Influência do uso de distribuição bimodal de classes de granalha no processo de shot peening sobre o perfil de tensões residuais de engrenagens

Abstract

O desenvolvimento de novas tecnologias aplicadas aos motores automotivos transformou a capacidade de torque da transmissão em fator limitante para o desempenho dinâmico longitudinal do veículo. Em grande parte dos casos, a restrição está na limitação da vida útil da engrenagem motriz de primeira velocidade, submetida às mais agressivas tensões atuantes de contato e de flexão. A última etapa de manufatura da engrenagem é o jateamento de granalhas, também conhecido como shot peening. O propósito desse processo é induzir um estado de tensões residuais compressivas superficiais, que atua aumentando a vida em fadiga de contato. O processo é controlado por uma série de parâmetros, sendo um dos principais a classe da granalha, que é definida pelo seu diâmetro. O objetivo do estudo é verificar a influência da aplicação de uma distribuição bimodal de classes de granalha no perfil de tensões residuais da engrenagem de primeira marcha de uma transmissão automotiva. A proposta apóia-se na combinação dos efeitos de maior tensão residual, obtido pela classe de maior diâmetro, e homogeneização da superfície, em função da classe de menor diâmetro. A expectativa está no desenvolvimento de um processo que proporcione um perfil de tensões residuais que aponte vida útil superior à obtida com o shot peening convencional, mas com impacto à manufatura inferior ao criado pelo dual peening. A seleção das classes de granalhas e as proporções foram definidas através das teorias de plasticidade e tensão de contato e simuladas em modelo analítico-computacional. O escopo experimental de validação inclui medição de intensidade Almen, análise topográfica e medição do perfil de tensões residuais. Os resultados obtidos apontam para a criação de misturas que induzem perfis de tensão residual favoráveis ao aumento da vida em fadiga. Os dados experimentais coletados fundamentam essa afirmação através da combinação positiva de maior intensidade de jateamento, tensões residuais mais compressivas e similar qualidade de acabamento superficial, quando se comparando com o processo de referência.

ABSTRACT:

The development of new technologies applied to automotive engines has transformed transmission torque capability in limiting factor for dynamic performance longitudinal of the vehicle. In most cases, the restriction lies in the limitation of life first-speed drive gear, subjected to the most aggressive stresses contact and bending agents. The last gear manufacturing step is the shot peening, also known as shot peening. The purpose of this process is to induce a state of compressive surface residual stresses, which acts increasing contact fatigue life. The process is controlled by a series of parameters, one of the main ones being the shot class, which is defined by its diameter. The objective of the study is to verify the influence of the application of a distribution bimodal of grit classes in the profile of residual stresses of the first gear gear of an automotive transmission. The proposal is based on the combination of the effects of higher residual stress, obtained by the class of larger diameter, and homogenization of the surface, depending on the class with the smallest diameter. The expectation is in development of a process that provides a profile of residual stresses that point to a longer service life than that obtained with conventional shot peening, but with impact to the manufacturing inferior to that created by dual peening. The selection of shot grades and the proportions were defined through the theories of plasticity and contact stress and simulated in an analytical-computational model. The experimental scope of validation includes Almen intensity measurement, topographical analysis and stress profile measurement residuals. The results obtained point to the creation of mixtures that induce profiles of residual stress favorable to the increase of the fatigue life. The experimental data collected support this statement through the positive combination of greater blasting intensity, more compressive residual stresses and similar quality of surface finish when compared to the reference process.