Desafio bem cronometrado

Aug 20, 2023

Um spin-off do empreendimento de trem de força da GM-Fiat, a Punch Torino é uma instalação líder de engenharia em P&D para motores de combustão interna e sistemas de propulsão. Agora parte do Punch Group da Bélgica, a empresa continua a apoiar a GM e uma lista crescente de fabricantes e startups em diversos projetos tecnológicos que incluem motores a gasolina, diesel e hidrogénio.

A Punch Torino constrói uma variedade de protótipos de motores para seus clientes e desenvolve e testa novos componentes para projetos de motores existentes. Durante o processo de construção, os engenheiros devem instalar uma corrente de distribuição que conecte o virabrequim do motor a um par de árvores de cames. Quando eles giram, os lóbulos ao longo de seu comprimento abrem e fecham as válvulas de cada cilindro para permitir a entrada de combustível e ar no momento certo.

À medida que o pinhão da corrente de distribuição é apertado, as árvores de cames devem ser mantidas completamente estacionárias numa posição definida para garantir a perfeita sincronização do sistema de distribuição quando o motor está em funcionamento. Se as árvores de comando não estiverem travadas no lugar, as válvulas podem abrir e fechar nos momentos errados, danificando ou destruindo o motor.

Para evitar que as árvores de cames se movam, os engenheiros da Punch Torino conceberam ferramentas de bloqueio da árvore de cames em forma de garfo, construídas com filamento Markforged Onyx com reforço de fibra. As ferramentas de travamento da árvore de cames são atualmente construídas usando um Markforged X7 usando Onyx com reforço de fibra de carbono.

Durante o processo de aperto, as ferramentas devem suportar torques de até 120 Nm e não devem permitir nenhum grau de rotação. Valerio Ametrano, engenheiro sênior de pré-produção da Punch, estima que cada um leve aproximadamente 18 horas para ser impresso.

Se uma ferramenta de travamento quebrar durante esse processo crítico de aperto, o torque na árvore de cames fará com que ela gire para fora da posição. A equipe precisaria então afrouxar ou remover a corrente de distribuição, fixar novamente as árvores de comando e iniciar novamente o processo de aperto.

Embora a impressão 3D tenha acelerado o processo original, esperar que uma nova ferramenta de bloqueio seja impressa em 3D pode atrasar a equipe em um dia ou mais, especialmente se isso fizer com que eles percam uma janela de construção para um novo mecanismo.

Durante o processo de projeto do motor, os engenheiros geralmente fazem pequenas alterações frequentes nos componentes do motor, especialmente durante os estágios iniciais de desenvolvimento do motor. A cada vez, a equipe deve ajustar o design das ferramentas de travamento do eixo de comando e imprimir novas. Freqüentemente, a equipe de engenharia pode testar vários projetos de eixo de comando ao mesmo tempo. Cada um requer um design de ferramenta ligeiramente diferente.

No passado, o processo de projeto de ferramentas de travamento do eixo de comando exigia muito trabalho de tentativa e erro – não havia uma maneira precisa de prever se uma ferramenta seria rígida e forte o suficiente para suportar as cargas de torque impostas a ela. Os engenheiros não tinham como saber se uma alteração no projeto da ferramenta de travamento poderia comprometer sua integridade estrutural, embora a análise FEA não tenha sido projetada para peças impressas em 3D, a equipe teve que fazer muitas suposições e aproximações para projetar gabaritos que atendessem a todos os seus requisitos. requisitos.

A equipe da Punch Torino diz que conseguiu isso através do uso da Simulação da Markforged. Antes de usá-lo, uma nova configuração de eixo de comando poderia exigir a impressão e o teste de até 8 designs de gabaritos para obter a configuração correta, lembra Ametrano.

Por exemplo, uma alteração na geometria ou nas dimensões (lóbulo, comprimento, diâmetro, etc.) da árvore de cames pode ter exigido um formato de garfo ligeiramente diferente para mantê-la no lugar. No entanto, o design revisado da ferramenta de travamento não se adaptava exatamente ao formato do eixo e permitia muita rotação do eixo de comando. Isso poderia resultar na impressão de múltiplas iterações de ferramentas até que chegassem a uma configuração que funcionasse.

Depois que começaram a usar o Simulation for Markforged, eles conseguiram reduzir o número médio de iterações de design de ferramentas de bloqueio de 8 para três, pelo menos no início. De acordo com Ametrano, quando a equipe começou a aprender a usar a nova ferramenta de simulação, eles passaram por algumas tentativas e erros para caracterizar corretamente as condições de contorno, o módulo de força e a deformação a que a ferramenta de travamento estava exposta. Agora que eles têm esses dados registrados, geralmente podem simular e imprimir uma ferramenta de bloqueio típica em uma única iteração, ressalta ele.