Análise do Processo de Lixamento de Anéis de Pistão

Abstract

A presente tese de mestrado foi realizada no âmbito de um estágio curricular na Mahle – Componentes de Motores S.A., a qual se dedica à produção de anéis de pistão, também conhecidos como segmentos.Um dos processos utilizados na conceção destes anéis é o lixamento. No entanto, neste processo verificou-se a existência de um problema que se traduzia na dificuldade do conjunto rolo de borracha-lixa contactar uniformemente o perfil da face de contacto dos anéis.Com o intuito de ultrapassar este obstáculo, seguiram-se duas abordagens distintas: a experimental e a numérica. Na abordagem experimental foram efetuados três tipos de ensaios: um para obter as constantes que definem numericamente as propriedades da borracha, outro para estudar a relação dureza – espessura da borracha e o último para estudar o efeito da dureza da borracha no contacto entre o rolo de borracha e a face de contacto dos anéis. Na abordagem numérica, segundo o método dos elementos finitos, foram seguidas as diferentes fases que a constituem: levantamento da situação física, conceção do modelo físico (através da implementação de simplificações à situação física), adaptação do modelo físico para um modelo numérico e obtenção dos resultados numéricos. A partir dos resultados foram estudados os efeitos que a variação de parâmetros (nível da força, o tipo de provete de borracha, o tipo de perfil, o número de anéis e o tipo de montagem) apresentavam na distribuição da tensão normal de contacto ao longo do perfil dos anéis e do comprimento da borracha.

This master thesis was developed within the framework of curricular internship in Mahle – Componentes de Motores S.A., which is dedicated to the production of piston rings.One the processes used in the design of this rings is the sandpapering process. However, in this process it was verified the existence of a problem, which translated in the difficulty of the rubber roller – sandpaper set contact uniformly the profile of the contact face of the rings.In order to overcome this obstacle, two different approaches were followed: the experimental one and the numerical one. In the experimental approach, three different tests were made: one to obtain the constants that define numerically the properties of the rubber, another study the relationship between the thickness and the hardness of the rubber and the latter to study the effect of the hardness of the rubber on the contact between the rubber roller and the contact face the rings. In the numerical approach, using the finite element method, were followed the different phases that constitute the approach: survey the physical situation, design of the physical model (through the implementation of simplifications to the physical situation), adaptation of the physical model into a numerical model and numeric results.From the results were studied the effects of the variation that certain parameters (force level, type of rubber specimen, the type of profile, the type of rings and the type of assembly) presented in the distribution of the contact normal stress along the profile of the rings and the length of the rubber.