4 de setembro de 2013
Na busca pela eficiência energética veicular, o uso de alumínio em componentes de suspensão mostra ser um caminho de muitos benefícios.

Alexandre Akashi |

Os componentes de suspensão fabricados em alumínio são cada vez mais comuns na Europa e logo serão amplamente utilizados nos Estados Unidos, onde as montadoras buscam soluções para vencer o desafio de produzir automóveis que rodem mais de 50 MPG (21,26 km/l).

Porém, no Brasil, são encontrados com mais frequência em veículos importados, como no recém-lançado Audi A3, que tem o sub-chassi em alumínio. Mas, pode ser que isso mude. Afinal, com o programa Inovar-Auto do governo Federal, as montadoras serão beneficiadas com descontos no IPI caso superem cotas de eficiência energética. E para isso, reduzir peso é uma estratégia importante.

Existem assim muitas oportunidades que devem ser consideradas, uma delas são os componentes de suspensão, que apresentam diversas vantagens do uso mais intenso do alumínio em partes estruturais como braços de suspensão, sub-chassis e cubos de roda.

Além da redução do peso total do veículo, o alumínio em sistemas de suspensão melhora o manuseio e o comportamento dinâmico da estrutura e, devido a sua elevada dutilidade, permite definir formatos ilimitados, aspecto extremamente significativo quando as características cinéticas e dinâmicas da suspensão demandam a presença de sistemas de alavancas com geometrias complexas, o que seria muito difícil conseguir com outros tipos de metais.

Desmistificando a fama de ser um material caro, o alumínio ainda pode apresentar vantagens de custo em sistemas de suspensão. É o caso do braço de suspensão traseira do antigo Citroën XM. Produzido em uma única peça, pela técnica de fundição por gravidade em molde permanente, apresenta custo menor do que a versão em aço estampado, que exige montagem de numerosas peças.

Entre os diversos tipos de suspensão disponíveis, o destaque para o sistema a ar. Esta é uma opção interessante para as montadoras que buscam melhorias energéticas por meio de redução de peso, pois com ela é possível adotar a tecnologia de suspensão ativa para maximizar a performance do veículo.

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Sistema de suspensão a ar eletronicamente controlada com atuadores de válvulas eletrônicos e sensores de pressão e peso integrados. Fonte: ContiTech

As aplicações de alumínio no sistema de suspensão a ar incluem os reservatórios de ar, para sempre ter ar comprimido disponível, além de diversos tubos de conexões com flanges integradas. A pressão aplicada no sistema de suspensão a ar varia de 10 a 25 bar, porém os componentes atingem picos de pressão de até 100 bar. Os cilindros de ar em alumínio oferecem total funcionalidade, alta pressão, excelente resistência à corrosão e baixo peso. Falta de espaço também não é problema, pois é possível produzir cilindros customizados, uma vez que o alumínio permite o desenvolvimento de formas de geometrias extremamente complexas. Um exemplo de otimização inovadora é o cilindro de ar triangular do Audi A6, que é instalado atrás do banco traseiro.

Cilindros de ar para o VW Phaeton (esquerda) e Mercedes (direita). Fonte: SAG Motion AG
Cilindros de ar para o VW Phaeton (esquerda) e Mercedes (direita). Fonte: SAG Motion AG
Célula de ar para o sistema de suspensão do Audi A6. Fonte: SAG Motion AG
Célula de ar para o sistema de suspensão do Audi A6. Fonte: SAG Motion AG

Um dos tipos de suspensão mais utilizados nos automóveis é o McPherson, que combina um amortecedor e uma mola em uma única peça. De acordo com o “The Aluminum Automotive Manual”, publicado pela European Aluminum Association, a substituição do aço pelo alumínio permite reduzir de 20% a 30% o peso dos amortecedores.

Os requisitos de alta qualidade e a propriedade mecânica específica dos braços de suspensão de controle de carga são melhores atendidos com peças de alumínio forjadas, onde os benefícios de uma microestrutura fibrosa orientada ao longo do sentido da deformação plástica podem também ser explorados. Processos de forjamento altamente automatizados, a partir de peças extrudadas ou fundidas, permitem grande produção em série de baixo custo. Consequentemente, braços de suspensão são a aplicação mais importante de peças forjadas de alumínio no automóvel.

Amortecedores leves com carcaça tubular de alumínio. Fonte: Aleris – ZFSachs
Amortecedores leves com carcaça tubular de alumínio. Fonte: Aleris – ZFSachs

Braços de suspensão
O número de braços de suspensão depende do tipo de suspensão adotada. Nos veículos mais leves é comum o tipo McPherson, com apenas um braço de suspensão, enquanto em veículos maiores a suspensão costuma ser do tipo Double-Wishbone, por permitir maior controle sobre o movimento das rodas. Os braços de suspensão são peças importantes para a segurança do veículo. Normalmente, esses componentes são feitos em aço, mas as peças em alumínio podem ser até 50% mais leves e com resistência e rigidez estrutural melhoradas. Assim, acredita-se que esse seja um mercado em forte crescimento para o alumínio.

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Formatos variados de braços de suspensão forjados em alumínio. Fonte: Otto Fuchs

Diversas tecnologias estão disponíveis para a produção de braços de suspensão em alumínio. Além das soluções com peças forjadas, há também as com peças fundidas, outras com componentes produzidos a partir de sofisticados processos semi‑sólidos e ainda as com chapas e perfis extrudados.

Os processos tradicionais de fundição costumam garantir redução de peso e de custo na obtenção de braços de suspensão, especialmente ao substituir vários componentes estampados em aço.

As tecnologias de processamento semi-sólidos, como Reofundição, Tixofundição, Tixoforjamento, entre outras, fazem uso de propriedades específicas das ligas de alumínio em temperaturas entre a sólidus e a líquidus. Elas permitem fabricar peças com dimensões exatas ou muito próximas as do produto final – eliminando etapas de fabricação – e com níveis de propriedades mecânicas semelhantes as dos componentes forjados, porém usando uma rota de processamento mais curta (semelhante a de componentes fundidos). Existem diversos exemplos de peças de suspensão que tenham sido produzidas com essas tecnologias, mas um avanço real ainda não foi alcançado especialmente por motivos econômicos.

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As características específicas da tecnologia de extrusão de alumínio também oferece potencial para produção de custo eficiente de braços de suspensão. Perfis extrudados têm sido utilizados desde os anos 90 em diferentes modelos, e dependendo do tipo de carga especificada, da liga aplicada e da dimensão da peça, podem apresentar seções abertas ou com câmaras. Enquanto esta solução é extremamente eficiente em termos de custo, é preciso ter em mente que as características mecânicas são determinadas pelas propriedades mecânicas no sentido transversal.

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Braços de suspensão extrudados em alumínio nas ligas 6008 (esquerda) e 6082 (direita). Fonte: Aleris

A partir de um perfil extrudado ou de uma chapa laminada de alumínio, soluções interessantes de braços de suspensão também são obtidas combinando outros processos de conformação mecânica e operações de fabricação e montagem.

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Braço de suspensão traseira, cerca de 50% mais leve do que um similar em aço, produzido em larga escala a partir de perfil extrudado, com operações sequenciais de estiramento, dobramento, estampagem, tratamento térmico e montagem. Fonte: Raufoss Technology

 

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Braço de suspensão transversal, cerca de 35% mais leve do que um similar em aço, obtido por estampagem profunda de chapa de alumínio 5454. Espessura da chapa: 6 mm; raio mínimo de dobramento: 12 mm (duas vezes a espessura da parede); profundidade do embutimento: ~ 90 mm. Pontos de fixação para a subestrutura do eixo, suporte de roda e fixação para a suspensão pneumática integrados no componente. Fonte: Hydro Aluminium Rolled Products

 

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Braço de suspensão trapezoidal em alumínio, tipo Wishbone, cerca de 35% mais leve do que um similar em aço, composto por três tubos com costura longitudinal (liga 5754 H0/111, espessura de parede 4,0 mm) e duas buchas de rolamento extrudadas (liga 6060 T4, espessura de parede entre 4,0 e 6,0 mm). A estrutura oca dos componentes, unidos com solda MIG, garante uma elevada rigidez. Fonte: Hydro Aluminium Rolled Products

Articulações
As juntas ou articulações são tipicamente projetadas para cada aplicação de acordo com os requisitos de carga de cada sistema de suspensão. Elas ligam pontos de suspensão, tais como braços superiores e inferiores (via pinos esféricos ou pivôs), bieletas e / ou tirantes. O rolamento e a pinça são tipicamente aparafusados à articulação. Como resultado da sua geometria relativamente complexa, são geralmente fundidas e posteriormente usinadas. Métodos de fundição de alumínio de alta qualidade devem ser aplicados a fim de atender às rigorosas exigências mecânicas. Outras soluções em alumínio também são encontradas, como o uso de peças extrudadas e usinadas que garantem excelente custo-benefício.

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Articulação frontal usada no Audi A8, produzida por fundição em molde permanente na liga AlSi7Mg. Fonte: GF Automotive
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Suporte de eixo aplicado na plataforma Golf, da Volkswagen, produzido a partir de perfil extrudado na liga 6082. Fonte: Honsel

 

 

As vantagens da suspensão em alumínio
Um comentário sobre a matéria:
  • 23/02/2017 às 11:04

    Olá,bom dia
    Tenho desenvolvido um processo de injeção de alumínio e magnésio com alto vácuo na casa de 1 Torr, em todo o processo,na fundição do metal e no molde.
    O metal é tranferido mecanicamente por um pistão de grafite do forno direto para o molde, e com pressão em torno de 1 bar ,acredito ser mais simples que os processos de reofundição e a tido .
    O investimento não ultrapassa os $350.000,00 .Estou fazendo esta breve divulgação pois no momento estou em contato com investidores.
    Grato .

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