Seleção de material polimérico para substituição de ...§ão-de-material... · material de...

3

Click here to load reader

Transcript of Seleção de material polimérico para substituição de ...§ão-de-material... · material de...

Page 1: Seleção de material polimérico para substituição de ...§ão-de-material... · material de alumínio por um plástico em um bagageiro externo de motocicleta do modelo Honda Lead.

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

Page 2: Seleção de material polimérico para substituição de ...§ão-de-material... · material de alumínio por um plástico em um bagageiro externo de motocicleta do modelo Honda Lead.

BRASILTEC 2014, 24 e 25 de setembro de 2014, Rio de Janeiro, Brasil - 2 -

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.

Page 3: Seleção de material polimérico para substituição de ...§ão-de-material... · material de alumínio por um plástico em um bagageiro externo de motocicleta do modelo Honda Lead.

BRASILTEC 2014, 24 e 25 de setembro de 2014, Rio de Janeiro, Brasil - 3 -

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