección ans e sal del modelo CAD pa a esa capa, solidi icándose al en ia se. La pla a o ma desciende lige amen e, se deposi a una nue a capa de pol o, y el p oceso se epi e capa po capa has a comple a la pieza. El esul ado es un componen e me álico ín eg o, con una densidad y esis encia mecánica compa ables a las de los me ales abajados po mé odos adicionales. Ilus ación 93. P oceso de imp esión 3D me álica. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 82 Desde el pun o de is a écnico, la imp esión 3D me álica o ece en ajas e iden es pa a la ab icación de un cilind o de mo o de dos iempos. La complejidad de los ans e s, la camisa de agua y o as ca idades in e nas puede abo da se sin di icul ad, ya que es as zonas no equie en acceso di ec o de he amien as de co e ni la inse ción de machos. Al a a se de un p oceso adi i o, cualquie geome ía concebida digi almen e puede ep oduci se con g an p ecisión, siemp e que se espe en las es icciones básicas de la ecnología, como los ángulos de oladizo, la necesidad de sopo es en zonas suspendidas y la mínima sección imp imible. Además, pe mi e in eg a unciones en el diseño que no se ían posibles con mé odos con encionales, como canales de e ige ación op imizados, alige amien os in e nos o es uc u as de e ue zo adap a i as. Ilus ación 94. Cilind o ab icado po imp esión 3D me álica. No obs an e, es a ecnología ambién p esen a limi aciones ele an es. En p ime luga , el cos e de ab icación es conside ablemen e más al o en compa ación con o as écnicas, an o po el ele ado p ecio del pol o me álico u ilizado como po el cos e de las máquinas y los sis emas auxilia es de abajo como la a mós e a ine e, los sis emas de ecogida de pol o y los equipos de posp ocesado. Además, la elocidad de ab icación es ela i amen e baja, lo que hace que es e p oceso no sea adecuado, en gene al, pa a la p oducción en masa de piezas de g an olumen. O o aspec o impo an e es la necesidad de posp ocesado. Las piezas ob enidas median e imp esión 3D suelen eque i ope aciones adicionales de mecanizado en aquellas supe icies c í icas o de con ac o, así como a amien os é micos pa a elimina ensiones in e nas y mejo a las p opiedades mecánicas inales. Compa ando es a ecnología con el moldeo en a ena, la imp esión 3D me álica p esen a una cla a en aja en é minos de libe ad geomé ica, p ecisión dimensional y posibilidad de in eg a diseños al amen e op imizados sin necesidad de u illaje especí ico, como machos. Sin emba go, el moldeo en a ena sigue siendo más compe i i o en é minos de cos es y iempos de p oducción pa a se ies medias o g andes, además de se una ecnología más accesible a ni el indus ial. En cambio, si se a a de ab ica p o o ipos uncionales o se ies muy co as con una geome ía compleja y sin necesidad de g andes in e siones en u illaje, la imp esión 3D me álica se posiciona como una opción muy adecuada. En elación con el mecanizado CNC de 5 ejes, la ab icación adi i a en me al p esen a en ajas e iden es cuando se a a de piezas con ca idades in e nas inaccesibles po he amien a, como ocu e con los ans e s y la camisa de agua de un cilind o de dos iempos. A di e encia del mecanizado, que elimina ma e ial de un bloque sólido, la imp esión 3D cons uye la pieza desde ce o, pe mi iendo una e iciencia en el uso del ma e ial y una mayo idelidad al diseño o iginal, sin ene que simpli ica o di idi la pieza TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 83 pa a pode ab ica la. No obs an e, el mecanizado sigue siendo insus i uible pa a ob ene ole ancias muy ajus adas y acabados supe iciales de al a calidad, po lo que, en muchos casos, ambos p ocesos pueden conside a se complemen a ios. En conclusión, la ab icación del cilind o median e imp esión 3D me álica ep esen a una opción écnicamen e iable y al amen e inno ado a, especialmen e adecuada pa a la ase de desa ollo de p o o ipos, la alidación de diseños complejos o la p oducción de se ies co as de componen es con equisi os geomé icos exigen es. Aunque su cos e y iempo de ab icación no la con ie en en la mejo al e na i a pa a una p oducción masi a, su capacidad pa a ep oduci con exac i ud los elemen os in e nos más comp ome idos del cilind o, sin necesidad de u illaje adicional ni ope aciones in e medias, la posiciona como una he amien a muy aliosa en el ámbi o del diseño y la ingenie ía a anzada. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 84 6. Plani icación y análisis económico y de iabilidad del p oyec o 6.1. Plani icación de la ab icación del conjun o de cilind os A con inuación, se p esen a una plani icación es imada pa a la ab icación del conjun o de cilind os diseñado en el p esen e p oyec o. Es a plani icación conside a los pasos necesa ios desde la alidación inal del diseño has a la ob ención de las piezas me álicas de ini i as, asumiendo un p oceso de imp esión 3D me álica como mé odo p incipal de ab icación. La du ación o al p e is a es de ap oximadamen e 6 semanas, aunque puede a ia en unción de la disponibilidad de ecu sos, maquina ia y p o eedo es ex e nos. G á ico 1. Diag ama de Gan : plani icación es imada del p oceso de ab icación. 6.2. Cos es de desa ollo del p oyec o El desa ollo del cilind o pa a mo o de dos iempos ha implicado una in e sión signi ica i a de iempo y ecu sos du an e las dis in as ases del p oyec o. Desde el modelado inicial has a la alidación del diseño de ini i o, se ha seguido un p oceso i e a i o cen ado en la mejo a p og esi a del componen e a a és de he amien as de diseño asis ido po o denado , simulación po elemen os ini os e imp esión 3D pa a alidación geomé ica. En cuan o al diseño CAD, se ha empleado el so wa e Siemens NX en combinación con Simcen e 3D, un en o no in eg ado de simulación que pe mi e ealiza es udios es uc u ales y é micos sob e el modelo diseñado. El iempo o al in e ido en a eas de modelado, simulación, análisis y modi icación de e o es se es ima en o no a 150 a 200 ho as. Es e p oceso ha sido undamen al no solo pa a de ini la geome ía inal del cilind o, sino ambién pa a an icipa posibles allos uncionales o es uc u ales an es de p ocede a su ab icación ísica. Aunque en es e caso no ha sido necesa io adqui i licencias de uso, cabe señala que se a a de so wa e de al o ni el, cuyo cos e en licencias come ciales puede supe a los 10.000 eu os anuales po usua io, dependiendo de los módulos incluidos y del ipo de licencia. La alidación ísica del diseño se ha lle ado a cabo median e la imp esión 3D en ma e ial PLA, un políme o e moplás ico ampliamen e u ilizado pa a p o o ipado ápido po su bajo Fab icación median e imp esión 3D me álica TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 85 cos e y acilidad de imp esión. En es a ase se han p oducido es p o o ipos comple os del cilind o, además de a ios ú iles auxilia es des inados a acili a la comp obación de medidas c í icas. Aunque la imp esión se ha ealizado g acias a la colabo ación pe sonal con un e ce o que ha acili ado g a ui amen e el acceso a una imp eso a 3D domés ica, en un con ex o p o esional hab ía que con empla la adquisición de una imp eso a adecuada o la con a ación de se icios ex e nos de imp esión. El cos e del ilamen o u ilizado ha sido de ap oximadamen e 20 eu os po kilog amo, y cada p o o ipo ha eque ido en o no a 500 g amos de ma e ial, lo que implica un cos e o al de unos 30 eu os en consumibles PLA pa a los p o o ipos ab icados. A ello hab ía que suma , en un escena io p o esional, los cos es de amo ización del equipo de imp esión, la elec icidad y la mano de ob a. El p oceso de i e ación del diseño ha sido un aspec o cla e en el desa ollo del p oyec o. G acias a la posibilidad de e alua los p o o ipos ísicos y de ec a e o es dimensionales, in e e encias o posibles mejo as écnicas, se ha log ado op imiza p og esi amen e el modelo has a alcanza una e sión de ini i a alidada an o desde el pun o de is a uncional como cons uc i o. Es a i e ación ha pe mi ido co egi de ec os de diseño an es de ealiza in e siones mayo es en p ocesos de ab icación más cos osos o de ini i os, y ha con ibuido a consolida una me odología de desa ollo obus a y e icien e. En conjun o, los cos es asociados a es a ase inicial del p oyec o, si bien no han sido excesi os en é minos económicos di ec os g acias a los medios disponibles, suponen una in e sión conside able en iempo, conocimien o écnico y plani icación. Es a e apa esul a esencial pa a ga an iza la iabilidad écnica del p oduc o an es de abo da cualquie plan eamien o de p oducción en se ie. 6.3. Compa a i a de cos es de ab icación según el p oceso Tal y como se ha expues o en apa ados an e io es, la ab icación del cilind o median e mecanizado CNC de 5 ejes ha sido desca ada como una opción iable, debido a las limi aciones geomé icas del diseño, especialmen e en lo que espec a a la complejidad in e na de los ans e s y la camisa de e ige ación. Po an o, el análisis compa a i o de cos es se cen a á en las dos al e na i as écnicas más iables pa a la p oducción del cilind o: el moldeo en a ena y la imp esión 3D me álica. 6.3.1. Cos es asociados a cada p oceso • Moldeo en a ena El p oceso de moldeo en a ena equie e, en p ime luga , la c eación de modelos ísicos y machos que pe mi an con o ma la geome ía del cilind o en un molde desechable de a ena silícea, aglu inada median e esinas o a cillas. La ab icación de es os modelos puede ealiza se median e mecanizado CNC o imp esión 3D, dependiendo del g ado de de alle y p ecisión eque idos. Es os elemen os cons i uyen un cos e inicial ele ado, pe o amo izable a lo la go de una se ie media o la ga. A ello hay que suma el cos e del ma e ial undido, en es e caso una aleación de aluminio AlSi10Mg, ampliamen e u ilizada en aplicaciones de au omoción po su buena esis encia mecánica, es abilidad é mica y excelen e colabilidad. Es a aleación se unde habi ualmen e en ho no eléc ico o de gas, po lo que se debe con empla el cos e TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 86 ene gé ico y la necesidad de dispone de una ins alación indus ial adecuada o subcon a a el se icio. Una ez ob enida la pieza b u a undida, es imp escindible lle a a cabo ope aciones de posp ocesado median e mecanizado CNC, especialmen e en aquellas supe icies que equie en ole ancias dimensionales ajus adas o buen acabado supe icial, como la base del cilind o, los asien os de jun as, los conduc os de admisión y escape, y la camisa del pis ón. • Imp esión 3D me álica En el caso de la ab icación adi i a, el cos e se concen a p incipalmen e en el ma e ial de pa ida (pol o me álico de AlSi10Mg) y en el uso de la maquina ia. La imp esión se ealiza ía median e ecnología SLM (Selec i e Lase Mel ing), la cual iene un cos e ele ado po ho a de uncionamien o y equie e el uso de a mós e a ine e (gene almen e a gón), así como equipos auxilia es de manipulación de pol o, il ación y segu idad. Aunque en es e p oyec o no se dispone de medios p opios pa a ealiza es a ab icación, se plan ea como opción la subcon a ación del se icio a emp esas especializadas, lo cual es habi ual y mucho más iable pa a la p oducción de se ies co as o p o o ipos uncionales. El cos e de imp esión po unidad puede a ia conside ablemen e, pe o se es ima que el iempo de ab icación de un cilind o comple o es del o den de 20 ho as po unidad. Al igual que en el moldeo, se á necesa io ealiza un mecanizado pos e io en las supe icies c í icas. 6.3.2. Posp ocesado écnico y económico En ambos mé odos de ab icación (moldeo e imp esión me álica), se equie e un posp ocesado écnico imp escindible. En p ime luga , se debe ealiza un mecanizado de p ecisión pa a asegu a ole ancias ajus adas en supe icies uncionales del cilind o. Además, se con empla la aplicación de un a amien o supe icial especí ico: el nicasilado. El nicasilado consis e en el depósi o de una capa ina de níquel con ca bu o de silicio (Ni- SiC) en el in e io de la camisa del cilind o. Es a capa o ece una ele ada du eza, excelen e esis encia al desgas e y una baja icción, ca ac e ís icas esenciales pa a el co ec o uncionamien o del mo o y pa a ga an iza una la ga ida ú il del conjun o pis ón-cilind o. El p oceso se lle a a cabo median e elec odeposición química y equie e un acabado p e io adecuado de la supe icie in e na. El cos e del nicasilado puede oscila en e 50 y 150 eu os po unidad, dependiendo de las dimensiones y del p o eedo , y debe con empla se como un cos e ijo adicional po cada pieza uncional ab icada. 6.3.3. Tiempo de ab icación po unidad El iempo necesa io pa a la ab icación de una unidad de cilind o a ía signi ica i amen e en unción del p oceso u ilizado. Median e imp esión 3D me álica, cada unidad equie e ap oximadamen e 20 ho as de cons ucción en máquina, a lo que se añade el iempo de en iamien o, e i ada de sopo es, a amien o é mico y mecanizado. Es o limi a conside ablemen e la capacidad p oduc i a y enca ece el cos e uni a io en se ies la gas. Po el con a io, en el moldeo en a ena, una ez p oducidos los modelos y o ganizado el sis ema de colada, es posible ab ica múl iples piezas en un solo ciclo de undición. Es o TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 87 pe mi e una mayo elocidad de p oducción, especialmen e en el caso de se ies medias o la gas, con cos es dec ecien es po unidad ab icada. 6.3.4. Cos e es imado de una p ime a i ada Pa a la alidación uncional del diseño y su posible come cialización, se con emplan dos escena ios de p oducción inicial: • Imp esión 3D me álica: se plan ea la ab icación de una pa eja de cilind os uncionales, como p ime a se ie expe imen al, que pe mi a comp oba el endimien o eal del diseño bajo condiciones de abajo. Es a opción, aunque cos osa, pe mi e ob ene piezas plenamen e uncionales sin necesidad de in e i en u illaje especí ico, siendo ideal pa a p uebas iniciales o desa ollo de p oduc o. • Moldeo en a ena: en caso de op a po una p oducción inicial a mayo escala, se p e é la ab icación de una se ie de 100 unidades, des inadas a su come cialización en un en o no de p ueba. Es a can idad esul a azonable pa a e alua la acep ación del p oduc o en el me cado y ajus a la es a egia de ab icación en unción de la demanda. Según los esul ados de es a p ime a en a, se pod ía conside a la ampliación de la p oducción o la in e sión en una ins alación p opia más e icien e. Es e análisis pone de mani ies o que la imp esión 3D me álica es una opción óp ima pa a p o o ipos o se ies muy co as, g acias a su lexibilidad y su bajo eque imien o de u illaje, mien as que el moldeo en a ena ep esen a una al e na i a más en able y escalable a pa i de se ies medias, siemp e que se cuen e con la in aes uc u a adecuada o se subcon a e a una undición especializada. En ambos casos, el cos e del posp ocesado median e mecanizado y nicasilado debe conside a se una pa e esencial del p esupues o, an o po azones uncionales como de iabilidad a la go plazo del cilind o. 6.4. Viabilidad écnica y económica de cada p oceso A la ho a de selecciona el p oceso de ab icación más adecuado pa a el cilind o diseñado, es esencial conside a an o su iabilidad écnica como económica. De las es ecnologías e aluadas; mecanizado CNC de 5 ejes, moldeo en a ena e imp esión 3D me álica, solo las dos úl imas han esul ado ac ibles, po lo que el análisis se cen a á en ellas. El moldeo en a ena o ece una al a iabilidad écnica pa a es e ipo de geome ías complejas, g acias a la posibilidad de emplea machos que pe mi en ep oduci conduc os in e nos como los ans e s y la camisa de e ige ación. Su p incipal en aja económica es que, una ez desa ollados los moldes, pe mi e p oduci g andes can idades con un cos e uni a io ela i amen e bajo. Es o lo con ie e en el mé odo más en able pa a se ies medias o la gas, especialmen e si se subcon a a el p oceso a una undición con expe iencia. El cos e inicial del u illaje y la necesidad de posp ocesado son asumibles si se epa e en e su icien es unidades. La imp esión 3D me álica, po su pa e, des aca po su lexibilidad y capacidad de ab ica di ec amen e desde el modelo CAD sin necesidad de moldes. Es o la hace ideal pa a p o o ipos uncionales o i adas muy co as, aunque con cos es po unidad ele ados debido al p ecio del pol o me álico, las ho as de máquina y el posp ocesado necesa io. A ni el écnico, pe mi e ep oduci la geome ía comple a del cilind o con buena esolución, TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 88 pe o equie e subcon a ación debido al ele ado cos e de los equipos y su man enimien o, lo cual limi a su en abilidad en p oducciones más amplias. Po úl imo, el mecanizado CNC de 5 ejes, aunque muy p eciso, no es iable pa a es e diseño conc e o, ya que no pe mi e accede co ec amen e a zonas in e nas como los ans e s o la camisa de agua sin comp ome e el p oceso ni la in eg idad de la pieza. En esumen, la imp esión 3D me álica esul a adecuada pa a p oduci las p ime as unidades uncionales del cilind o, mien as que el moldeo en a ena es la opción más en able pa a una p oducción sos enida. La elección depende á de la escala del p oyec o y de los ecu sos disponibles en cada ase. 6.5. Escalabilidad del p oyec o El diseño del cilind o de mo o de dos iempos desa ollado en es e abajo p esen a una buena p oyección en cuan o a escalabilidad. T as la alidación uncional median e p o o ipos en PLA y la e aluación de los p ocesos de ab icación disponibles, se plan ea una es a egia de escalado p og esi o, adap ada a la demanda y al g ado de madu ez del p oyec o. En una p ime a ase, se con empla la ab icación de una pa eja de cilind os median e imp esión 3D me álica, lo que pe mi i á ealiza p uebas eales en un mo o y con i ma su co ec o uncionamien o an es de ealiza una in e sión mayo . Una ez alidado el diseño, se plan ea una p ime a i ada de 100 unidades (50 pa ejas) median e el p oceso de moldeo en a ena, lo que pe mi i ía pone a la en a un lo e inicial y e alua la acep ación del p oduc o en el me cado. En cuan o a la indus ialización del p oceso, la es a egia más azonable en es a ase inicial es la subcon a ación comple a de las ope aciones de undición, mecanizado y a amien os pos e io es, ya que el olumen de p oducción aún no jus i ica una in e sión en ins alaciones p opias. Es a opción es écnicamen e iable g acias a la exis encia de emp esas especializadas que pueden asumi la ab icación in eg al del p oduc o bajo los equisi os de inidos. Si el p oduc o u ie a una buena acogida come cial y se consolidase una demanda es able y c ecien e, pod ía alo a se en una e apa pos e io la posibilidad de in e naliza pa e o la o alidad del p oceso p oduc i o, lo cual implica ía una in e sión conside able en maquina ia, ins alaciones, pe sonal écnico y con ol de calidad. No obs an e, es a decisión solo end ía sen ido una ez alcanzado un olumen de en as su icien e que ga an izase la amo ización de dicha in e sión. Así, el p oyec o se plan ea con una es uc u a escalonada, pe mi iendo c ece de o ma sos enible en unción de la demanda eal del me cado, minimizando iesgos y op imizando los ecu sos disponibles en cada e apa. 6.6. Ren abilidad po encial El análisis de la en abilidad del p oyec o equie e es udia los cos es es imados de ab icación de cada cilind o uncional y con as a los con los p ecios ac uales del me cado, con el in de de e mina si el p oduc o puede compe i de o ma iable y sos enible. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 89 En una p ime a ase, se con empla la ab icación de una pa eja de cilind os median e imp esión 3D me álica, con el obje i o de alida el diseño en condiciones eales de uncionamien o. Es a écnica, aunque adecuada pa a se ies muy co as, p esen a un cos e uni a io ele ado. El p ecio del p oceso de imp esión, conside ando el uso de pol o me álico de AlSi10Mg, el iempo de máquina (al ededo de 20 ho as po unidad) y la subcon a ación del se icio, puede si ua se en el en o no de 300 a 400 eu os po cilind o. A es e cos e se suma el mecanizado pos e io de las supe icies uncionales, así como el a amien o de nicasilado, que consis e en aplica un ecub imien o ce ámico de níquel y silicio pa a mejo a la esis encia al desgas e y educi la icción. Es e a amien o iene un cos e ap oximado de 80 a 120 eu os po unidad, lo que si úa el cos e o al de ab icación po cilind o en o no a 500–600 eu os, una ci a asumible pa a p o o ipos uncionales, pe o poco iable pa a p oducción en se ie. En cambio, pa a una p oducción median e moldeo en a ena con una i ada inicial de 100 unidades, los cos es uni a ios disminuyen conside ablemen e. Aunque es necesa io asumi un cos e inicial po la ab icación de moldes y machos, es e se amo iza ápidamen e a medida que se inc emen a el núme o de piezas p oducidas. Conside ando ambién el mecanizado y el nicasilado, el cos e es imado po unidad en es a modalidad se si úa en e 150 y 250 eu os, lo que pe mi e plan ea una es a egia come cial mucho más en able y compe i i a. En cuan o al p ecio de me cado, es ele an e des aca que ma cas econocidas como A hena o CPI o ecen ki s de cilind os de aluminio pa a mo o es de dos iempos a un p ecio de en a al público comp endido en e 800 y 1.000 eu os po pa eja. Sin emba go, es os cilind os p esen an una di e encia undamen al: no cons an del sis ema o iginal de ál ulas de escape. Es a di e encia implica un uncionamien o del mo o poco lineal e inu ilizable en una mo o de calle. En es e con ex o, el diseño p opues o en es e TFG o ece una cla a en aja compe i i a: conse a el sis ema o iginal de ál ulas de escape, lo cual mejo a signi ica i amen e la e iciencia del ba ido de gases, el endimien o gene al del mo o y la expe iencia de conducción. Es a ca ac e ís ica écnica, no p esen e en la o e a ac ual de la compe encia, ep esen a un alo añadido muy signi ica i o. Se a a de un nicho de me cado sin explo a , lo que ab e una opo unidad eal pa a in oduci un p oduc o di e enciado, capaz de cap a el in e és de un público exigen e que busca p es aciones supe io es sin enuncia a la a qui ec u a y uncionalidad o iginal del mo o . En consecuencia, y eniendo en cuen a que los cos es de ab icación po moldeo pe mi en man ene un ma gen come cial azonable, se puede conclui que el p oyec o es en able y compe i i o, con po encial pa a posiciona se como una solución de al o alo en un me cado que ac ualmen e p esen a poca o e a de cilind os de al as p es aciones que man engan la ál ula de escape. 6.7. Impac o económico del p o o ipado ápido La u ilización de ecnologías de p o o ipado ápido median e imp esión 3D en PLA ha enido un impac o cla amen e posi i o en el desa ollo del p oyec o, an o desde el pun o de is a écnico como económico. Es a he amien a ha pe mi ido alida de o ma e icaz el diseño de los cilind os en sus dis in as ases de e olución, acili ando la iden i icación de e o es geomé icos, con lic os de ensamblaje y posibles mejo as uncionales an es de pasa a p ocesos de ab icación más complejos y cos osos. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 96 Ilus ación 100. Pa eja de ca bu ado es “Lec on” pa a Yamaha RD 350. • Tobe as de admisión Pa a mon a los nue os ca bu ado es, se á necesa io emplea obe as de admisión adap adas al mayo diáme o. Es as obe as pe mi en una conexión e icien e en e los ca bu ado es y las cajas de láminas, asegu ando que no exis an es icciones que limi en el lujo de mezcla. Además, su geome ía puede es a op imizada pa a a o ece la dinámica de luidos en la en ada, lo que con ibuye a una espues a más ápida del mo o . Ilus ación 101. Tobe as de admisión pa a Yamaha RD 350. • Cajas de láminas Las cajas de láminas de admisión son componen es c í icos en mo o es de dos iempos, ya que egulan la en ada de mezcla hacia el cá e . Sus i ui las o iginales po e siones de al o endimien o con láminas de ca bono pe mi e mejo a la espues a del mo o y educi las pé didas de mezcla en el momen o de la admisión. El ca bono o ece una mayo elas icidad y du abilidad en e a ma e iales adicionales, y su uso es á gene alizado en p epa aciones depo i as y de al o endimien o. Ilus ación 102. Pa eja de cajas de láminas “V o ce4” pa a Yamaha RD 350. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 97 • Sis ema de encendido Un encendido de al as p es aciones, ya sea digi al o con cu as de a ance p og amables, puede ma ca una di e encia signi ica i a en la espues a y la e iciencia del mo o . Es os sis emas pe mi en adap a el pun o de encendido a di e en es egímenes de e oluciones, op imizando la combus ión en odo el ango de uncionamien o. Es o se aduce en una mejo en ega de po encia, una acele ación más lineal y un meno iesgo de de onaciones indeseadas. De nue o, exis en múl iples opciones come ciales que pueden adap a se a es e ipo de con igu ación de mo o . Ilus ación 103. Sis ema de encendido pa a Yamaha RD 350. Cabe des aca que odos los componen es mencionados se encuen an ac ualmen e disponibles en el me cado, ab icados po di e sas ma cas especializadas en mo o es de dos iempos y p epa aciones de al o endimien o. Su inco po ación no es obliga o ia, pe o sí al amen e ecomendable pa a aquellos usua ios que busquen ob ene el máximo p o echo del ediseño de los cilind os desa ollado en es e p oyec o. 7.3. P opues a de ki s come ciales Con el obje i o de acili a al máximo la expe iencia del usua io inal, asegu a la co ec a compa ibilidad en e componen es y o ece un p oduc o comple o y p o esional, se plan ea la posibilidad de come cializa los cilind os diseñados en o ma de ki s es uc u ados po ni eles de equipamien o. Es a es a egia no solo simpli ica el p oceso de adquisición pa a el clien e, sino que ambién aumen a la pe cepción de calidad y con ianza en la ma ca, educiendo iesgos écnicos y mejo ando la in eg ación del p oduc o en los mo o es de des ino. Se con emplan dos opciones p incipales de come cialización: Ki Básico Es e paque e inclui ía exclusi amen e los cilind os y las piezas es ic amen e necesa ias pa a su mon aje y uncionamien o. Se ía la opción mínima eque ida pa a que el conjun o pueda se ins alado y ope ado co ec amen e. Su con enido inclui ía: TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 98 • Pa eja de cilind os. • Cigüeñal con bielas de 115 mm. • Pis ones de 68 mm. • Cula as especí icas pa a pis ones de 68 mm. • Ins ucciones pa a la modi icación del cá e supe io . Es e ki es á pensado pa a usua ios con cie a expe iencia mecánica o p epa ado es que deseen adqui i únicamen e los elemen os imp escindibles y complemen a el mon aje con sus p opias piezas. Ki Comple o El segundo paque e incluye odos los componen es del Ki Básico más una se ie de mejo as ecomendadas que op imizan el endimien o y la expe iencia de uso. Es e ki es á o ien ado a aquellos clien es que deseen saca el máximo pa ido a la nue a con igu ación del mo o , asegu ando la máxima compa ibilidad en e odas las piezas desde el p ime momen o. Inclui ía, además de odo lo an e io : • Escapes. • Ca bu ado es. • Tobe as de admisión. • Cajas de láminas. • Sis ema de encendido. Es e en oque modula no solo apo a lexibilidad al modelo de negocio, sino que además pe mi e di igi se a dis in os pe iles de clien es: desde usua ios a anzados que solo necesi an las piezas esenciales has a aquellos que buscan un paque e lla e en mano, comple o y sin complicaciones. Pa a la iabilidad de es a es a egia, se con empla la posibilidad de es ablece colabo aciones con ab ican es o dis ibuido es especializados en componen es de al o endimien o pa a mo o es de dos iempos. Es as alianzas pe mi i ían o ece p oduc os de calidad con as ada den o de los ki s, asegu a la disponibilidad de piezas, y simpli ica la logís ica del mon aje y la dis ibución. De es e modo, se e i a ían posibles e o es de compa ibilidad y se ga an iza ía una expe iencia de comp a p o esional y iable. La c eación de es os ki s e ue za la idea de o ece un p oduc o inal cohe en e, bien diseñado y ácil de implemen a po pa e del usua io, a la ez que apo a un alo añadido signi ica i o al p oyec o desde el pun o de is a come cial y de posicionamien o en el me cado. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 99 8. Conclusiones El p esen e T abajo Fin de G ado ha enido como inalidad el diseño de un conjun o de cilind os de al o endimien o pa a el mo o de la Yamaha RD350, log ando un inc emen o de cilind ada has a los 421 cm³ sin enuncia al uso del sis ema de ál ula de escape a iable YPVS (Yamaha Powe Val e Sys em). Es e plan eamien o écnico esponde a una necesidad eal en el ámbi o de la mejo a de mo o es de dos iempos, ya que ac ualmen e no exis en soluciones come ciales que aúnen es e aumen o de cilind ada con la conse ación del sis ema YPVS, c ucial pa a p ese a una en ega de po encia equilib ada y p og esi a. El desa ollo del p oyec o ha implicado un igu oso análisis del es ado del a e, donde se ha cons a ado que los ki s exis en es en el me cado es án o ien ados casi exclusi amen e a la compe ición, anulando comple amen e el uncionamien o del YPVS. Es o de i a en mo o es con una cu a de pa ab up a y poco u ilizable en en o nos u banos o mix os, además de implica ecuen emen e modi icaciones in asi as sob e los cá e es o iginales. F en e a es a si uación, el p oyec o p opone una al e na i a écnica inno ado a, que op imiza el diseño del cilind o man eniendo la compa ibilidad con la a qui ec u a del mo o o iginal y o eciendo una mejo a eal en p es aciones, sin comp ome e su e sa ilidad. El p oceso de diseño se ha abo dado de o ma me ódica y undamen ada, comenzando po una e isión exhaus i a del mo o de o igen y del sis ema YPVS. A pa i de es a base, se p ocedió a la modelización pa amé ica en el en o no Siemens NX, donde se gene a on es p o o ipos sucesi os. Cada i e ación pe mi ió co egi e o es de ec ados en ases an e io es, mejo ando an o la p ecisión dimensional como la uncionalidad del conjun o. Las p uebas con p o o ipos imp esos en PLA y las mediciones empí icas de g ados de dis ibución alida on que el nue o diseño se man iene den o de unos má genes acep ables espec o a los alo es o iginales, lo que ga an iza una cu a de uncionamien o simila , pe o con un no able aumen o de po encia y cilind ada. Además, se ha e ec uado un análisis es uc u al po el mé odo de elemen os ini os (FEM), e aluando las ensiones in e nas bajo condiciones de ca ga p opias de un ciclo de combus ión eal. Los esul ados han demos ado que el diseño p opues o p esen a una esis encia es uc u al adecuada, especialmen e si se ab ica en aleaciones como el AlSi10Mg, cumpliendo con los eque imien os é micos y mecánicos del en o no de ope ación. El es udio ambién ha con emplado dis in as al e na i as de ab icación, compa ando p ocesos como el mecanizado CNC, la undición en a ena y la imp esión 3D me álica. Se ha ealizado un análisis écnico-económico de cada una, alo ando no solo los cos es uni a ios, sino ambién los iempos de p oducción, necesidades de pos p ocesado y la escalabilidad en unción del olumen de p oducción. Es a e aluación demues a que el p oyec o es no solo écnica sino económicamen e iable, y po encialmen e en able en un con ex o de p oducción limi ada pa a es au ado es o en usias as de la Yamaha RD350. Po úl imo, se ha complemen ado el diseño con un conjun o de piezas de apoyo que ga an izan la co ec a ins alación y uncionamien o del nue o cilind o, p es ando especial a ención a la compa ibilidad con componen es cla e como la cula a, la caja de láminas y el sis ema de escape. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 100 En conclusión, es e p oyec o no solo cumple con los obje i os iniciales, sino que ambién apo a una con ibución aliosa e inno ado a al ámbi o de la ingenie ía mecánica aplicada a mo o es de combus ión in e na de dos iempos. Se p esen a como una solución equilib ada en e endimien o, iabilidad, usabilidad y cos e, man eniéndose iel a la iloso ía o iginal de la Yamaha RD350. Asimismo, ab e la pue a a u u as líneas de desa ollo como la ab icación uncional de los cilind os, la ealización de p uebas dinámicas en banco de po encia o incluso la indus ialización del p oduc o como ki de mejo a come cial. El abajo ealizado sien a así las bases pa a un desa ollo pos e io con po encial eal de aplicación, an o desde una pe spec i a écnica como come cial. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 101 9. Líneas u u as El p esen e p oyec o ha pe mi ido desa olla un diseño uncional de cilind os pa a el mo o Yamaha RD350, aumen ando su cilind ada a 421 cm³ y man eniendo el sis ema o iginal de ál ula de escape a iable YPVS. No obs an e, debido al ca ác e concep ual y académico del abajo, exis en di e sas a eas y líneas de desa ollo que pod ían abo da se en u u os p oyec os pa a con inua , alida y mejo a los esul ados ob enidos. A con inuación, se de allan algunas de las más ele an es. 9.1. Validación es uc u al y uncional • Fab icación en ma e ial me álico y p uebas en condiciones eales: El siguien e paso lógico se ía la ab icación del conjun o de ini i o en AlSi10Mg median e imp esión 3D me álica, seguido de su ins alación en un mo o ope a i o. • Ensayos en banco de p uebas: Una ez mon ado el conjun o, se pod ían ealiza p uebas de endimien o en banco pa a ob ene da os eales de po encia, pa , consumo, cu a de en ega y espues a del sis ema YPVS. Es o pe mi i ía compa a obje i amen e el compo amien o en e al mo o o iginal y e i ica la alidez del diseño p opues o. • Ensayos es uc u ales y é micos: Aplicación de ca gas é micas y mecánicas en condiciones con oladas pa a e i ica la esis encia del componen e, la es anqueidad del conjun o, y la in eg idad del alojamien o del sis ema YPVS. 9.2. Simulación a anzada y op imización • Análisis CFD (Dinámica de Fluidos Compu acional): La simulación del compo amien o del lujo de gases den o del cilind o pe mi i ía op imiza el diseño de los pue os de admisión, ans e encia y escape, minimizando u bulencias y pé didas de ca ga, y mejo ando así el endimien o olumé ico y la e iciencia de combus ión. • Análisis e modinámico del ciclo: Modelado del ciclo comple o del mo o pa a analiza la e olución de p esión, empe a u a y olumen, y así iden i ica posibles mejo as en la geome ía de cáma a o iempos de dis ibución. • Op imización opológica: Uso de algo i mos de op imización es uc u al pa a educi peso man eniendo la igidez necesa ia, especialmen e ele an e si el diseño se des ina a aplicaciones de compe ición o endimien o a anzado. • Es udios de a iga y ida ú il: E alua el compo amien o del componen e an e ca gas cíclicas y é micas, pa a es ima su du abilidad en el iempo y p e eni posibles allos po a iga. 9.3. In eg ación y compa ibilidad con o os elemen os del mo o • Rediseño de cula a especí ica: Aunque es e p oyec o se ha cen ado en los cilind os, se ía ecomendable desa olla cula a op imizada pa a es a nue a con igu ación de cilind ada y geome ía. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 102 • Es udio del sis ema de e ige ación: Ve i icación del compo amien o é mico con la nue a con igu ación y ediseño, si ue a necesa io, del ci cui o de e ige ación pa a man ene empe a u as óp imas de uncionamien o. • E aluación del sis ema de escape: El nue o caudal de gases puede eque i ajus es en el sis ema de escape o iginal. Analiza su compo amien o pe mi i ía e i a pé didas de endimien o y mejo a la e acuación de gases quemados. 9.4. P oducción y aplicación eal • E aluación de cos es y ab icación en se ies co as: Es udia la iabilidad de lanza el p oduc o como ki come cial, incluyendo su pos p ocesado, con ol de calidad y compa ibilidad con piezas es ánda . • Compa ibilidad con o os modelos de mo o o a ian es: Analiza la posibilidad de adap a el diseño pa a su uso en mo o es de i ados, como el Yamaha Banshee, lo que amplia ía su aplicabilidad en o os con ex os. • Validación po pa e de usua ios o pilo os: Realiza p uebas en condiciones eales de uso (compe ición, ca e e a, uso u bano) pa a ecoge da os subje i os de compo amien o y sensaciones, lo que pod ía e oalimen a u u as i e aciones del diseño. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 103 10. Bibliog a ía A hena S.p.A. (s. .). Ki cilind o Yamaha Banshee 392cc. Visi ado el 25 de eb e o de 2025, de h ps://a henaibe ica.es/ki -cilind o/43070-ki -cilind o-yamaha-banshee-350-d-68-87- 06.h ml Bell, G. (1999). Two-S oke Pe o mance Tuning (3 d ed.). Haynes Publishing. Cla ke, M. (2003). Mo o i a due empi di al e p es azioni. Gio gio Nada Edi o e. Cla ke, R. M. (1999). Yamaha RD350 & 400 Pe o mance Po olio 1972–1979. B ooklands Books. CP Indus ies. (s. .). Chee ah Cub Cylinde s. Visi ado el 15 de eb e o de 2025, de h ps://www.cpindinc.com/ CPI Racing. (s. .). Ca álogo de ki s de mo o pa a Yamaha Banshee y RD350. Visi ado el 15 de eb e o de 2025, de h p://cpindinc.com/pub/pa _lis ?manu ac u e =3 EOS. (s. .). EOS Aluminium AlSi10Mg – Ma e ial Da a Shee . Visi ado el 26 de eb e o de 2025, de h ps://www.eos.in o/es/ a /asse s/03_sys em- ela ed-asse s/ma e ial- ela ed- con en s/me al-ma e ials-and-examples/me al-ma e ial- da ashee /aluminio/ma e ial_da ashee _eos_aluminium-alsi10mg_en_web.pd Fe a i, G. (2000). Mo o i a combus ione in e na. Il Capi ello. Fe e i ós, O. P. (2005). Modelado y cálculo FEM de un cilind o de mo o 2T [T abajo de Fin de G ado, Uni e sidad Poli écnica de Ca aluña]. Ha a, N., & Iio, T. (1981). Imp o emen o Two-S oke Engine Pe o mance wi h he Yamaha Powe Val e Sys em (YPVS) (SAE Technical Pape 810922). SAE In e na ional. Haynes Manuals Inc. (1988). Yamaha RD350 YPVS Twins (1983–1995) Repai Manual (ISBN 9781850108795). Haynes Publishing. Ho Rods. (s. .). Ho Rods C anksha s & Engine Componen s. Visi ado el 8 de ma zo de 2025, de h ps://www.ho odsp oduc s.com/ Jennings, G. (1973). Two-S oke Tune ’s Handbook. HPBooks. John Haynes. (1980–1982). Yamaha RD250 and RD350 LC Twins Owne s Wo kshop Manual (No. 803). Haynes Manuals. P omeco. (s. .). Ma e iali. Visi ado el 25 de eb e o de 2025, de h ps://www.p omecos l.i /ca alogo/pagine/pag4.h m Renishaw. (s. .). RenAM 500 Se ies – Aluminium AlSi10Mg Ma e ial Da a Shee . Visi ado el 26 de eb e o de 2025, de h ps://www. enishaw.com/ esou cecen e/download/da a- shee - enam-500-se ies-aluminium-alsi10mg-ma e ial-da a-shee --138868 Riba Rome a, C. (1997a). Disseny de màquines IV. Selecció de ma e ials 1. Edicions UPC. Riba Rome a, C. (1997b). Disseny de màquines IV. Selecció de ma e ials 2. Edicions UPC. TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 104 Siemens Digi al Indus ies So wa e. (2024). NX CAD (Ve sión 2306). Siemens AG. Siemens Digi al Indus ies So wa e. (2024). Simcen e 3D – Fini e Elemen Analysis (Ve sión 2306). Siemens AG. Toogood, R. (2001). P o/Mechanica S uc u e. Release 2001 - In eg a ed mode. S uden edi ion u o ial. SDC Publica ions. Vi o’s Pe o mance. (s. .). Vi o’s Pe o mance – High Pe o mance Racing Pa s. Visi ado el 23 de eb e o de 2025, de h ps://www. i ospe o mance.com/ Wiseco Pe o mance P oduc s. (s. .). Wiseco High-Pe o mance Pis ons. Visi ado el 23 de eb e o de 2025, de h ps://www.wiseco.com/ Yamaha Mo o Co., L d. (1987). Manual de se icio écnico Yamaha RD350. Visi ado el 3 de ma zo de 2025, de h ps://es.sc ibd.com/documen /653057080/Manual-Yamaha-RD-350- 1986 TFG. DISEÑO DE CILINDROS PARA MOTOR DE YAMAHA RD350 105 11. Anexo I. Planos de los p o o ipos ÍNDICE DE PLANOS 1. P o o ipo 1 1.1. Vis a la e al 1.2. Vis a plan a supe io 1.3. Vis a plan a in e io 1.4. Vis a admisión 1.5. Vis a escape 2. P o o ipo 2 2.1. Vis a la e al 2.2. Vis a plan a supe io 2.3. Vis a plan a in e io 2.4. Vis a admisión 2.5. Vis a escape 3. P o o ipo 3 3.1. Vis a la e al 3.2. Vis a plan a supe io 3.3. Vis a plan a in e io 3.4. Vis a admisión 3.5. Vis a escape