Como se faz a carroçaria de um automóvel

Transcrição

1 Como se faz a carroçaria de um automóvel Bernardo de Oliveira Soares Daniel Filipe Cunha Gonçalo Ferreira Duarte Pedro Almeida Ferreira Rui dos Santos Magalhães Projecto FEUP Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 1M7 Supervisor: Prof. Abel Santos Monitor: Jorge Cardoso Outubro 2012

2 Índice 1. Resumo 3 2. Introdução 4 3. O que é uma carroçaria? 5 4. História 6 5. Tipos de carroçaria 7 6. Materiais 8 7. Processos de fabrico a. Etapas na produção da carroçaria 9 b. Tratamento das chapas para aplicação industrial e conformação plástica das chapas 9 c. Tipos de soldadura Pegada ecológica Conclusões Referências Agradecimentos Anexos 20 1

3 1. Resumo A carroçaria (estrutura de um determinado veículo e que está colocada sobre o seu chassis) surgiu devido à necessidade de transportar não só pessoas com máxima segurança comodidade e o mínimo de esforço, assim como mercadorias. Há diversos tipos de carroçarias e processos de fabrico associados. Os materiais mais frequentes na sua construção são o aço e o alumínio. O primeiro é menos dispendioso e possibilita uma redução da massa do veículo, enquanto o segundo é reciclável e oferece maior protecção num eventual impacto. Por fim, um dos objectivos a atingir a curto-prazo é diminuir a massa da carroçaria, de modo a que seja possível reduzir a poluição, melhorando a pegada ecológica. Fig. 1: Carro eléctrico [1] 2

4 2. Introdução No âmbito da disciplina Projecto FEUP foi proposto um trabalho sobre Como se faz a carroçaria de um automóvel. Nesse sentido, realizou-se este relatório, onde se fez um breve enquadramento histórico e abordaram-se os materiais e os processos de fabrico a utilizar, assim como, os tipos de carroçaria. A pesquisa e organização de dados, permitiu elaborar um póster alusivo a este tema, assim como, uma apresentação oral. O objetivo do trabalho consistiu no aprofundamento e no esclarecimento de alguns conceitos relacionados com o tema Como se faz uma carroçaria. Fig. 2: Primeiro carro a gasolina [2] 3

5 3. O que é uma carroçaria? Carroçaria é a estrutura que envolve um determinado veículo e que está colocada sobre o seu chassis. Normalmente, é constituída pelo local onde se coloca o motor, pelo compartimento destinado aos ocupantes e pelo porta-bagagens e tem como objectivo a segurança do condutor e dos restantes passageiros, assim como, o transporte de mercadorias. Um automóvel deve ser resistente aos mais diversos obstáculos que se colocam no seu caminho, tais como: as irregularidades do piso, as condições atmosféricas, as colisões, etc. Para isso, é necessário uma escolha criteriosa dos materiais constituintes da carroçaria, para estes serem utilizados com a máxima eficiência. Uma carroçaria demasiado rígida absorverá pouca energia durante uma colisão, aumentando assim a que é transmitida aos ocupantes do veículo. Por outro lado, uma carroçaria fraca oferece-nos uma menor protecção em caso de acidente. Fig. 3: Constituintes da carroçaria [3] 4

6 4. História Não se sabe ao certo quem construiu o primeiro automóvel. Este surgiu de uma procura cada vez maior em alcançar uma máquina que nos permitisse viajar de forma rápida, com máxima comodidade e segurança e que, ao mesmo tempo, expusesse os ocupantes ao mínimo esforço possível. Apareceu assim a necessidade de construção de uma carroçaria. Ao contrário dos fabricantes de motores, os construtores de carroçarias não tinham uma linha por onde se seguir, visto que não havia antecedentes, por isso, argumentavam que se as carruagens eram boas o suficiente para os cavalos, também o eram para os motores. Esta ideia foi-se desenvolvendo à medida que a tecnologia fazia progressos: a madeira dava lugar ao aço (1901-Steamer Eastman) e ao alumínio (1902-Marmon), à medida que o desenvolvimento do verniz de secagem rápida se tornava evidente. O exterior dos automóveis sofria, assim, grandes modificações. Enquanto que a madeira, apesar de embelezar o carro, só podia ser dobrada em curvas simples, o alumínio e o aço eram mais maleáveis. Com esta alteração, surgiram novas técnicas metalúrgicas, tais como: a estampagem por uso de ferramenta e aplicação da força da gravidade, a aplicação de força na ferramenta (1935), e a expansão hidráulica (1920).. Fig. 4: Apresentação de um modelo Citroen [4] 5

7 5. Tipos de Carroçarias Existem vários tipos de carroçarias (fig. 5) e a sua montagem pode ser feita de duas maneiras diferentes: ou separadas dos chassis dos automóveis, ou parte integrante nestes mesmos (monobloco). Existem três tipos de carroçarias: A composta por um volume, monobloco, no qual o chassis e a carroçaria se encontram ligados. A de dois volumes, com um compartimento para o motor e outro para a mala e habitáculo, sendo esta forma de carroçaria popularizada como hatchback ; A de três volumes onde se encontram três compartimentos distintos: um para o habitáculo, outro para a mala e, um último, para o motor. Popularizou-se também uma outra forma de carroçaria, denominada de dois volumes e meio, que consiste no meio-termo entre os formados dois e três volumes, no qual a linha do tecto se funde com a linha da bagageira. Fig. 5: Tipos de carroçaria [5] 6

8 6. Materiais No fabrico da carroçaria de um automóvel são utilizados, principalmente, dois materiais: o aço (fig. 6) e o alumínio (fig. 7). A escolha entre estes dois é feita a partir de uma análise das vantagens e desvantagens de cada um. As vantagens da utilização do aço são: Permite reduzir a massa do veículo, por redução da espessura dos diferentes elementos estruturais e dos painéis da carroçaria, sem que a resistência seja comprometida. Como o carro possui menor peso, o combustível gasto será menor, o que contribui para uma menor pegada ecológica; É menos dispendioso que as matérias plásticas ou o próprio alumínio; Numerosas partes da carroçaria podem ser feitas em aço de alta resistência sem alteração dos moldes e ferramentas tradicionalmente usadas. Já as vantagens da utilização de alumínio, são: Que este material é abundante na crosta terrestre, sendo a sua exploração relativamente fácil; A sua densidade é um terço da densidade do aço; Ao oxidar, forma uma camada fina que evita a degradação do material; É fácil de reciclar; Consegue absorver grandes quantidades de energia, sendo um material indicado para zonas de deformação programada da carroçaria. É relativamente fácil de usar durante a produção; Porém, este material também apresenta desvantagens: Por ser macio, dúctil e maleável, ocorrem, frequentemente, deformações imprevistas; A resistência eléctrica é cinco vezes inferior à do aço, impossibilitando certos tipos de soldadura; Como o coeficiente de dilatação do material é muito elevado (2 vezes superior ao do aço), podem surgir deformações de peças durante o processo de soldadura. A fibra de carbono (fig. 8) também é utilizada, mas não em tão grande escala. Esta possui diversas vantagens em relação aos outros materiais, devido à sua enorme resistência e ao seu peso reduzido. Assim, ao substituir-se certas partes da carroçaria por fibra de carbono, pode-se obter uma redução considerável no peso total do carro e, deste 7

9 modo, reduzir as emissões de carbono. Infelizmente, devido às características específicas deste material e ao seu preço dispendioso, apenas é utilizado nos carros desportivos. Fig. 6: Aço [6] Fig. 7: Fibra de Carbono [7] Fig. 8: Alumínio [8] 8

10 7. Processos de fabrico a) Etapas na produção da carroçaria O processo de produção divide-se nas duas seguintes fases: a da produção das peças e a da montagem em linha, destinada a agregar as peças já fabricadas, sob forma de subconjuntos, formando a carroçaria. Dentro destes processos, existem alguns detalhes a não esquecer, como por exemplo: a) As matérias primas são transformadas em peças por corte antes de comporem subconjuntos, ou serem montadas diretamente na carroçaria. b) De acordo com o modelo do chassis e o tipo de automóvel que se pretende, é feita a estrutura da carroçaria, ora em peças pré fabricadas, ora em chapas, ora em tubos de aço galvanizado. As partes da estrutura são montadas (base, laterais, tecto, frente e traseira) e, uma vez unidas, obtém-se a estrutura básica do veículo. c) Em seguida, a estrutura soldada é protegida com uma espécie de anti-ferrugem. d) Com a estrutura montada é feito o revestimento e o chapeamento da carroçaria. e) Com a estrutura já revestida, o veículo recebe a pintura. f) Após a pintura o veículo recebe alguns acabamentos, e fica pronto para o teste final de qualidade. b) Tratamento das chapas para aplicação industrial e a sua conformação plástica A conformação plástica das chapas, em inglês sheet metal forming, é um processo em que são aplicadas forças na chapa de metal, de modo a modificar a sua geometria, sem, no entanto, remover nenhum material. Para obter este resultado são utilizados diversos processos: 9

11 A Dobragem (fig. 9): processo pelo qual se faz dobrar a chapa com o ângulo desejado Fig. 9: Dobragem de uma chapa [9] Durante esta operação será causada tensão e compressão na folha de metal. A parte de fora da zona a ser dobrada esticará, aumentando de comprimento, enquanto a parte interior encolherá de tamanho. Após este processo a folha de metal irá afastar-se ligeiramente da posição de tensão. Para efectuar esta operação, são utilizadas quinadeiras hidráulicas que dobram as várias chapas de metal. A Laminagem: processo pelo qual se altera a forma do metal. Este processo consiste em forçar o material a passar por entre dois cilindros que rolam em sentidos opostos. O objectivo deste tratamento é reduzir a espessura da chapa. A Perfilagem (fig. 10): este processo é utilizado para criar formas perfiladas e consiste em fazer rodar o material a altas velocidades enquanto são aplicadas forças de um dos lados. 10

12 Fig. 10: Perfilagem obtenção de perfis em chapa [10] Embutidura (fig. 11): processo pelo qual se obriga o metal a deformar-se, criando uma forma desejada. Utiliza-se uma ferramenta que empurra a folha de metal para baixo, forçando-a a encher uma cavidade com a forma desejada, moldando-a. Fig. 11: Embutidura [11] 11

13 Hydroforming : este método recente serve para alterar a forma dos metais macios como o alumínio tornando-os estruturalmente mais duros e resistentes. Esta técnica consiste em colocar um tubo de alumínio dentro de um molde com a forma pretendida. De seguida, uma hidráulica de alta pressão injecta um fluido a alta pressão, causando a expansão do alumínio até este alterar a sua forma para a pretendida. Por fim, o alumínio é retirado. c) Tipos de soldadura Na produção de uma carroçaria são utilizados principalmente três processos de soldadura: Soldadura a laser (fig. 12): utilizada nos flancos superiores e nas uniões do tecto, é um processo de soldadura baseado na fusão localizada na junta através do seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada de alta intensidade. Este feixe é capaz de fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada, causando um fumo que penetra profundamente no metal da base. Fig. 12: Soldadura a laser [12] Soldadura MIG (Metal Inert Gas) (fig. 13): utilizada, principalmente, nos pilares da carroçaria, trata-se de um processo a arco eléctrico entre a peça e o consumível, no qual o eléctrodo não revestido, fornecido por um alimentador contínuo, realiza a união de materiais metálicos pelo aquecimento e fusão. 12

14 Fig. 13: Soldadura MIG (Metal Inert Gas) [13] Soldadura por resistência eléctrica (fig.14): utilizada na soldadura de chapas finas, trata-se de um processo no qual o calor necessário à formação da junta soldada é obtido pela resistência à passagem da corrente eléctrica através das pecas soldadas. Ao contrário dos outros processos utiliza o aquecimento por efeito Joule para realizar a fusão da face comum entre as duas pecas. Fig. 14: Soldadura por resistência eléctrica [14] 13

15 8. Pegada ecológica O uso dispendioso de recursos naturais, o consumo exagerado, aliado a uma grande produção de resíduos, são marcas da degradação do ambiente devido a causas antropogénicas. A Pegada Ecológica foi criada por William Rees e Mathis Wackernagel em 1996 para nos ajudar a perceber a quantidade de recursos naturais que utilizamos para suportar o nosso estilo de vida, onde se inclui a cidade e a casa onde moramos, os móveis que temos, as roupas que usamos, o transporte que utilizamos, o que comemos, o que fazemos nas horas de lazer, os produtos que compramos, entre outros. Veja-se agora um exemplo: na construção da carroçaria, utilizam-se muitos recursos naturais, tais como, combustíveis e minerais. Um dos objectivos é reduzir a sua utilização e também a poluição causada pela sua extração de forma a ajudar a cuidar do ambiente. Fig. 15: Pegada ecológica [15] 14

16 9. Conclusões Este trabalho teve por base a recolha de informação e o tratamento de dados alusivos ao tema. Demonstrou-se a importância da carroçaria na segurança rodoviária e como o seu desenvolvimento permite viajar de uma forma cada vez mais cómoda e rápida. A escassez de informação e o tempo disponível para a realização deste relatório foram os principais obstáculos. No entanto, com esforço, empenho e dedicação, conseguiu-se obter as principais ideias sobre o tema, de uma forma clara e concisa. Verificou-se que o automóvel sofreu um processo evolutivo ao longo dos anos, devido à necessidade das pessoas se moverem e transportarem mercadorias. Apesar do alumínio ter sofrido um crescimento na última década, o aço é o material mais utilizado na construção de uma carroçaria. Isto deve-se ao facto de o aço permitir reduzir a massa do veículo, por redução da espessura dos diferentes elementos estruturais e dos painéis da carroçaria, sem que a resistência seja comprometida. Como o carro possui menor peso, o combustível gasto será menor, o que contribui para uma menor pegada ecológica. Ainda, é menos dispendioso que as matérias plásticas ou o próprio alumínio. Fig. 16: Teste de colisão automóvel [16] 15

17 10. Referências [1] Apve - Visto em 5 de Outubro de [2] Wikipedia História do automóvel, visto em 6 de Outubro de [3] Oficinaecia - Visto em 8 de Outubro de [4] Interclassico - Visto em 3 de Outubro de 2012 [5] Oficinaecia - Visto em 8 de Outubro de [6] Triamericasteel Visto em 7 de Outubro de [7] Supercarrostunados - Visto em 7 de Outubro de [8] Quadrinova Visto em 7 de Outubro de [9], [10], [11] Custompartnet - Visto em 5 de Outubro de [12] Messer visto em 16 de Outubro de [13] Go Welding visto em 16 de Outubro de [14] Manutenção e suprimentos visto em 16 de Outubro de [15] Os verdes em Lisboa visto em 16 de Outubro de [16] Volante visto em 10 de Outubro de [17] Wiki engenharia - visto em 10 de Outubro 16

18 [18] Custom partnet - visto em 10 de Outubro [19] Conservação - visto em 16 de Outubro [20] Motorera visto em 2 de Outubro 17

19 11. Agradecimentos Agradecemos a todos os que estiveram directa ou indirectamente envolvidos na elaboração deste trabalho e permitiram que este fosse realizado com rigor e correcção científica. Professor Abel Santos por ter dado uma ajuda fundamental na linha de orientação deste trabalho. Jorge Cardoso por estar presente em todas as aulas do Projecto FEUP e pela sua postura sempre correta e interventiva. Professora Teresa Duarte - por nos ter iniciado no projecto FEUP e ter indicado pontos importantes para que o nosso trabalho tivesse sucesso, quer nesta disciplina, quer ao longo do curso. 18

20 12. Anexos Peugeot lança carro feito de cobre e jornal Chamado Onyx, o carro foi apresentado no Salão de Paris e reforça o surgimento de novos tipos de matérias para a produção de automóveis Que o mundo automobilístico gosta de surpreender e utilizar novos materiais, isso já não é novidade. No entanto, imaginar que a carroçaria de um carro pode ser feita de cobre e o interior de jornal já é demais. Agora, não mais para a Peugeout. A marca apresentou no Salão de Paris, o carro Onyx. O automóvel tem, justamente, a sua carroçaria produzida através de cobre e o interior feito com um jornal prensado, formando uma nova liga rígida e reciclável, batizada pela Peugeot de Paper Wood (madeira de papel). Além de bonito e sustentável, o carro é rápido. O Onyx traz um motor 3.7 V8 a diesel de 600 cv e tração traseira e um elétrico de 80 cv, alimentado por uma bateria de íonlítio. 19

21 Artigo retirado de no dia 16 de Outubro Veículos chineses recebem quatro estrelas nos testes da Euro NCAP A Euro NCAP submeteu a testes de colisão mais 14 novos automóveis, sendo que nesta leva se encontram dois modelos de fabricantes chineses, a Geely e MG, os quais receberam quatro estrelas e elogios do consórcio pela maior atenção ao capítulo da segurança. Igualmente em realce nestes testes esteve o novo citadino da Volkswagen, o up!, que registou cinco estrelas e cuja nota se aplica também aos seus primos SEAT Mii e Skoda Citigo. Desta feita, no leque de modelos a testar encontravam-se Chevrolet Malibu, Fiat Panda, Geely Emgrand EC7, Jeep Grand Cherokee, Jaguar XF, Kia Rio, Mercedes-Benz Classe B e Classe C, MG6 (na imagem), Range Rover Evoque, Renault Fluence ZE, Subaru XV, VW Beetle e VW up!. Neste grupo, seis dos testados ficaram com quatro estrelas, sendo que além de Geely e MG6, também Fiat Panda, Jeep Grand Cherokee, Jaguar XF e Renault Fluence ZE ficaram com quatro estrelas. 20

22 Quanto aos modelos chineses, o Euro NCAP destacou o empenho dos construtores daquele país no capítulo da segurança, com Michiel van Ratingen, secretário-geral daquela entidade, a referir que estes resultados representam um marco na indústria automóvel chinesa. É um sinal claro de que de que os construtores chineses estão a tirar partido da experiência acumulada e a investir em melhor segurança. Chevrolet Malibu 5 Estrelas Chevrolet Volt 5 Estrelas Fiat Panda 4 Estrelas Geely Emgrand EC7 4 Estrelas Jaguar XF 4 Estrelas Jeep Grand Cherokee 4 Estrelas Kia Rio 5 Estrelas Mercedes Benz B Class 5 Estrelas Mercedes C-Class Coupe 5 Estrelas MG6 4 Estrelas Range Rover Evoque 5 Estrelas Renault Fluence ZE 4 Estrelas Seat Mii 5 Estrelas Skoda Citigo 5 Estrelas Subaru XV 5 Estrelas VW Beetle 5 Estrelas VW up! 5 Estrelas Artigo Retirado de no dia 16 de Outubro 21