Consistência de formato nas peças automobilísticas feitas com o AHSS: uma abordagem abrangente

Conforme os graus de aço AHSS/UHSS continuam a aumentar sua resistência –– permitindo, ao mesmo tempo, geometrias otimizadas, porém complexas (por exemplo, para ajudar a alcançar a capacidade de resistência a choques) e espessuras mais finas (para um peso mais leve) –– tornou-se mais desafiador para os fabricantes de peças produzirem, de forma consistente, os componentes automotivos.

As tolerâncias das montadoras para o formato das peças podem ser tão rigorosas quanto ±0,2 a 0,5 mm, para garantir a precisão da soldagem robótica e a capacidade de preencher as cavidades das peças com uma quantidade cada vez maior de componentes eletrônicos, cabos e sensores. Quando as peças não têm um formato consistente, os fabricantes de peças deparam-se com quatro perdas:
1) O desperdício de recursos de produção ao conformar peças fora do formato desejado.
2) O desperdício de recursos de mão de obra ao separar as peças fora do formato desejado.
3) O desperdício de material ao gerar sobras e, muito mais significativamente, ao tentar identificar os motivos pelos quais os materiais de AHSS/UHSS “dentro das especificações” são capazes de produzir formatos fora das tolerâncias.
4) O desperdício de recursos de planejamento e a menor eficiência geral da produção devido a desacelerações e paradas da produção.

Se não houver nada de errado no seu processo de conformação, será que os seus formatos fora do padrão não podem ser o resultado de inconsistências em seu aço AHSS/UHSS?

A consistência do AHSS/UHSS inclui, obviamente, a espessura e a planicidade do aço. Outras considerações são menos óbvias. Por exemplo, inconsistências nas propriedades do material (limite de escoamento, resistência à tração, alongamento, etc.) podem levar a problemas como tensões graves que, por sua vez, resultam em problemas de planicidade. As inconsistências também podem levar a comportamentos indesejados ou inesperados na recuperação elástica. Um aço AHSS/UHSS pode atender a todas as suas especificações de dimensões e propriedades mecânicas – mas o fabricante de peças ainda acaba com peças com formatos fora da tolerância. O que está acontecendo aqui?

Na situação acima, o fabricante de peças pode primeiro se perguntar: Existe uma tendência para peças fora da tolerância? Caso a resposta seja afirmativa, podemos compensar o problema fazendo vários ajustes em nosso equipamento de conformação? 

Caso a resposta seja afirmativa, então a pergunta é: nossos ajustes de compensação abrangem todo a extensão da bobina de AHSS/UHSS? (Ou seja, existem variações dentro de uma bobina?) E existem variações de uma bobina para outra? 

Quase certamente haverá variações nas bobinas provenientes de diferentes fornecedores de AHSS/UHSS. Agora, o fabricante das peças deve ter um conjunto de ferramentas para cada fornecedor de AHSS/UHSS. Essa abordagem rapidamente fica complicada e vulnerável a inconsistências toda vez que o equipamento é ajustado.

A conclusão: Quanto mais consistente for o material de AHSS, mais fácil será obter a peça final com as tolerâncias necessárias.

A planicidade inconsistente do AHSS/UHSS é um dos principais fatores que contribui para que as peças fiquem fora da tolerância para os formatos especificados. Os problemas de formato fora da tolerância incluem linearidade do perfil, alargamento de extremidade, problemas de controle da posição e propriedades perfuradas e orifícios de referência que não estão alinhados adequadamente da parte dianteira para a parte traseira da peça. Os niveladores de precisão podem ajudar?

Os niveladores de precisão têm sido usados para resolver problemas de planicidade em bobinas de AHSS, incluindo problemas de conjunto de bobinas, de arqueamento e os chamados “bolsões térmicos”. Os niveladores de precisão são úteis na metalurgia, mas citando um recente artigo da WorldAutoSteel:

“A correção das ondulações e distorções de bordas requer exceder o limite de escoamento da chapa de aço (AHSS) em níveis de 50% ou mais da seção transversal da chapa; isso pode aumentar o potencial de encruamento da chapa de aço, afetando negativamente a sua conformabilidade. O limite de escoamento progressivamente mais alto dos aços AHSS está desafiando as capacidades dos lineadores e niveladores de precisão que não foram concebidos para aplainar esses materiais de alta resistência”.

O limite de escoamento progressivamente mais alto dos aços AHSS está desafiando as capacidades dos lineadores e niveladores de precisão que não foram concebidos para aplainar esses materiais de alta resistência.

Os niveladores de precisão também são equipamentos muito grandes, difíceis de colocar nas operações de corte. No entanto, a alternativa de terceirizar o nivelador de precisão tem suas próprias desvantagens: O fabricante de peças não pode ter certeza de que as propriedades mecânicas do aço AHSS/UHSS foram preservadas (por exemplo, sem encruamento) pelo nivelador terceirizado.

A SSAB refina continuamente os processos de suas usinas, para que os usuários de nossas bobinas Docol® AHSS/UHSS não precisem usar um nivelador de precisão. Por exemplo, para o problema de “bolsões térmicos” –– as condições longe de serem aplainadas que podem resultar de tensões internas durante o processo de têmpera –– desenvolvemos, exclusivamente, várias etapas em nossas usinas para reduzir essas tensões. 

A SSAB também oferece sua própria conversão bastante precisa de bobinas AHSS/UHSS em chapas finas ou bobinas eslitadas, feitas de acordo com nossas especificações Docol, para que o encruamento e a resultante redução na ductilidade   sejam minimizados. Os clientes consideram esse serviço particularmente útil para nossos graus martensíticos de maior resistência.

“Muitas vezes, você verá problemas que não podem ser totalmente resolvidos pelas especificações das montadoras”, diz José Puente Cabrero, gerente de produtos da SSAB para os aços Docol AHSS laminados a frio. “Quando você analisa todo o processo de produção, as especificações do AHSS são talvez 20% dos desafios que um material realmente precisa abordar.
 
“Por exemplo, podemos discutir o requisito das montadoras de alongamento ou capacidade de dobra de uma peça e descobrir que o que realmente preocupa a montadora é como a peça se comporta durante um teste de colisão. Trata-se de algo muito difícil de ser expressado em uma simples especificação.

“Em vez de apenas especificações, a SSAB, como uma fornecedora de AHSS, realmente precisa de um entendimento abrangente da função desempenhada pela peça. Precisamos entender como essa peça irá interagir com as peças ao redor. Como será unida? Quais testes de colisão são relevantes? Quais são as cargas desses testes de colisão? Quais são os critérios relevantes nesses testes?

“O cenário ideal é quando a montadora, o fabricante de peças e o fabricante do AHSS/UHSS trabalham juntos em um estágio bastante inicial do design do carro. Ou seja: Quais são os objetivos definitivos da montadora para esta peça? Se conhecermos os objetivos finais da montadora, podemos trabalhar para que,  juntos, possamos descobrir as geometrias otimizadas, a conformação e qual aço AHSS usar.

“A experiência da SSAB é que, quando encontramos uma tolerância muito rigorosa, precisamos perguntar: 'O que está por trás desse requisito?’ A montadora está tentando resolver um problema de produção –– tal como a consistência do formato –– ao aumentar as especificações do fornecedor?

“O que funciona melhor para todos –– para todo o processo e para os resultados finais –– é quando, nas etapas iniciais do design de uma peça, também considere qual material usará e como ele será conformado, e como ele responderá aos processos de conformação. Quando os engenheiros pensam assim, o design se torna mais otimizado –– assim como a consistência da conformação e do formato final da peça.”

Puente Cabrero prossegue: “Quanto mais consistente for o nosso Docol AHSS, mais problemas serão evitados ao longo de toda a cadeia de suprimentos e de montagem.

“Nosso objetivo contínuo enquanto fabricante de AHSS é obter consistência nos ciclos de produção em massa. A SSAB possui algumas vantagens inerentes: Nossa fonte de minério de ferro, no norte da Suécia, possui uma qualidade e consistência extremamente altas. E cada grau Docol é sempre executado com grande repetibilidade –– independentemente de em qual usina SSAB ele é produzido.

“Nossos clientes nos dizem que o Docol AHSS já é muito consistente. Mas esta é a era da digitalização: por isso, estamos nos preparando para oferecer mais. Por exemplo, podemos ir além do padrão atual do setor de fornecer CLCs (curvas de limite de conformação)? E se pudéssemos prever com precisão as propriedades do AHSS para que pudéssemos criar gêmeos digitais ao nossos clientes? 

“Imagine o seguinte: Gêmeos digitais específicos de cada uma de nossas bobinas de AHSS, para que os produtores de peças pudessem, usando o gêmeo, alterar os parâmetros de ferramentas para obter uma consistência ainda mais precisa do formato final.

“Não perca as próximas novidades,” diz Puente Cabrero.