Novos processos de formação desbloquearão ainda mais o potencial do alumínio como material leve para estruturas automotivas
As operações de produção começaram com uma nova técnica que promete grandes aumentos nos benefícios que podem ser obtidos por meio de leveza usando alumínio em estruturas de carroceria de veículo.
Tecnologias de impressão (ITL) foram criadas há pouco mais de três anos para trazer para o mercado um processo em grande parte desenvolvido no Imperial College London. A técnica em questão é Hot Form Quench (HFQ), na qual a folha de alumínio é aquecida a uma temperatura na região de 500-550 °C, antes de ser pressionada e rapidamente arrefecida enquanto ainda na ferramenta, em seguida, submetida a um tratamento adicional de calor, que assegura que o material em seguida atinja a sua plena força. Peças de alumínio feitas desta forma para aplicações estruturais em carros poderiam viabilizar reduções de peso de até 20% em comparação aos homólogos mais fracos formados a frio, a partir do mesmo material.
Além disso, o aumento da capacidade de formação do material a essa temperatura significa que as peças podem ter uma estampagem profunda em uma única operação, removendo qualquer necessidade de reforços; eliminando a exigência de operações secundárias, também trazendo uma consequente redução nos custos de ferramentas. Outra vantagem é que esta técnica permite combinar que peças localizadas a esquerda e direita sejam feitas ao mesmo tempo - algo para o qual outro modo exigiria ferramentas separadas para prensagens de alumínio complexos convencionais.
Desenvolvendo o processo de envelhecimento
Um breve resumo do que está envolvido é fornecido por John Sellors, engenheiro-chefe de aplicações da ITL. A própria célula de produção é construída em torno de uma prensa de 600 toneladas da AP&T com um forno co-localizado para aquecer o material em folha, e equipamentos automatizados de movimentação associado. Outra forno, para a aplicação de aquecimento pós-tintura para "envelhecer" - ou endurecer - o material, está localizado nas imediações. O custo total da instalação é "alguns milhões de libras" (a empresa não foi mais específica) e, embora a intenção não é ser uma instalação de produção de volume, ela representa, no entanto, efetivamente o que seria uma instalação industrial real, capaz de fazer pelo menos um milhão de peças por ano.
Schuler is pursuing its own developments in the area of ‘hot’ forming processes for aluminium
As perspectivas de isso acontecer, certamente parecem fortes. De acordo com Sellors, a reação dos usuários em potencial para a tecnologia quando a vêem, é uniformemente positiva. "Eles amam isso", ele declara enfaticamente. "Nós nunca tivemos ninguém dizendo que não estava interessado." Além disso, já existe o uso real do HFQ por parte de um fabricante de veículo real.
Sellors explica que os painéis HFQ já foram incorporadas por um produtor de carros de alto desempenho do Reino Unido em um de seus veículos. As peças, no entanto, não foram feitas pela ITL, mas pela operação nas proximidades PAB Coventry, que teve uma pequena da capacidade HFQ, licenciada da ITL pelos últimos dois anos. No entanto, como a Sellors deixa claro, essa capacidade representa uma prototipagem e operação de baixo volume com base na adaptação do kit existente. Em contraste, a nova instalação em ITL é, ele enfatiza, a primeira, a instalação HFQ "dedicada", construída no mundo.
A empresa continua a ser vigiada quanto aos detalhes precisos das tecnologias facilitadoras específicas que a nova instalação incorpora. Nesse sentido, o diretor técnico Dr Alistair Foster diz a respeito da Sellors que, embora o HFQ seja derivado do processo análogo para o aço boro, a forma como ele foi desenvolvido constitui o "IP essencial" da ITL. Ele indica, porém, que tanto a "agenda de aquecimento" para o material como as "especificações de imprensa" são duas áreas nas quais a atenção tem-se centrado.
Solução de tratamento térmico
As características essenciais da técnica, diz o Dr. Foster, é que ela "combina um processo de deformação mecânica, temperando o material." Em termos mais técnicos, ele explica, isto é conseguido pelo fato de a temperatura do material ser aumentada até atingir o nível de "solubilização" relevante. No ponto em que os elementos de liga formam uma solução no interior do material e permanecem em solução, mesmo após o processo de arrefecimento fornecer, inicialmente, uma "têmpera W instável que naturalmente amadurece para uma condição de T4 ou que pode ser artificialmente envelhecida para uma condição T6 "- sendo este último o estado mais forte possível para o material.
No entanto, Dr. Foster diz que se alguém que está familiarizado com a moldagem a quente de aço de boro visualizasse o processo HFQ em ação, uma coisa que imediatamente notaria é o uso de um "colchão" na prensa que permite uma abordagem de "ferramenta de três partes", envolvendo o uso de matriz, uma punção e um portador de peça em branco. Ele explica que o último "muda a maneira como o material flui" para facilitar a produção de peças mais complexas.
Reduzindo a recuperação elástica
HFQ também fornece um retorno elástico muito reduzido, também conhecido como "recuperação elástica", em comparação a técnicas de conformação a frio para o alumínio. John Sellors, mais uma vez, indica que isto tem implicações importantes para o controle dimensional durante as operações de montagem e é algo que OEMs têm indicado como de particular interesse para eles. "Com o alumínio de alta resistência formado a frio, especialmente, o retorno elástico pode ser um problema", ele afirma, "mas com o HFQ é significativamente reduzido."
Seguindo em frente, pelo menos, um outro avanço potencialmente altamente significativa no uso de alumínio também se apresenta como resultado de HFQ - a possibilidade de utilizar a técnica de fazer peças em branco sob medida. Como explica Sellors, o alumínio formado a frio tem se provado muito problemático para ser utilizado desta forma. Em particular, as propriedades do núcleo de solda são simplesmente "muito fracas". Em contraste, acrescenta, o HFQ prevê "níveis muito elevados de capacidade de formação da zona de soldadura que anteriormente teriam sido inatingíveis" e no final do processo de soldadura também "recupera a maior parte das suas propriedades mecânicas." Como tal, embora ainda não seja uma realidade, a perspectiva de peças em branco complexas soldadas sob medida, estampadas em alumínio "tornar-se uma proposta comercial dentro da indústria automotiva não muito futurista."
Outra empresa que exerce seus próprios desenvolvimentos na área da formação quente de processos para o alumínio é a empresa alemã de tecnologia de prensa Schuler Group. Isto foi confirmado por Mohammad Gharbi, diretor de tecnologia e desenvolvimento de processo da Schuler e grupo de tecnologia de formação. "Estamos trabalhando em um conceito totalmente novo para as matrizes utilizadas em alumínio formando uma temperatura elevada", diz ele. Enquanto ele é incapaz de dizer mais nesta fase, ele acrescentou que o trabalho de patenteamento relevante está em andamento.
Gharbi também revela que a Schuler tem estado ativamente envolvida com vários institutos de pesquisa na Alemanha e também com OEMs de veículos e empresas fornecedoras no trabalho até agora. Ele também descreve três áreas específicas que têm constituído "grandes desafios", incluindo:
- Identificação da tecnologia certa para garantir um aquecimento homogêneo rápido
- Envelhecimento de alumínio de alta resistência - especificamente 6XXX e 7XXX materiais da série - enquanto utiliza técnicas de moldagem a quente.
- Formulação de uma estratégia de lubrificação apropriada.Além disso, diz Gharbi, a tecnologia PCH-Flex da empresa recentemente introduzida pode fornecer uma base para o desenvolvimento de técnicas de moldagem de alumínio a quente.
No PAB, um fornecedor de nicho de peças de aço e alumínio, diretor executivo Mark Brazier confirma que as primeiras peças de produção para um veículo em estrada foram feitas usando o processo. A empresa adaptou alguns kits existentes no local, anteriormente usados para o trabalho de alumínio a frio - a maioria, obviamente, uma prensa hidráulica de 500 toneladas - para operação HFQ. Brazier disse que as modificações necessárias envolvidas aumentariam a velocidade de operação, ofereceriam um maior controle do posicionamento ram, introduziria o aquecimento, e mais registro de dados intensivos. A PAB foi então capaz de realizar o trabalho para esse OEM inicial, que ele diz que já estava ciente do processo HFQ. Ao longo de cerca de dois anos, a empresa produziu várias centenas de conjuntos de uma peça, que ele indica como um anteparo para a zona dos pés. Isto envolveu não apenas operações de formação reais, mas também subsequente corte a laser de cinco eixos das peças antes da entrega ao cliente.
Resultados positivos na produção
Com base nessa experiência, Brazier é inqualificável em sua admiração pelo processo. "Eu nunca vi alumínio formado tão bem", ele diz simplesmente. "Ele forma como plasticina." A empresa também está produzindo agora uma peça estrutural importante para o novo Aston Martin DB11, previsto para ser lançado no mercado no início de 2017. Brazier diz que o contrato com a Aston Martin compreenderia em torno de 18 meses de desenvolvimento intensivo e trabalho usando a própria configuração HFQ da PAB, durante a qual cerca de 200 peças de protótipo foram produzidas. Ele também indica que a PAB está em contato com pelo menos dois outros OEMs sobre fornecimento de peças HFQ para eles e, na verdade, já tem um projeto de desenvolvimento em curso com um. Como tal, em algum momento mais à frente, a PAB, muito provavelmente, fará o investimento de instalar uma célula HFQ dedicada própria.
