Desenvolvimento de um Procedimento com vista à Otimização do setup do Equipamento de Enrolamento de Anéis para a Indústria Automóvel

Abstract

A produção em série dos anéis de pistão tem várias dificuldades associadas ao rigor dimensional exigido pelos clientes. Para que a produção seja efetuada de modo a produzir anéis de pistão com a maior qualidade possível, deve manter-se sob controlo todas as dimensões ao longo dos vários processos de fabrico. Um desses processos é a deformação plástica a frio da fita para obter a geometria pretendida – Enrolamento de Forma. Posteriormente, as tensões induzidas pela conformação a frio devem ser aliviadas num forno de ambiente controlado de nitrogénio.Os anéis de pistão de compressão produzidos na MAHLE Componentes de Motores S.A. são produzidos em três aços diferentes: aço-silício, aço inoxidável com 13%wt de crómio e aço inoxidável com 17%wt de crómio. O teste de fita é um processo auxiliar à conformação a frio com o objetivo de prever a variação dimensional do anel no alívio de tensões (denominada por Frt), tendo uma duração de 40 a 90 minutos. Essa variação deve ser considerada na dimensão do anel na conformação. O objetivo do trabalho foi reduzir o tempo de setup da máquina de enrolamento. Para isso expressou-se matematicamente a variação dimensional dos anéis em função do tempo, quando submetidos à temperatura de alívio de tensões. Com auxílio a essa expressão matemática e, a partir do valor da variação dimensional do anel num teste de fita, foi possível prever, em maior parte dos casos, o fator de redistribuição de tensões Frt.Os resultados obtidos foram analisados e discutidos tendo em conta as tecnologias de fabrico aplicadas e as propriedades físicas dos materiais em estudo.Com vista à implementação de uma folha de cálculo automático do fator Frt nas linhas de produção da nave fabril da MAHLE Componentes de Motores S.A., a função obtida foi testada e comparada com os valores obtidos pelo método de teste atual da empresa de modo a analisar a aplicabilidade e implementação do novo método no setup da máquina de enrolamento.

The piston rings’ mass production is associated with issues regarding the dimensional restrictions required by the clients. To produce rings with the highest quality possible, the dimensions over the numerous manufacturing processes should be maintained over control. The wire goes through plastic deformation to obtain a specific geometry. Further the piston rings must go through a thermal stress relief in order to relieve the cold coiling induced stresses.At MAHLE Motor Components S.A., the compression piston rings are produced with three different steels: carbon steel, stainless steel with 13%wt Chromium and stainless steel with 17%wt Chromium, all of them having different physical properties and, consequently, different dimensional responses when stress relieving.The wire test is an auxiliary process to the coiling with the purpose of predicting the dimensional variation of the piston rings at the stress relief (named factor Frt) and lasts between 40 and 90 minutes. Once predicted, the obtained variation should be considered in the dimensions with which the rings are coiled.The dimensional behavior of the rings while relieving the stress over time will be studied with the purpose of being able to reduce the duration of the wire test to 20 minutes and consequently reduce the setup time of the coiling machine. This report’s main objective is to obtain a mathematical empirical function applicable to any type of ring, whose singular input is the dimensional variation obtained at the 20 minutes long wire test, to obtain the integral stress relief variation dimensions.The obtained results will be analyzed and discussed considering the process technologies applied at the parts and the materials’ mechanical properties.To implement the function, it will be tested and compared with the current wire test method’s values to analyze the obtained method’s applicability in the coiling’s machine setup.