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:







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 

PROGRAMA ROTA 2030: Pesquisa para Mapeamento das Ferramentarias Brasileiras




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.