Riassunto analitico
Il freno è un dispositivo fondamentale per la sicurezza di un veicolo ed è da sempre oggetto di studi che cercano di migliorarne prestazioni ed efficienza, diminuendo i costi. L’usura del freno a disco è un fenomeno inevitabile che porta alla formazione di polveri sottili (PM10) dannose per la salute e per l’ambiente. L’usura può essere limitata attraverso l’applicazione di rivestimenti antiusura sulla superficie del disco.
Questa tesi fa parte di uno studio più ampio che vuole ridurre al minimo gli esperimenti necessari per lo studio di nuovi rivestimenti antiusura grazie alla creazione di un modello FEM in ambiente virtuale capace di simulare il comportamento di un freno. Verrà effettuato uno studio preliminare su di un tribometro Pin-on-Disc, si simulerà dunque il suo comportamento meccanico, termico e ad usura, per poi applicare le conoscenze acquisite ad un blocco freno reale.
Lo scopo di questa tesi è quello di ottenere un modello per l’analisi termica del tribometro. Una volta ottenuto e validato il modello attraverso la comparazione con i dati ottenuti in laboratorio, verrà utilizzato per comprendere l’influenza di due diversi rivestimenti, applicati su un disco di ghisa grigia, sulla distribuzione della temperatura e sui flussi di calore entranti e uscenti dal disco, rispetto ad un disco non rivestito che fungerà da riferimento (Rivestimento A: WC-CoCr applicato tramite High-Velocity-Oxygen-Fuel; Rivestimento B: AISI 420 con un interlayer di Inconel 718, applicati entrambi con tecnica Laser Cladding). Questi risultati saranno la base per la creazione di modelli che simulano le espansioni termiche e il comportamento ad usura dell’apparato tribologico, fondamentali per determinare se un rivestimento è più prestazionale di un altro.
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Abstract
The brake is a fundamental tool for the safety of a vehicle and has always been the subject of studies that have as an objective to improve its performance and efficiency while reducing the costs. Disc brake wear is an inevitable phenomenon that leads to the formation of micro powder (PM10) harmful to health and the environment. Wear can be limited by applying the anti-wear coatings on the surface of the disc.
The aim of this thesis, which is part of a larger study, is to find a solution how to minimize the experiments necessary for the study of new anti-wear coatings by means of creation of a FEM model in a virtual environment capable of simulating the behaviour of a brake. A preliminary study will be carried out on a Pin-on-Disc tribometer, therefore its mechanical, thermal and wear behaviour will be simulated. Then the knowledge acquired will be applied to a real brake block.
The purpose of this thesis is to obtain a model for the thermal analysis of the tribometer. Once the model is obtained and validated by comparing it with the data obtained in the laboratory, it will be used to understand the influence of two different coatings, applied on a grey cast iron disc, on the temperature distribution and on the inward and outward heat fluxes of the disc, compared to an uncoated grey cast iron disc that will act as a reference (Coating A: WC-CoCr applied with High-Velocity-Oxygen-Fuel; Coating B: AISI 420 with an interlayer of Inconel 718, both applied with Laser Cladding technique). These results will be the basis for the creation of models that simulate the thermal expansions and the wear behaviour of the tribological apparatus, fundamental to determine if one coating is more performative than the other.
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