User-independent and design-based determination of the optimized 2D rubber profile to be applied in the manufacturing of an agro tire

Abstract

This dissertation stems from work carried out at the CST R&D department of Continental-Mabor in Lousado, Portugal, as part of a curricular internship. The Component A, one the components of an agricultural tire and the study’s focal point, is designed according to a linear profile. Currently, the dimensions assigned to this profile lack scientific basis and are based on prior Component A designs and developer experience. This method is inadequate for a company as significant as Continental in the tire market. The process of obtaining the Component A profile must be accelerated and the number of iterations and prototypes needed must be reduced. The main goal of this work is to develop a tool for the R&D department that automatically calculates the 2D Component A rubber profile that needs to be applied in the manufacturing of an agricultural tire, using only open-source software. This tool is intended to work for every tire in the company's portfolio. The methodology involves using the STEP model of the inverse of the tire mold, which is edited by a Python code according to the Component A CTDs, used for dimensional control, and then exported as an STL file. Another Python code discretizes the Component A model's bottom surface into a point cloud and calculates the distances between these points and the triangles of the mesh. The resulting distances are grouped together to form the new Component A profile, which ensures the ideal material distribution along the tire width, minimizing Component A rubber movement during vulcanization. Profiles of three different tires were simulated using this methodology and compared to the corresponding profiles previously developed by the R&D department and currently used in production. Additionally, profiles from a previous tool that couldn't be implemented in the department are also used for comparison. Prototypes were built for all three tires in order to validate the calculated profiles by measuring the Component A CTDs. The developed tool, while having room for improvement, proves to be a valuable and reliable addition to the company, promoting the use of an innovative concept to address an existing problem.

Esta dissertação resulta do trabalho realizado no departamento de R&D de CST da Continental Mabor em Lousado, Portugal, no âmbito de um estágio curricular. O Componente A, um dos componentes de um pneu agrícola e ponto focal do estudo, é projetado de acordo com um perfil linear. Atualmente, as dimensões atribuídas a este perfil carecem de base científica e baseiam-se em projetos de Componente A anteriores e na experiência do desenvolvedor. Este método é inadequado para uma empresa tão importante como a Continental no mercado de pneus. O processo de obtenção do perfil do Componente A deve ser acelerado e o número de iterações e protótipos necessários deve ser reduzido. O principal objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta para o departamento de R&D que calcule automaticamente o perfil 2D de borracha do Componente A a ser aplicado no fabrico de um pneu agrícola, utilizando apenas software de código aberto. Esta ferramenta destina-se a funcionar em qualquer pneu do portfólio da empresa. A metodologia envolve o uso do modelo STEP do inverso do molde do pneu, que é editado por um código Python de acordo com os CTDs do Componente A, usados para controle dimensional, e depois exportado como um arquivo STL. Um outro código Python discretiza a superfície inferior do modelo do Componente A numa nuvem de pontos e calcula as distâncias entre esses pontos e os triângulos da malha. As distâncias resultantes são agrupadas para formar o novo perfil do Componente A, perfil este que garante a distribuição ideal do material ao longo da largura do pneu, minimizando o movimento da borracha do Componente A durante a vulcanização. Perfis de três pneus diferentes foram simulados usando esta metodologia e comparados com os perfis correspondentes anteriormente desenvolvidos pelo departamento de R&D e atualmente utilizados na produção. Além disso, perfis de uma ferramenta anterior que não puderam ser implementados no departamento também foram usados para comparação. Foram construídos protótipos para os três pneus, com a finalidade de validar os perfis calculados através da medição dos CTD do Componente A. A ferramenta desenvolvida, embora possua margem para melhorias, revela-se uma adição útil e fiável para a empresa, promovendo a utilização de um conceito inovador para resolver um problema já existente.