veículos+leves+sustentáveis lighweight automotive structures

Tecnologias de Lightweighting na IndustriaAutomotiva

Chassis e Carrocerias

Equipe:

Daniel Florêncio de Souza

Everton Lopes

Rodrigo Tsutomo Hono

Thiego Tarante

Ms. Dr. Professor Leandro Macedo

ENG: THIEGO TARANTE (TARANTE@GMAIL.COM)

Estruturas de plástico

Chassis e Carrocerias

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Visão Geral Estruturas Plásticas:

Densidade média do Plástico equivalente à 6 vezes menor que o metal.

Módulo de Elasticidade de <5 (Gpa) – (Aço 207 Gpa)Possibilidade de processamento (Tempo de Ciclo Menor / Custos

menores)SUAS VANTAGENS DESVANTAGENS

REDUÇÃO DE PESO DIFICULDADE EM RECICLAGEM

MENOR CUSTO MAIOR INVESTIMENTO INICIAL

MATERIAL “SOFT” AO CONTATO HUMANO MENOR RESISTÊNCIA MECÂNICA

FACILIDADE “DESIGN” BAIXO PONTO DE FUSÃO

REDUÇÃO ACÚSTICA E VIBRAÇÃO MAIOR DEGRADAÇÃO

ALTO ÍNDICE DE ABSORÇÃO ENERGICA MAIOR EXPANSÃO TÉRMICA

MENOR TEMPO DE CICLO

MAIOR PRESERVAÇÃO HABITÁCULO

Estruturas Plástica

Estruturas de plástico

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PRINCIPAIS GRADING UTILIZADOS:

Fonte: Thermoset-Matrix Composites for Lightweight AutomotiveP. K. MALLICK, University of Michigan-Dearborn, USA,

Estruturas Plástica

Estruturas de plástico

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Comparação ganho-Massa com Aumento do Plástico

Mercado Nacional – Fonte: Rhodia 2011

Estruturas Plástica

Estruturas de plástico

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CARROS CONCEITO 100% POLÍMERO – BRASIL -PLASCAR - 2009

Estruturas PlásticaEstruturas de plástico

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Estruturas GeraisSite: http://www.superlightcar.com

SUPERLIGHT CARScope

Integrated lightweight design development

Material

• Steels

• Light metals

• Polymers

• …

Manufacturing

• Forming

• Joining

• Surface Treatment

• ….

Design

• unibody

• spaceframe

• Monocoque

• …

Light

Weight

Design

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O QUE OEM’S BUSCAM DO PLÁSTICO NA CARROCERIA:Estruturas Plástica

Estruturas de plástico

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Estruturas Gerais

Site: http://www.superlightcar.com

SUPERLIGHT CAR

Objective

SuperLight Car:

LSLC < 2

Development of light weight quality

MB: Mass BIW

CT: Torsional Stiffness

A: Footprint

Rp0,2 < 140 MPa

Rp0,2 ≥ 180-220 MPa

Rp0,2 ≥ 260-420 MPa

Rp0,2 > 1000 Mpa

Distribution

of steel grades

0

1

2

3

4

5

6

7

GOLF I GOLF II GOLF III GOLF IV GOLF V

GOLF MODEL

LIG

HT

WE

IGH

T F

AC

TO

R (

kg

/ (

Nm

/de

gxm

2))

6. 2

5. 8

5. 3

4. 0

2. 5

AC

ML

t

B

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Estruturas GeraisDevelopment of light weight quality

Materials & manufacturingAffordable multi-material design

€/k

gCut

Lightweight costs

(Vision)

Research

approach

high

Production Costs [€]

€/k

g

Lightweight costs

(today)

lo

w

Vehicle Weight [kg]

high

Steel Body

(today)

- 60

%

- 20

%

- 40

%

lo

w

SuperLIGHT-CAR

Strategy

VÍDEO

VÍDEO on-line

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Ligas de alumínio para estruturasautomotivas de baixo peso.

Chassis e Carrocerias

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Alumínio

Visão Geral:

Densidade do Alumínio equivalente à 1/3 do aço (2,69g/cm3)Módulo de Elasticidade de 69(Gpa) – Facilidade no processamentoPossibilidade de processamento (Fundido, Forjado, Extrusado,

Estampado, Usinado) Taxa média de substituição, (01) kg de Alumínio, substitui (02) kg de

aço

Principal Motivação:

Redução de Peso e consequente consumo de combustível e emissão de CO2

Estima-se que a substituição de 01 tonelada de Alumínio pode evitar a emissão de 18 toneladas de C02 durante a vida média de um sedã médio.

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Alumínio

Taxa de Substituição (América do Norte):

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Alumínio

Taxa de Substituição (Europa):

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Alumínio

Utilização de Alumínio (% de utilização x Redução de peso)

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Alumínio

Aplicações

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Alumínio

Exemplo de redução de peso

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Alumínio

Conceito de Body in White:

Utilização de chapas em Alumínio. Utilização de perfis Extrusados. Utilização de peças Fundidas.

Resultado: Reduz peso e aumenta aresistência do veículo.

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Alumínio

Segurança:

Por ser mais um material mais leve permite:

A produção de uma estrutura mais reforçada

Maior resistência á colisões

Maior resistência á torção

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Alumínio

Estado da Arte: (Audi R8)

Baixo Peso da Carroceria: 250kg

Maior resistência á torção

Alto nível de segurança passiva

Alumínio

Conclusão

Vantagem em relação ao aço e ferro :

Baixa densidade e módulo de elasticidade, permite que o material seja facilmente processado podendo assim ser aplicado nas tecnologias atuais de fabricação .

Com sua relação de peso reduzida em relação ao aço, é permitido o reforço estrutural do chassis conferindo mais resistência á torção e aos impactos, o que aumenta a segurança, que é um fator importante na indústria automotiva contemporânea.

Redução de Peso impacta diretamente em menor consumo de combustível e menor emissãoDe CO2.

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Aços avançados para estruturas automotivasde baixo peso.

Chassis e Carrocerias

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Aços avançados

Visão Geral:

História do aço na industria automobilistica; Tipos de aços existentes;Novos tipos de aços existentes.

Principal Motivação:

Redução de massa;Redução no consumo de combustivel;Aços avançados de alta resistência.

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Aços avançados

História:

Primeiro veículo automotor.

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Aços avançados

Primeiro modelos com chapas de aço;Produção em massa;Ford T.

História:

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Aços avançados

História:

Aço de baixo carbono;

Balanço entre resistência, estampabilidade,custo e flexibilidade no design;

Primeira grande crise do petróleo;

Rigor quanto ao consumo de combustível;

Novos aços de alta resistência;

BOF ou chassis + carroceria;

BFI ou monobloco.

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Aços avançados

Monobloco;Chapas mais leves, resistentes e de facilestampabilidade;Melhoria do produto quanto a segurança;Consumo de combustivel.Porém baixa ductilidade do aço de alta resistencia;Muitos estudos;

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Aços avançados

Tipos de aço:

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Aços avançados

Aço de baixo carbonoFerro gusa + carbono (elemento endurecedor);Manganês, silício e fósforo;0,13% ou menos

Aço bake hardening, aço BH

Aumento do limite de elasticidade - resistênciaEnvelhecimento controlado

1 - Aços de baixo carbono e aços de alta resistência

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Aços avançados

Aço de alta resistência e baixa liga (HSLA – high strengthlow alloy)

Maior resistência a corrosão que aço carbono;Boa conformabilidade e soldabilidade;Peças estruturais.

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Aços avançados

2 – Primeira geração de aços avançados de alta resistência

Aço bifásico (dual phase – DP)

Alta resistência;Microestrutura com 2ª fase;Boa ductilidade;Boa soldabilidade;

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Aços avançados

Aço ferrítico-bainítico – aço FB

Laminado a quente;Segunda fase refinada de ferrita e bainita;Alta resistência;Capacidade de alongamento;

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Aços avançados

Aço TRIP (transformation induced plasticity)Similar ao aço bifásico;Diferença na taxa de resfriamento, mais lento;Maior conformabilidade comparado ao aço bifásico;Mesma resistência;Má soldabilidade;Aço de alta liga e elevado numero de carbonos equivalentes.

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Aços avançados

Aço martensíticoPouco resiliente (alongamento);Resistente;Boa soldabilidade;Boa conformabilidade;Estruturas resistentes.

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Aços avançados

3 – Segunda geração de aços avançados de alta resistência

Aço TWIP (twinning induced plasticity) e aço L-IP (lighweight steel with induced plasticity)

Resistência à tração elevada;Ductilidade excepcional;Elevados índices de manganês;Alto indice de alongamentoCusto elevadíssimo

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Aços avançados

RESUMO DOS TIPOS DE AÇOS E PASSOS FUTUROS

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Ligas de magnésio para estruturasautomotivas e powertrain de baixo peso.

Chassis e Carrocerias

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Magnésio

RESUMO:

1/3 MAIS LEVE QUE O ALUMÍNIO E 1/4 QUE O FERRO E O AÇO;

MENOS DENSO DO QUE A MAIORIA DE FIBRAS DE POLÍMEROS AUTOMOTIVAS;

MAIOR UTILIZAÇÃO DO MAGNÉSIO COMO ELEMENTO DE LIGA DO ALUMÍNIO;

MENOR CUSTO .

RAZÕES NA APLICAÇÃO:

MELHORAR A EFICIÊNCIA NO CONSUMO DE COMBUSTÍVEL;

DIMINUIR ÍNDICES DE EMISSÃO DE GASES POLUENTES PARA ATENDER A LEGISLAÇÃO, QUE LIMITA

A EMISSÃO DE GASES POLUENTES MOTIVADA PELA CRESCENTE PREOCUPAÇÃO MUNDIAL COM O

AQUECIMENTO GLOBAL;

MELHORAR PROPRIEDADES DE CONDUÇÃO DOS VEÍCULOS (DIRIGIBILIDADE);

SUBSTITUIÇÃO DE NUMEROSOS COMPONENTES DE AÇO E ALUMÍNIO POR LIGAS DE MAGNÉSIO.

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MERCADO MUNDIAL X BRASIL DE MAGNÉSIO (Mil t) – Ano 2008

Nodularização

Redução Metálica

Dessulfuração

Outras

Die Casting/

Gravidade/

Conformados

Ligas Alumínio

Ligas de Alumínio

Dessulfuração

Nodularização

Outras

Die Casting

Magnésio

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259265

224

186

166

140

122

104108

85

70

5454

3834322936

76

0

50

100

150

200

250

300

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

MERCADO LIGAS DE MAGNÉSIO(Mil t) - 1990 a 2008

Magnésio

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MAGNÉSIO: MAIS LEVE DOS METAIS ESTRUTURAIS

COMPARAÇÃO DA DENSIDADE (g/cm3)

Magnésio

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MAGNÉSIO: O MAIS LEVE DOS METAIS ESTRUTURAIS

RELAÇÃO PESO/ IGUAL RESISTÊNCIA MECÂNICA

2,11,8

1,0

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

MAGNESIUM ALUMINUM STEEL

Magnésio

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PARTICIPAÇÃO DOS MATERIAIS VEÍCULO MÉDIO ( ATUAL)

AÇO

54%

VIDRO

3%BORRACHA

4% OUTROS

5,6%

MAGNÉSIO

0,4%

FLÚIDO/

LUBRIFICANTE 6%

ALUMÍNIO

8%

PLÁSTICO

8%

FERRO

11%

Magnésio

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MAGNÉSIO EM VEÍCULOS: CENÁRIO ATUAL

Magnésio

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LIGAS DE MAGNÉSIO: MERCADO AUTOMOBILÍSTICO

USO DE MAGNÉSIO NO BRASIL SEMPRE ESTEVE MUITO CONCENTRADO NA VW ESOMENTE MAIS RECENTEMENTE AS DEMAIS MONTADORAS INSTALADAS NO BRASIL VEMAUMENTANDO INTERESSE EM CONHECER E UTILIZAR ESTE METAL EM SEUS COMPONENTES

ALGUMAS APLICAÇÕES COMO POWERTRAIN E ARMADURA DE VOLANTES DE MAGNÉSIOJÁ SE TORNARAM CONSAGRADAS NO MERCADO BRASILEIRO E DEVEM CONTINUARIMPULSIONANDO O CONSUMO DESTE METAL NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA NOSPRÓXIMOS ANOS .

A CADEIA PRODUTIVA DO MAGNÉSIO, MODERNA E COMPETITIVA, INSTALADA NO BRASILDEVE SERVIR DE BASE PARA O CRESCIMENTO DO USO DESTE METAL PELA INDÚSTRIAAUTOMOBILÍSTICA NOS PRÓXIMOS ANOS.

CONSUMO MÉDIO DE MAGNÉSIO NA INDUSTRIA AUTOMOBILÍSTICA BRASILEIRA É DEAPENAS 2,74 Kg/VEÍCULO, CONTRA UMA MÉDIA MUNDIAL DE 4,40 Kg/VEÍCULO.

Magnésio

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RAZÕES PARA O CRESCENTE USO DE MAGNÉSIO NA INDÚSTRIA

AUTOMOBILÍSTICA MUNDIAL

EXISTE UMA CLARA SINALIZAÇÃO DOS GOVERNOS E SOCIEDADE PELA PRODUÇÃO

DE VEÍCULOS MAIS ECONÔMICOS E MENOS POLUIDORES

INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA: ESTRATÉGIA PASSA PELO USO INTENSIVO DE

MATERIAIS LEVES, SEM SACRIFICAR OS REQUISITOS DE CONFORTO E REQUINTE DOS

VEÍCULOS

MAGNÉSIO 1/3 MAIS LEVE QUE ALUMÍNIO: OPÇÃO LÓGICA A SER ANALISADA PARA

PROJETO DE NOVOS COMPONENTES.

Magnésio

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