Como funciona a conformação de metais automotivos

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Os ferreiros têm martelado o metal em objetos úteis há milhares de anos. Veja fotos de ferramentas elétricas. © iStockphoto.com/Stacey Bates

A profissão de ferreiro remonta a muitos milhares de anos. Nos tempos antigos, o ferreiro martelava o metal em objetos úteis, muitas vezes aquecendo o metal primeiro em uma forja. (A palavra "Smith" vem da mesma raiz de "ferir", então um ferreiro era alguém cujo trabalho era ferir metal enegrecido no fogo.)

Os ferreiros são relativamente raros hoje - embora ainda existam e usem ferramentas muito mais modernas do que as usadas nos tempos antigos. O trabalho de transformar metal em objetos utilizáveis ​​agora é realizado principalmente por máquinas. Em nenhum lugar essa arte de conformação de metal é mais importante do que na indústria de fabricação automotiva, onde cada peça de metal, desde a carroceria do carro até a menor porca da roda, é criada por processos de conformação de metal industrial. Esses processos existem na vanguarda da manufatura moderna, onde os computadores encontram o maquinário mecânico e hidráulico da fábrica de automóveis.

A conformação de metal automotiva é um dos aspectos mais importantes da fabricação de automóveis. Se não fosse possível transformar o metal em formas úteis, os carros não poderiam existir. E a capacidade das máquinas - muitas vezes controladas por computadores - de produzir peças automotivas de forma rápida e confiável é uma das coisas que torna possível comprar um carro por um valor um pouco menor do que custaria para comprar uma casa.

Mas como funciona a conformação de metal? É fácil entender como um ferreiro moderno pode dar forma ao metal com um martelo elétrico e uma tocha de oxi-acetileno, mas como uma máquina pode fazer essas coisas? Nas próximas páginas, discutiremos como esse processo de conformação de metal pode ser mecanizado e executado em uma base industrial em grande escala. Veremos algumas técnicas e processos específicos usados ​​na fabricação de automóveis. Também olharemos para o futuro e veremos como as tecnologias de formação de metal que estão sendo desenvolvidas hoje nos ajudarão a construir os carros de amanhã.

Uma das coisas mais importantes sobre o metal é que ele pode sofrer deformação plástica. Isso não significa que o metal seja feito de plástico, mas pode fazer uma das coisas que os plásticos podem: literalmente, pode assumir quase qualquer forma que possamos imaginar.

O processo de deformação começa com um em branco, uma quantidade de metal em alguma forma básica que sofrerá a mudança de forma. O branco se torna o peça de trabalho -- a peça de metal a ser remodelada - no processo de conformação do metal. Para conformação de metal automotivo, a peça em bruto é geralmente feita de folha de metal, que pode ser estampada, cortada ou dobrada no formato necessário para o corpo de um automóvel. Alternativamente, pode ser um bloco sólido de metal em forma cúbica ou semelhante a uma lente. Aqui estão algumas maneiras pelas quais uma peça de metal pode ser deformada durante o processo de fabricação automotiva:

Dobra: Na flexão, a força é aplicada a uma peça de chapa metálica para produzir uma curvatura da superfície. A dobra é geralmente usada para produzir superfícies curvas simples em vez de superfícies complexas. Uma prensa operada mecanicamente aciona um punção contra a folha de metal, forçando-a em uma matriz simples com pressão suficiente para produzir uma mudança permanente na forma do metal. A quantidade de pressão é importante. Se não for aplicada pressão suficiente, o metal pode simplesmente voltar à sua forma original. Se muito for aplicado, pode quebrar.

Desenhando: No desenho, a folha de metal é forçada contra uma matriz que foi cortada na forma tridimensional, geralmente curva, que a folha de metal deve assumir. Com efeito, a matriz é usada como molde para o metal. Essa técnica pode produzir formas relativamente complexas. Mais uma vez, a pressão é aplicada à peça de trabalho usando um punção operado hidraulicamente ou mecanicamente. Existem vários perigos envolvidos, não tanto para as pessoas (já que o processo é amplamente mecanizado), mas para o próprio metal. Ele pode rachar devido à pressão excessiva ou enrugar devido à sua interação com a matriz. O lubrificante pode ser usado para fazer o metal deslizar mais suavemente contra a matriz, evitando a possibilidade de enrugamento. Alternativamente, as bordas enrugadas podem ser aparadas do metal em uma operação separada. Este método é comumente usado para fazer peças de carroceria e tanques de combustível.

Estampagem: Na estampagem, um dispositivo chamado prensa de estampagem é usado com uma série de matrizes para cortar e dar forma ao metal em vários formatos. Isso é comumente usado para fazer peças automotivas, como calotas e pára-lamas.

Extrusão: A extrusão pode ser usada para produzir longos objetos de metal, como hastes e tubos. A peça de metal é forçada a entrar em uma matriz com um furo na extremidade oposta. O metal é extrudado através do orifício para formar a forma. A extrusão pode ser usada para fabricar peças importantes do trem de força de um carro ou as âncoras que prendem os cintos de segurança no lugar.

Forjamento: O processo de forjamento usa um martelo ou prensa que é essencialmente uma versão mecanizada dos martelos usados ​​pelos antigos ferreiros. O metal é martelado contra uma superfície que serve de bigorna. Ele pode ser martelado repetidamente para formar formas complexas. Isso pode ser usado como uma alternativa para o processo de desenho.

Os processos acima são geralmente usados ​​com metal frio. O metal quente também pode ser usado, às vezes em temperaturas altas o suficiente para que o metal fundido possa ser derramado em uma matriz. Isso requer matrizes muito caras que podem suportar o calor e deve ser feito rapidamente, para minimizar a exposição da matriz ao metal fundido.

Na próxima página, veremos como as tecnologias modernas de formação de metal estão levando a fabricação de automóveis para o futuro.

Trabalhadores em uma fábrica de automóveis Hyundai alinham peças de metal prensadas usadas em sua linha de montagem de automóveis em Pequim, China. AP Photo / Ng Han Guan

A coisa mais importante que aconteceu à fabricação de automóveis e à conformação de metais na última metade do século foi o computador. Os computadores são importantes para a formação de metal de duas maneiras:

Eles orientam o processo. Um computador pode ser usado para tomar decisões em fração de segundo para guiar as operações de conformação de metal por meio de sequências complexas - por exemplo, usando um martelo de forjamento contra uma peça de trabalho da mesma forma que um ferreiro antigo faria, mas com a força física aumentada de maquinário hidráulico . A ação do martelo pode ser programada com antecedência para produzir formas tão complexas quanto aquelas criadas pelas mãos de um artesão humano. Da mesma forma, os computadores podem controlar o fluxo da peça de trabalho entre vários estágios da operação para produzir a forma acabada.

Eles simulam o processo. Um computador pode ser usado para simular as forças físicas envolvidas na conformação de metal, de forma que novas operações de conformação de metal possam ser inventadas sem ter que usar maquinários caros para experimentar novas idéias. Um sofisticado software de simulação está disponível para replicar as operações de conformação de metal no computador, para que os cientistas possam ver o resultado da aplicação de calor e força em diferentes tipos de metal. Os erros cometidos no computador são muito mais baratos do que os cometidos no mundo real e permitem o tipo de tentativa e erro que seria uma perda de tempo em máquinas reais.

A simulação por computador está abrindo novas perspectivas na conformação de metal. Muitas das novas tecnologias de conformação de metal são baseadas em uma compreensão profunda da microestrutura de vários tipos de metal e dos processos físicos que ocorrem dentro do metal submetido a pressão e calor. Alguns dos novos processos são híbridos de processos antigos. Também houve uma mudança em direção aos processos de metal quente, que permitem o uso de metais que não se prestam bem a processos a frio.

Essas novas tecnologias permitem inovações como o uso de metais mais leves que ainda mantêm a resistência das peças automotivas tradicionais. Isso é útil, digamos, na fabricação de veículos eficientes em termos de combustível ou veículos elétricos a bateria, onde a carroceria do carro precisa ser o mais leve possível para compensar o peso considerável do conjunto de baterias. Essas tecnologias também permitem que as peças automotivas sejam fabricadas de maneira mais econômica e sem perda de qualidade. Por exemplo, técnicas de formação eletromagnética, nas quais a peça de metal é exposta a um campo magnético que cria um fluxo elétrico no próprio metal, podem ser usadas para acelerar o processo de formação sem o rasgo e enrugamento resultante que normalmente ocorreria. Isso permite o uso de processos que antes não eram possíveis na conformação automática de metal.

Nos anos desde que Henry Ford demonstrou a viabilidade da fabricação barata em linha de montagem de carros e peças automotivas, a ciência e a tecnologia da conformação de metal percorreram um longo caminho para mostrar à indústria automotiva como produzir carros extraordinários sem um preço extraordinário.

Para obter mais informações sobre conformação de metal automotivo e outros tópicos relacionados, siga os links na próxima página.

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Fontes

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  • eFunda. "Processos de Engenharia". (21 de janeiro de 2010) http://www.efunda.com/processes/processes_home/process.cfm
  • Gallagher, Helen. "Estampagem de metal e conformação eletromagnética: Novo processo melhora a conformabilidade do material e reduz o enrugamento." O fabricante. 25 de outubro de 2001. (21 de janeiro de 2010) http://www.thefabricator.com/presstechnology/PressTechnology_Article.cfm?ID=115
  • Grieve, David J. "Manufacturing Processes - 3 Metal Forming." 17 de março de 2009. (21 de janeiro de 2010) http://www.tech.plym.ac.uk/sme/mfrg315/metform1.htm
  • Siegert, Klaus. "Aula 3705 da TALAT: Desenho de peças automotivas de chapa metálica." SlideShare. (21 de janeiro de 2010) http://www.slideshare.net/corematerials/talat-lecture-3705-drawing-of-automotive-sheet-metal-parts



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