Investigação e análise da utilização do aço AISI A2 em lamelas de inserção para o processo de fabricação de estatores bobinados

Abstract

Este trabalho de conclusão de curso tem como objetivo analisar a aplicação do aço AISI A2 utilizado em lamelas fixas e móveis de inserção em estatores de motores elétricos industriais, devido ao surgimento de falhas de caráter frágil nas lábias dessas lamelas. O foco da pesquisa é compreender os possíveis motivos que levaram a essas falhas e identificar materiais alternativos já utilizados que possam proporcionar maior eficiência, durabilidade e redução de custos na produção e operação dos motores. As lamelas desempenham um papel essencial no processo de inserção de fios nos estatores, atuando como guias que posicionam e acomodam os fios com precisão nas ranhuras dos estatores. As lamelas fixas mantêm a estrutura estável, garantindo que os fios sejam inseridos nas posições corretas e prevenindo desalinhamentos ou deformações. Já as lamelas móveis atuam de forma dinâmica, ajustando-se durante a inserção dos fios e aplicando a pressão necessária para mantê-los fixados nas ranhuras, evitando folgas e falhas no enrolamento que poderiam comprometer o desempenho do motor. A análise abrange possíveis causas como variações da composição química e tratamento térmico aplicado aos diferentes grupos de lamelas. As contramedidas investigadas incluem a seleção de materiais mais adequados ao processo, têmpera e revenimento. A análise de composição química mostrou que o material utilizado nas lamelas (AISI A2), um aço ferramenta, possui divergências da composição esperada. A análise microestrutural confirmou a presença de microestruturas divergentes, o que se resume a uma falta de adequação do tratamento térmico e a necessidade de um duplo ou triplo revenimento a fim de melhorar propriedades como tenacidade. Além da variação encontrada nas microestruturas, também foi possível observar uma variação nas camadas de cromo presentes nas superfícies. Medições de dureza (HRC e HV) revelaram amostras picos de dureza em relação as demais. Os resultados indicam que o material utilizado para a fabricação das lamelas do aço AISI A2 está inadequado para a aplicação em que está submetido devido às suas alterações de composição, dureza e camada de cromo, que possuem impacto direto nas suas propriedades mecânicas. Soluções propostas incluem a substituição do aço AISI A2 por outros aços analisados durante o trabalho (aço 2, aço 3 e aço 4). De maneira geral, o estudo destaca a urgência da necessidade pela troca desse material atualmente utilizado no processo devido ao elevado índice de quebra que vem apresentando, pelo impacto da qualidade do estator bobinado e paradas de máquinas que afetam diretamente o processo de inserção.

This study thesis aims to analyze the application of AISI A2 steel used in fixed and movable lamellae for insertion into the stators of industrial electric motors due to the occurrence of brittle failures in the lips of these lamellae. The research focuses on understanding the possible causes of these failures and identifying alternative materials already in use that could provide greater efficiency, durability, and cost reduction in motor production and operation. The lamellae play a crucial role in the wire insertion process into the stators, acting as guides that position and accommodate the wires precisely in the stator slots. Fixed lamellae maintain the structure stable, ensuring the wires are inserted in the correct positions and preventing misalignments or deformations. Meanwhile, movable lamellae operate dynamically, adjusting during the wire insertion process and applying the necessary pressure to secure the wires in the slots, avoiding gaps or winding failures that could compromise motor performance. The analysis covers possible causes such as variations in the chemical composition and heat treatment applied to different groups of lamellae. Countermeasures investigated include selecting materials more suitable for the process, quenching, and tempering. The chemical composition analysis revealed that the material used in the lamellae (AISI A2), a tool steel, shows deviations from the expected composition. Microstructural analysis confirmed the presence of divergent microstructures, indicating inadequate heat treatment and the need for double or triple tempering to improve properties such as toughness. In addition to variations in the microstructures, differences were also observed in the chromium layers present on the surfaces. Hardness measurements (HRC and HV) showed peak values in some samples compared to others. The results indicate that the material used for manufacturing the AISI A2 steel lamellae is unsuitable for the application due to changes in composition, hardness, and chromium layer thickness, which directly impact its mechanical properties. Proposed solutions include replacing AISI A2 steel with other steels analyzed during the study (Steel 2, Steel 3, and Steel 4). Overall, the study highlights the urgent need to replace the currently used material in the process due to the high breakage rate it has shown, its impact on the quality of the wound stator, and machine downtimes that directly affect the wire insertion process.