Roleteamento de virabrequins

Abstract

Com o intuito de reduzir o consumo de combustível dos motores, as indústrias automotivas procuram desenvolver produtos cada vez mais leves e ao mesmo tempo mais resistentes. Neste contexto o projeto e a fabricação de componentes que serão submetidos a condições severas de serviço, devem ser tais que atendam aos requisitos estabelecidos. Para tanto é necessário conhecer claramente as características dos processos de fabricação utilizados, bem como a interação das variáveis envolvidas. No caso específico de virabrequins, os quais operam sob elevadas solicitações cíclicas, diversos processos são necessários até a obtenção da geometria final. Dentre estes processos destaca-se o roleteamento profundo (deep-rolling, galetage, Festwalzen). Esta operação é realizada com o objetivo de elevar a resistência à fadiga do virabrequim e também corrigir empenamentos oriundos da própria operação de roleteamento bem como dos processos de usinagem. Basicamente é um processo de conformação mecânica, no qual são utilizados roletes-ferramenta responsáveis por induzir tensões residuais compressivas em camadas próximas à superfície do raio de concordância dos mancais e munhões do virabrequim. Devido ao estado de tensões residuais compressivas, esta região apresenta um aumento da dureza e resistência mecânica. Como o virabrequim possui uma geometria relativamente complexa e, ao aplicar uma determinada força as deformações resultantes não apresentam uma direção preferencial é de extrema importância identificar a correlação existente entre as variáveis do processo, principalmente no que diz respeito à força de roleteamento. Diversos autores têm desenvolvido pesquisas a respeito do roleteamento de virabrequins há vários anos. Porém, na maioria dos casos a seleção dos parâmetros do processo é realizada empiricamente e em grande parte, baseada na experiência de operadores. Motivado pela necessidade de um melhor entendimento do processo, o trabalho apresenta os resultados de um levantamento de dados a respeito da operação e, através da aplicação de diferentes níveis de força de roleteamento foi realizada uma avaliação do comportamento geométrico do virabrequim bem como do raio de concordância.

In order to reduce the fuel consumption in automotive motors, manufacturers search for development of not only lighter but also more resistant products. This way, the design and manufacturing of components that will be submitted to severe work conditions must attend to established requirements. Thus, it is necessary to know clearly both characteristics of manufacturing process and interaction of variables involved. For the crankshaft, which operates under high alternate stresses, several manufacturing processes are necessary to obtain definite geometry. Among these processes deep-rolling (galetage, Festwalzen) earns eminence, once this operation is performed aiming to increase the fatigue life of crankshaft and to correct run-outs derived from machining process and own operation. Basically it is a forging process, in which rollers are responsible for inducing residual stresses on layers next to surface of fillet radius of crankshaft bearings and journals. Due to the condition of compressive residual stresses, this area shows an enlargement of hardness and mechanical strength. Crankshaft shows relatively complex geometry and, at the moment of force application the resultant deformations do not show a preferential direction. For this reason it is very important to identify the correlation existent among process variables, mainly related to deep-rolling force. Several authors have developed researches related to deep-rolling of crankshafts since years ago. However, in most of cases the selection of process parameters is conduced empirically and also, based on experience of operators. Motivated by need better understanding of the process, this work exhibit the results of collected data related to deep-rolling process. Through the application of different configurations for deep rolling force, an evaluation of the geometry behaviour of crankshaft as well as fillet radius was also developed.