Rubrica: Motorismo
Titolo o argomento: La frattura dei cappelli di biella
Fino a qualche anno fa le bielle delle normali vetture stradali presentavano la superficie di contatto, tra il cappello di biella e la semitesta di biella, perfettamente liscia. Questo perchè il processo produttivo di una biella, destinata ad un motore 4 tempi, prevede che inizialmente essa venga realizzata in un sol pezzo e, in un secondo momento, il cappello venga separato mediante lavorazioni per asportazione di trucioli. Le superfici di contatto vengono poi lavorate al fine di ottenere un ottima finitura superficiale. Ciò permette di garantire un contatto ottimale tra le due parti nel momento in cui vengono serrate le viti.
Il problema di questa soluzione, però, risiede principalmente nel fatto che, dopo un buon numero di chilometri percorsi (200.000-300.000), il foro ottenuto tra il cappello di biella e la semitesta di biella, si ovalizza. Generalmente si misura un diametro maggiore sull’asse orizzontale del foro rispetto al diametro misurato sull’asse verticale. La rotazione della testa di biella (durante il ciclo di funzionamento del motore) imprime una sollecitazione alle viti (taglio e flessione) ed al cappello (flessione) il quale tende a traslare rispetto alla sua corretta posizione. Il ripetuto tentativo di movimento dalla posizione d’origine porta uno stress nelle fibre del materiale che tendono a cedere allungandosi in direzione dello sforzo. Ne derivano ovvi problemi di affidabilità del motore a seguito del mancato rispetto delle tolleranze di accoppiamento tra la biella ed il perno di biella presente sull’albero motore. Anche il velo d’olio non si forma più in modo omogeneo e le bronzine non riescono a lavorare correttamente andando a deformarsi ed accusando una lubrificazione irregolare laddove il diametro è aumentato.
Un’interessante soluzione, volta ad evitare simili problemi, prevede che le bielle vengano ottenute comunque in un sol pezzo ma con la fondamentale differenza che il cappello, invece di essere separato per asportazione di trucioli, viene ottenuto per frattura. Fratturare il cappello di biella produce una superficie rugosa piuttosto regolare (a patto che il materiale utilizzato lo permetta), questa è in grado di assicurare in modo “solido” il contatto tra cappello di biella e semitesta di biella. A mano, senza avvitare le viti, è possibile constatare come il cappello di biella, anche solo con una leggera pressione delle mani, non tenda assolutamente a muoversi dalla sua posizione. Ovviamente ogni cappello di biella può essere montato solo sulla sua specifica biella e solo nel verso in cui è stato fratturato. In sostanza ogni cappello è diverso dall’altro. I vantaggi riscontrati sono l’assenza di fenomeni di ovalizzazione anche dopo un abbondante numero di chilometri percorsi, e l’inutilità di dotare le bronzine di appositi fermi che le mantengano in posizione corretta. La procedura di frattura consiste nell’incidere il punto di frattura desiderato sulla biella (costituita ancora da un sol pezzo), dopodiché si separa idraulicamente il cappello della biella adoperando pezzi sagomati semirotondi i quali vengono pressati nel foro della testa di biella.
Il metodo della frattura, a differenza di quanto si possa pensare, non viene adottato solo sulle bielle in ghisa sferoidale, bensì anche sulle bielle in acciaio ottenute per sinterizzazione* o per sinterforgiatura. Non è invece praticabile su bielle in acciaio forgiato per stampaggio in quanto la frattura produrrebbe schegge decisamente pericolose e inaffidabili. Le bielle sinterizzate hanno proprietà meccaniche migliori rispetto alle bielle forgiate per stampaggio, di conseguenza il dimensionamento può essere meno generoso e di conseguenza anche la loro massa.
*Si tratta di bielle ottenute in polvere d’acciaio legato come pezzo fucinato sinterizzato.
Nell’immagine sopra le viti del cappello di biella sono volutamente svitate per far notare l’andamento
irregolare della superficie di contatto tra semitesta di biella ed il cappello di biella. Con il cappello
perfettamente serrato risulta persino difficoltoso individuare la giunzione e la biella sembra realizzata
in un sol pezzo. E’ proprio la rugosità data dalla frattura a garantire una tenuta perfetta.
Gli scatti sono stati eseguiti nello studio fotografico del nostro lab.
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