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BRASILTEC 2014, 24 e 25 de setembro de 2014, Rio de Janeiro, Brasil - 1 -
Seleção de material polimérico para substituição de material
metálico em um bagageiro externo de motocicleta
Anderson Guedes Francisco1,2
e Marcos Lopes Dias1
1 Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano (IMA), Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Av.
Horácio Macedo, 2030-Centro de Tecnologia. Bloco J, Rio de Janeiro, RJ, Brasil 2 Semcon do Brasil, Rua Renato Monteiro, 8005. Polo Urbo Agro Industrial. Porto Real, Rio de Janeiro, RJ, Brasil
* e-mail: [email protected]
Abstract O presente trabalho abordou a área de desenvolvimento de produto no setor de autopeças, tendo foco na substituição de material de alumínio por um plástico em um bagageiro externo de motocicleta do modelo Honda Lead. O principal objetivo foi apontar os critérios necessários que um engenheiro do produto deve atentar quando desenvolve uma peça estrutural de material polimérico. Além disso, mostra considerações sobre design de componentes plásticos e seu cálculo estrutural. Para uma escolha inicial foi utilizado ferramenta sugerida por DORNELES (2009) através de pontuação para cada propriedade dos materiais envolvidos. Por fim, foi feita uma comparação dos resultados encontrados na peça nova de plástico e na peça atual, de alumínio.
Palavras-chave: Moldflow, autopeça, plástico, motocicleta, bagageiro.
1 INTRODUÇÃO
Com o crescente aumento da produção de veículos e o surgimento quase que mensal de novas concorrências, principalmente de origem oriental, a indústria automobilística brasileira tem visto a necessidade de evoluir ininterruptamente para se manter competitiva. Além do fator competitividade, o produto tem sido obrigado, ano após ano, a se adequar às novas leis ambientais, de segurança e até mesmo ao perfil cada vez mais consciente e exigente do consumidor. Para que todos esses pontos possam ser alcançados, o investimento em pesquisas que diminuem o peso dos veículos, aumentam sua autonomia e os tornam cada vez mais sustentáveis do ponto de vista ambiental tem sido uma busca incansável de quem deseja continuar no mercado. Considerando esses aspectos, no presente estudo foi analisada a possibilidade de substituição de material metálico de um bagageiro de motocicleta Honda modelo Lead, por material plástico.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
A seleção do material foi realizada por meio de matriz de decisão elaborada por DORNELES (2009), sendo proposta uma nova peça, que foi redesenhada de modo a compensar a substituição do material. Além disso, a peça nova passou por análise estrutural por elementos finitos, análise de comportamento no processo por Moldflow® e foi por fim comparada à peça anterior a fim de verificar se a proposta atendia ou não pelo menos os requisitos mínimos estipulados. Para a tabela de funções foram selecionadas como mais importantes: suportar cargas (30%), resistir à riscos (25%), prover beleza (15%), reduzir custos (15%), prover leveza (10%) e facilidade de metalizar, cromar e soldar (5%).
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
A peça estudada é parte de uma motocicleta urbana
de porte baixo, do tipo scooter, de 110 cilindradas com
baixa capacidade de carga.
O componente estudado é o bagageiro externo da
motocicleta, projetado para suportar cargas e servir
ocasionalmente como alça pelo passageiro, mesmo
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não sendo esta a sua função da peça (Figura 1). Além
disso, a peça atende hoje esteticamente, pois tem
design que se encaixa bem a todo o conjunto. É fixada
por meio de parafusos em três pontos de apoio no
corpo rígido do veículo. Em relação ao processo,
trata-se de uma peça inteiriça de alumínio fundido que
recebe polimento e pintura eletrostática para dar seu
aspecto liso e prateado. Seu peso atual é de 1,916
Kg.
A Figura 2 mostra a representação 3D do objeto de
estudo.
Figura 1: Bagageiro Traseiro da Honda Lead
Figura 2: Representação 3D do objeto de estudo
Para a criação da peça proposta, fatores intrínsecos a
elaboração de componentes poliméricos foram
considerados, de maneira que a proposta pudesse
atender tanto especificações de uso quanto de
processo. Entretanto, como se trata de uma análise
primária de design com eventual simulação em
software de cálculo estrutural, em passos posteriores
como análise de ferramental e teste de bancada e de
qualidade, poderá sofrer atualizações até entrada
definitiva em um processo fabril.
Para que o componente pudesse ser facilmente
utilizado como peça de reposição no mercado, as
principais cotas foram mantidas, tornando-a
intercambiável. Além disso, sua aparência geométrica
externa, “casca”, também foi preservada, pois a
mesma por se tratar de uma opção, não pode interferir
esteticamente. O contrário poderia provocar
estranheza na visão do cliente. A relevância do fator
estético já foi constatada na tabela criada pelo método
analítico, que considerou essa a terceira propriedade
mais importante. As Figuras 3 e 4 mostram as
características da nova peça proposta.
Figura 3: Característica frontal de Design da peça
proposta
Figura 4: Características de Design da peça proposta
Com base do diagrama propriedade-funções do
método de Dornelles, foi escolhido Nylons reforçados.
Entre o Nylon 6 com 33% de Fibra de vidro (PA 6
33FG) e o Nylon 6.6 com mesma porcentagem de
reforço, foi utilizado o de maior resistência a fluência.
Portanto, para o estudo foi o escolhido o PA 6. Para
parâmetros de análise, foram utilizadas as
características técnicas de um PA 6.6 33FG utilizado
comercialmente, o Zytel ® 70G33HS1L NC010, da
Dupont.
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A pesar de o material utilizado ser carregado com fibra
de vidro e receber uma resistência extra em
comparação a sua versão pura, o PA 6 33FG ainda
tem uma rigidez em torno de 6 vezes menor que o
alumínio utilizado originalmente, o que não
possibilitaria sua plena utilização somente se o
material fosse substituído.
A Figura 5 monstra que quando aplicada a força de
1297N na condição de alça para o passageiro, a peça
em liga de alumínio apresenta ponto de tensão
máxima de 0,40 MPa, enquanto a polimérica
apresenta 1,54 MPa, valor que mesmo muito maior
que o da primeira, não ultrapassa o limite de
escoamento da peça, que na pior condição, é de 200
MPa.
Figura 5: Condição de veículo com piloto e passageiro
4 CONCLUSÕES
O presente trabalho focou principalmente nos passos
necessários para fechamento do design de uma peça
e suas diferenças que devem ser estudadas quando
é proveniente de troca de material, visto que por
questões intrínsecas do polímero, algumas tarefas
devem ser seguidas para o melhor aproveitamento.
A peça proposta, apesar de suas limitações
construtivas e sua rigidez muito menor, atendeu aos
requisitos de montagem e uso, suportando com folga
os esforços aplicados em simulação computacional.
Além disso, a mesma proporcionou uma redução de
mais de 16% na massa quando comparada a de liga
de alumínio, o que para aplicação automotiva é
considerado um resultado excelente. É importante
ressaltar que esses valores foram encontrados
apenas utilizando recursos virtuais, sendo necessários
outros testes físicos e de processo para indicar
categoricamente se a mesma realmente atenderia a
aplicação. Por se tratar de polímero, é importante
saber o comportamento da mesma em diferentes
temperaturas e níveis de umidade. Além disso, saber
até que ponto de seu envelhecimento a peça se
comporta com a mesma performance.
5 AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a empresa (Semcom do Brasil), ao Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano da Universidade Federal do Rio de Janeiro e ao Curso de Especialização em Processamento de Plásticos e Borrachas IMA/UFRJ pelo apoio e suporte.
6 REFERÊNCIAS
MANO, E. B. Introdução a polímeros, Rio de Janeiro: EDITORA EDGARD B, 1999. DORNELES FILHO, A. M. L., Plásticos de Engenharia - Seleção Eletrônica no Caso Automotivo. Editora ARTLIBER/ 2009. Canevarolo Junior, Sebastião V.. Técnicas de caracterização de polímeros. Editora ARTLIBER/ 2003. Bretas, R. E. S. et al. Reologia de Polímeros Fundidos , Editora Edufiscar/ 2010. De Paoli, M. A.. Degradação e Estabilização de Polímeros - , Editora ARTLIBER, 2006. DORNELES FILHO, A. M. L., Trabalho de curso (Mestrado Profissionalizante em Engenharia Automotiva) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Critérios na seleção de plásticos de engenharia para aplicações em veículos populares no Brasil, São Paulo, 2006. SITE: WWW.SOBREMOTOS.COM.BR. Honda Lead 110: Espaçosa, Confortável e Econômica para o Dia-a-Dia Urbano, http://sobremotos.solupress.com/sobremotos/news/article.asp?articleid=3499, acessado dia 04 de setembro de 2014. HONDA MOTORS BRASIL. Manual do Proprietário Honda Lead 110 - Honda Motors Brasil - 2012