PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO | FERRAMENTARIA | SIMULAÇÃO | P&D | GESTÃO | INDÚSTRIA AUTOMOTIVA | MATERIAIS | MERCADO | TRY ME!
20 outubro 2020
21 agosto 2020
What is behind Tesla´s new BIW manufacturing concept
Tesla plans to simplify the design of its future transport platforms and achieve greater automation in the manufacturing process, starting with the Model Y.
The Model Y
"We're moving to an aluminum casting instead of a series of stamped pieces. We'll go from 70 parts to 4, then 1 with a reduction in weight, improvement in MBH, reduction in cost, and a significant drop in capital expenditure for all the robots that used to put 70 parts together."
The Patent
The patent title is “Multi-Directional Unibody Casting Machine for a Vehicle Frame and Associated Methods.”
Tesla describes the problems that come with the die casting process in vehicle manufacturing today:
“Typically, in the context of vehicle frame manufacturing and the die casting process, multiple die casting machines are each used to cast different components of a vehicle frame. For example, a single die casting machine cell in a factory may be dedicated to casting a single frame component. These components from each casting machine are then assembled or secured together (e.g., via welding) by factory workers or robotic systems to form a vehicle frame (e.g., a unibody vehicle frame). Because die casting generally involves higher capital costs relative to other casting and manufacturing processes including assembly of many individual components (e.g., due to high costs of casting equipment and metal dies), there remains a need for an improved die casting machine and associated methods thereof, particularly as related to casting a vehicle frame to reduce work required to achieve a final assembled product.”
The system that Tesla describes in its patent application fixes this problem with several ejector die portions meeting at a central hub. According to the patent application, it was designed by Matt Kallas, a long time “Mold Making Supervisor” at Tesla who has since left to become a casting toll designer at GF Linamar.
Tesla believes that this design will “reduce build time, operation costs, costs of manufacturing, factory footprint, factory operating costs, tooling costs, and/or quantity of equipment.” The automaker even notes that it will reduce the number of casting machines required to build a vehicle frame and that it could even build “a complete or substantially complete” frame itself.
Below: some drawings from Tesla’s patent application for the giant casting machine
Source: Tesla
Is this the future of body-in-white fabrication? If yes, how long it will take to reach the manufacturing plants? It may apparently take a long time, when we think how different it is from the manufacturing today. But remember, they didn’t take so much to reach space, with a new concept (reusable rockets). They know rocket science...
And actually, there are more reasons to (partially) believe in Tesla's vision of a new era in BIW manufacturing technology. Below I´ve listed a few:
1) Crash management key parts are being cast for luxury models for over a decade.
The idea is not new. Audi already uses aluminum casting nodes combined with extruded aluminum profiles on its ASF concept (Audi Space Frame, see images below). In the Audi A8 vehicles, for example, the front suspension structure in produced with die-cast aluminum for generations, with ten sheet metal parts being combined into one die-cast part. This concept has now been adopted by all premium brands and can even be found in the middle class, e.g. Mercedes-Benz C-Class. The weight saving at Audi was 10.9 kilograms per vehicle.
Audi Space Frame - R8, cast alu in red.
Audi Space Frame - A8
In the bodies of the second and third generation of the Audi A8, one third of the body weight was already made of die-cast aluminum.
This trend can also be found in the Cadillac CT6, as shown in the next picture.
Cadillac CT6
2) Cost savings by means of individual parts reduction.
Regarding cost saving, reducing the number of parts is indeed very worthwhile. The reduction in the number of parts is a very large lever for reducing costs, regardless of the material in consideration. The investment costs for deep drawing tools are much higher than those for die-casting. A medium deep-drawing tool costs a few million euros, a medium die-casting tool a few hundred thousand euros. In addition, fewer clamping fixtures and other assembly devices are required than in sheet metal assembly. Less connections and unions between parts mean less production time. And, last but not least, fewer parts mean fewer assembly stations and fewer logistics, consequently less production space.
3) There is a potential of weight-saving through the use of bionic structures
In principle, geometries with optimal bionic structures could be realized with the new cast parts, whereby force flows could be supported free of bending moments. Tesla have now the challenge of developing aluminum-compatible geometries, which are possible to be manufactured using die-casting and that take advantage of bionic based engineering designs.
4) Manufacturing plants are normally renewed for every new model.
With every model change, production facilities are largely renewed anyway. Modern car bodies are currently material hybrids, the production systems are already set up for flexible material pairings. The alternative drive trains require new interfaces and flexible modularity. The changes to be expected from the popular Tesla body concept should not cause any headaches in the factories.
But, how realistic is Teslas´s ambition?
Designing a complex structure such as a body with extremely different load cases from just one type of material does not correspond to the state of the art in order to achieve the best compromise in functionality and economy. Material hybrid concepts are clearly in demand for this. Therefore, the Tesla body concept will not consist exclusively of cast parts. Every material requires its specific concept. Although it is theoretically possible to reduce the number of stamping parts and with it the manufacturing costs, new structure designs and lots of testing and improvement is needed to reach the performance we have in today's BIW structures.
Instead of being a totally new concept it is, in reality, an improvement of already available technologies. The term “body made from one piece” is certainly a bit exaggerated, since a variety of material concepts is needed to produce a vehicle structure which is both safe and lightweight. It leaves enough space for the use of other materials or semi-finished products and is first and foremost a marketing campaign.
Sources:
10 agosto 2020
29 julho 2020
A estampagem no cinema! Filme 8 Mile (Rua das Ilusões, no Brasil), de 2002
Este post, originalmente publicado no blog FormingWorld (https://formingworld.com/), refere-se a 8 Mile, o premiado filme de 2002 estrelado pelo mundialmente famoso astro do hip-hop Eminem.
Vamos ser sinceros, o processo de estampagem não é nada "pop" e nunca será um tema corrente de Hollywood. No entanto, ele é apresentado em vários filmes, alguns dos quais podem ter escapado sem que você perceba e realmente apresenta operações de estampagem de chapas de metal genuínas!
8 Mile, um dos filmes de hip hop mais marcantes da era dos anos 2000, completará 18 anos este ano. O filme da Universal Pictures, considerado em grande parte uma história sobre os limites que definem nossas vidas, e a luta de um jovem para encontrar forças para transcendê-los, apresenta uma planta de estamparia em Detroit, onde o personagem principal é empregado. Durante o filme, ele trabalha estampando partes estruturais de carrosserias automotivas!
O personagem de Eminem, Jimmy, conhecido como "Rabbit", compete em batalhas verbais no estilo livre contra rappers negros em um clube local. Como Eminem, Rabbit está com raiva da vida, de sua mãe (interpretada por Kim Basinger) e de si mesmo por perder sua chance de vomitar no palco diante de uma platéia ao vivo.
O personagem de Eminem no filme trabalha em uma fábrica chamada "Detroit New Stamping" (que existe realmente) produzindo peças. Isso é retratado como o epítome de um trabalho de classe baixa, tedioso, chato, irracional e robótico. Ele parece literalmente pressionar um grande botão vermelho, repetidamente.
A cena abaixo mostra seu papel de estampagem de chapa em 1:28 minutos. Curiosamente, a partir de 1:40 minutos, você vê uma enorme rechadura na peça que eles produzem!
Veja o post completo no blog FormingWorld:
11 julho 2020
Inovação no projeto de ferramentas de estampagem - A competência em Ferramentaria na Audi
Para quem acha que a ferramentaria chegou em seu máximo de desenvolvimento, lamento dizer que está enganado. Existe muito potencial para inovação no projeto de estruturas, por exemplo.
O vídeo abaixo (acesso via link) mostra como os engenheiros da Audi estão desenvolvendo estruturas orgânicas em suas ferramentas, conseguindo reduções de peso e tempo de fabricação significativas.
07 julho 2020
Produção de autoveículos cai pela metade no primeiro semestre. Anfavea projeta queda de 45% no ano e uma lenta retomada até 2025
São Paulo, 06 de julho de 2020 – A Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos
Automotores (Anfavea) apresentou o balanço da indústria automobilística nos seis
primeiros meses do ano. Com fortíssimo impacto da pandemia de Covid-19 nos últimos
três meses, a produção acumulada de 729,5 mil veículos representou uma queda de
50,5% na comparação com o primeiro semestre de 2019. Em junho, a produção de
98,7 mil unidades foi 129,1% superior à de maio, mas 57,7% inferior à de junho do ano
passado. Com esses dados e com base nas expectativas econômicas do país para o
segundo semestre, a associação projeta produção de 1.630 milhão de automóveis,
comerciais leves, caminhões e ônibus em 2020, volume 45% inferior ao de 2019.
“Trata-se de uma estimativa dramática, mas muito realista com base no prolongamento
da pandemia no Brasil e na deterioração da atividade econômica e da renda dos
consumidores”, afirmou o Presidente da Anfavea, Luiz Carlos Moraes. A perspectiva
de produção é lastreada num mercado interno projetado de 1.675 milhão de unidades
vendidas no ano (queda de 40%) e uma exportação de 200 mil unidades (queda de
53%), além de levar em conta a variação de estoques e as importações de veículos.
Com o licenciamento de 132,8 mil unidades em junho, o acumulado do semestre foi de
808,8 mil autoveículos, recuo de 38,2% sobre o mesmo período de 2019. As
exportações em junho fecharam em 19,4 mil unidades, totalizando 119,5 mil no
semestre, uma queda de 46,2%.
Caminhões e máquinas caem menos
O setor de caminhões também foi fortemente afetado pela pandemia, embora as
quedas não tenham sido tão drásticas quanto as dos veículos leves. A produção no
semestre (34,8 mil) foi 37,2% menor em relação ao mesmo período do ano passado.
Os licenciamentos (37,9 mil) recuaram 19,1%, enquanto as exportações (4,8 mil)
encolheram 19,2%.
Parte do alívio nas vendas de caminhões deve ser creditada aos bons resultados da
safra agrícola, que também ajudou o setor de máquinas a não sofrer tanto com os
efeitos da pandemia. A produção acumulada no semestre (19,1 mil) foi 22,6% inferior à
dos seis primeiros meses de 2019. Já as vendas de 19,6 mil máquinas caíram apenas
1,3% no primeiro semestre, enquanto as exportações (4,2 mil) tiveram retração de
31%.
“A situação geral da indústria automotiva nacional é de uma crise maior que as
enfrentadas nos anos 80, 90 e essa mais recente de 2015/16. Ela veio num momento
em que as empresas projetavam um crescimento anual de quase 10%. Um recuo
dessa magnitude no ano terá impactos duradouros, infelizmente. Nossa expectativa é
que apenas em 2025 o setor retorne aos níveis de 2019, ou seja, com atraso de seis
anos”, avaliou Luiz Carlos Moraes.
Assessoria de Comunicação Anfavea
06 julho 2020
CARACTERIZAÇÃO EXPERIMENTAL DO AÇO 22MNB5 NA ESTAMPAGEM A QUENTE DE PEÇAS AXIAIS
RESUMO
Os aços baixo carbono ao boro, tais como, 22MnB5, 27MnCrB5, e 37MnB4, constituem a única classe de aço capazes de formar uma microestrutura totalmente martensítica após a estampagem a quente quando uma ferramenta refrigerada é utilizada. Entretanto, o aumento na resistência mecânica obtida com esses aços prejudicou a estampabilidade e limitou a estampagem de componentes de geometrias axiais. Neste estudo são caracterizados aspectos geométricos e microestruturais do aço 22MnB5 quando estampado para fabricação de peças de geometria axial. São analisados diferentes valores de raio do punção e da matriz, força de estampagem, a variação de espessura na chapa estampada, a temperatura de conformação e a influência da temperatura na microestrutura e microdureza. Resultados mostram que é necessária a utilização de raios mínimos de 8 mm para o punção e a matriz, 7 s de aquecimento da geratriz a 1100ºC, e que não é possível a formação de microestrutura 100% martensítica com a utilização do ferramental à temperatura ambiente.
03 julho 2020
E a indústria automotiva tradicional dormiu no ponto...
O artigo abaixo, escrito pelo Dr. Peter Mertens, ex-Head de P&D da Audi (ex-membro dos conselhos de Audi, VW, Land Rover e Volvo), em forma de desabafo, relata de forma contundente como a indústria automotiva tradicional foi ultrapassada por uma empresa de software (a Tesla), deixou de ser líder mundial e ainda luta para tentar recuperar o terreno. As notícias veiculadas recentemente, de que a Tesla ultrapassou todas as outras em valor de mercado, só vem a confirmar isso.
"Dormimos (…) vai ser sangrento!"
O texto trás muitas lições importantes. Entre elas, o que me chamou a atenção:
- Estamos na era da tecnologia da informação e qualquer produto por melhor que seja precisa estar integrado e conectado. A inteligência do sistema, o software, é o centro a partir do qual as características do produto se desdobram, permitindo assim atualizações e melhorias. Elon Musk, com a Tesla, criou uma arquitetura totalmente nova para seus veículos, permitindo updates e melhorias de desempenho através do download de atualizações que, como num passe de mágica, melhoram a performance ou adicionam funcionalidades ao produto. Criou assim uma ponte entre usuário e fabricante, através da qual fluem dados do perfil de uso do produto em uma direção e melhoria de funcionalidades na outra. E o "asset" mais valioso atualmente é justamente esse: nosso perfil de comportamento.
- Com a crescente "terceirização" do desenvolvimento de praticamente todos os sub-sistemas para fornecedores TIER1, as indústrias automobilísticas perderam as rédeas do próprio produto. É um exemplo de má gestão do conhecimento da própria empresa. Apesar de essa política ter trazido reduções de custo significativas ao longo dos anos, as marcas foram gradativamente perdendo a capacidade de se reinventar, de inovar de forma disruptiva, pois cada fornecedor precisa fazer exatamente o que a matriz solicita. Integrar sistemas concebidos por dezenas e até centenas de fornecedores em separado é uma desafio gigantesco. A consequência é que mesmo após 10 anos tentando recuperar terreno em relação à Tesla, os concorrente estão hoje no nível em que ela estava em 2012.
- Como a formação básica original dos gestores influencia nas suas visões para o negócio e nas decisões que são tomadas no direcionamento de companias baseadas em tecnologia.
Como alcançar o sucesso sem entender o desafio?
No Brasil estamos bem distantes das pequenas grandes revoluções que a Tesla tem trazido ao mundo automotivo. Para um melhor entendimento, o artigo abaixo, da Forbes, resume bem a questão e corrobora as afirmações do Dr. Mertens acima.
23 junho 2020
Webminar com P&D da ArcelorMittal: Exemplos do uso de aços avançados de alta resistência (AHSS) na revolução da mobilidade
Como aços para estampagem a quente como Usibor 2000 e Ductibor 1000 combinados com classes de aços martensíticos contribuem para o desempenho geral dos BEVs (carros totalmente elétricos).
19 junho 2020
"Ascenção da China" no documentário Netflix “História: Direto ao Assunto”
No século 21, a China se tornou uma potência econômica global. Por que o resto do mundo demorou tanto a perceber sua ascensão ao topo? O episódio mostra de forma muito clara a e rápida a ascensão da China, do comunismo ao chamado socialismo democrático, onde se tornou a segunda potência mundial em poderio econômico e aspirando ser a primeira em breve.
Bom para termos noção tamanho do milagre econômico chinês, e sabermos que é preciso estar preparados para um mundo sob liderança chinesa.
Episódio III do Documentário "História: Direto ao Assunto."
Veja o trailer do documentário:
18 junho 2020
12 junho 2020
Live - Ferramentarias no Rota 2030: Oportunidades e Desafios
Na próxima quarta-feira dia 17 de junho às 10h vamos ter um time de peso para debater o tema “Ferramentarias no Rota 2030 – Oportunidades e Desafios”.
Nosso time contará com a participação da Ana Paola Braga do IPT, Dr. Carlos Sakuramoto da GM, Jefferson Gomes do IPT, Wellington Damasceno do Sindicato dos Metalúrgicos do ABC e nosso mediador Anderson Suzuki!
Acesse nosso canal do Youtube e participe desse grande encontro:
05 junho 2020
Rapid Tooling na fabricação de componentes estampados: do conceito à peça em 5 dias (estudo de caso)
Este artigo está disponível no LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/joaohcdesouzametalforming/
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| Fonte: AUDI |
Componentes
fabricados através da conformação de chapas metálicas ainda são a melhor opção
para estruturas veiculares. É possível fabricar geometrias relativamente
complexas, com baixa geração de sucata (em relação a peças usinadas p.ex.) e
boa repetibilidade dimensional em altos volumes de produção. Permite também
atender às inúmeras demandas do produto final, essas por vezes antagônicos:
máxima resistência, capacidade de deformação residual, mínimo peso,
soldabilidade, facilidade de produção em série, etc. Contudo, a fabricação do
ferramental necessário ainda é demorado e dispendioso. O presente texto é um resgate
de um artigo que publiquei em 2008 no Senafor. Rapid Tooling para a produção de
componentes estampados ainda é raro no Brasil, e se mostra uma alternativa
viável quando se busca desenvolvimento rápido e redução do time-to-market. A
viabilidade do uso de polímeros avançados na estampagem já foi demonstrada,
inclusive para a conformação de materiais de alta resistência. Com os volumes
de produção em queda e modelos orientados a nichos de mercado será essa uma
alternativa para reduzir os custos de produção em uma indústria automotiva em
mutação?
Hoje pode-se dizer que um bom
prazo de desenvolvimento fica entre 20 e 40 semanas, dependendo do tamanho e
complexidade da peça.
O mercado automotivo atual mostra
faz algum tempo uma forte tendência a diversificação dos tipos de modelos
disponíveis, acrescido ainda de um aumento das variantes existentes dentro de
um único modelo. A tendência vem se acentuando ainda mais se considerarmos a
chegada dos EVs (Electrical Vehicles). A evolução rápida dos modelos, a
crescente modularização e as variações de geometria vêm diminuindo os volumes
de produção para um dado componente de chapa, e isso exige uma maior velocidade
no desenvolvimento de novos. Como consequência, o tempo disponível à
disponibilização dos recursos produtivos é reduzido, ao mesmo tempo em que
complexidade dos produtos e das técnicas de produção aumenta. Nas fases
iniciais do desenvolvimento do produto, neste caso automóveis com baixo a médio
volumes de produção, os protótipos e respectivo ferramental precisam estar
disponíveis o mais rápido possível.
No âmbito deste trabalho foi mostrado que o uso combinado de engenharia simultânea, manufatura aditiva e uso de ferramentas de simulação pode reduzir o tempo necessário ao desenvolvimento de novos produtos estampados. As fases de projeto em CAD da geometria e simulação foram verificadas através de um modelo produzido em impressora 3D. Em seguida foi produzida uma pequena série de protótipos em chapa, utilizando-se um ferramental produzido através de polímeros avançados. Após, a qualidade da peça foi verificada. Durante o desenvolvimento do trabalho foi dada ênfase a um processo de desenvolvimento rápido porém robusto. Finalmente os tempos necessários para a realização de cada etapa foram contabilizados e comparados. Os métodos utilizados foram:
Simulação da conformação através de métodos de simulação One-step: Estes programas são usados comumente para avaliar a produtibilidade de peças durante o desenvolvimento de novos produtos de chapa. O processo de conformação é simulado de trás para adiante, em um único passo (one-step). Ou seja, ao contrário do processo real de conformação, onde tudo começa com uma chapa plana que é conformada em várias etapas até finalizar a peça. Comumente esses programas são usados somente para estimativas rápidas da conformabilidade da peça, já que não é possível conhecer a real exatidão dos resultados obtidos. Qualquer interpretação adicional vem então a situar-se no campo da mera especulação. As vantagens que justificam sua utilização são tempos de preparação do modelo e cálculo dos resultados muito curtos.
Uso de métodos estatísticos em simulação convencional para automatizar a otimização de parâmetros do processo: Como forma de encontrar os parâmetros ótimos do processo é possível atualmente fazer uso de Análises de Sensibilidade. Para isso, primeiramente são definidas janelas de variação para os parâmetros do processo, e posteriormente são realizadas um certo número de simulações. O resultado sai em forma de janelas de processo, dentro das quais o processo de conformação pode ser realizado com sucesso. O usuário obtém assim um entendimento mais profundo dos fatores com mais influência sobre o processo em estudo e os parâmetros ótimos do processo podem ser determinados.
Modelos visuais feitos por manufatura aditiva (impressão 3D): processos de prototipagem por deposição de camadas oferecem hoje grande variedade de aplicações. Essas possibilidades se estendem de simples amostras para verificação do design junto ao cliente até ferramentas de conformação inteiras.
Materiais de ferramenta alternativos para fabricação de protótipos: materiais alternativos como polímeros compósitos oferecem vantagens, por exemplo rápida usinagem e facilidade de executar modificações na ferramenta. Principalmente no que se refere ao tempo de fabricação se torna claro o potencial dos materiais alternativos.
A aplicação dos métodos descritos
acima modificam a cadeia convencional do processo de desenvolvimento de um novo
produto. Cadeias convencional e otimizada são confrontadas na figura
abaixo. Nela, setas horizontais significam processos de planejamento, enquanto
setas verticais simbolizam processos de fabricação. A sobreposição de blocos
origina-se de processos que correm paralela ou simultaneamente. A etapas do
desenvolvimento são distribuídas no tempo e divididas em três regiões
adjacentes: Definição de Objetivos, Planejamento/ Processos virtuais/ RP e
Produção.
Estudo
de caso: Suporte de Alumínio para um Display Multifuncional
Todas as etapas, das
especificações até o corte da peça pronta, são brevemente descritas a seguir. O
primeiro passo consiste na definição das especificações.
Dia
1
Devido à inexistência de dados
geométricos do componente, foi preciso primeiramente fazer uso de engenharia
reversa para produzir o desenho CAD do componente a ser fabricado. Já nessa
etapa foi possível avaliar a produtibilidade da peça por meio do método de
simulação One-step. Devido à sua simplicidade esse estudo pôde ser realizado
rapidamente pelo projetista. Com isso, raios considerados críticos à
conformação puderam ser otimizados diretamente. Os resultados obtidos podem ser
vistos abaixo.
Após essa etapa, um modelo para
visualização foi produzido em polímero para visualização espacial da geometria
recém concebida.
Para isso foi usado um processo
de prototipagem rápida do tipo impressão 3D. No equipamento usado são
depositadas camadas finas (16μm) de um foto-polímero a partir de bloco com oito
cabeçotes.
A camada depositada é
posteriormente curada com luz ultravioleta. A produção do protótipo necessitou
8 horas. Como o equipamento é automático, foi possível realizar a produção à
noite.
Dia
2
O protótipo de visualização foi
avaliado, discutido e pequenas alterações foram realizadas. Baseado no modelo
CAD agora disponível foi possível iniciar o projeto da ferramenta, o qual gerou
as informações necessárias à simulação convencional do processo. De acordo com
a análise anterior a geometria poderia ser conformada sem problemas.
Entretanto, como não é possível obter resultados detalhados confiáveis com o
programa One-step, a geometria precisou ser novamente simulada usando o método
de simulação convencional. O programa utilizado foi o AutoForm Incremental.
Problemas comuns na comparação dos dois métodos de simulação são o ajuste da
força do prensa-chapas e a quantidade exata de material do blank inicial que
escorrega para dentro da matriz (diferença entre perímetro inicial e final do
blank).
Neste momento do trabalho de
desenvolvimento foram utilizadas ferramentas estatísticas adicionais visando
aumentar a segurança do processo de conformação. O uso desses métodos baseia-se
na premissa que um processo só pode ser influenciado de forma direcionada
quando se tem conhecimento de quais parâmetros são responsáveis por quais
efeitos no processo. Por isso o primeiro passo desse tipo de análise é proceder
uma consequente identificação e classificação desses parâmetros. Para isso é
preciso conhecimento prático, expertizing
é necessário. Disso depende a qualidade dos resultados da análise e otimização
estatística do processo. Variando os parâmetros certos é possível conhecer os
efeitos no processo de conformação e corrigir as ferramentas de acordo com os
mesmos. Através do método é possível por um lado otimizar parâmetros da
ferramenta e por outro lado aumentar a segurança (robustez) do processo. É
preciso, porém, contabilizar um tempo adicional para esse tipo de análise, o
qual dependerá da complexidade da peça e do processo. O número de ciclos de
simulação necessários depende da qualidade da pré otimização já realizada
previamente com o programa One-step e do nível de expertizing do especialista em simulação. O resultado obtido
com AutoForm Incremental pode ser visto abaixo.
O resultado satisfatório da
simulação permitiu a finalização do projeto da ferramenta. A mesma foi
concebida para ser construída com um material polimérico compósito de alta
resistência. As principais vantagens do uso deste material são:
·
Fabricação
rápida: a usinagem ocorre em tempo recorde, não há necessidade de tratamentos
térmicos nem de polimento.
·
Redução
do tempo de ajuste ao mínimo. O menor módulo de elasticidade do polímero faz
com que ele se ajuste naturalmente durante o processo de conformação, mantendo,
porém, as dimensões esperadas para o produto.
Vale
abrirmos um parêntesis para falar um pouco sobre esse material alternativo
Apesar de contrariar o senso
comum, polímeros avançados permitem conformar chapas de alta resistência com
detalhes refinados, pequenos raios e detalhes de superfície. A peça ao lado foi
fabricada em um aço com limite de resistência de 700MPa e 1 mm de espessura.
Essa classe de materiais permite uma rápida usinagem e a confecção de roscas,
uso de pinos e outros elementos convencionais usados no projeto de ferramentas.
Os insertos da ferramenta da imagem abaixo produziu 1200 componentes até
começar a mostrar desgaste perceptível.
Voltando ao tema original do artigo, o projeto da ferramenta pode ser visto abaixo. Baseado nele foram feitos posteriormente os programas para usinagem CNC dos blocos de polímero.
Dias
3 e 4
Por meio dos desenhos 3D e
programas de usinagem a ferramenta pôde finalmente ser fabricada. A duração
desta etapa depende de vários fatores como número de centros de usinagem
disponíveis, experiência dos operadores e tipo de material a ser trabalhado.
Com o uso de material polimérico foi possível reduzir o tempo de fabricação das
peças por um fator 3, o que mostra uma das vantagens desse tipo de
material. As etapas para fabricação da ferramenta podem ser vistas a
seguir.
Dias
4 e 5
Após a fabricação da ferramenta a
mesma foi montada e ajustada na prensa. Com a obtenção da primeira peça boa foi
iniciada a produção das 150 peças. Após foi feito o corte do contorno da peça e
o componente montado no console central com o touchscreen. Estas etapas são mostradas
abaixo.
O tempo necessário para um desenvolvimento
como este depende não somente dos métodos utilizados, mas também das
características próprias de cada empresa. O desenvolvimento de um produto de
chapa como o apresentado neste trabalho pode ser realizado em 4-5 dias. Uma
descrição dos tempos necessários para cada etapa pode ser vista na tabela a
seguir. Por causa do uso de engenharia simultânea e da consequente
paralelização de etapas do desenvolvimento não é possível simplesmente somar os
tempos obtidos.
É importante destacar o uso de material
polimérico neste projeto, o que possibilitou não só uma fabricação e ajuste
rápidos da ferramenta, mas também peças com excelente qualidade dimensional e
superficial. Também é importante salientar que para peças mais complexas em que
se queira usar métodos estatísticos de otimização e/ou geometrias de usinagem
mais trabalhosas devem ser contabilizados mais 2-3 dias no planejamento.
Considerações
finais
Porque utilizamos aço nas
ferramentas? Existem vários motivos que podem ser enumerados, porém o principal
é a alta resistência ao desgaste, o que permite enormes volumes de produção. Mas,
mesmo quando não precisamos de grandes volumes continuamos utilizando aços...
simplesmente porque não conseguimos pensar de forma não convencional. O mercado
de estampados continuará sendo de grandes volumes no futuro? Creio que o nicho
de pequenos volumes tende a crescer muito, como já vem acontecendo a alguns
anos.
Tribologicamente falando, na
conformação de chapas por meio de polímeros o mecanismo de desgaste é abrasivo
quando há contato entre as superfícies (sem lubrificação p.ex.). Porém, é
possível alcançar um regime elasto-dinâmico com desgaste extremamente baixo. Já
com ferramentas de aço o regime é misto, ou seja, sempre há contato metal-metal
entre chapa e ferramenta. O principal mecanismo de desgaste é adesão, seguido
de abrasão e desgaste tribo-químico, e todos são muito difíceis de serem
controlados sem o uso de aços especiais, revestimentos cerâmicos e
pré-tratamentos.
Tirando da jogada a característica
"resistência ao desgaste", quais seriam as propriedades ideais de uma
ferramenta? O aço, com seu altíssimo módulo de elasticidade, exige uma enorme finesse na fabricação dos componentes
ativos da ferramenta. Tanto que as etapas de ajuste e tryout consomem muitas
vezes mais da metade do tempo de desenvolvimento de uma ferramenta. Polímeros
especiais, por sua vez, permitem a ferramenta se ajuste ao processo, ao mesmo
tempo que controla o fluxo de material. Controlar a deformação é mais fácil do
que tentar evitá-la.
Os avanços em Engenharia de Materiais não param.
Polímeros avançados, fabricados através da adição de reforçadores na sua
microestrutura permitem obter propriedades mecânicas muito interessantes,
inclusive para o campo da fabricação de estampados.
Processos de manufatura aditiva de polímeros podem
oferecer oportunidades não só na fabricação de componentes (peças), mas também
na fabricação de meios de produção mais baratos e de forma mais rápida.
02 março 2020
Estruturas veiculares na era da eletrificação
Este artigo está disponível no LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/joaohcdesouzametalforming/
Foi publicado Estampagem e Conformação: https://issuu.com/sfeditora/docs/2020.04_estampagem
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| Fonte: AEV Robotics |
Os carros elétricos vieram para ficar. Uma nova era se inicia, isso não pode ser negado, e ela terá reflexos em todos os elos da cadeia de manufatura. A pergunta que eu me faço, e muita gente que trabalha com chapas e ferramentaria com certeza também se faz, é: como os carros elétricos serão construídos? Que tipo de componentes serão usados, quais materiais, quais geometrias? Os estampados ainda são a solução mais adequada? Antes de responder a essa pergunta devemos dar uma olhada na razão dos automóveis serem como são. Como chegamos a estrutura de Body in White que temos hoje?
De todas as tecnologias, a automotiva é a que mais influenciou a sociedade humana até hoje. Muito mais do que nos transportar do ponto A ao ponto B, os automóveis transmitem emoções, identidade, status, falam um pouco da personalidade do seu dono. Definem as cidades, os ritmos da vida. Impulsionam economias.
Os automóveis que fabricamos são fruto de mudanças incrementais realizadas paulatinamente, a cada novo lançamento, em um processo lento de melhoria através dos anos. Cada novo modelo, trouxe uma nova tecnologia ou acessório, um novo material, uma estrutura um pouco melhor, um pouco mais segura, até atingirmos o que temos hoje.
Nós, engenheiros, adoramos inovações, mudanças, melhorias radicais, disruptivas. Porém, ainda temos muita dificuldade em implementar muitas mudanças ao mesmo tempo. Um problema de cada vez! Para exemplificar essa afirmação, a figura abaixo mostra uma típica carruagem, com tração animal.
A figura seguinte mostra um dos primeiros automóveis híbridos construídos, um Brougham 1904, da empresa francesa Kriéger Company of Electric Vehicles (Société des Voitures Électriques Système Kriéger). Na época ele já contava com sistema regenerativo de frenagem, motor a combustão para auxiliar as baterias e motores acoplados nas rodas dianteiras.
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| Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/Kri%C3%A9ger_Company_of_Electric_Vehicles |
Comparados com carruagens de tração animal as carruagens elétricas tinham algumas vantagens, já que, em questão de autonomia, manutenção e disponibilidade, os cavalos deixavam bastante a desejar. Porém, assim que a tecnologia de motores a combustão começou a ficar mais eficiente, a vida dos elétricos ficou cada vez mais difícil. E, como consequência, o desenvolvimento de motores a explosão mais eficientes acabou por sufocar quase que totalmente o desenvolvimento da elétrificação veicular.
É quase inacreditável, mas mesmo com tanto desenvolvimento tecnológico, hoje estamos de volta aonde estávamos a 120 anos atrás, porém com novos materiais, novas baterias, novos processos de fabricação. E, é claro, com uma bomba relógio ambiental que está prestes a explodir, nos forçando a tomar uma atitude ou perder o planeta.
Hoje estamos vivendo um segundo nascimento, ou um renascimento, da eletrificação automotiva. E da mesma forma que aconteceu no início do século XX, será que hoje os carros elétricos não se parecem demais com os carros movidos a combustão?
Quando pensamos nos carros elétricos, muito mais do que somente retirar o motor a combustão e seus periféricos, mantendo o resto mais ou menos igual, precisamos passar a limpo todos os conceitos que levaram ao que temos hoje em estrutura automotiva.
De forma simplificada, podemos nos perguntar:
1 - O que devemos tirar?
2 - O que devemos manter?
3 - O que podemos criar?
Como você responderia às três perguntas acima?
São 3 perguntas muito importantes, pois trazem influenciam diretamente nas decisões de investimento das indústrias de manufatura.
Dentre as coisas que precisamos manter, com certeza a SEGURANÇA PASSIVA é vital. Mesmo com toda a tecnologia , acidentes eventualmente acontecerão. Continuamos na missão de buscar melhores projetos estruturais, combinados a materiais de alta resistência e alta capacidade de absorção de energia.
Fontes: Enriquez, J.:Body in white architecture for an electric vehicle concept. MSc. Thesis, CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Gothenburg, Sweden 2016.
https://www.ahssinsights.org/news/battery-electric-vehicles-boom-or-bust-for-ahss/
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