Sfida tempestiva

Aug 20, 2023

Spin-off del progetto powertrain di GM-Fiat, Punch Torino è una struttura leader nel settore della ricerca e sviluppo per motori a combustione interna e sistemi di propulsione. Ora parte del gruppo belga Punch, l'azienda continua a supportare GM e un elenco crescente di produttori e startup in diversi progetti tecnologici che includono motori a benzina, diesel e idrogeno.

Punch Torino costruisce una varietà di prototipi di motori per i propri clienti e sviluppa e testa nuovi componenti per progetti di motori esistenti. Durante il processo di costruzione, gli ingegneri devono installare una catena di distribuzione che collega l'albero motore del motore a una coppia di alberi a camme. Quando ruotano, i lobi lungo la loro lunghezza aprono e chiudono le valvole di ciascun cilindro per far entrare carburante e aria al momento giusto.

Durante il tensionamento del pignone della catena di distribuzione, gli alberi a camme devono essere mantenuti completamente fermi in una posizione definita per garantire la perfetta sincronizzazione del sistema di distribuzione quando il motore è in funzione. Se gli alberi a camme non sono bloccati in posizione, le valvole potrebbero aprirsi e chiudersi nei momenti sbagliati, danneggiando o distruggendo il motore.

Per evitare che gli alberi a camme si muovano, gli ingegneri di Punch Torino hanno progettato strumenti di bloccaggio dell'albero a camme a forma di forcella, costruiti utilizzando il filamento Markforged Onyx con rinforzo in fibra. Gli strumenti di bloccaggio dell'albero a camme sono attualmente costruiti utilizzando un Markforged X7 utilizzando Onyx con rinforzo in fibra di carbonio.

Durante il processo di serraggio, gli utensili devono sopportare una coppia fino a 120 newton metri e non devono consentire alcun grado di rotazione. Valerio Ametrano, ingegnere senior di pre-produzione di Punch, stima che per stampare ciascuna di esse siano necessarie circa 18 ore.

Se uno strumento di bloccaggio si rompe durante questo processo di serraggio critico, la coppia sull'albero a camme ne farà ruotare fuori posizione. Il team dovrebbe quindi allentare o rimuovere la catena di distribuzione, fissare nuovamente gli alberi a camme e iniziare nuovamente il processo di serraggio.

Sebbene la stampa 3D abbia accelerato il processo originale, l’attesa che un nuovo strumento di bloccaggio venga stampato in 3D potrebbe ritardare il team di un giorno o più, soprattutto se ciò facesse perdere loro una finestra di costruzione per un nuovo motore.

Durante il processo di progettazione del motore, gli ingegneri spesso apportano piccole e frequenti modifiche progettuali ai componenti del motore, soprattutto durante le prime fasi di sviluppo del motore. Ogni volta, il team deve modificare il design degli strumenti di bloccaggio dell'albero a camme e stamparne di nuovi. Spesso, il team di ingegneri può testare più progetti di alberi a camme contemporaneamente. Ognuno richiede un design dello strumento leggermente diverso.

In passato, il processo di progettazione degli strumenti di bloccaggio dell'albero a camme richiedeva molto lavoro di tentativi ed errori: non esisteva un modo accurato per prevedere se uno strumento sarebbe stato sufficientemente rigido e resistente da sopportare i carichi di coppia applicati su di esso. Gli ingegneri non avevano modo di sapere se una modifica progettuale allo strumento di bloccaggio potesse comprometterne l'integrità strutturale, mentre l'analisi FEA non è progettata per parti stampate in 3D, il team ha dovuto fare molte ipotesi e approssimazioni per progettare maschere che soddisfacessero tutti i loro requisiti. requisiti.

Il team di Punch Torino afferma di essere riuscito a raggiungere questo obiettivo attraverso l'uso della simulazione di Markforged. Prima di utilizzarla, una nuova configurazione di albero a camme potrebbe richiedere la stampa e il test di fino a 8 progetti di maschere per ottenere la configurazione corretta, ricorda Ametrano.

Ad esempio, un cambiamento nella geometria o nelle dimensioni (lobo, lunghezza, diametro, ecc.) dell'albero a camme potrebbe aver richiesto una forma della forcella leggermente diversa per mantenerlo in posizione. Tuttavia, il design rivisto dell'utensile di bloccaggio non si adattava del tutto alla forma dell'albero e consentiva una rotazione eccessiva dell'albero a camme. Ciò potrebbe comportare la stampa di più iterazioni di strumenti finché non si arriva a una configurazione che funziona.

Dopo aver iniziato a utilizzare Simulation for Markforged, sono riusciti a ridurre il numero medio di iterazioni di progettazione degli strumenti di blocco da 8 a tre, almeno all'inizio. Secondo Ametrano, quando il team ha iniziato a imparare a utilizzare il nuovo strumento di simulazione, ha effettuato alcuni tentativi ed errori per caratterizzare correttamente le condizioni al contorno, il modulo di forza e la deformazione a cui era esposto lo strumento di bloccaggio. Ora che hanno inserito questi dati, di solito possono simulare e stampare un tipico strumento di chiusura in un'unica iterazione, sottolinea.