PROCESO DE OPTIMIZACIÓN PARA LA MEJORA DE RUIDO DE FRENOS: UN ESTUDIO DE CASO

PROCESO DE OPTIMIZACIÓN PARA LA MEJORA DE RUIDO DE FRENOS: UN ESTUDIO DE CASO

Seong Hee Sohn

I + D de la División de Hyundai Motor Company un Kia Motors Corporation, Whasung-Si, Gyunggi-Do, República de Corea

Tae Won Park

Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad Ajou, Paldal Gu, Suwon, República de Corea

Este estudio mejora el ruido de los frenos mediante la optimización de los procesos de fabricación de discos y pastillas de freno. Las técnicas Taguchi y experimentos diseñados fueron utilizados para la optimización.

Las proporciones señal-a-ruido de las respuestas de salida clave, tales como el descentramiento de discos de freno y la compresibilidad de las pastillas de freno, fueron maximizados para optimizar la media y la variación. El análisis de la varianza se realizó para obtener el porcentaje de influencia. El ajuste fino de la media fue realizado usando experimentos diseñados y análisis de regresión. La mejora se verificó por medio de análisis de capacidad de proceso, gráficos de control, e intervalos de confianza.

Palabras clave

NOMENCLATURA

Símbolo Descripción

X La media de la muestra

S Desviación estándar de la muestra

V Varianza de la muestra

USL Límite superior de especificación

LSL Límite inferior de las especificaciones

UCL Límite de control superior

LCL Límite de control inferior

SN Proporción Señal-a-ruido

INTRODUCCIÓN

Los ingenieros automotrices saben que los sistemas de frenos de disco emiten dos tipos de ruido. Uno es el ruido de baja frecuencia el ruido “gemido", y el otro es de alta frecuencia el ruido "chillido". El ruido “Gemido" es el efecto de las vibraciones causadas por la compresibilidad irregular de las pastillas de freno o por irregularidad de la superficie de los discos de freno representados por descentramiento o variación de espesor del disco. "Descentramiento" se refiere a la variación de planicie superficial alrededor de los círculos de los discos de freno. El ruido “Chillido" es causado por la variación de compresibilidad y dureza de las pastillas de freno. Los ingenieros automotrices han estudiado ambos ruidos, porque ellos pueden causar a los pasajeros a sentir incomodad. El descentramiento y las variaciones de los materiales componentes de los discos de freno debido al aumento de la temperatura fueron encontrados para ser la principal causa del ruido gemido (Kreilow et al., 1985). El ruido gemido fue demostrado ser el efecto de vibración debido a la variación en la fuerza de fricción entre el disco de freno y las pastillas de freno (Gouya & Nishiwaki, 1990). La compresibilidad y la característica de amortiguación de las pastillas de freno se encontraron ser los parámetros de diseño clavel de ruido gemido a través de análisis de elementos finitos (Liles ,1989) y a través de pruebas modales (<biblio>) .Se estableció una guía de diseño para las pastillas de freno para reducir el ruido chillido.

En este estudio, hemos optimizado los procesos de fabricación relacionados a estas características causantes de ruido. La respuesta de salida clave se obtuvo a través de la matriz IPO de la Tabla 1. El peso de cada respuesta de salida se obtuvo por su impacto en la satisfacción del cliente. La suma de los pesos fue la suma de cada relación en la tabla de asociación multiplicado por su peso. El % de rango se obtuvo como la suma de peso sobre la suma de peso total de la matriz IPO. El descentramiento de los discos de freno y la compresibilidad de las pastillas de freno fueron identificados como las respuestas de salida más importantes relacionados con los ruidos de freno basados en el % de rango. Los procesos de corte y rectificado de discos de freno fueron optimizados para minimizar la media y desviación estándar del descentramiento de los discos de freno, simultáneamente. El proceso de conformación en caliente de las pastillas de freno fue optimizado para minimizar la variación de la compresibilidad de las pastillas de freno usando en las técnicas Taguchi. La media fue luego ajustada para el valor objetivo usando DOE. El diseño óptimo se obtiene simplemente como los valores de nivel sin el análisis de regresión en la técnica Taguchi. La puesta a punto de ajuste de la media fue realizada usando DOE y los análisis de regresión de los parámetros de diseño crítico usando el criterio " El mejor nominal".

SALIDA(Y) Ruido de Gemido Ruido de Chillido

Peso 10 8

PARÁMETROS (X) Tabla de Asociación Suma de Pesos % rango

Descentramiento del disco 9 5 130 14

Variación del espesor del disco 8 4 112 12

Material del disco 7 6 118 13

Compresibilidad de la pastilla 7 8 134 15

Dureza de la pastilla 3 9 102 11

Sensibilidad de transferencia 9 3 114 13

Ajustador de tensión 9 3 114 13

Capacidad de frenado 5 4 82 9

Total 906 100

Tabla 1. Matriz IPO para determinar los parámetros críticos para la experimentación

En cuanto a las referencias, las técnicas de Taguchi han sido ampliamente utilizadas para el diseño de productos (Muzammil et al., 2003; Kowalski, 2002) y procesos (Anderson & Kraber, 2002).El DOE ha sido utilizado para el diseño de los amortiguadores (Lamps & Ekert, 1993), la optimización de la presión de sellado de los neumáticos (Chiang et al., 2000), y para el diseño de la suspensión (Kim et al, 1996). Muchos estudios que combinan el DOE y el diseño robusto han sido también realizados.

MECANISMO DE FRENADO y PROCESO DE FABRICACIÓN

El mecanismo de frenado y los procesos de fabricación de discos de freno y las pastillas son introducidos como siguen.

Mecanismo de frenado y Parámetros de diseño

El mecanismo de frenado de un compresor de disco es mostrado en la Figura 1. Cuando la fuerza es aplicada del pedal al compresor, La válvula acciona de manera que la presión de la cámara de cilindro N°2 se convierte en un espacio vacío, mientras que la presión de la cámara de cilindro N°1 permanece a presión ambiental. La fuerza causada por la diferencia de presión es transferida al cilindro maestro de esta manera.

La fuerza hidráulica amplificada ejercida por el cilindro maestro es aplicada al ajustador como la fuerza de compresibilidad. La fuerza de compresibilidad de frenado es aplicada a pastilla de freno a través del ajustador apretando la pastilla de freno como se muestra en la Figura 2. La rueda deja de girar debido a la fuerza de fricción entre la pastilla de freno y el disco.

Proceso de fabricación de los discos de

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