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• Jhosua Lopez Cespedes

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Title Page --Pedal Systems 99999663 333333

Un estudio de diseño en piezas de bronce de aluminio y níquel

Sistema de pedales del operador para la escuelaAutobuses Esquema del estudio de diseño Introducción 

Diseño para rendimientoyProducción Selección de aleaciónEnfriamie nto de fundición en moldeReducción de estrés Slide Cores versus mecanizadoComponentes "fundidos"



CalidadGarantía



Lecciones aprendidas yResumen

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/index.htm [12/16/2002 11:11:05 AM]

System Description

Sistema de pedal – Aplicación El sistema de pedal de operador ajustable es fabricado por Teleflex Morse para su uso en autobuses escolares. El sistema proporciona una variedad de posiciones para los pedales de freno y acelerador para acomodar diferentes conductores.. El sistema ajustable es necesario porque el asiento del conductor está bloqueado en una posición predeterminada para fijar la distancia entre el conductor y las bolsas de aire de seguridad. Esta distancia fija asegura que las bolsas de aire se desplegarán correctamente y protegerán al conductor en caso de accidente.

El sistema de pedal utiliza motores eléctricos para ajustar las posiciones de los pedales a la comodidad del conductor.

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_03.htm [12/16/2002 11:11:06 AM]

System Description

Sistema de pedal - Función El sistema de pedal se compone de dos subsistemas: 

el SUBSISTEMA DE FRENOS con el pedal de freno y el componente de freno superior



el SUBSISTEMA ACELERADOR con un componente acelerador inferior y un componente acelerador superior

El sistema de pedal proporciona al conductor control de seguridad crítica de los frenos del vehículo y la aceleración del motor. El sistema debe funcionar de manera confiable durante toda la vida útil del vehículo en una amplia gama de cargas de esfuerzo, temperaturas y condiciones de corrosión . Brake Pedal Components

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_03.htm [12/16/2002 11:11:06 AM]

Brake Descriptio

Sistema de pedal de freno - Descripción El pedal de freno inferior mide 10 "de largo, 4" de ancho y 3 "de alto con un peso de 29 onzas. Consiste en un cilindro superior, una sección de viga curva I y un pedal de freno plano. El componente superior del freno tiene la forma de dos cilindros perpendiculares con un tubo de acero instalado y una brida de montaje. Tiene 6 "de ancho, 4" de profundidad y 3 "de alto con un peso de 50 onzas.  Ambos componentes tienen numerosos recortes, bridas, agujeros y costillas refuerzos. Brake Components

The minimum wall thickness in the four castings is 0.21".

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_04.htm [12/16/2002 11:11:07 AM]

Requirements

A Design Study in Nickel-Aluminum Bronze

Sistema acelerador - Descripción El vaciado del acelerador superior consiste en dos cilindros perpendiculares con dos bridas planas adosadas. El molde es de 1 1/2 "x 4" x 3 "con un peso de 14 onzas. El bastidor del acelerador inferior es un bastidor rectangular con un cilindro característica. Tiene unas dimensiones de 2 "x 5 1/2" x 3 "y un peso de 26 onzas.

Both components have numerous cut-outs, holes, flanges, and rib stiffeners The four castings require machining only at critical mate-up surfaces. Components are supplied to the system manufacturer in a machined and black powder coated condition.

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_06.htm [12/16/2002 11:11:08 AM]

Requirements

Pe dal Requisitos del sistema Debido a que los componentes son críticos para la seguridad, deben cumplir con una rigurosa resistencia (carga de torque) y fatiga cíclica.requisitos. 



Los componentes tienen tolerancias dimensionales estrictas en los orificios y ranuras maquinados para ajuste y montaje. Los componentes inferiores también deben resistir la corrosión y la abrasión de aguanieve, nieve, agentes deshielo y grava en los zapatos del operador.

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_06.htm [12/16/2002 11:11:08 AM]

Upper Brake Casting

Lower Accelerator Casting

Design Issues

Los problemas de diseño de fundición El enfoque de diseño de fundición: los ingenieros de diseño de fundición de PiadPrecision Casting en Greensburg, Pensilvania, se centraron en tres imperativos de diseño: -

Diseñado paraActuación Diseñado paraCastability / Manufacturability Diseñado para Costo

Critical Casting Design Issues --The requirements for performance, castability/ manufacturability , and cost are closely interconnected. Four casting design issues played a major role in meeting the three design imperatives 

Select an alloy that meets performance requirements.



Design critical features for stress reduction



Make a coring versus machining decision that meets precision and cost targets.



Choose a system design approach that optimizes overall production costs.

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_07.htm [12/16/2002 11:11:08 AM]

Alloy Selection

Seleccion de Aleacion Una decisión de diseño fundamental es la selección de una composición de metal específica que mejor se adapte al rendimiento deseado y requisitos de producción. Para los componentes del pedal, el los requisitos mecánicos en las áreas críticas son: - 90 ksi resistencia a la tracción final, - resistencia a la fluencia de 50 ksi , - - 5% de ductilidad. Estos requisitos de resistencia deben cumplirse al tiempo que proporcionan alta resistencia a la corrosión, módulo de elasticidad y dureza, al tiempo que evitan el peso excesivo y el costo de producción. Tensile Stress-Strain Curve

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_08.htm [12/16/2002 11:11:09 AM]

Alloy Tables

Alloy Options Thre e metal alloys were candidates for the pedal system components -Structural Aluminum A201 with a T7 Heat Treat Structural Nickel Aluminum Bronze Alloy - A020 from Piad Precision



Structural Ductile Cast Iron - ASTM A536 100-70-03 Requirement

Aluminum Alloy A201 T7

Nickel Aluminum Bronze - A020

Ductile Cast Iron A 536 100-70-03

Ultimate Tensile Strength (ksI)

>90

67

95-108

100

Yield Strength (ksi)

>50 5% ---

60 5% 10.3 2.8

58-68 10%-6% 17.5 7.3

70 3% 24 7.1

--

130

190-210

250

Fair

Fair

Excellent

Fair

Elongation in 2" Elastic Modulus (MSI) Density (g/cc) Brinell Hardness (10mm/500kg) Corrosion Resistance

Which material (aluminum, nickel aluminum bronze or ductile cast iron) best meets the requirements for tensile and yield strengths and ductility with acceptable corrosion resistance, weight, and elastic modulus?

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_09.htm [12/16/2002 11:11:09 AM]

Aluminum

Aluminum A201 - T7

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_09A.htm [12/16/2002 11:11:09 AM]



The aluminum A201 alloy with the T7 heat treat has the lowest density, but it cannot meet the tensile strength requirement specified in the design.



In addition, the aluminum has the lowest values for modulus of elasticity and hardness and the corrosion resistance is rated as fair

Nickel Aluminum Bronze

Nickel Aluminum Bronze - A020 

The A020 from Piad Precision Casting is a nickel aluminum bronze with a copper, aluminum, iron, and nickel composition.



The alloy meets and exceeds the design requirements for tensile strength, yield strength, and ductility.



The nickel aluminum bronze alloy has excellent corrosion resistance, with high values of hardness and elastic modulus.

The A020 nickel aluminum bronze is the best choice

Go the next design issue!

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_09B.htm [12/16/2002 11:11:10 AM]

Ductile Cast Iron

Ductile Cast Iron A536 - 100-70-03



The ductile cast iron A536- 100-70-03 meets the requirements for tensile and yield strength, but cannot meet the ductility requirement specified in the design.



In addition, the corrosion resistance of the ductile cast iron is rated as fair

The A536 ductile cast iron is not the material of choice Go back and select another material. 12 B

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_09C.htm [12/16/2002 11:05:10 AM]

Chill Casting Approach

Enfoque El proceso PIAD emplea técnicas de colado en frío y un molde permanente de metal especial para producir piezas de fundición de precisión en aleaciones de cobre y base de cobre.

The chill casting approach consists of two steps -1 -- Tilt Pour 2 -- Mold Chill



In the tilt pour step, the liquid metal enters the mold via gravity or low pressure.



Pouring of the metal and movement of the mold are coordinated to avoid turbulence when the metal enters and fills the mold.

Bac

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_10.htm [12/16/2002 11:11:10 AM]

Chill Benefits

El paso de enfriamiento del molde En el escalón de enfriamiento, el molde se enfría en agua una vez que se retira el molde. Esto enfría el molde vacío y produce una temperatura de molde controlada y repetible para el siguiente ciclo de fundición. 

The controlled temperature difference between the mold and the molten metal produces a fine, dense grain structure and high strength in each bronze casting. Fine Bronze Grain Structure

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_12.htm [12/16/2002 11:11:11 AM]

Chill Benefits

Enfriamiento de colada: los beneficios

The high-quality castings that result from the PIAD chill casting process offer designers, engineers, and manufacturers many advantages: Engineered components with near-net-shape Improved mechanical properties Close tolerances with dimensional accuracy, uniformity, and repeatability Pressure tightness Bright, smooth metallic surfaces

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_12.htm [12/16/2002 11:11:11 AM]

Brake -- Stress Reduction

Diseño Cuestiones Estrés Reducción Las mayores tensiones en los componentes del sistema de pedales ocurren en los puntos de unión y de unión, donde las cargas y los momentos se transfieren a las diferentes secciones 

Los filetes y radios generosos diseñados en las piezas fundidas minimizan las concentraciones de tensión encontradas en las juntas entre las secciones. 

Uno de los beneficios de la fundición es la flexibilidad de diseño para reforzar el grosor de la sección en áreas de alto estrés o para eliminar el grosor de la sección para ahorrar peso donde las tensiones sonbajo. .

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_14.htm [12/16/2002 11:11:12 AM]

-

Brake -- Stress Reduction

Reducción del estrés en el pedal de freno El dibujo del pedal de freno inferior a la derecha muestra tres características que son adecuadas para el refuerzo, el redondeo o el ajuste del grosor de la sección Característica A - Pedal-Bar Articulación 

Característica B - Bar Curva



Característica C - Barra cruzada Sección

Elija la característica(Función A,SEGUNDO ,o C )que debería considerarse para rediseñar la reducción del estrés. .

17

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_14.htm [12/16/2002 11:11:12 AM]

Feature A - Pedal Bar Joint

Característica A - Junta de barra de pedal En la Característica A, la unión entre el pedal y la barra de freno está sujeta a un par de fuerza significativa.

Original Design

La junta debe ser reforzada con dos secciones triangulares para soportar la junta y reducir las tensiones de flexión.

The pedal bar joint does need to be reinforced. Go to the next design topic or Go back and choose another feature Joint with Section Reinforcements

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_14A.htm [12/16/2002 11:11:12 AM]

Feature B - Bar Curve

Característica B - Bar Curva En la Característica A, la unión entre el pedal y la barra de freno está sujeta a un par de fuerza significativa. La junta debe ser reforzada con dos secciones triangulares para soportar la junta y reducir las tensiones de flexión. Original Joint Design Joint with Reinforcements

The bar curve does need to be generously rounded Go to the next design issue or go back and choose another feature

Característica B - Bar Curva En la Característica B, la transición angular de la barra de freno es demasiado abrupto y repentino. La transición brusca es una concentración obvia de estrés.

 

La transición de la barra de freno puede alisarse y redondearse uniformemente para reducir significativamente la concentración de tensión y mejorar la resistencia del bar.

 



The I-beam cross section is effective as designed. Go back and choose another feature

RE/Content/pedalasystem/Pedals_14C.htm [12/16/2002 11:05:09 AM]

Optimización del proceso de fundición El ingeniero de fundición siempre optimiza su diseño de fundición, equilibrando los beneficios con los costos. Un problema de diseño crítico es la selección de cómo se deben producir funciones complejas en el componente . En la situación ideal, el molde puede ser producido en forma de red, con cada característica producida en el molde y no requiere un mecanizado en bruto o acabado. 

Las características especiales en fundiciones a menudo se producen por molde adicionalcomponentes, comúnmente llamados "núcleos".

En el mundo real, el aumento de la complejidad y el costo del molde deben compararse con los costos del mecanizado en bruto y acabado, teniendo en cuenta todo el proceso de producción y el volumen de producción. El ingeniero de fundición siempre optimiza su diseño de fundición, equilibrando los beneficios con los costos. Un problema de diseño crítico es la selección de cómo se deben producir funciones complejas en el componente .

En la situación ideal, el molde puede ser producido en forma de red, con cada característica producida en el molde y no requiere un mecanizado en bruto o acabado. 

Las características especiales en fundiciones a menudo se producen por molde adicionalcomponentes, comúnmente llamados "núcleos".

En el mundo real, el aumento de la complejidad y el costo del molde deben compararse con los costos del mecanizado en bruto y acabado, teniendo en cuenta todo el proceso de producción y el volumen de producción.

Slide Cores versus mecanizado El ingeniero de diseño de fundición elige el enfoque de producción óptimo para cada característica, cumpliendo los requisitos de tolerancia y dimensión con los costos finales de producción aceptables. El dibujo a la derecha muestra los dos agujeros que se cruzan en la parte superioracelerador. Puede ser producido Upper Accelerator Fixture 



por dos núcleos de deslizamiento en el molde y una máquina de acabado paso por un mecanizado de dos pasos (áspero y acabado) proceso

Which fabrication method (Slide Cores or Machining) should be used for the intersecting holes?

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_16.htm [12/16/2002 11:11:13 AM]

Slide Cores

Núcleos deslizantes La pieza de fundición del acelerador superior tiene dos orificios de intersección para instalar el actuador y el cilindro de transmisión.



El cilindro primario tiene una identificación de 1 ", el agujero secundario tiene una identificación de 3/8". Las tolerancias mecanizadas son +/- 0.003 " .

La mejor manera de formar estas características es usar DOS núcleos de diapositivas que se cruzan para formar los orificios en la fundición, seguidos por el mecanizado de acabado para obtener tolerancias precisas.

Slide Cores

Los núcleos tienen una clara ventaja de costo en comparación con unaoperación de mecanizado en dos pasos para ambos orificios.

Mecanizado

La pieza de fundición del acelerador superior tiene dos orificios de intersección para instalar el actuador y el cilindro de transmisión.

El cilindro primario tiene una ID de 1 "; el orificio secundario tiene una ID de 3/8 ". Las tolerancias mecanizadas son +/- 0.003 ".

Sería necesario un proceso de mecanizado en dos pasos para cumplir con la tolerancia y precisión requisitos. El mecanizado en bruto de ambos orificios tendrá un costo prohibitivo, en comparación con la producción de agujeros por núcleos en una fundición en forma de red

Componente de freno superior El componente de freno superior tiene dos funciones: 



un punto de ensamblaje para el actuador, la línea de control y el cilindro de transmisión un brazo de pivote para el pedal acción

El brazo de pivote utiliza un tubo de acero hueco (1.12 "DE y 0.75" DI) como característica estructural. 

El tubo de acero debe estar firmemente fijado a la pieza fundida para transferir el torque y evitardeslizamiento

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_17.htm [12/16/2002 11:11:14 AM]

Upper Brake Component

Steel Tube

Unión de la fundición y el tubo de acero Se consideraron dos métodos de producción para unir el tubo de acero a la fundición. Enfoque A - Vuelva a tapar el orificio de fundición en el accesorio y encaje a presión el tubo de acero en el orificio de la pieza fundida. Enfoque B - Coloque el tubo en el molde y moldee el metal directamente alrededor del tubo para un ajuste directo de contracción.

Which joining method (Approach A or Approach B) will provide the precision fit and alignment of the steel tube at low cost.

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_18.htm [12/16/2002 11:11:14 AM]

Ream and Press

Enfoque A - Ream y Press Fit En este enfoque, tanto el tubo de acero como el agujero fresado deben mecanizarse con precisión para un ajuste perfecto. 

Demasiado grande un agujero y el tubo de acero no será seguro.



Un agujero demasiado pequeño y el tubo de acero no cabe en el orificio y el mecanizado adicional será necesario.

La variabilidad dimensional, los problemas de inserción y el ajuste holgado son demasiado riesgosos para este enfoque de unión. En este enfoque, tanto el tubo de acero como el The "ream and press fit" is not a good joining approach. agujero fresado deben mecanizarse con precisión Go back and choose another design approach para un ajuste perfecto. 

Demasiado grande un agujero y el tubo de acero no será seguro.

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_18A.htm [12/16/2002 11:11:15 AM]

Ream and Press 

Un agujero demasiado pequeño y el tubo de acero no cabe en el orificio y el mecanizado adicional será necesario.

La variabilidad dimensional, los problemas de inserción y el ajuste holgado son demasiado riesgosos para este enfoque de unión.

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/Pedals_18A.htm [12/16/2002 11:11:15 AM]

Cast-In Tube

Enfoque B - Tubo de acero "fundido" En este enfoque, el tubo de acero se coloca en el molde y el componente se proyecta directamente alrededor del tubo. 

El tubo de acero se limpia cuidadosamente antes de fundición.



El tubo se posiciona con precisión en el molde



los solidificación contracción de el fundición propo rciona una fuerte fuerza de sujeción entre el tubo y la fundición

El enfoque "Cast-In" proporciona un ajuste mecánico / retráctil fuerte, preciso y confiable entre el tubo y la pieza moldeada sin costos de mecanizado o montaje.

The "Cast-In" steel tube is a good joining approach. Go on to the next design issue.

file:///C|/WEBSHARE/Content/pedalasystem/pedals_18b.htm [12/16/2002 11:58:03 AM]

Seguro de calidad La fundición aplica técnicas bien definidas en cada etapa del diseño de fundición y el proceso de producción para garantizar la calidad. Garantía de calidad detallada en prototipos, utilizando impacto cíclico y pruebas de desgaste para verificar el diseño. 

Control preciso del proceso de fundición de la química de la aleación, la temperatura de fusión, el método de vertido y la temperatura del molde, según los procedimientos de ISO 9000.



Un plan de inspección completo en producción, que verifica las dimensiones críticas y el acabado / apariencia de la superficie Page 1

Lecciones aprendidas Los ingenieros de PiadFoundry trabajaron en estrecha colaboración con los ingenieros del sistema Teleflex Morse para desarrollar un diseño de componentes que cumpliera con los estándares de rendimiento y calidad, y que pudiera ser lanzado en un proceso rentable y de alto rendimiento. Las "lecciones aprendidas" clave fueron El proceso de "moldeado permanente en frío" es una tecnología crítica en la producción de piezas fundidas de bronce con estructura de grano fino y alta fuerza. El tubo de acero fundido produjo un colado terminado con costos de ensamblaje reducidos y un fuerte enlace mecánico entre el colado y el tubo.

Sistema de pedal del operador Se eligió la colada en molde frío como el método de producción para los componentes del pedal, debido acerca fabricación enforma de red , mínimo mecanizado, alta resistencia y aleaciones resistentes a la corrosión, y rentabilidad. Piad Precision Casting trabajó estrechamente con los ingenieros de sistema de Teleflex Morse para desarrollar diseños de fundición que maximicen el rendimiento, la producibilidad y el ahorro de costos. Acknowledgment -The metalcasting design studies are a joint effort of the American Foundry Society and the Steel Founders' Society of America. Project funding was provided by the American Metalcasting Consortium Project, which is sponsored by the Defense Supply Center Philadelphia and the Defense Logistics Agency, Ft. Belvoir, VA.

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