veículos+leves+sustentáveis lighweight automotive structures
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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
ENG: THIEGO TARANTE (TARANTE@GMAIL.COM)
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
ENG: THIEGO TARANTE (TARANTE@GMAIL.COM)
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
ENG: THIEGO TARANTE (TARANTE@GMAIL.COM)
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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