Processo+de+Fabricação+de+Rodas+de+Liga-leve

Processo de Fabricação Veicular NMA 310

CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FEI

ENGENHARIA MECÂNICA AUTOMOBILÍSTICA

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE RODAS DE LIGA LEVE

NMA 310 – Processo de Fabricação Veicular – Prof: Valberto Ferreira da Hora 1


Processo de Fabricação de Rodas de Liga Leve Grupo 07 Jeferson Pereira

12103030-8

Hugo Rishter

12103052-2

Vitor Lopes Garcia

12103062-1

Heitor Silva Sarro

12103133-0

Felipe Di Stefano Pereira

12103354-2

Tiago Marin Carneiro

12105254-0

Alexandro Leal Santos Santos

12204110-6

Índice 2


Processo de Fabricação de Rodas de Liga Leve Grupo 07 Jeferson Pereira

12103030-8

Hugo Rishter

12103052-2

Vitor Lopes Garcia

12103062-1

Heitor Silva Sarro

12103133-0

Felipe Di Stefano Pereira

12103354-2

Tiago Marin Carneiro

12105254-0

Alexandro Leal Santos Santos

12204110-6

Índice 2


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Introd Introduçã ução.. o..... ....... ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ........ ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ..... .. Aplicações das rodas................................ rodas................................ ........................ ........................... .......... Proces Processo so de de desen desenvo volvi lvimen mento. to.... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ...... ... Proces Processo so de fabric fabricaçã ação.. o...... ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ..... Melhor Melhorias ias de proces processo. so.... ....... ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ........ ........ ....... ... Concl Conclusã usão.. o...... ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ........ ........ ........ ...... .. Agradecimento.............................................. ........................... ........................... ... Referê Referênci ncia a bibliog bibliograf rafia. ia.... ....... ....... ....... ........ ........ ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ....... ...

4 6 11 19 32 33 34 35

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 1. Introdução A história da roda pode ser muito curta ou abranger milhares de anos - depende da região ou parte do globo em que é considerada. Sabe-se, por exemplo, que enquanto a civilização sumeriana, que floresceu às margens do rio Eufrates há cerca de 6.000 anos atrás, sabia usá-la (como está gravado em um baixo-relevo de UR) e enquanto os egípcios pareciam familiarizados com ela desde 1.700 Antes de Cristo, a roda era completamente desconhecida na Oceania antes da chegada dos primeiros europeus. Mesmo as civilizações pré-colombianas não acharam uso prático para ela, embora em princípio já a conhecessem. Acredita-se que a roda foi desenvolvida originada do rolo (um tronco de árvore) que, provavelmente, representou o primeiro meio usado pelo homem para impedir o atrito de arrasto entre dois planos, substituindo-o pelo atrito de rolamento. O vestígio mais antigo do uso da roda em veículos é o desenho de uma carroça numa placa de argila encontrada na Suméria (Mesopotâmia), de 3.500 a.C. Ao que tudo indica, tratava-se de um carro fúnebre com rodas compostas: duas tábuas arredondadas presas de ambos os lados de uma tábua central. Em 2.000 a.C., os sumérios colocaram raios no lugar da estrutura maciça, e foi, talvez, a necessidade de introduzir a mão para lubrificar o eixo que fez com que o homem abrisse largos buracos. Em outra ocasião, alguém pensou em proteger o cubo da roda contra choques utilizando uma cobertura, e surgiu a precursora das calotas modernas, que têm objetivo de certa forma funcional. A evolução das rodas dos automóveis se originou diretamente das rodas das antigas carruagens puxadas a cavalos, às quais eram, a princípio, idênticas.

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Figura 1 - Roda de 4.000 a.C.

Figura 2 - Roda grega do século VII a.C.

As civilizações adiantadas, como egípcia, grega e romana, utilizavam rodas de carvalho raiadas e trabalhadas em suas carroças e bigas, puxadas por homens e animais. Com a inevitável modernização, a tração animal foi substituída por veículos automotores a vapor. Com a evolução dos automóveis e a alta dos combustíveis, surgiu a necessidade de veículos mais leves e de menor consumo, gerando inúmeras pesquisas de materiais com peso inferior ao aço, que resultaram na produção de rodas de magnésio. Em meados dos anos 70, passamos a fabricar rodas utilizando a liga leve alumínio/silício. A mudança de material prima deu-se porque o magnésio era um material de difícil tratamento, tanto na usinagem como na soldagem. Quando o magnésio entra em combustão, apenas é possível interromper sua queima por falta de oxigênio ou quando o magnésio todo é consumido. Como a primeira condição é muito difícil de ser obtida, aumentando o custo da produção da roda para se conseguir todo o processo a vácuo, e a segunda condição está descartada, devido ao grande risco de ocorrer acidentes de trabalho, optou-se então pelo alumínio/silício, material de menor resistência mecânica e maior peso, porém um material muito mais fácil de ser tratado, sem correr os riscos de acidentes. Outro motivo da utilização do alumínio foi a crescente produção do material na época, o que também estimulou a utilização do alumínio nas rodas. No Brasil o primeiro veículo equipado com rodas de liga leve foi o Dodge Charger RT em 1979, com aro de 14 polegadas e tala de 6 polegadas.

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 2. Aplicações das rodas As rodas têm grande abrangência de aplicações. Tanto em veículos de carga, de passeio, competição e qualquer outro tipo de veiculo que deva possuir rodagem sobre alguma superfície. 2.1. Veículos de carga Nos países europeus e nos EUA a roda de alumínio reina absoluta. As vantagens oferecidas pelo produto, como menor peso - aproximadamente entre 30 e 35%- que possibilita maior capacidade de carga ao caminhão, menos viagens e redução do consumo de combustível, vêm de encontro às necessidades dos transportadores. Porém, no Brasil, ela ainda disputa espaço com as de aço, que continua presente na maioria dos caminhões. A principal justificativa é o preço pouco competitivo em relação às convencionais rodas de aço. Além disso, a falta de informação do usuário final, que não conhece as vantagens de se utilizar o produto, e acha que se trata somente de uma melhoria estética, impede que o Brasil tenha mais caminhões trafegando com rodas de alumínio.

Figura 3 – Redução de peso das rodas forjadas e fundidas (Fonte: Alcoa) 6


Figura 4 – Caminhão de transporte de cargas 2.2.Veículos de passeio Além do ganho estético que proporcionam, as rodas de liga leve têm sua maior vantagem sobre as de aço na redução de peso. Contribuem, assim, para diminuir a massa não suspensa do veículo, isto é, a massa de todo componente que não repouse sobre as molas da suspensão, como freios, cubos, rolamentos, rodas e pneus. Com menor massa não suspensa, as rodas copiam melhor o perfil das irregularidades do solo, contribuindo para o trabalho dos amortecedores e otimizando a aderência dos pneus. Mesmo que o veículo trafegue apenas sobre superfícies lisas, como ocorre em competição, as rodas mais leves trazem outro benefício: menor inércia. Quanto mais pesada a roda, maior será o esforço necessário para colocá-la em movimento nas acelerações ou para fazer cessar esse movimento com a aplicação dos freios. Neste último caso, a inércia da roda é conhecida como efeito volante. Esse problema torna-se tanto maior quanto mais largos os pneus, pois exigem rodas também mais largas.

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Figura 5 – Componentes não suspensos

Figura 6 – Conjunto da suspensão 2.3.Veículos de competição Por serem mais leves, as rodas de liga leve podem assumir grandes dimensões, permitindo a utilização de discos de freio maiores, facilitando a ventilação e elevando a capacidade de frenagem de modelos mais esportivos.

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 Estas rodas reforçam o visual esportivo do veículo, principalmente nas opções de aro 17”, 18” ou até mesmo 19“, que podem preencher toda a caixa de rodas do pára-lamas. São rodas largas e reforçadas, feitas em liga especial de alumínio, que soma leveza e resistência, proporcionando o desempenho e a segurança exigidos.

Figura 7 – Carro de Stock Car

Figura 8 – Caminhão Formula Truck

2.4.Outros veículos As rodas de liga leve também são usados em grande escala em outros veículos, como nas motos. As rodas de liga leve são resistentes e reforçam a estabilidade. Essas rodas também são usadas em aviões.

Figura 9 – Rodas de motocicleta

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Figura 10 – Boeing 737

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 3. Processo de desenvolvimento 3.1. Tipos de rodas De acordo com o método de fabricação, produzem-se rodas com uma, duas ou até três peças, feitas inclusive de materiais diferentes. São conhecidas no mercado internacional como “one-piece”, “two-pieces” e “three-pieces” (esta última possui um nome especial: "modular"). As rodas chamadas “one-piece” podem ser fundidas ou forjadas e depois usinadas, polidas, pintadas ou cromadas. As rodas forjadas se originam de uma peça com certa espessura, chamada de “blank”, que depois será conformada mecanicamente para atender as especificações de projeto mais variadas. As rodas two-pieces são formadas com um centro que pode ser fundido ou forjado e que depois será soldado ou aparafusado a uma lateral que normalmente é forjada e depois usinada, o que garante à peça resistência mecânica e leveza elevadas.

Figura 11 – roda “two-piece” (Fonte: www.splitrims.com)

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Figura 12 – construção típica “two-pieces” (Fonte: www.splitrims.com) Já as rodas “three-pieces” são formadas de um centro e duas meias-laterais, que serão aparafusadas e soldadas umas às outras.

Figura 13 – construção típica “three-piece” 12

Processo de Fabricação Veicular NMA 310 (Fonte: www.splitrims.com e www.autochannel.com) Com tantas possibilidades, não é difícil imaginar algumas combinações, como um centro de alumínio preso a uma lateral de aço ou alumínio forjado, o que além de proporcionar maior leveza (pois os forjados possuem menor espessura e maior resistência), também facilita a manutenção das rodas. É necessário ressaltar que esses últimos métodos de fabricação podem parecer mais vantajosos, mas por vezes demandam um alto investimento.

3.2. Materiais e ligas aplicados As rodas de liga leve utilizam uma liga composta por alumínio (para menor peso), silício, magnésio e titânio (para ganhar resistência), estrôncio (para ganhar maleabilidade), entre outros metais. Atualmente a maioria das fabricantes de rodas de liga de alumínio utiliza duas ligas, a A.356 e a A.413. A escolha entre as duas ligas depende dos valores de propriedades mecânicas como vistos na tabela abaixo:

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 A.356

A.413

Physical Properties Density

2.67 g/cc

2.66 g/cc

70 - 105

80

Ultimate Tensile Strength

Min 234 MPa

290 MPa

Tensile Yield Strength

Min 165 MPa

131 MPa

Min 3.5 %

3,50%

50 %

30%

557 - 613 °C

574 - 582 °C

Melt Temperature

677 - 816 °C

649 - 760 °C

Casting Temperature

677 - 788 °C

635 - 704 °C

Mechanical Properties Hardness, Brinell

Elongation at Break Machinability

Thermal Properties Melting Point

Processing Properties

Tabela 1 – Propriedades A.356 e A.413 O número de ciclos para fadiga da liga A.356 é por volta de 30% maior do que a liga A.413. Para que a liga A.356 atinja os valores acima citados é necessário que a roda passe por um ciclo térmico denominado T6, solubilização e envelhecimento artificial, o que acarreta num custo maior de produção. As rodas acima de 15 polegadas recebem solicitações mecânicas maiores devido à geometria da roda e ao peso do carro, por isso geralmente são fabricadas com a liga A.356. Dentro do setor de rodas as duas ligas são conhecidas como liga 7 para a A.356 devido ao valor de 7% de silício e liga 11 para a A.413 devido aos 11% de silício como mostrado nas especificações a seguir. Além do silício, a liga 7 também recebe a adição de 0,45% de magnésio. Esse é o elemento que proporciona o endurecimento por precipitação da liga.

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Figura 14 – Composição química A.356 (Fonte: www.matweb.com)

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 3.3.Dimensões principais 3.3.1. “Back-space” “Back-space”

é a maior distância que podemos deixar entre a face de apoio de uma roda

no tambor de freio e a traseira da aba do aro. Este espaço evita que o conjunto roda/pneu toque ou interfira no sistema de suspensão, amortecedor e parte interna do pára-lama. O “back-space” é determinado da seguinte forma: 1 - Apoiar uma régua na superfície externa da aba “A”; 2 - Introduzir uma escala no interior do aro até tocar a face de apoio do centro (superfície “B”); 3 - O ponto de intersecção mais interior das duas réguas determina o “back-space”. (Ex: 126mm);

Figura 15 – “Back-space” 3.3.2. “Off-set” 16


“Off-set”

é a distância entre a superfície da montagem, ou a face de apoio da roda no

tambor de freio. É uma linha imaginária que passa pelo centro do perfil do aro. Com o “off-set”, também é possível determinar a maior distância que podemos deixar entre a face de apoio da roda no tambor de freio e a aba traseira do aro. A instalação de uma roda com “off-set” adequado é muito importante. Ele mantém a boa dirigibilidade do veículo e evita o desgaste prematuro dos pneus e dos componentes de suspensão.

Figura 16 – “Off-set” O “off-set” pode ser classificado como positivo, zero ou negativo. O positivo indica que a face de assentamento da roda está mais próxima da borda dianteira em relação à borda traseira. Esse tipo de “off-set” é normalmente utilizado em veículos de passeio e pick-ups leves que derivam desses veículos.

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Figura 17 – “Off-set” positivo O “off-set” zero indica que a face de assentamento da roda está igualmente dividida, ou seja, no centro da tala. Este tipo de “off-set” geralmente não é utilizado para aplicações convencionais, devido às características construtivas das suspensões atuais. No caso do “off-set” negativo, a face de assentamento da roda está mais próxima da borda traseira em relação a borda dianteira. Esse tipo de off-set é normalmente utilizado em pick-ups médias e grandes, como por exemplo: Ford F-1000, F250 e Ranger e Chevrolet D20 e Silverado.

Figura 18 – “Off-set” negativo

3.3.3. PCD “Pitch Center Diameter” 18


O PCD de uma roda é a distância entre os furos de fixação e a quantidade de furos que a roda possui. Essa distância entre os furos é um círculo imaginário que passa pelo centro de cada furo. A representação do PCD é feita da seguinte forma:

Figura 19 – Medidas padrões do PCD (Fonte: www.carrosnaweb.com.br )

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 4. Processo de fabricação Fluxogramas de processos:

Forjadas “One-Piece” Recebimento do blank



Aquecimento do blank

Repuxo final e usinagem inicial





Forjamento  Repuxo inicial  T4 

Usinagem final  T6  Acabamento

“Two-Pieces” Recebimento do blank 



Aquecimento do blank



Forjamento  Usinagem final  T6

Montagem  Acabamento

Fundidas “One-Piece” Fusão do alumínio  Mistura das ligas  Desgaseificação  Fundição (por gravidade ou injeção de baixa pressão)



Repuxo  Usinagem  T6  Acabamento

“Two-Pieces” Fusão do alumínio  Mistura das ligas  Desgaseificação  Fundição (por gravidade ou injeção de baixa pressão)



Usinagem  T6  Montagem  Acabamento

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 4.1.Rodas Forjadas 4.1.1. Rodas forjadas “one-piece” As rodas forjadas têm a vantagem de apresentarem maior resistência que as fundidas, devido ao maior encruamento do material durante o processo de fabricação. O processo é iniciado com o aquecimento do blank, que pode ter sido obtido anteriormente pelo processo de fundição ou extrusão. O aquecimento é feito em fornos e visa a plastificação do material. Após isso, o blank ainda aquecido é recebido no processo de forjamento do cubo e do aro(corpo da roda) onde é conformado em múltiplas operações. Esta operação pode gerar, se necessário, rebaixos ou furos que podem ser necessários nas próximas etapas do processo. Nessa etapa não podem ser feitos furos ou características geométricas que possam sofrer variação nos próximos processos. O repuxo inicial consiste em fixar o corpo forjado da roda em um mandril que será utilizado como gabarito para a conformação preliminar da superfície interna da tala. A conformação é feita por dois roletes que distribuem o material previamente localizado junto ao cubo pela superfície do mandril. Estes roletes devem estar localizados em posições diametralmente opostas e, caso isso não seja possível, o processo pode ser realizado em duas etapas diferentes, sendo que o primeiro rolete deve ser o de maior diâmetro. Após o repuxo inicial, é realizado o tratamento térmico de solubilização (T4), que tem a finalidade de preparar o material para o repuxo final, através da redução da quantidade de discordâncias geradas no processo de forjamento e repuxo inicial, além de solubilizar o magnésio e silício, que serão posteriormente precipitados. O processo é realizado à temperatura de 500º C por 6 horas.

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 Após o tratamento térmico, o corpo com a tala já preliminarmente formado é montado em novo mandril que tem a forma interna final da tala e das bordas. Esta conformação também é feita simultaneamente por dois roletes. Na mesma operação, é desejável que seja realizada também a usinagem do furo e da superfície de apoio da roda. Um novo processo de usinagem é realizado para conferir os furos de fixação, a superfície de assentamento do pneu, as bordas e o furo da válvula. A peça recebida do processo de usinagem é então submetida ao tratamento térmico complementar T6. Normalmente, o T6 envolve uma etapa de solubilização (exatamente como feito no T4), seguido de uma etapa de precipitação feita a 185°C por 5 horas. Como já foi realizada a solubilização no T4, só é contemplada neste tratamento a etapa de precipitação. Esta operação tem por finalidade precipitar de maneira coerente o magnésio e silício que estavam anteriormente solubilizados.

Figura 20 - Formação de precipitado coerente Com a conclusão do processo de conformação e de tratamento térmico, o produto já está adequado para uso, faltando-lhe apenas a fase de acabamento estético, quando desejado. Nesta etapa podem ser utilizados diversos tipos de acabamento, que vão desde simples pintura a processos mais complexos, como cromatização e diamantação.

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 4.1.2. Rodas forjadas “two-pieces” Como no processo de forjamento de rodas do tipo “one-piece”, o blank é aquecido com a finalidade de plastificação do material seguido por várias etapas de forjamento, formando o cubo e o aro da roda. Após o forjamento, a peça é enviada para o processo de usinagem, onde serão realizadas todas as furações e acabamento da roda. Posteriormente à usinagem, o produto passa pelo tratamento térmico T6, como no processo anterior, mas, como neste caso não foi realizado o tratamento T4 anteriormente, a solubilização é executada no mesmo processo. O corpo da roda é então enviado para a montagem, que pode ser realizada através da solda da tala ou da montagem da mesma com o uso de parafusos, seguindo para as etapas de acabamento, exatamente como realizado no processo de forjamento de rodas do tipo “one-piece”.

4.2.Rodas fundidas 4.2.1. Rodas fundidas “one-piece” O processo de fusão da liga de alumínio inicia-se com a adição de um sal (NaCl), que é fundido pelo calor do queimador. A função desse sal é proteger o banho de metal líquido da atmosfera, evitando a oxidação do alumínio, e dos fumos gerados no queimador, além de absorver eventuais impurezas da carga. Após a fusão do sal, é realizado o carregamento do forno. Essa carga se compõe de lingotes de alumínio-silício e de retorno de produção na ordem de 92% e 8% respectivamente, isto é, cargas limpas, livres de sujeira, o que promove um alto rendimento do forno (98%). Os cavacos provenientes dos processos de usinagem não

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 são utilizados, pois neles há óleo e outras sujeiras, o que comprometeria o alto rendimento do forno.

Figura 21 - Lingotes para alimentação do forno Conforme a carga funde, o sal sobrenada no banho formando uma película bem fina ao longo de toda a superfície do metal líquido. Após a fusão de toda a carga é feita a primeira análise química do banho. Esse material é analisado por espectrometria de emissão ótica e é fundamental para a correção da composição química do banho para a composição desejada. Após a primeira análise de elementos, é feito o cálculo para correção de composição. Essa correção é realizada adicionando-se ligas de Al-Si e Al-Si-Mg ao material fundido. Com a composição química acertada e verificada no espectrômetro, mede-se a temperatura (~710°C) e por meio de uma rotação do forno seu conteúdo é vazado por uma bica de vazamento a um cadinho.

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Figura 22 – Processo de fusão do alumínio Durante a etapa de fusão da carga e permanência em alta temperatura, o banho de alumínio tende a absorver hidrogênio. Há inúmeras fontes de hidrogênio, entre elas a própria umidade do ar. A molécula de H 2O dissocia-se na superfície do metal liquido e o hidrogênio difunde-se no banho; quanto maior a temperatura do banho e/ou sua permanência a altas temperaturas, maior será a absorção. Para minimizar o efeito nocivo do hidrogênio, o banho deverá ser desgaseificado antes de ser vazado. Este processo de desgaseificação objetiva diminuir a porcentagem de hidrogênio no banho, visando a sanidade micro-estrutural e melhoria das propriedades mecânicas do produto. A diminuição do hidrogênio diminui a porosidade e, conseqüentemente, aumenta a resistência à tração. A desgaseificação é feita através do processo de desgaseificação rotatória, ou seja, a introdução de um gás inerte por meio de um impulsor giratório. Esta prática tem se tornado muito difundida na indústria de fundição de alumínio, para uma remoção eficiente do hidrogênio dissolvido no alumínio líquido. Após a desgaseificação é retirada uma amostra da liga para realização da análise por espectrometria. Essa análise visa a certificação da composição da roda.

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Figura 23 - Unidade de desgaseificação rotatória com borbulhamento de N 2 As rodas podem ser fundidas por dois métodos, tanto por gravidade ou por injeção á baixa pressão. O processo de fundição por gravidade envolve depositar a liga de alumínio preparada em um molde utilizando gravidade (sem adição de qualquer pressão para preencher o molde). O processo de fundição por gravidade tem as seguintes características: •

Equipamentos de baixo custo comparado com processo de injeção;

•

Versatilidade para design mais complexos.

Este tipo de processo é mais utilizado onde a redução de peso não é a premissa principal do projeto, ou seja, possui maior utilização em rodas onde o aspecto visual/estético é mais importante. Isso se dá pelo fato de ao depositar a liga fundida no molde, esta não se compacta tanto quanto no processo de injeção de baixa pressão. Por este fato, é necessário aumentar a espessura do fundido para garantir os esforços requeridos. 26


Já o processo de fundição por injeção de baixa pressão consiste na utilização de pressão positiva para mover a liga de alumínio em um molde, provendo um produto com maior densidade. O processo de fundição por injeção de baixa pressão tem as seguintes características: •

Menor tempo de preenchimento do molde comparado ao processo à gravidade;

•

Maior custo em equipamento;

•

Tipicamente utilizado pelo mercado automotivo ou aftermarket.

As peças produzidas com este processo possuem menor espessura do fundido e conseqüentemente, menor massa, mantendo-se a performance e o desempenho em níveis elevados.

Figura 24 - Máquina de fundição sob pressão. 27


O processo passa pelas seguintes etapas: •

O pistão exerce uma pressão no metal líquido;

•

O metal percorre a tubulação até atingir uma válvula controladora de vazão;

•

Essa válvula é acionada para a medição do volume de metal a ser passado;

•

Após o metal passar por essa válvula, há o canal de ataque. Na saída dessa válvula é colocado um filtro metálico que tem a função de reter os óxidos (Al 2O3) que possam estar no metal;

•

Chegando ao canal de ataque, o metal preenche toda a cavidade da matriz a uma pressão de 0,5 bar. Essa etapa tipicamente dura aproximadamente 30 segundos.

Obs.: Momentos antes do preenchimento da matriz, ela é pintada com uma tinta que evita qualquer reação da liga com a matriz, facilitando assim a desmoldabilidade após fundição. •

•

A etapa de recalque tem a duração típica de 1 minuto e 30 segundos; Depois do recalque a matriz é aberta e a roda é retirada para resfriamento em água por 60 segundos.

O tempo de set-up de uma máquina “die casting” de rodas, como mostrada na Figura 24, é de 2 horas e consiste basicamente na troca da matriz e na programação software controlador de pressão, vazão e abertura da matriz. Após a etapa de resfriamento, a roda passa por uma etapa de inspeção, denominada fluoroscopia, que assegura a ausência de porosidades e trincas.

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 A peça recebida da fundição já tem os formatos básicos do cubo, do aro e da tala, e segue para o processo de repuxo para sofrer apenas pequenos ajustes. Após o repuxamento, é realizada a usinagem completa, que tem a finalidade de conferir as principais dimensões do produto, além do acabamento adequado. Após a usinagem é realizado o tratamento térmico T6, conforme visto no processo de fabricação de rodas forjadas do tipo “two-pieces”. O acabamento tem as mesmas características do processo de fabricação de rodas forjadas.

4.2.2. Rodas fundidas “two-pieces” A peça recebida após a fundição passa por um processo de usinagem, onde é executada a furação de fixação da roda, furo da válvula e furos de fixação do aro. Após a usinagem, são executados os processos de tratamento térmico, montagem e acabamento, exatamente como foi visto no processo de forjamento de rodas do tipo “twopieces”. Após os testes de estanqueidade e balanecemento a roda segue pelo processo de pintura. Esse processo é conhecido como úmido sobre úmido.

4.3.Testes e Ensaios Após a usinagem é feito o balanceamento e o teste de estanqueidade da roda. Esse balanceamento consiste na igual distribuição de massa em torno da circunferência da roda.

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Figura 25 - Teste de estanqueidade O teste de estanqueidade é usado para verificar possíveis microporosidades que possam causar a despressurização do conjunto roda / pneu. Este procedimento detecta a existência de eventuais vazamentos de ar nos aros (parte da roda que retém o ar em conjunto com o pneu). Para essa detecção, a roda é imersa em um tanque transparente com água, onde a roda é comprimida entre duas peças vedantes que deixam apenas o perfil à mostra. Na posição horizontal, a roda é submetida a uma pressão interna de 5 a 6 Kgf/cm² de ar comprimido. Durante o processo as microporosidades são evidenciadas por bolhas de ar. Para melhorar a observação da roda em todo seu perímetro, um dispositivo automático gira a roda 360°. Além do teste de estanqueidade, as rodas também passam por um teste de fadiga, que simula as condições que as rodas irão enfrentar em sua aplicação. A zona mais afetada pela fadiga é a região próxima do cubo, onde todo o suporte de cargas está concentrado.

4.4.Acabamento

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 Após os testes de estanqueidade e balanecemento a roda segue pelo processo de pintura. Esse processo é conhecido como úmido sobre úmido. A preparação para a pintura, também chamada de pré-tratamento, é feita para remover óleo, graxa e impurezas que possam interferir no processo de pintura da roda. Essa limpeza é feita por imersão em uma solução de fluorozircônio. O fluorozircônio produz uma camada nanocerâmica nos substratos metálicos, aumentando a resistência à corrosão nas superfícies da roda. O fluorozircônio não possui metais pesados na sua constituição, tampouco componentes orgânicos. Este fator é importantíssimo ao meio-ambiente e aos custos de pós-tratamento da roda. Após a imersão da roda no tanque de fluorozircônio a roda passa por um “blower, que seca a roda através de um sopro de ar. Seguindo os processos de pintura, a roda passa pelo pré-tratamento, onde recebe as camadas de “primer”, uma camada de “base coat” (esmalte) e finalmente a camada de “clear coat” (verniz). No processo, a roda passa pelo spray pulverizado de “primer”. O “primer” é carregado eletrostaticamente para aderir em toda a superfície da roda de forma homogênea. A roda, também carregada eletricamente, atrai as partículas pulverizadas de “primer”, conferindo excelente uniformidade na deposição desta camada. Após a aplicação de “primer”, a roda entra na zona de “flash-off”, onde acontece a evaporação do “primer” residual. No processo de “base coat”, a roda passa por uma estação de spray de esmalte, aplicado com auxílio de ar comprimido. Esse processo também é eletrolítico, obtendo assim a homogeneização do esmalte na roda. Após a aplicação do esmalte, a roda retorna à zona de “flash-off”, onde acontece a evaporação do esmalte residual. A evaporação do esmalte é mais lenta do que a evaporação do “primer”, sendo assim a cabine de “flash-off” é mais extensa.

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Processo de Fabricação Veicular NMA 310 Após o “flash-off” a roda entra na estufa de cura do esmalte. Ao término desta etapa, a superfície da roda fica com aparência porcelanizada, que além de conferir excelente visual tem alta resistência ao impacto. Depois do processo de “base coat” a roda passa por um processo de diamantação. A diamantação é um processo de usinagem de acabamento que consiste na utilização de uma ferramenta conhecida como PCD, de extrema dureza que, quando em contato com a peça de alumínio em alta rotação, produz um brilho de natureza singular. Após o processo de diamantação a roda passa pelo processo de “clear coat”, onde se aplica camada de verniz para proteção da diamantação. Esse processo não é eletrostático, pois o verniz utilizado não contém partículas metálicas. Como este processo é aplicado apenas nas faces da roda, a camada não homogênea resultante do processo não interfere no aspecto visual final.

5. Melhorias de processo •

Processo de lavagem fina após o pré-tratamento.

Esse processo retira partículas na superfície da roda deixadas pelo pré-tratamento ou no processo de usinagem. Essas partículas podem interferir na deposição das camadas de pintura e, conseqüentemente, no acabamento da roda. •

No processo de “clear coat”, implantar a aplicação do verniz eletrostaticamente, onde a pistola eletrostática fica voltada para a face da roda. Com essa melhoria pode-se melhorar a produção e qualidade final da roda.

•

Toda a linha é manual, implantar sistema automatizado desde a saída da usinagem, com esteira transportadora, podendo ter carregamento manual do sistema aéreo de transportadores.

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As aplicações do esmalte e do verniz são manuais. Modificar todo sistema de aplicação de manual para robotizada, melhorando assim a confiabilidade e o resultado final do produto. 32

Processo de Fabricação Veicular NMA 310 6. Conclusão Durante a pesquisa foi notada a existência de diversas variações dos processos de fabricação de rodas de liga leve, tanto para a fundição quanto para o forjamento. Visando detalhar melhor o processo, foi inicialmente discutido o processo de forjamento de rodas do tipo "one-piece", uma vez que este é o mais complexo dos verificados. A principal diferença entre este e o processo de fabricação de rodas forjadas do tipo "twopieces", é que neste segundo processo é forjado apenas o cubo e o aro, não passando pelos processos de repuxo, e seguindo para um processo de montagem da tala, seja por parafusos ou por soldadem. O processo de fundição de rodas "two-pieces" difere do processo de forjamento de rodas "two-pieces" pelo fato de que o cubo e o aro são produzidos pelo processo de fundição, seja este sob pressão ou por gravidade. Já o processo de fundição de rodas do tipo "one-piece" difere do forjamento deste mesmo tipo de roda principalmente na obtenção do corpo, pois, neste processo, o produto já contém boa parte da forma da tala, que pode ser repuxada (conforme o processo apresentado), ou apenas usinada. Foram vistas patentes mais recentes destes processos de fabricação, principalmente referente aos processos de forjamento. Um exemplo é a patente U.S.5,446,962, que propõe a realização de todas as etapas de repuxo em uma única operação utilizando um rolete que dobra o material, que vem previamente forjado em uma forma muito próxima à forma final. Este processo exige a utilização de um blank tubular fabricado pelo processo de extrusão. Concluindo, apesar de existirem diversas variações dos processos de fabricação de rodas de liga leve, é possível compreende-los de maneira abrangente através da análise dos quatro processos apresentados.

7. Agradecimentos 33


Agradecemos a todas as pessoas que contribuíram para a conclusão deste trabalho, em especial a: - Sr. Julio César Lopes, Engenheiro de Processos da empresa ItalSpeed, que concedeu a visita à fabrica para nosso grupo. (www.italspeed.com.br) - Sra. Selma Godoy, representante Alcoa no Brasil para a divisão de rodas, pela disponibilização de informações sobre o fluxo de fabricação de rodas forjadas. (www.alcoawheels.com) - Sr. Mario, Engenheiro de Processos da empresa Alujet, por ter nos fornecido material de apoio. (www.alujet.com.br) - Sr. César R. F. Frezzato, Engenheiro de Processos da empresa BrasRoda (www.brasroda.combr)

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Processo+de+Fabricação+de+Rodas+de+Liga-leve

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