GENERALITA' SULLA BIELLA

Funzione e sollecitazioni

La biella è assimilabile ad una asta che trasmette il moto tra pistone ed albero motore e quindi le due sue estremità sono dotate di moto rotatorio (bottone di manovella o testa di biella) e di moto alterno (spinotto o piede di biella).
Le maggiori sollecitazioni sono concentrate sugli occhi di biella e manovella e nella parte di fusto che si raccorda al primo. La sollecitazione è sostanzialmente di fatica tra:
• La compressione massima dovuta alla pressione dei gas al PMS a bassi giri, quando la forza di inerzia in sottrazione è modesta e
• La trazione massima dovuta alla forza di inerzia ad alti giri al PMS in fase di ricambio carica (4T)
Le sollecitazioni termiche e vibrazionali sono irrilevanti.

Configurazione

La biella, già collegata al pistone tramite lo spinotto, viene infilata nella canna dalla parte alta del basamento, pertanto la larghezza trasversale della testa di biella deve essere inferiore dell’alesaggio.
La larghezza longitudinale invece è generalmente costante e determinata dalle dimensioni del cuscinetto di biella. La forma più comunemente adottata per il fusto è quella ad H con l’anima sul piano centrale di simmetria della biella, ortogonale agli assi dei cuscinetti.
L’obiettivo di progetto è di garantire minimo peso (forze di inerzia e centrifughe) e minima lunghezza (forze alterne del 2° ordine e forza trasversale su cilindro/attriti).
Il piede di biella è accoppiato al pistone tramite lo spinotto, con l’interposizione di una boccola piantata ad interferenza, alla cui lubrificazione provvede una foratura che raccoglie parte dell’olio spruzzato sul cielo del pistone.
La testa di biella viene chiusa sul perno di manovella tramite un cappello, la cui chiusura avviene con viti o talvolta con bulloni. Il carico di chiusura deve essere sufficiente a contrastare il massimo carico di trazione della biella ed adeguato a distribuire omogeneamente la pressione sui cuscinetti.

Tecnologia

La biella viene realizzata:
• ln ghisa sferoidale o malleabile per fusione nelle applicazioni meno sollecitate
• In acciaio con stampaggio: acciai da bonifica o altamente legati, nelle applicazioni prestazionali, con utilizzo del processo di “pallinatura” per elevare la resistenza a fatica del materiale.

Le principali fasi del ciclo di lavorazione di una biella in acciaio comprendono:
• Stampaggio in stampo pre-riscaldato:
• Sbavatura
• Trattamento termico di normalizzazione e ricottura
• Sabbiatura o “pallinatura”
• Lavorazioni meccaniche di fresatura, tornitura e foratura
• la alesatura e finitura della testa viene eseguita con il cappello montato e serrato
• Trattamento termico di bonifica
• Rettifica delle superfici a bassa rugosità.
• Trattamento termico di bonifica
• Rettifica delle superfici a bassa rugosità.
Nell’ultimo decennio si è sviluppata con impiego sempre crescente la tecnica della “biella fratturata” che, utilizzando una speciale attrezzatura ed adeguato acciaio, consente di fratturare il fusto della biella dal cappello, forgiati inizialmente come un unico pezzo.
La successiva ricomposizione all’assemblaggio, tramite l’unione delle scabrosità delle zone di frattura, garantisce una maggiore precisione di centraggio del cappello prima della chiusura e di circolarità della sede del cuscinetto.