Prove sperimentali su componenti per motore a combustione interna: fatica dei materiali e rigidezza dei componenti = Experimental tests on components for internal combustion engines: fatigue of materials and stiffness of components

Il treno valvola è un elemento chiave dei moderni motori a combustione interna. Si definisce treno valvola il sistema composto dalle valvole di ammissione e di scarico, e da tutti gli elementi adibiti alla trasmissione del moto dall’albero a camme alle valvole. Le tipiche configurazioni dei motori moderni richiedono una punteria e un bilanciere, che costituisce l’elemento di connessione tra camma, valvola e punteria. Questo rende il bilanciere un componente critico. Un suo danneggiamento causa l’impossibilità di aprire le valvole e conseguentemente l’arresto del motore. Per questo motivo è necessario investigare attentamente il comportamento a fatica del componente. Una tipologia particolarmente diffusa di bilanciere è realizzata in lamiera d’acciaio carbonitrurata. Il processo produttivo e il trattamento di carbonitrurazione causano una variabilità notevole nella resistenza a fatica di questo componente. In questa tesi viene indagato il comportamento a fatica della lamiera d’acciaio carbonitrurata, considerando l’effetto di diversi livelli di carbonitrurazione e di spessore della lamiera. L’indagine sperimentale è stata effettuata eseguendo prove di trazione e di fatica assiale secondo il metodo stair-case. I risultati hanno mostrato che i campioni con minore spessore dello strato carbonitrurato esibiscono migliori proprietà nei test statici, mentre la resistenza a fatica sembra essere indipendente dalla profondità di carbonitrurazione, perlomeno nell’intervallo di valori considerati. Anche la distorsione del provino dopo il trattamento termico è stata presa in considerazione nell’analisi. Per compensare la distorsione è stato proposto un modello di correzione per tenerne conto nei risultati finali. La procedura di correzione consiste in una misurazione della distorsione del provino, una valutazione numerica degli stress causati dall’afferraggio della macchina di trazione, e infine la correzione dei risultati di fatica. Il modello di correzione è stato validato tramite una misura con estensimetri durante un test di afferraggio del provino. Questo test ha mostrato una corrispondenza tra le deformazioni rilevate sul provino e i risultati del modello numerico. Anche la rigidezza del bilanciere è stata investigata in questa tesi, poichè è una proprietà critica richiesta per ragioni sia strutturali che dinamiche. La rigidezza è fortemente dipendente dalla geometria, ma possono esserci variazioni degne di nota anche tra campioni prelevati da uno stesso lotto produttivo. Per quantificare la variabilità della rigidezza sono stati testati molti campioni di alcuni modelli di bilanciere, ed è stata effettuata un’analisi statistica della rigidezza misurata. Risulta che la rigidezza misurata presenta una distribuzione normale, con valore medio e deviazione standard che dipendono dal modello di bilanciere preso in considerazione. L’analisi statistica dei dati non ha evidenziato errori sistematici.