Só os mais capazes sobrevivem! - desenvolvimento do Volvo série 700

Vejam abaixo um vídeo muito legal que conta toda a história do desenvolvimento do Volvo 760. Um processo que durou 7 anos até o seu lançamento no início dos anos 80.

Notar as tecnologias de design e criação da época, quando ainda não haviam ferramentas de CAD como as de hoje. Os desenhos eram feitos na prancheta, os modelos em papel vegetal.

É interessante comparar com o processo de criação de um moderno BMW olhando o vídeo do post:

Design automotivo: concepção do BMW série 6

Obrigado pela dica do Luiz Gusthavo.

Aço autorregeneravel?

Tradução de uma interessante matéria do jornal alemão Die Zeit. A matéria faz um resumo dos últimos desenvolvimentos em ligas de aço conformáveis para a indústria automobilística.

Link para a matéria original: Stahl, der sich selbst repariert

 

Alumínio, magnésio e fibra de carbono: há muitos anos já se fala e escreve sobre materiais mais leves para a indústria automobilística, parece que o bom e velho aço está fadado ao esquecimento. O número de alternativas inovadoras cresce em estudos e carros-conceito e também em modelos de série.

Porém o aço ainda compõe mais de 50% dos veículos, sendo com vantagem o material mais importante da indústria automotiva. Mas o aço também sofreu várias modificações nos últimos anos. Através de adição de metais como manganês, níquel e cromo os fabricantes de aço adaptaram seus produtos às demandas dos automobilistas.

Fazer o material e consequentemente o veículo mais leve, para reduzir consumo e emissões, é o objetivo principal. Mas isso não é tudo, os pesquisadores querem melhorar outras características das carrocerias. Ela deve se deformar de forma controlada em uma colisão, absorver muita energia e não se romper.

A solução está na estrutura cristalina

Os pesquisadores concentram-se na estrutura cristalina, ou seja a organização espacial dos átomos nos minúsculos cristais que se formam após a solidificação. Essas estruturas definem as propriedades dos materiais. Já a algum tempo o chamado efeito Trip está em foco. Trip significa transformation induced plasticity, o que traduzido fica "plasticidade induzida por transformação".

Aços Trip já estão disponíveis no mercado a mais de dez anos. Eles se caracterizam por uma grande resistência mecânica de até 700 MPa. Para comparar: um osso quebra sob uma tensão de 230 MPa. Os aços Trip deixam-se deformar até 35%. Isso não é suficiente para os especialistas em aços, também pelo fato de que a capacidade de deformação é praticamente toda "consumida" no processo de conformação.

Pode-se entender isso da seguinte maneira: Chapas de carrocerias são na sua maioria conformadas em processos de embutimento e estiramento. Para isso são colocadas em uma prensa e estampada conforme desejado. Quanto mais conformável o material, mais fácil será a estampagem na prensa sem se romper. Nos aços Trip já o processo de estampagem leva a um aumento de resistência na estrutura cristalina do material. Se a chapa de aço é novamente submetida a esforços, como por exemplo em uma colisão, a mesma se deixa deformar muito pouco. A carroceria fica com uma reserva de capacidade de deformação de apenas 5% disponível.

Nanotecnologia aumentando a conformabilidade dos aços

Um liga manganês-alumínio-silício deixa o aço mais conformável. Com essa liga os pesquisadores do Instituto Max-Planck para Pesquisas do Ferro Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), de Düsseldorf, fazem seus experimentos. Eles fazem uso de pequenas falhas na estrutura cristalina, as chamadas maclas. Esse termo descreve um tipo de defeito cristalino, no qual os cristais podem se reorientar. Com isso surge um plano de espelhamento com orientação cristalina invertida. O fenômeno é denominado maclação e dá ao material características especiais de conformabilidade.

Os resultados obtidos com os novos aços Twip são promissores. Sobretudo aço com 15% de manganês, 3% de alumínio e 3% de Silício se mostrou extremamente resistente e conformável em laboratório, com valores de resistência de até 1100 MPa.

Metal autorregenerável

Como material leve para os veículos de amanha os pesquisadores do MPIE estão desenvolvendo também os aços Triplex. Neles são adicionadas nanopartículas de carbono. O produto é ate 10% mais leve do que os aços Trip e Twip, porém muito mais resistentes e conformáveis. Mas, antes do material poder ser aplicado industrialmente é preciso resolver alguns problemas. "Apesar de todas suas qualidades o material também tem uma desvantagem", diz o chefe do MPIE Dierk Raabe. Se ele é zincado usando galvanização, hidrogênio atômico pode penetrar no material, causando fragilização.

Olhando mais para o futuro ainda está uma pesquisa na qual os especialistas de Düsseldorf e de outros institutos estão trabalhando: materiais autorregeneráveis. O exemplo vem da natureza. Ossos que sofrem micro-trincas devido a batidas se regeneram sozinhos. A pessoa normalmente não percebe o processo, pois o corpo elimina o problema por si só.

Em ciencia dos materiais isso seria feito atraves de minusculas capsulas de material adesivo. Se micro-trincas surgem devido a fadiga do material, as capsulas se rompem, o adesivo flui e preenche as trincas. Por enquanto não é possível implementar a ideia nos aços, somente em materiais compósitos. Porem em um futuro não muito distante eles querem adicionar essas propriedades autorregenerativas também ao aço.

Página Histórico atualizada

Veja aqui a última atualização.

A Babilônia da estampagem! Parte I

Existe muita confusão quanto aos termos utilizados para definir processos de conformação de chapas. Assim como acontece no linguajar do dia a dia, os termos técnicos também estão sujeitos a regionalismos, variam de uma região para outra e às vezes até de uma empresa para outra.

Algumas palavras estão já tão arraigadas que, se fossemos utilizar o termo tecnicamente correto, acabaríamos sendo pouco ou mal entendidos. Por isso é importante clareza na hora de conversar sobre o assunto, para ter certeza de que as partes estão falando da mesma coisa.

Consultando diferentes livros podemos ver que nem mesmo na literatura técnica encontramos uma uniformidade de denominações para os processos em língua portuguesa. Ao contrário da língua alemã, onde os termos são muito bem definidos inclusive pelas normas, aqui encontramos várias denominações para o mesmo processo, criando verdadeiros "dialetos técnicos".

Um bom exemplo é a "NBR5902-Determinação do índice de embutimento em chapas de aço pelo método Erichsen modificado". Neste ensaio é medida a altura máxima do corpo de prova sob a ação de um punção esférico, em condições de estiramento e não embutimento! É uma grande diferença, pois no estiramento ocorre tração biaxial e no embutimento ocorre tração e compressão. Ou seja, a norma ao invés de ajudar, atrapalha, aumentando a confusão dos termos. Muitos estudantes já vieram me perguntar o porquê de a norma ter esse nome, e é chato ter que dizer que a denominação da norma está incorreta...

"Estampo" e "estampagem" também são termos que podem gerar confusão. No Sul do Brasil, o termo "estampo" é usado para se referir ao Corte por Cisalhamento (também denominado Corte por Arrombamento).
Por exemplo: 

"Precisamos estampar os furos = precisamos puncionar os furos"

ou:

"Ferramenta de estampar o contorno = ferramenta de cortar o contorno"

Isso pode parecer inofensivo, mas fiquei sabendo de um caso onde uma determinada empresa estudava adquirir uma nova prensa para "estampagem". Para os técnicos da empresa estava claro que se referiam a uma prensa para realizar principalmente corte. O fabricante da prensa era da região Centro-oeste do Brasil, e lá entende-se estampagem como conformação de chapas em geral. Ou seja, não só corte! E na hora de escolher a prensa isso faz uma grande diferença. O mal entendido foi descoberto a tempo, mas as negociações já estavam avançadas...

Outra história sobre "estampagem": quando eu estava fazendo mestrado participei do Curso de Estampagem (de chapas) ministrado pelo laboratório para engenheiros e técnicos da indústria. Num desses cursos vieram de longe três engenheiros de uma certa empresa. O problema é que a empresa deles fabricava parafusos, e eles chamavam o processo de conformação da cabeça do parafuso de "estampagem", que não tem nada a ver com conformação de chapas.  Como o curso era de estampagem, conformação de chapas, eles não conseguiram aproveitar muita coisa... Imagino qual foi a resposta deles quando o chefe perguntou como tinha sido o curso...

Ah, lembro também que minha mãe sempre brincava que eu trabalhava com estampagem - de tecidos hehehe (ela gostava muito de costurar).

É preciso tomar cuidado...

Design automotivo: concepcao do BMW série 6

 Segundo os designers da empresa, o ato de criação das formas de um BMW é algo movido pela emoção. Antes de se pensar na técnica as formas nascem em um processo criativo que está mais perto da arte do que da engenharia.

O video abaixo mostra como a concepção das formas de uma carroceria moderna acaba conectando arte e engenharia, gerando as formas e geometrias que posteriormente serão o ponto de partida para o projeto das ferramentas de conformação. 

O carro ficou lindo, mas poucos consumidores pensam nas dificuldades que existem na estampagem das carrocerias dessas máquinas. 

Fonte: http://carros.uol.com.br/ultnot/2012/06/21/bmw-650i-coupe-e-fera-de-413-cavalos-com-olhar-de-conquistador.jhtm

Dica do Cristiano Leme, valeu!

Video: Future Steel Vehicle

E a World Auto Steel (WAS) continua na sua campanha para manter o aço na linha de frente da fabricação de automóveis. Se já não bastasse a competição com o Alumínio, os novos materiais compostos de fibra de carbono estão ameaçando desbancar o aço no futuro da engenharia da mobilidade. (mais informações no artigo Compósitos de Fibra de Carbono - Material do Futuro).

Future Steel Vehicle - fruto do esforço dos fabricantes de aço para se manterem no mercado frente aos novos materiais.

A WAS surgiu como uma resposta ao avanço do uso alumínio em carrocerias de automóveis por volta dos anos 80. Sentindo sua hegemonia ameaçada, os fabricantes de aço se viram obrigados a desenvolverem aços avançados, o que deu origem aos diversos AHSS (em português: aços avançados de alta resistência).

Carroceria fabricada com diferentes tipos de aço, cada qual sob medida para aumentar a segurança sem aumentar o peso.

Aços utilizados no FSV: mais de 90% são aços especiais de alta, ultra-alta ou altíssima resistência.

Complementando o que coloquei no artigo Future Steel Vehicle, agora a WAS divulgou um vídeo onde mostra em animações e comparações como ficou o carro.

FutureSteelVehicle (FSV) - Veículo de aço do Futuro é um programa de três anos que tem o objetivo de desenvolver um veículo completo utilizando basicamente aço como material prima. O veículo é de propulsão elétrica e tem baixas taxas de emissões de gases que causam o efeito estufa. A forma de construção da estrutura de aço do FSV reduz a massa em mais de 35% em comparação com veículos convencionais e consegue uma redução total de emissões durante sua vida útil de 70%. Se já não bastasse, ele consegue cumprir exigências rígidas de proteção aos ocupantes em caso de choques (crash-test), conseguindo cinco estrelas no ranking, ao mesmo tempo que evita soluções dispendiosas para conseguir essa redução de massa.

 Só para lembrar, esse carro não vai ser fabricado em escala industrial, ele serve apenas como mostruário de tecnologias e soluções possíveis de serem usadas tendo como base aços ultramodernos que permitem reduções de peso significativas sem perda de resistência mecânica.

Atingir cinco estrelas em segurança com uma carroceria que pesa somente 188 Kg  mostra que os outros materiais tem um longo caminho pela frente até conseguirem ameaçar seriamente a matéria-prima mais usada na indústria automotiva: O AÇO.

Aço Damasceno Parte III – Fabricação

Bem no início a tecnologia de fabricar o ferro tinha um efeito pequeno nas culturas em que estava presente. Muito dos utensílios de ferro primitivos faziam essencialmente o mesmo que os de bronze ou cobre. Mas, quanto mais esse material era usado, mais os ferreiros aprendiam como melhorar suas propriedades. Com o tempo, três métodos de transformação de ferro em aço foram criados: aço ondulado e martelado (watered or pattern-welded steel), wootz e damasco verdadeiro.

Aço ondulado e martelado (watered or pattern-welded steel)

Aço martelado foi o método mais comum usado na antiga Europa, Japão e mais tarde nas Filipinas. Explicado de uma forma simples, pequenas barras de aço macio eram forjadas, juntando-as com aquecimento até altas temperaturas e martelando os pedaços ate soldá-los, repetindo esse processo por diversas vezes ate atingir tamanho e dureza suficientes. Dobrando e soldando os pedaços repetidas vezes aumenta-se a dureza do aço através de aumento no teor de carbono. Esse era um processo longo e tedioso e muitas pecas eram perdidas antes de ficarem prontas, por excesso de aquecimento e quebra. Camadas de aço macio e mole criados por esse processo são responsáveis pelo aspecto ondulado presente na superfície. Quando menor o numero de camadas, mais largas são as ondas. Algumas espadas japonesas possuem ate 36000 camadas, sendo muito difícil discerni-las a olho nu!  

Wootz

Costuma-se acreditar que a matéria prima original do aço damasceno é um tipo de minério procedente da Índia, conhecido como wootz. Na verdade a cidade de Damasco nunca foi uma grande produtora de aço e sim um grande centro de comercio do Oriente médio antigo. Portanto, a maior parte das lâminas que chegaram ao ocidente veio por esse caminho.

Também é importante citar que o wootz usado na fabricação do aço damasceno original não era fabricado a partir de dobras e martelamento, era na verdade um dos primeiros exemplos de aço de alto carbono homogêneos. Uma das qualidades do aço que os indianos fabricavam era que quanto mais alto o teor de carbono mais baixo é o ponto de fusão. Muitas culturas enfrentavam dificuldades na fabricação do aço devido a alta quantidade de calor necessário para chegar ao ponto de fusão. Para liquefazer o ferro completamente é necessário muito mais calor que os processos de aquecimentos da época conseguiam produzir. Os indianos colocavam o ferro bruto em cadinhos hermeticamente selados, junto com um tipo especial de carvão e aqueciam os mesmos em fortes fogueiras. Na medida em que o ferro absorvia o carbono dentro do ambiente selado, seu ponto de fusão ia baixando. Quanto menor seu ponto de fusão, mais carbono vai sendo absorvido, gerando um circulo vicioso que resultava em um aço de alto teor de carbono homogêneo e com relativamente boa qualidade. Dobra e martelamento para cementar o aço não eram necessários. Os padrões das laminas fabricadas a partir do wootz são causados pela grande quantidade de cementita na estrutura desse aço.

Damasco verdadeiro

O último método a ser descrito aqui é o damasco verdadeiro. O mais famoso e mal entendido método de produção, o Damasco ganhou sua fama na Europa e mundialmente devido às campanhas das Cruzadas. Existem muitas lendas em torno do famoso Aço Damasceno, todas relacionadas à sua fantástica flexibilidade e capacidade de ser afiada. Uma dessas lendas refere-se ao encontro entre Ricardo Coração de Leão e Saladin (a propósito, dizem que eles nunca se encontraram de verdade). De acordo com a lenda, Ricardo, querendo impressionar os Muçulmanos, cortou em dois uma grossa barra de ferro com um único golpe de sua larga espada. Saladin, ao invés de mostrar qualquer temor, arremessou um lenço de seda no ar e cortou o mesmo em pedaços com sua lamina de damasco. De acordo com outra lenda, uma lamina de damasco era tão flexível que um homem poderia, com uma mão em cada extremidade, curvá-la ao redor do corpo, e quando solta a lamina iria ficar reta novamente. Mas qual é a diferença entre a fabricação desse aço e a do aço martelado ou aço wootz?

O verdadeiro aço Damasceno, tradicionalmente fabricado na cidade de Damasco, era produzido da seguinte forma: Aço bruto de baixo carbono era martelado em laminas muito finas. Uma pilha dessas lâminas feita e mantida junta com arames. Em um cadinho, aço com alto teor de carbono era aquecido até derreter. As pilhas de laminas de aço com baixo carbono eram então mergulhadas no aço de alto carbono derretido. O aço frio então “sugava”, por ação de capilaridade entre as lâminas da pilha, o aço derretido. Com isso o aço das laminas era parcialmente fundido, soldando as laminas em uma massa sólida. Essa massa era “forjável” (por martelamento) por um curto espaço de tempo, sendo martelada para dar forma enquanto ainda estava quente.

Um grande problema de laminas fabricadas dessa forma é que elas não podem ser reaquecidas e reforjadas como o aço martelado e o aço wootz. Devido ao teor de ferro fundido, quando uma lamina de aço damasceno é reaquecida, uma batida com martelo faz com que ela se quebre em vários pedaços, como descobriram os ferreiros europeus quando tentaram reforjar algumas espadas trazidas pelos cruzados. Portanto, após o martelamento grosseiro feito ainda com o calor do ferro fundido, o único trabalho a fazer na lamina era retífica, afiação e polimento. Como esse trabalho final se dava por remoção de material, as camadas internas eram reveladas, criando padrões ondulados responsáveis pela confusão na identificação correta desses processos.

Três fatos são ainda dignos de nota com relação a esses processos:

Primeiro: no Damasco Verdadeiro o fio de corte não é uma aresta contínua e sim serrilhada. Os padrões ondulados na lamina eram causados por camadas moles e duras (baixo carbono e alto carbono) de metal. Com a afiação da lamina as camadas mais moles são retiradas mais facilmente que as mais duras, deixando um fio serrilhado microscópico. Esse fio corta materiais moles mais facilmente que um fio continuo, mas na tem boa resistência contra armaduras já que os pequenos dentes tendem a quebrar, cegando o fio rapidamente.

Segundo: o minério de ferro existente na região da cidade de Damasco possui um percentual de 7% de um mineral chamado Wolfram na idade média. Hoje chamamos esse mineral de Tungstênio e hoje ele é usado para fazer os melhores aços do mundo. Isso significa que os ferreiros da região de Damasco foram, sem saber, os primeiros a fabricar aços ligados.

Terceiro: Damasco Verdadeiro parou de ser produzido no século 14 quando o conquistador Tártaro Tamerlão (Timur) invadiu a cidade de Damasco e capturou todos os ferreiros de lá para trabalharem para seu exército. A cidade nunca mais se recuperou como centro metalúrgico depois disso.

 

Agora que você sabe um pouco mais sobre esses antigos processos metalúrgicos, preste mais atenção da próxima vez que você ver uma espada. Você pode se surpreender com o que verá.

Fontes:
http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/def_en/articles/road_to_damascus/sword_forum1.html 


http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/9809/Verhoeven-9809.html


http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/def_en/articles/very_british/body_part1_damascene.html

Arte feita com chapas II

Os carros alemães com toda sua técnica que me desculpem, mas o design das "banheiras" americanas é imbatível. A briga entre as fábricas americanas para ver quem faz o melhor carro gerou verdadeiras obras de arte feita em chapas, como mostram as imagens abaixo:

1969 Ford Mustang Boss 429 - Raridade de $ 200.000,00

1969 Pontiac GTO Judge

1969 COPO Camaro

1968 Ford Mustang Shelby GT500

1970 Oldsmobile 442

1978 Pontiac Firebird Trans Am

1970 Chevy Chevelle LS6

 

Fonte: http://www.popularmechanics.com/cars/news/vintage-speed/10-surprising-facts-about-american-muscle-cars#slide-1 

 

 

 

O Aço Damasceno - Parte II - Fabricação

Fonte: Museu Ricardo Brennand, Recife, Pernambuco, Brasil

O processo de fabricação do aço damasceno é possível através da combinação de duas qualidades de aço, duro e macio. Isso é possível através de pacotes de laminas de aço compostos de camadas alternadas. 

Pacote de chapas de aço sendo forjadas com um martelo moderno

O processo de forjamento é então realizado em diversas etapas continuas de martelamento (forjamento) e dobra do pacote, onde as principais etapas são:

1. Aquecimento do pacote de chapas a altas temperaturas.
2. O pacote é martelado (forjado) repetidas vezes, reduzindo sua espessura e se tornando chato.
3. O pacote achatado e comprido é dividido em duas partes.
4. As duas metades sao colocadas uma sobre a outra e o processo se repete.

Repetindo os passos acima continuamente é possível obter o padrão alternado de camadas de aço duro e macio que é responsável pelas propriedades excepcionais do aço damasceno. Porém, o que parece simples na descrição acima exige não só trabalho pesado mas também habilidade do ferreiro e seus ajudantes. 

Durante o processo as camadas de aço precisam ser soldadas umas as outras na base de marteladas violentíssimas, do contrário o resultado não é satisfatório. Se a temperatura é baixa demais os materiais não se soldam o suficiente, se é muito alta o carbono da camada mais dura queima prejudicando o resultado. Por isso é necessária muita experiência para alcançar um bom resultado.

Peça que ilustra todas as etapas de fabricação de uma lamina de aço damasceno

Um outro efeito desse processo repetitivo de aquecimento e martelamento é o aumento do teor de carbono na liga, fazendo-a mais dura e mais capaz de manter um fio afiado. 

Existe muita confusão quando se trata do processo de fabricação do aço damasceno. Existem alguns outros processos que também produzem lâminas com padrões ondulados na superfície, mas que diferem do que se considera o damasceno verdadeiro. O processo descrito acima é o mais conhecido e usado atualmente. Também foi usado pelos ferreiros celtas da Europa central. Porém esse não é o único processo conhecido, o que causa confusão e ajuda a aumentar o mistério que ronda até hoje o processo de fabricação deste aço com propriedades fantásticas.

Aço Damasceno - PARTE III