Novos materiais para Powertrain: Metodologia para identificação de tendências

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1 Novos materiais para Powertrain: Metodologia para identificação de tendências Dorival Munhoz Junior Global Manager Materials Engineering, Center of Excellence, Vehicle Group, Eaton Co. Prof. José Angelo Rodrigues Gregolin NIT/Materiais, Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) Prof. Leandro Innocentini Lopes de Faria NIT/Materiais, Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) 7 o Seminário SAE Brasil de Powertrain 10 e 11 de Agosto - Campinas SP

2 Sumário e objetivos Evolução e tendências em materiais automotivos MECHAMATRONICS : Visão integrada de tecnologias Contribuição para roadmap de tecnologia de materiais Métodos de gestão de seleção de materiais e projetos Case: materiais e processos para transmissões mecânicas de veículos leves (EATON) 2

3 Introdução: Materiais e Setor Automotivo Aspectos históricos 1901 (Daimler: aço estampado); 1916 (steel body); (poucas mudanças!!); a partir de1977 (mudanças significativas) Aspectos gerenciais Engenharia simultânea; QFD; DFM;DFA;DFR; Gestão de projetos; Gestão de portfólio; etc. Principais direcionadores Requisitos do cliente; redução de custo; meio ambiente; redução de peso; economia de combustível; NVH. 3

4 Uso automotivo de materiais Aços de alta e média resistência 3% Alumínio 3% Polímeros / Compósitos 5% 1977 Outros 18% Ferrosos 71% Outros 20% Magnésio 1% Aços de alta e média resistência 11% Alumínio 8% Hoje Polímeros / Compósitos 8% Ferrosos 52% (% em massa) 4

5 Metodologia: Principais etapas e atividades CONTEXTUALIZAÇÃO Revisão de literatura Análise de patentes Questionário Visitas e entrevistas MAPEAMENTO TECNOLÓGICO Realização de Workshop CONSOLIDAÇÃO DE RESULTADOS Análise, Validação dos Resultados Conclusões e Recomendações Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Referência para o workshop Relatório 1 Relatório 2 Resultados do workshop Relatório 3 Relatório Final Uso dos resultados Roadmap em materiais Priorização de projetos Análise de portfólio Análise de gap tecnol. Análise de competências (RH & Recursos) 5

6 Patenteamento em tecnologias selecionadas 900 Per Numb ber of Patents lubrificantes aço soldagem forjamento compósitos polímeros Nº de Patentes envolvidos no estudo ( ) Em transmissão: Em materiais & processos selecionados: patentes patentes 6

7 Patentes em tecnologias de Materiais e Processos % de patentes de empresas selecionadas Empresa 1 Empresa 2 Tecnologias Selecionadas de Materiais e Processos aço 1,6 0,3 0,7 0,2 0,3 1,5 62,8 608 alumínio 1,5 0,5 0,5 1,5 86,6 201 fibra de carbono 2,3 7,0 2,3 81,4 43 lubrificantes 3,5 1,4 0,3 0,2 3,5 57, materiais de fricção 12,6 0,9 20,1 2,3 0,9 1,4 41,6 214 materiais inteligentes 18,2 72,7 11 nanotecnologia 20,0 60,0 5 recobrimentos 3,2 46,0 124 thixofundição 11,1 77,8 9 Total 3,1 0,1 1,9 0,7 0,3 2,2 62, Empresa 3 Empresa 18 Empresa 19 Empresa 20 Outras total de patentes Legenda Acima de 18,0% 9,1-18,0 % 3,1-9,0 % 0,0-3,0% Nº de Patentes envolvidos no estudo ( ) Em transmissão: Em materiais & processos selecionados: Envolvidos nesta tabela: patentes patentes patentes 7

8 Patentes em Recobrimentos: Componentes X Benefícios Legenda Componentes automotivos Benefícios do uso da tecnologia Associação entre componente e benefício Dimensão do círculo ou do quadrado proporcional ao número de patentes que tratam do componente ou do benefício Espessura da linha de ligação proporcional ao número de patentes que tratam simultaneamente do componente e do benefício 8

9 Transmissões mecânicas: picapes e caminhões leves (EATON) Torre de controle (E) Alavanca de engate (B) Engrenagem (C) Eixo de entrada (D) Garfo de engate (F) Carcaça (A) 9

10 Materiais em carcaças de transmissões leves (EATON) Antes de Após 2005 Ferro Fundido Cinzento Alumínio e Magnésio Fundição em Matriz (Die Casting) Tixofundição (Thixocasting) Materiais leves Compósitos Poliméricos & Polímeros CARCAÇA 10

11 Materiais em engrenagens e eixos de transmissões leves (EATON) Antes de Após 2005 Aço SAE 8620 Aço N-11 Aços EATON Classe ETN ao Ni, Cr, Mo Sem especificação de temperabilidade Forjamento a quente com rebarba Shot peening sem controle de tensão residual Cementação a gás com menos Ni e Mo ( custo) Com especificação de temperabilidade Forjamento a quente sem rebarba ou a frio sem Ni, com menos Mo ( custo) Com tolerância restrita de temperabilidade Cementação a gás com amônia Shot peening com controle de tensão residual Controle de inclusões e elems. residuais Forjamento a quente ou a morno (near net shape) e, p/ eixos, forjam. a frio e laminação transversal Cement. ou nitretação plasma baixa pressão Dual peening p/ melhor design de tensão Nanotecnologia em revestimento de mancais 11

12 Materiais em sincronizadores de transmissões leves (EATON) Antes de Após 2005 Ligas de cobre (Bronze) Ligas de Alumínio-Silício (hipereutéticas) Anel Sincronizador Compósitos Poliméricos Novos Compósitos Poliméricos Ligas sinterizadas Nanorevestimentos 12

13 Materiais em transmissões mecânicas leves (EATON) Ferro Fundido; 36,0% Outros; 1,0% Alumínio; 2,0% Aço; 61,0% Outros; 1,5% Alumínio; 37,5% (% em massa) Aço; 61,0% 13

14 Requisitos do Consumidor Funcionalidade Qualidade Segurança Economia Aparência Materiais e processos: Exemplo de modelo de decisão Decisões corporativas (Planejamento Estratégico etc) Especificação do Produto Regulamentação Nacionalização Velocidade máx. Meio ambiente (emissões, reciclagem etc) Requisitos Técnicos Desempenho Confiabilidade Redução de custo etc 14

15 Materiais e processos: Exemplos recentes de P&D&E Nova família de aços para engrenagens e eixos (desempenho e custo) Materiais sinterizados para componentes de sincronização (qualidade dimensional, custo); Compósitos poliméricos em patins de garfos de engate (resistência ao desgaste e NVH); Elastômeros em alavancas de engate (NVH); Compósito polimérico com fibra de carbon-carbono em sincronizadores (propriedades tribológicas); Soldagem por Feixe Eletrônico e a Laser (qualidade e produtividade); 15

16 Intensificação dos desafios que condicionam a inovação (globalização, competição, riscos etc) Direcionadores relevantes para as tecnologias de materiais Redução de peso Considerações finais: Tendências Melhoria de eficiência, NVH e outros com redução de custos Uso crescente de modelamento e simulação Redução do impacto ambiental, etc Diversificação dos materiais disponíveis (novos + tradicionais) Falta de padronização de materiais Desafio crescente para a engenharia de desenvolvimento de produto Importância de parcerias e alianças Oportunidades e desafios: Como aproveitar melhor as tecnologias de materiais no setor automotivo? 16

17 Obrigado! Dorival Munhoz Junior Truck Group - Eaton Corporation dorivalmunhoz@eaton.com 17