BR112014009633B1 - processo de fabricação de uma roda híbrida de liga leve - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA RODA HÍBRIDA EM DUAS PARTES DE UMA LIGA LEVE NOTADAMENTE ALUMÍNIO. O processo de fabricação de uma roda híbrida de liga leve do tipo compreendendo um disco (2) e um aro (1) susceptível de serem solidarizados por uma soldagem por fricção caracteriza-se pelo fato de que se implementam as diferentes fases operacionais seguintes: realização do disco frontal obtido por uma dupla operação de vazamento de uma preforma de fundição e transferência da referida preforma em uma matriz de forja e operação de forjaria da referida preforma tendo em vista a obtenção do disco frontal e operação de remoção de rebarbas para a obtenção do referido disco frontal; realização da parte do aro com fabricação de um tarugo de liga leve e transformação do mesmo em um flanco circular obtido por extrusão a quente ou a frio (P1), depois expansão (P2) deste flanco circular nas dimensões do aro final, depois operação de conformação por escoamento (P3) a quente ou a frio do referido flanco circular no perfil do aro em sua forma e perfil finais; montagem por soldagem da parte de disco frontal e do aro por uma operação de soldagem por fricção após usinagem das zonas (...).

Description

[0001] A invenção refere-se ao setor técnico das rodas, notadamente para veículos, veículos automotivos, e igualmente o setor técnico da fundição e da forja para a fabricação de peças de liga leve, notadamente alumínio, destinadas notadamente à indústria automotiva.

[0002] Conhece-se, por exemplo, a realização de roda com aro e flange monobloco obtida por vazamento, mas necessitando de meios técnicos complexos e dispendiosos e requerendo dimensões de espessura muito significantes, acarretando, assim, um peso da roda obtida muito elevado em relação às exigências atuais.

[0003] No plano da arte anterior de acordo com a figura 1 relativo aos dois aspectos acima citados, já é conhecido obter rodas híbridas (R) em duas partes compreendendo uma parte de aro (1) e uma parte de disco (2) frontal ou disco de roda, estas duas partes sendo solidarizadas por qualquer meio de ligação apropriado.

[0004] Para remediar este fato, foi proposto, por exemplo, na patente EP 0.854.792, uma roda híbrida com duas partes obtida de acordo com um processo específico. A ligação entre o aro e o flange é assegurada por uma junta soldada por uma operação de soldagem por fricção com movimento cíclica. Esta tecnologia que é objeto de uma exploração por uma das filiais do Requerente responde, satisfatoriamente, às exigências do mercado. Contudo, a implementação deste processo acarreta alguns inconvenientes em relação às novas exigências do mercado que são, por exemplo, obter uma redução do peso dos produtos da ordem de 20 a 30%. Além disso, nesta patente EP 0.854.792, o aro malhado da roda é baseado em um tubo vazado por centrifugação, transformado por laminação ou por fricção em vista de obter a configuração do aro final. As duas partes de roda são constituídos por uma liga de alumínio malhada. Estas operações são longas e dispendiosas. Além disso, é necessário efetuar controles de radiografias do flange.

[0005] O Requerente explora, além disso, desde 1983 uma tecnologia combinando uma fase de fundição e uma fase de forja de peças de liga de alumínio, conhecida sob a marca “COBAPRESS”. Esta tecnologia é definida na patente EP 119.365 e consiste em realizar uma conformação preliminar de fundição por vazamento de liga leve do tipo alumínio ou liga de alumínio, depois em transferir a conformação preliminar obtida em uma matriz de forja tendo dimensões sensivelmente inferiores às dimensões da conformação preliminar para, depois, efetuar uma operação de forjamento que permite a obtenção das propriedades da peça final a obter. Uma operação de remoção de rebarbas é efetuada depois sobre a circunferência da peça final obtida após forjamento.

[0006] Um dos problemas da fabricação das rodas híbridas, em duas partes, e em particular a parte de disco frontal, consiste na presença de diferentes ramificações radiais que ligam a circunferência periférica desta parte de disco, com a parte central da mesma formando cubo e que estará diretamente em ligação depois para a fixação da roda sobre a árvore de roda. Representou-se na figura 2 em vista parcial o disco (2). A obtenção em fundição deste tipo de peça faz aparecer tensões específicas ligadas às zonas de cortes (2a) de alimentação que se produzem nos nós de ligação (2b) entre a circunferência periférica do disco e as extremidades de junção das ramificações defronte. Notam-se, claramente, cortes de alimentação que se produzem nos referidos nós.

[0007] Estes problemas de alimentação podem ser resolvidos em fundição tradicional apenas pela utilização de ligas mais facilmente vazáveis do tipo conhecido, por exemplo, sob a referência AS11. Estas ligas não conferem, contudo, as mesmas características mecânicas e nem sempre são suficientes para eliminar completamente este tipo de defeito. Outra solução consiste em um aumento das seções das ramificações da roda o que acarreta naturalmente um aumento do peso da roda.

[0008] A diligência do Requerente foi, portanto, a partir das tecnologias acima citadas, procurar outra solução de projeto de uma roda híbrida em duas partes de liga leve, tipo alumínio, e que responde ao problema colocado e permite permanecer em conformidade com as necessidades do mercado.

[0009] A solução alcançada pelo Requerente resulta de um trabalho e de uma experimentação internamente consideráveis porque os diferentes caminhos de pesquisa e de trabalho efetuados demonstraram diversas limitações incompatíveis com as necessidades e as condições de utilização destas rodas híbridas.

[0010] O Requerente, portanto, foi conduzido a conceber e desenvolver um novo processo a partir de uma seleção específica de fases operacionais.

[0011] Assim e de acordo com umas primeiras características da invenção, o processo de fabricação de uma roda híbrida de liga leve do tipo compreendendo um disco frontal e um aro susceptível de serem solidarizados por uma soldagem por fricção, é notável pelo fato de que implementa as seguintes fases operacionais diferentes: - realização do disco frontal obtido por uma dupla operação de vazamento de uma conformação preliminar de fundição e transferência da referida conformação preliminar em uma matriz de forja e operação de forjamento da referida conformação preliminar tendo em vista a obtenção do disco frontal e operação de remoção de rebarbas para a obtenção do referido disco frontal, - realização da parte de aro com fabricação de um tarugo de liga leve e transformação do mesmo em um flanco circular obtido por extrusão a quente ou a frio, depois expansão deste flanco circular nas dimensões do aro final, depois operação de conformação por repuxamento a frio ou a quente do referido flanco circular ao perfil do aro em sua forma e perfil finais, - montagem por soldagem da parte de disco frontal e do aro por uma operação de soldagem por fricção após usinagem das zonas a montar.

[0012] O processo tal como definido de acordo com a invenção parece ser particularmente eficiente e apresenta as seguintes vantagens: - a roda em seu conjunto demonstra uma resistência à fadiga 2 vezes superior à constatada comumente, notadamente quando dos testes de fadiga em curva. - a roda apresenta uma melhor resistência aos testes de impacto (energia absorvida maior sem fissuração da circunferência do disco de roda). - a seção do aro é mais fina devido à sua obtenção por extrusão com, portanto, um ganho de peso. A obtenção de tal espessura é impossível de obter em fundição por gravidade ou baixa pressão. - não se nota mais problema de estanqueidade com o aro pelo seu processo de fabricação incluir a operação de conformação por repuxamento a frio ou a quente.

[0013] A problemática ligada à obtenção de nós nas ramificações da parte de disco é resolvida porque o processo de fabricação desta parte permite re-soldar os defeitos internos de modo que haja uma quase ausência de tais defeitos. Por outro lado, por este processo particular de fabricação da parte de disco, é possível calcular a configuração desta peça com um desenho ótimo atuando sobre o lado da face frontal que não é visível. Pode-se, por exemplo, aumentar as seções da fundição e descartar o excesso de material na rebarba quando da forja. Além disso, outra vantagem significante reside na utilização do produto semiacabado constituído pelo flanco circular obtido por extrusão. Com efeito, o flanco circular de um diâmetro dado permite a fabricação de diferentes perfis de aros independentemente do disco obtido pelas operações sucessivas de vazamento e de forjamento de acordo com o processo COBAPRESS. Reduz-se os defeitos sobre a peça de fundição e não se aumento o peso da peça final.

[0014] Graças à utilização do processo de fabricação do disco, sob a denominação “Processo COBAPRESS” pode-se utilizar uma grande variedade de perfis, sem limitações, evitando-se os problemas de fundição que são regulados pelo próprio processo.

[0015] Por esta implementação particular, podem-se obter partes de telas nas ramificações do disco que podem diminuir, por exemplo, até 4 mm, o que é impossível de obter em fundição tradicional para estas geometrias. Tem-se, portanto, assim uma otimização total com um peso controlado e reduzido ao máximo. Além disso, o estado de superfície é melhorado na parte de disco em relação a um disco obtido em fundição tradicional. Um estado de superfície perfeito é obtido pela operação de forjamento e não se torna mais necessário ter um revestimento de fundição com um grão fino que pode ser um problema perfeito porque o revestimento degrada, enquanto que isto não ocorre em situação de batidas de forja. Evita-se que as porosidades que se encontram próximas da superfície não estourem ou borbulhem no tratamento térmico (fenômeno geralmente chamado “borbulhamento”) e que são a causa de refugos gerando a perda do valor acrescido colocado sobre a roda (até a 15% de refugos visuais).

[0016] Outras vantagens são alcançadas pela implementação do processo de acordo com a invenção, e notadamente em questão de maquinário.

[0017] A invenção visa, portanto, a combinação seletiva das diferentes fases do processo para a obtenção e a fabricação de cada um dos dois componentes, a saber, o aro e o disco.

[0018] A realização da soldagem por fricção dos dois componentes contribui igualmente para a obtenção de peça final sob a forma de roda híbrida particularmente homogênea e segura em termos de qualidade.

[0019] Em termos de otimização do peso das rodas híbridas obtidas, as medições efetuadas a partir de testes forneceram os seguintes resultados:

[0020] Este ganho de peso tem consequências não negligenciáveis para a produção de gás carbônico. Pela redução do peso inerente apenas as quatro rodas do veículo, o ganho de peso gera a redução do consumo de gasolina ou de gasóleo.

[0021] Assim representaram-se nas figuras dos desenhos da arte anterior e a implementação da invenção.

[0022] A figura 1 é uma vista de caráter esquemático de uma roda híbrida em duas partes (disco e aro) representadas separadas, depois montadas.

[0023] A figura 2 é uma vista parcial da parte de disco de acordo com a arte anterior com representação das zonas de cortes de alimentação sobre os braços.

[0024] A figura 3 é uma vista de caráter esquemático ilustrando a obtenção do flanco circular por extrusão, depois a sua conformação final por conformação por repuxamento a frio.

[0025] A figura 4 é uma vista de caráter esquemático ilustrando o processo de fabricação da parte de aro de acordo com as três fases de formação do flanco circular por extrusão (P1), depois expansão (P2) do referido flanco, depois conformação por repuxamento (P3).

[0026] Identificou-se, a título de exemplo, um perfil do aro mas, como indicado previamente, o processo de acordo com a invenção é particularmente interessante dado que, a partir de um mesmo diâmetro de flanco circular, pode-se obter diferentes perfis da parte de aro.

[0027] O produto final obtido de acordo com a invenção não é representado dado que ele apresenta globalmente os mesmos formatos que a roda híbrida representada na figura 1.

Claims (1)

1. Processo de fabricação de uma roda híbrida de liga leve do tipo compreendendo um disco frontal (2) e um aro (1) susceptível de serem solidarizados por uma soldagem por fricção, caracterizado pelo fato de envolve as seguintes fases operacionais: - produção do disco frontal obtido por uma dupla operação de vazamento de uma conformação preliminar de fundição inicial e transferência da referida conformação preliminar de fundição inicial em uma matriz de forja e operação de forjamento da referida conformação preliminar de fundição inicial tendo em vista a obtenção do disco frontal, e operação de remoção de rebarbas para a obtenção do referido disco frontal, - fabricação da parte do aro com fabricação de um tarugo de liga leve, e transformação do tarugo em um flanco circular obtido por extrusão a quente ou a frio (P1), depois expansão (P2) deste flanco circular nas dimensões do aro final, depois operação de conformação por repuxamento (P3) a frio ou a quente do disco ao perfil do aro em sua forma e perfil finais, - montagem por soldagem da parte de disco frontal e do aro por uma operação de soldagem por fricção após usinagem das zonas a montar.

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