Transmissões automotivas: tendências e desafios de usinagem

O mercado de transmissões automotivas evolui a cada dia e se torna mais exigente e complexo. Para acompanhar essas mudanças, é preciso garantir a eficiência e a confiabilidade das operações de usinagem 

O primeiro carro fabricado em território nacional acaba de completar 58 anos. Trata-se do simpático e saudoso Romi-Isetta. O compacto de carroceria pequena e linhas arredondadas foi produzido pela primeira vez em setembro de 1956 na cidade de Santa Bárbara d’Oeste (SP), onde até hoje funciona a sede da Indústrias Romi.

Foram produzidos cerca de 3 mil veículos, uma quantidade pequena, mas o suficiente para colocar o Brasil de uma vez por todas na rota das montadoras. Hoje o país possui uma cadeia automotiva altamente estruturada e competitiva, além de contar com uma frota circulante superior a 80 milhões de unidades, segundo dados do Departamento Nacional de Trânsito (DENATRAN).

Para abastecer esse mercado gigantesco, o Brasil dispõe de centenas de fabricantes de autopeças. Os principais representantes do setor – SINDIPEÇAS e ABIPEÇAS – somam cerca de 500 associados, que juntos faturam mais de R$ 85 bilhões ao ano.

Entre os milhares de peças e componentes que abastecem a cadeia automotiva, as transmissões têm um papel de destaque. São elas as responsáveis por transferir para as rodas a potência gerada no motor pela queima de combustível.

“A cadeia automotiva brasileira domina a fabricação de transmissões mecânicas e temos o seu desenvolvimento sendo feito por várias montadoras e fabricantes de autopeças no Brasil”, pontua Marco Barreto, professor de engenharia mecânica da Fundação Educacional Inaciana (FEI).

Marco Barreto, professor de engenharia mecânica da Fundação Educacional Inaciana (FEI): “O País domina a fabricação de transmissões mecânicas” Marco Barreto, professor de engenharia mecânica da Fundação Educacional Inaciana (FEI): “O País domina a fabricação de transmissões mecânicas”

Sistema de transmissões – principais modelos e características 

Um dos principais componentes do sistema de transmissão é a caixa de câmbio, composta por engrenagens de diferentes tamanhos, luvas, coroas, eixos primário e secundário, entre dezenas de outras peças e mecanismos. Porém, “não existe uma fórmula única, cada modelo de transmissão possui uma estrutura diferente”, explica Eduardo Debone, driver global da Sandvik Coromant, na área de motores automotivos.

Eduardo Debone Eduardo Debone

Elas também variam de acordo com sua configuração, podendo ser longitudinal (para tração traseira) ou transversal (para tração dianteira). Já em relação aos tipos de transmissão presentes no mercado, podemos destacar os modelos:

• Transmissão Manual (MT): mais barata, robusta e altamente eficiente;

• Transmissão Automatizada (AMT): combina a eficiência mecânica da transmissão manual com a conveniência da transmissão automática. A operação da embreagem e a troca de marchas são controladas automaticamente;

• Transmissão Automática (AT): inventada na década de 1920, é capaz de mudar automaticamente a relação da transmissão à medida que o veículo se move. A maioria das ATs possui um conjunto definido de faixas de transmissão e um recurso para travar a saída do eixo, a fim de evitar que o veículo se mova para a frente ou para trás;

• Transmissão Continuamente Variável (CVT): esse tipo de transmissão substitui as engrenagens por duas polias de diâmetro variável, com formatos de cones opostos e uma cinta ou corrente metálica correndo entre elas. A mudança do diâmetro das polias varia a relação da transmissão;

• Transmissão de Dupla Embreagem (DCT): composta por duas subtransmissões (ativa e passiva). Permite trocas rápidas entre as marchas com poucas interrupções na rotação do motor.

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No Brasil, entretanto, a produção ainda é majoritariamente de transmissões manuais, uma realidade distante dos mercados europeu e norte-americano, que lidam também com sistemas eletrônicos e automáticos. Mas, seja qual for o modelo empregado, as exigências do mercado são as mesmas. É preciso garantir a resistência e a segurança do sistema e, ao mesmo tempo, reduzir seu peso e torná-lo mais eficiente. Sistemas mais leves e eficientes, inclusive, atendem a outra exigência fundamental do mercado: veículos menos poluidores. Nesse cenário, a usinagem tem um papel fundamental, pois está diretamente ligada à escolha dos materiais e ao custo por peça produzida.

A usinagem de transmissões – exigências e desafios mais comuns 

O sistema de transmissão é composto por peças e mecanismos dos mais variados materiais, como explica o professor Marco Barreto: “Para engrenagens e eixos, usamos aços de alta resistência (aços-liga). Quando falamos da carcaça da caixa de transmissão, temos o uso do alumínio fundido. Para cubos e garfos, podemos ter o uso de aço sinterizado. Já os sincronizadores podem ser de latão estampado ou mesmo de aço estampado”.

No caso dos eixos, fabricados em aço de baixa liga, é preciso em primeiro lugar conduzir a chamada usinagem verde (soft machining) antes do tratamento térmico. “Trata-se de uma usinagem que exige muita atenção, pois estamos lidando com a remoção de grande volume de cavacos de peças geralmente forjadas. Se esses cavacos não forem adequadamente escoados, podem causar problemas, como danos à superfície da peça e mau aproveitamento da ferramenta”, explica Okis Bigelli, especialista de produtos da Sandvik Coromant.

Okis Bigelli Okis Bigelli

Para garantir eficiência nesse processo, é importante contar com ferramentas específicas para o torneamento de aços que garantam altas taxas de remoção de cavacos, como as classes GC 4325 e GC 4315.

“Além do recurso de quebra-cavacos, que é fundamental nesse tipo de usinagem, estamos falando de classes que têm como principais características uma vida útil longa, capaz de garantir a previsibilidade das operações, maximizando a eficiência e minimizando custos”, avalia Debone.

Para atingir a máxima eficiência em relação ao quebra-cavacos e garantir o aumento da vida útil das ferramentas, é recomendável utilizar sistemas de refrigeração de alta pressão como o CoroTurn HP. Os olhais fixos no porta-ferramenta fornecem melhor controle de cavacos, segurança do processo e alta produtividade devido aos jatos perfeitamente direcionados à zona de corte. “Quando combinamos esse sistema com geometrias de pastilhas dedicadas para refrigeração de alta pressão, temos como resultado um aumento da vida útil das ferramentas, além de uma quebra de cavacos mais eficiente, especialmente em materiais difíceis de usinar”, explica Bigelli.

Pastilhas de torneamento nas classes GC 4325 e GC 4315 Pastilhas de torneamento nas classes GC 4325 e GC 4315

Após a usinagem verde, os eixos e as engrenagens passam por um tratamento termoquímico chamado cementação, a fim de aumentar a dureza superficial da peça e, ao mesmo tempo, manter sua tenacidade interna. “Depois da cementação as peças são acabadas pela retificação, porém, esse processo vem sendo substituído ao longo dos anos pelo torneamento duro utilizando pastilhas de CBN (Nitreto Cúbico de Boro), um material super-resistente e eficiente, tanto econômica quanto tecnicamente, além de trazer benefícios ambientais justamente por eliminar a necessidade da operação de retificação, que implica uso de óleo e causa desgaste do rebolo, o qual gera resíduo sólido (borra) que tem um alto custo ambiental para ser descartado”, elucida Bigelli.

Essas ferramentas possibilitam o trabalho com velocidades de corte elevadas em materiais de alta dureza. Com isso é possível alcançar as tolerâncias e acabamentos superficiais exigidos no processo de fabricação com o máximo de produtividade.

Sistema de refrigeração de alta pressão CoroTurn HP: ferramentas com três olhais de refrigeração direcionados para a zona de corte proporcionam melhor quebra de cavacos e redução do desgaste da pastilha Sistema de refrigeração de alta pressão CoroTurn HP: ferramentas com três olhais de refrigeração direcionados para a zona de corte proporcionam melhor quebra de cavacos e redução do desgaste da pastilha

Além disso, muitas peças de transmissão – principalmente engrenagens – necessitam da chamada “abertura de dentes”. Para realizar essa usinagem de forma eficiente podemos contar com famílias de ferramentas para gear milling ou fresamento de engrenagens, tais como a fresa caracol CoroMill 176, que atende faixas de módulos entre 3 e 10 e pode ser usada em todos os tipos de máquinas, novas e antigas, e não apenas em máquinas dedicadas ao hobbing (fresamento com caracóis). “Nesse caso, estamos falando de usinagem com altas velocidades de corte, produtividade elevada e uso de ferramentas que dispensam a reafiação”, analisa Debone.

A escolha da ferramenta adequada é fundamental, pois, como destaca o professor Marco Barreto, trata-se de um processo rigoroso: “A usinagem das engrenagens das caixas de transmissões automotivas é de extrema precisão, sendo as geometrias dos dentes das engrenagens controladas em mícrons. A microgeometria da engrenagem é de extrema importância para garantir a sua resistência e durabilidade. Assim, atender a esse requisito é muito importante, e durante a sua fabricação os controles precisam ser muito precisos”.

Pastilhas de CBN Wiper para altos avanços e superacabamentos em aços endurecidos Pastilhas de CBN Wiper para altos avanços e superacabamentos em aços endurecidos

É, portanto, indiscutível que a qualidade final da peça depende do ferramental escolhido, porém isso só não basta para garantir a eficiência da fabricação, relacionada à produtividade, ou como fazer mais com o mínimo de recursos, bem como a eficácia, relacionada à escolha do que fazer para se alcançar o objetivo. O conhecimento específico da respectiva aplicação do ferramental, de modo a otimizar o processo, observando-se sempre as necessidades de cada cliente, também é vital para a obtenção de uma significativa redução do custo por peça, um dos grandes objetivos do setor.

Tendências

O mercado de transmissões automotivas está sofrendo grandes mudanças. “Mais leves e eficientes, as transmissões passam a contar com um maior número de componentes, principalmente engrenagens e dispositivos eletroeletrônicos”, sinaliza Bigelli.

Ao ser indagado sobre as tendências nesse campo, o professor Marco Barreto destaca: “Para aplicação de veículos leves, a tendência é a adição de mais uma marcha, saindo das atuais cinco velocidades para novas seis velocidades. Para a linha de pesados, iremos cada vez mais ver transmissões automatizadas, com o acionamento eletromecânico”.

As caixas de transmissão também têm sido alvo de estudos e análises. Novas tecnologias devem reduzir seu custo e peso, incluindo novos materiais como, por exemplo, engrenagens sinterizadas, aumentando a confiabilidade dos seus componentes.

Fresa caracol CoroMill 176, que atende faixas de módulos entre 3 e 10 e pode ser usada em todos os tipos de máquinas, novas e antigas, e não apenas em máquinas dedicadas ao hobbing (fresamento com caracóis) Fresa caracol CoroMill 176, que atende faixas de módulos entre 3 e 10 e pode ser usada em todos os tipos de máquinas, novas e antigas, e não apenas em máquinas dedicadas ao hobbing (fresamento com caracóis)

Fora as engrenagens, as caixas de transmissão possuem outros inúmeros componentes, como rolamentos, garfos de engate, sincronizadores, cubos de engate, entre outros. Novos materiais também têm sido usados nesses componentes, tais como cubos sinterizados no lugar dos antigos cubos forjados, destaca o professor Barreto. (Confira mais detalhes no artigo “O futuro do setor de transmissões automotivas”, na página 16, escrito por Mauro Moraes de Souza, chairman do Simpósio SAE BRASIL de Powertrain).

Ao contrário da transmissão do Romi-Isetta, citado no início desta reportagem, que contava com duas correntes que levavam a força do motor às rodas traseiras, os modelos atuais são cada vez mais complexos. Acompanhar tais mudanças e constantemente desenvolver novos métodos, ferramentas e processos são premissas fundamentais, pois a evolução desse mercado é cada vez mais ágil e requer, em contrapartida, respostas rápidas e maior eficiência e eficácia de toda a cadeia de valor envolvida.

Fernando Sacco
Jornalista 

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October 22nd, 2014
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