Estudo de um componente estrutural do BIW automóvel: nexos entre o material base e o processo de industrialização

Abstract

A evolução no ramo automóvel tem sido ao longo dos anos cada vez maior, de modo a aumentar não só a segurança e o conforto, como também a diminuir o peso de cada veículo. Especialmente nos últimos anos, cada vez mais fabricantes automóveis recorrem a materiais mais leves de forma a reduzir a massa dos automóveis que sofreram aumentos significativos com a transição de motores a combustão para motorizações híbridas ou totalmente elétricas. A industrialização no mundo automóvel é um processo complexo que tem como objetivo projetar e construir um meio capaz de produzir componentes em massa de acordo com as especificações requeridas. Neste processo é crucial efetuar uma análise inicial cuidada ao componente e ao processo definido de forma a evitar problemas futuros que comprometam a sua vida série. Este trabalho foi elaborado com vista a estudar o processo de industrialização de um componente em alumínio do BIW automóvel, realizando-se todas as fases necessárias, desde o estudo de viabilidade no qual é realizado um estudo quanto à sua formabilidade, recorrendo a softwares de simulação, e seleção do tipo e meio de fabrico tendo em conta todas as especificações do cliente. De seguida são examinadas as ferramentas de fabrico (ferramentas progressivas e posto de rebitar) e, por último, a produção das primeiras peças e respetiva análise visual e dimensional. Num segundo momento, é questionada a escolha da liga de alumínio AA5182 pelo cliente bem como a espessura de 1.5 mm, ou seja, é realizado um estudo comparativo no qual é substituída a liga de alumínio por uma de aço, mais concretamente, DP780, e, a redução de espessura para os 0.70 mm. De seguida é realizado um estudo detalhado onde a formabilidade do novo componente é novamente abordada concluindo que a peça em aço acarreta mais dificuldades em termos da estampagem uma vez que o Springback desta família de aços é extremamente elevado assim como a sua tendência de formação de rugas. No entanto, estes problemas são diminutos quando comparados com o custo da matéria-prima do alumínio aliado à dificuldade acrescida dos processos de ligação. Feita a análise, conclui-se que a utilização de ligas de alumínio no BIW contribui para uma redução média de 20% em peso, todavia, o custo da mesma é 23% superior. Esta diferença de preço deve-se não só ao facto de a inexperiência de trabalho com alumínio ser superior, mas também às propriedades intrínsecas à produção das ligas de alumínio.

The evolution of the automotive industry has witnessed a significant increase over the years, primarily aimed at enhancing safety and comfort, along with reducing the weight of vehicles. In recent years, car manufacturers have been utilizing lightweight materials to curb the weight of cars, which has increased considerably due to the shift from traditional combustion engines to hybrid or fully electric ones. Industrialization in the automotive industry is a complex process that involves designing and producing a means capable of mass-producing components that meet the required specifications. In this process, it is crucial to carry out a thorough initial analysis of the component and the defined process to avoid future problems that may compromise its serial life. This study aims to investigate the industrialization process of an aluminium component of the automobile BIW, which involves several phases, including feasibility studies to evaluate its formability using simulation software, selection of the type and means of manufacture based on customer specifications, and finally, manufacturing tools, such as progressive stamping dies and riveting stations. The production of the first parts and the subsequent visual and dimensional analysis are also crucial stages. The study also questions the customer's choice of using AA5182 aluminium alloy with a thickness of 1.5mm, leading to a comparative study with DP780 steel with a thickness of 0.70 mm. The formability of the new component is thoroughly addressed, concluding that the steel part entails more difficulties in terms of stamping, given the high Springback and tendency to form wrinkles. However, these problems are minor compared to the cost of the aluminium raw material combined with the increased difficulty of the bonding processes. The analysis reveals that the use of aluminium alloys in BIW contributes to an average weight reduction of 20%, but its cost is 23% on average. This cost difference is due not only to the greater inexperience of working with aluminium but also to the intrinsic properties of producing it.