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Estudo de caso: seleção de material para o eixo de transmissão

Projeto
Selecione o material a ser usado para um eixo de transmissão de 1/2 de polegada de diâmetro e seis pés de comprimento usado para executar uma ferramenta elétrica anexada a uma extremidade de um conjunto de pólo. A seção transversal do eixo de transmissão é mostrada aqui.

Descrição
Os principais requisitos para o material do eixo foram:

  • Rendimento> 30 ksi
  • 5 anos antes da falha - corresponde a 3.500 horas de uso real
  • Leve
  • Fácil de fabricar
  • Resistente a corrosão

Com base nesses requisitos, apenas as ligas de alumínio foram consideradas. As ligas de aço não foram consideradas por causa do seu peso. As ligas de cobre não foram consideradas devido ao seu peso e custo. Embora estivessem disponíveis plásticos que atendessem ao requisito de força de rendimento, havia preocupação com a capacidade de obter propriedades uniformes nas ranhuras pequenas do eixo.

A opção mais rentável a considerar foi extrudir o alumínio 6061 em uma condição de temperatura T6. A especificação da Associação de alumínio para 6061-T6 requer uma resistência ao escoamento mínimo de 35 ksi. 6061 é uma liga comumente extrudada que é menos dispendiosa de comprar e fácil de extrudir em comparação com outras ligas de alumínio que atendem aos requisitos de resistência.

Processo de avaliação de materiais
Parte da seleção de um material a ser usado para um componente envolve as seguintes etapas:

  • Avaliando protótipos para determinar se o material pode atender aos requisitos de desempenho e confiabilidade do aplicativo.
  • Avaliando fornecedores potenciais do componente para determinar se eles são capazes de produzir componentes que atendam às especificações.

Avaliando Protótipos A
avaliação do protótipo envolveu a usinagem do estoque de haste 6061-T6 em amostras de eixos. As amostras foram testadas usando condições de teste aceleradas para simular 3.500 horas de uso. Duas outras ligas de alumínio que apresentaram maior resistência à produção do que 6061-T6 também foram avaliadas, apenas no caso de o teste indicar que eram necessárias opções. O teste revelou que mudanças menores nas dimensões da seção transversal do eixo eram necessárias para evitar falhas antes das 3.500 horas. Além disso, determinou-se que o 6061-T6 era adequado. Como as ferramentas para o eixo não começaram, as mudanças de dimensão eram fáceis de fazer.

Fornecedor de Avaliação
fornecedores Avaliação de não exigir a obtenção de amostras do eixo, que era uma coisa boa porque o ferramental necessário para fazer o eixo não estaria pronto até mais tarde no ciclo de desenvolvimento. As amostras de produção de componentes 6061-T6 extrudidos que eram semelhantes ao eixo foram obtidas de duas empresas de extrusão e foram avaliadas para verificar se cumpriram os requisitos de composição e resistência de 6061-T6. O exame metalográfico de uma amostra de cada fornecedor também foi realizado para verificar se a microestrutura estava correta.

As amostras de uma empresa eram boas. As amostras da outra empresa tiveram força ligeiramente inferior à exigência e uma microestrutura sub-ótima. Determinou-se que a segunda empresa não possuía os processos de qualidade adequados para garantir que os eixos cumprissem consistentemente o requisito de força. Assim, a empresa cujos componentes atendiam ao requisito de força foi selecionada como fornecedor de produtos dos eixos.

Mais tarde, quando as ferramentas para fazer o eixo estava pronta, foram feitas amostras e avaliaram composição, resistência e microestrutura. Com base nos resultados, algumas modificações menores foram feitas no processo de extrusão para obter a microrrupção e a força desejadas.

Conclusões
Realizar as avaliações de protótipo e fornecedor discutidas aqui revelaram problemas no início do ciclo de desenvolvimento de produtos. Isso permitiu decisões que foram facilmente implementadas e assegurou que o projeto de desenvolvimento permaneceu no cronograma.

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