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1 de fevereiro de 2022

Como as rodas são fabricadas

Editoria Serrametal – Esse conteúdo é apenas informativo, pois se trata do universo dos nossos clientes. Nós somos fornecedores de aços especiais.

 

Uma das peças que fazem parte do nosso cotidiano é a roda. Elas são usadas em todos os lugares e são até um marco na história da humanidade. Com elas grandes coisas podem ser realizadas, e existem diversos tipos. Hoje vamos dar alguns processos para fabricação de rodas.

Fonte: https://www.pexels.com/pt-br/foto/fotografia-de-close-up-da-roda-de-veiculo-cromada-244553/

 

Rodas podem ser fabricadas com diversos materiais, e por isso, podem passar por diferentes processos de fabricação. Aqui vamos falar sobre alguns processos de fabricação para diversos tipos de rodas. Estes processamentos abordados são os mais presentes na indústria, mas os processos mais específicos partem desses mesmos princípios.

Existem muitos tipos de rodas, um exemplo são os supermercados. A roda do carrinho é fabricada com material polimérico e partes em alumínio, mas já em uma empilhadeira, a roda pode ser fabricada em alumínio no seu interior com o pneu ao seu redor.

Os principais materiais para rodas são:

  • Alumínio
  • Polímero (diversos tipos)
  • Aço
  • Ferro fundido
  • Aço inoxidável

Entre esses tipos de materiais, podemos criar sub categorias em diversos outros materiais. Por exemplo, para rodas e rodízios, nos trens para transporte de cargas, são utilizados aços como: SAE 1045 ou mesmo SAE 4140, 4340, etc. Além disso, caso esse vagão transporte uma carga dentro de um forno, essas rodas devem apresentar resistência ao calor, e assim são fabricadas de aços mais ligados, como AISI H13, inoxidáveis, etc.

Outras aplicações exigem materiais que resistam a outras solicitações, como resistência química, logo, são utilizados polímeros como borrachas e polímeros diversos, mas também podem ser aço inoxidáveis.

Temos também que avaliar que a roda é constituída de um núcleo, ao qual fornece a resistência interna da roda e o rastro, que é a superfície da roda, onde será realizado o contato com a superfície por onde ocorre a movimentação.

O tipo de material utilizado na fabricação de rodas influencia em suas propriedades, e temos que verificar quais são as propriedades que desejamos. Para isso, temos que avaliar o tipo de carga e o caminho ao qual será transportada, se as rodas devem ser com rastro resiliente ou duro.

Outra forma de entender quais são as propriedades da roda é avaliar a dureza, principalmente do rastro. A dureza nesse caso pode ser medida nas seguintes formas e escalas:

  • Dureza Rockwell C – HRC (para aços);
  • Shore A (polímeros como borrachas e poliuretanos);
  • Shore D (para polímeros em geral);
  • Rockwell R (para polímeros em geral);
  • Dureza Rockwell B – HRB (para aços, alumínio e outros metais);
  • Dureza Brinell – HB (para aços e ferro fundido).

Temos que considerar que as rodas podem ser inteiriças, como rodas de plástico, mas também podem ser fabricadas com diversas partes. Por exemplo, uma roda de skate apresenta em sua superfície um polímero, e internamente são rolamentos de aço.

Fabricação de Rodas de Alumínio

Fonte: https://www.pexels.com/photo/brand-emblem-on-a-car-mag-wheel-7101379/

 

O alumínio é um material incrivelmente versátil e de fácil processamento. Ele pode ser fundido, conformado, usinado, etc. É utilizado em diversas aplicações, tanto puro como em ligas. O tipo de alumínio a ser utilizado depende da sua finalidade. Para fabricação de rodas, normalmente se usa alguma liga de alumínio, e dificilmente se utiliza alumínio puro.

As rodas de alumínio (às vezes chamadas de rodas de liga leve) são construídas com uma mistura de alumínio e níquel, e as vezes mais algum elemento químico. A maioria das rodas hoje são de liga de alumínio fundido, o que significa que são feitas despejando alumínio fundido em um molde. Este processo da indústria é muito usual para fabricação de diversas outras peças.

As rodas de alumínio são leves, mas fortes, resistem bem ao calor e geralmente são mais atraentes do que as rodas de aço. Elas vêm em uma grande variedade de acabamentos e tamanhos. As rodas de alumínio são uma boa escolha para um equilíbrio entre desempenho, custo, estética e consumo de combustível.

As rodas de alumínio são aplicadas, por exemplo, em carros e motos, em carros de transporte de cargas leves, entre outros. Para conferir as normas para rodas de liga leve, pode-se consultar a norma NBR6752, mas também outras normas para rodas como a NBR6751.

As primeiras rodas de carro de alumínio de liga leve foram usadas nos carros de corrida Daimler-Benz e Auto-Union na década de 1930. Na década de 1960, a Porsche iniciou a produção em lote de rodas a partir de chapa, que consistia em um aro e um rolamento. A primeira produção de alto volume de rodas laminadas na Europa começou em 1979 para carros Daimler-Benz com destino aos EUA.

Com o desenvolvimento do processo de produção de aros de roda e rolamentos, os custos de fabricação foram reduzidos significativamente, de modo que uma roda de alumínio foi desenvolvida e produzida em grande número para o BMW Série 5 desde 1995.

O uso de rodas de alumínio em automóveis de passageiros começou com os modelos de classe alta ou carro-chefe para dar-lhes um toque pessoal distinto.

As rodas representam agora cerca de 15% do teor médio de alumínio em automóveis de passageiros e caminhões leves, e sua principal motivação tem sido estilizar principalmente com soluções de fundição, os requisitos de redução de peso levaram ao desenvolvimento de fundições mais técnicas, mas também de soluções forjadas e fabricadas.

Esses componentes têm, no entanto, funções críticas de segurança e devem atender a altos padrões de design, engenharia e mão de obra.

Para produção de rodas de alumínio por fundição, utilizam-se moldes fabricados em aço ferramenta. Aços especiais como AISI H13, H11, DieVar, Orvar, Toolox 44 etc são utilizados por resistirem ao calor. A temperatura de fusão do Al é 660,3 °C, logo, a interface do material fundido com o molde chega a altas temperatura. A falha mais recorrente é por trinca térmica, devido a dilatação na superfície do molde.

Com as trincas ocorrendo, é como se “espaços vazios” como “pés de galinha” se formam no molde, e são preenchidos por alumínio fundido. Como a interação alumínio no molde e o alumínio fundido é muito grande, se formam particulados na superfície do molde, e esse fenômeno pode ser entendido como um desgaste adesivo.

O desgaste adesivo pode criar não conformidades nas peças fundidas, logo o molde deve passar por um processo de acabamento que retira apenas uma fina camada da superfície, podendo, assim, voltar a trabalhar.

Para ter uma base de quantidades, uma matriz fabricada em Toolox 44 para rodas de alumínio produz um total de 31400 peças, e dependendo do processo utilizado, essa produção pode variar de 3 a 6 meses. Ao longo de toda a produção, são necessárias algumas manutenções e rebaixos, mas se comparado a materiais como o AISI H13, existe uma diminuição considerável na frequência dessas manutenções, podendo chegar apenas à metade das manutenções.

Os moldes fabricados em aço ferramenta para trabalho a quente para fabricação de rodas, passam por processo de usinagem, têmpera, revenimento, finalização por usinagem e retifica. Com Toolox 44 não é necessário têmpera, o que pode reduzir cerca de 30% no tempo de fabricação.

Outro processo muito utilizado para moldes de alta performance é o PVD (Physical vapor deposition), que deposita material cerâmico sobre a superfície do molde, o que aumenta a vida útil do molde, em muitas vezes, mais que o dobro.

Fabricação de rodas de polímero

Fonte: https://www.pexels.com/pt-br/foto/carrinhos-de-compras-alinhados-264529/

 

As rodas fabricadas por injeção de plástico são preferidas por seu funcionamento insuperável e longo período de vida útil, além do menor custo, este processo permite ao usuário escolher entre uma variedade de materiais diferentes. Dependendo dos requisitos de aplicação, vários materiais podem ser combinados para formar um compósito (temos ao exemplo o pneu, que na verdade são vários materiais diferentes, inclusive aço, que formam um material com excelentes propriedades).

O processo de fabricação de rodas de material polimérico segue o mesmo sistema que qualquer produto que passa por injeção:

Os grânulos ou pellets do material são alimentados no funil. Se um compósito estiver sendo usado, os materiais que formam o compósito são alimentados na tremonha. A tremonha move os materiais para um barril onde são misturados. Este processo garante que os materiais sejam misturados para fornecer uniformidade completa.

Uma vez misturado, a mistura é movida para um módulo de aquecimento. Aqui, o compósito é fundido.

Este líquido quente viscoso é injetado em um molde, normalmente fabricado em AISI P20, H13, Toolox 33 ou Toolox 44. O fundido é então deixado esfriar e endurecer.

Se mais componentes precisarem ser fundidos, este processo será integrado nesta fase. Aqui, as diferentes partes serão unidas com a ajuda de calor, pressão ou qualquer outro meio.

Uma vez concluída, a roda moldada por injeção de plástico será finalizada. Isso inclui limpeza, alisamento, acabamento, etc.

É importante utilizar um aço de boa qualidade para o molde, pois a falhas de superfície influenciam diretamente na qualidade do produto final, e seu desgaste prematura gera muito gastos, trazendo prejuízos enormes. Os materiais para moldes plásticos devem apresentar excelente polibilidade.

Estes aços devem ser muito puros, e se possível, com qualidade premium. A dureza pode variar entre 33-46HRC, para cada processo deve-se considerar a pressão de abertura e o tipo de polímero a ser injetado. Polímeros como PP (Polipropileno) podem ser injetados em molde Toolox 33 (35HRC) e materiais compósitos com fibra de vidro podem ser moldados em moldes de Toolox 44 (45HRC).

Fabricação de rodas de aço

Fonte: https://www.pexels.com/photo/two-men-holding-two-gray-metal-tools-2760289/

 

Para rodas de aço, podemos pensar em três processo: fundir o aço, estampar e usinar as chapas ou forjar. Algumas das rodas mais fortes do mercado são formadas pela arte de forjar. Isso é feito submetendo um tarugo de material a uma quantidade muita alta de calor e cerca de 900 bar de pressão, esmagando o metal em uma roda extremamente densa e imensamente forte. A enorme força de compressão do forjamento torna essas rodas extremamente leves e muitas vezes mais fortes do que uma roda fundida equivalente.

Já rodas para trens, por exemplo, são fabricadas desde aço SAE 1020, 1045 até aços como SAE 4140, 4340, 8620, 8640. Essas rodas podem passar pelo processo de usinagem, seguidas de tratamento térmico. No caso de aços como 8620 (apenas 0,2 de carbono) e realizar processo de cementação e posterior têmpera. Para rodas aplicadas em casos mais extremos, utiliza-se 4340 com têmpera e revenimento, atingindo um limite de escoamento de normalmente 980 MPA.

As rodas mais comuns são fabricadas em 1045, com têmpera. Entretanto o aço 1045 pode deformar muito e se tornar muito trabalhoso de se processar. Por isso muitos fabricantes optam por outros aços, principalmente os fornecidos já temperados como no caso do Toolox 33 e Toolox 44.

Por fim, as rodas de aços também podem ser fabricadas por estampagem. Tomando como exemplo tratores e máquina agrícolas em geral, as rodas iniciam seu processo a partir de chapas. Estas chapas normalmente são grossas, entre 8-16 mm, e passam por diversas etapas de furação e conformação. Os aços utilizados para as punções e matrizes de conformação são os aços ferramenta para trabalho a frio, desde AISI D2, até Toolox 44, 1.2363 ou K390.

A escolha do aço vai depender do processo de estampagem, assim como o processamento das ferramentas e os recursos disponíveis. Os tratamentos térmicos aplicados mais indicados são: Têmpera a vácuo com duplo revenimento, para aços que precisam de têmpera. Toolox 44 não precisa dessa etapa de processamento.

Os aços para trabalho a frio, aplicados na fabricação de rodas, podem também passar pelo processo de PVD, mas na etapa de têmpera, deve-se realizar triplo revenimento, e em uma temperatura adequada para o posterior PVD.

 

Elaboração e Edição: Thiago Cortiz, Renata Brandolin e Karina França
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