Este artigo descreve as demandas de proteção ambiental e as possíveis oportunidades para a indústria de forjamento neste processo, oferecendo produtos como rodas forjadas de alumínio e o uso de equipamentos modernos e eficientes.
Os efeitos do aquecimento global estão nas mudanças ambientais e sociais causadas pelas emissões humanas de gases de efeito estufa. Existe um consenso científico de que a mudança climática está ocorrendo e que a atividade humana é o propulsor principal. As evidências das mudanças climáticas incluem o registro de temperatura instrumental, o aumento dos níveis do mar e a diminuição da camada de neve no Hemisfério Norte.
Todos os governos estão sob alta pressão para alcançar as metas acordadas de redução das emissões de CO2. Na luta contra a mudança climática, os Estados Unidos querem reduzir em 30% as emissões de dióxido de carbono até 2030, e a Comissão da União Europeia em até 40%.
Um objetivo importante da indústria automobilística é diminuir a emissão de CO2 com a redução do peso dos veículos. Uma fonte de redução de peso dos veículos é a roda. A utilização de ligas de alumínio tem uma influência importante para obter o design com peso reduzido. As exigências sobre essas peças são bastante elevadas. A qualidade das peças deve ser superior.
No passado já se utilizou alumínio fundido como um material para rodas de veículos de passageiros, a fim de oferecer um visual mais atraente e esportivo ao veículo. Maiores demandas de material devido ao diâmetro maior das rodas e ao uso de motores mais potentes fizeram com que as rodas forjadas de alta qualidade fossem utilizadas principalmente em veículos de passageiros premium.
No entanto, este método foi adaptado com sucesso para veículos comerciais, com grandes vantagens. Geralmente, os veículos comerciais eram equipados com rodas de aço. Um veículo idêntico com rodas feitas de alumínio pesa até 500 kg menos.
Assim, por exemplo, se todos os veículos comerciais dos países do G8 fossem equipados com rodas de alumínio, a frota de veículos já existente poderia transportar até 100 milhões de frete adicional. Em outras palavras, considerando a vida útil média dos veículos comerciais, 10 bilhões de CO2 poderiam ser evitados.
Princípio do Forjamento de Rodas de Alumínio
Prensas hidráulicas com elevadas forças de prensagem possibilitam forjar rodas de alumínio com propriedades superiores: melhores propriedades mecânicas, menor peso, boa resistência química e opções de design quase ilimitadas.
O desenho e a geometria da roda forjada, bem como a quantidade necessária, influenciam o tipo de sistema selecionado para a produção.
Para rodas com superfícies perfiladas, são utilizadas linhas de prensas com normalmente três ou quatro prensas. As peças são forjadas com o aquecimento em três ou quatro estações ou com aquecimento intermediário. Prensas de simples ou dupla ação possibilitam forjar a superfície da roda com precisão. A superfície é deixada inacabada (como forjada) ou usinada, dependendo da qualidade necessária.
As geometrias de rodas simples, sem o forjamento da superfície da roda, tais como rodas de caminhão, são forjadas em uma estação. A estação seguinte faz o corte e a expansão da roda. Geralmente, as rodas fabricadas com este método têm um diâmetro maior e são utilizadas em carros Premium e veículos comerciais.
Forjamento em 4 Operações
O processo inicia-se na extremidade frontal, na qual uma serra circular corta as barras em tarugos apropriados. Geralmente é utilizado um forno de indução para aquecer o material até a temperatura de forjamento de 450°C. Quatro prensas, cada uma com uma única ferramenta, são dispostas lado a lado, a fim de fazer a conformação. Após cada golpe é feita a manutenção e lubrificação das ferramentas, a fim de atingir uma elevada vida útil das mesmas, além de garantir a qualidade constante das rodas.
Um sistema de automação por robô manipula as peças no processo de forjamento. Para atingir o tempo mínimo de automação, os robôs estão equipados com um sistema de pinça dupla. De uma sequência de forjamento para a próxima, a perda de temperatura das peças é compensada com a utilização de fornos contínuos.
Forjamento em 2 Operações
Similar ao processo anterior, este se inicia na extremidade frontal, na qual uma serra circular corta as barras em tarugos apropriados. Geralmente é utilizado um forno de indução para aquecer o material até atemperatura de forjamento de 450°C. Duas prensas, cada uma com uma ferramenta, são dispostas lado a lado, a fim de fazer a conformação.
A maior conformação é feita na primeira prensa, que possui 70.000 kN de força para fazer o processo de extrusão reversa. A segunda operação é mais ou menos uma calibração do diâmetro externo, bem como uma expansão da roda. Após cada golpe é feita a manutenção e lubrificação das ferramentas, a fim de atingir uma elevada vida útil das mesmas, além de garantir a qualidade constante das rodas.
Um sistema de automação por robô manipula as peças no processo de forjamento. Para economizar espaço no chão de fábrica, um sistema de refrigeração a água pode ser integrado para resfriar as rodas a uma temperatura adequada para armazenamento.
Sistemas integrados, incluindo as prensas, uma serra para os tarugos, aquecedores, automação e dispositivos para troca de ferramenta, tornam mais fácil o início de produção de rodas forjadas de alumínio, ou a expansão de uma planta de produção existente, além de oferecer as seguintes vantagens:
– Concentração de altas forças de prensagem;
– Conceitos de prensagem comprovados;
– Alta precisão e qualidade das rodas forjadas;
– Elevadas taxas de produção;
– Processos de forjamento adaptados à geometria da peça.
A Schuler forneceu várias células de fabricação, baseadas em prensas com capacidade de 70.000 kN. As rodas de alumínio são forjadas em um golpe. Ejetores de alto desempenho são instalados na mesa e no martelo para certificar que as peças são descarregadas da ferramenta com segurança. As rodas são, então, alargadas em uma prensa com 8.000 kN de capacidade de prensagem. As condições adequadas de funcionamento das ferramentas são asseguradas por um sistema de lubrificação e resfriamento constituído por um dispositivo de condicionamento de lubrificante e um manipulador linear com eixo rotativo. Tanto lubrificantes à base de óleo quanto à base de água podem ser utilizados. A manipulação de peças dentro da célula é feita por um robô de seis eixos projetado para forjamento. Os tempos curtos de ciclo são alcançados com pinças duplas. Pinças hidráulicas com refrigeração interna e um carrinho de troca de ferramenta em linha são fornecidas para uma troca de ferramenta rápida e segura.
Vantagens das Rodas Forjadas de Alumínio
As rodas forjadas oferecem vantagens como:
– Boas propriedades estáticas e dinâmicas da roda e, portanto, maior margem de segurança;
– Grande autonomia em geometrias delicadas e complexas em pequenas espessuras;
– Superfície livre de poros e estrutura metálica densa;
– Acabamento espelhado da superfície sem operação adicional obtida com polimento;
– Boa resistência contra corrosão;
– Redução de peso.
Resumo
A conformação de rodas de alumínio é uma tecnologia com um alto potencial para a indústria de forjamento. Atualmente, a União Europeia está preparando a próxima regulamentação referente às emissões de CO2 de caminhões, o que irá gerar um aumento na demanda de componentes com peso reduzido para veículos comerciais. Apesar de todos os aspectos negativos que a mudança climática oferece especialmente para as empresas de forjamento, também há grandes oportunidades para produtos inovadores.
Tradução gentilmente realizada por Patricia Roque Martins, Departamento de Marketing Prensas Schuler S.A., Diadema (SP), email: patricia.martins@schulergroup.com.
