As tendências de fundição na indústria automotiva estarão entre os temas centrais do principal evento mundial do setor de fundição, a GIFA, que será realizada como parte do Bright World of Metals, um conjunto de feiras que acontece em Düsseldorf (Alemanha), de 12 a 16 de junho de 2023. Como parte dos preparativos para esses eventos, especialistas têm realizado análises sobre o mercado de peças para a indústria automotiva, abordando toda a gama de processos metalúrgicos, com reflexos diretos sobre as empresas do setor de usinagem e corte e conformação a partir de chapas metálicas.

 

Uma dessas análises foi feita por Gerd Krause, da agência Mediakonzept, de Düsseldorf, a partir de entrevistas e da cobertura de uma conferência sobre fundição. Suas principais ideias são apresentadas a seguir.

 

Os novos atores da mobilidade elétrica

 

A mobilidade elétrica, que tem a figura de Elon Musk com a Tesla embaralhando as cartas no mercado automotivo, dá o tom das novas necessidades do segmento automotivo. “Os chineses e a Tesla estão longe de entregar o crescimento que prometeram.Produtores bem estabelecidos como Volkswagen, BMW, Mercedes e General Motors (GM) conseguiram se posicionar muito bem nos mercados”, observou Franz-Josef Wöstmann, durante a conferência “Tecnologia de Fundição e Mobilidade Eletrônica” em Bremen, em outubro, com referência às estatísticas de vendas atuais.

 

Wöstmann, chefe do Departamento de Detecção Precoce e Exploração de Tecnologias do Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Applied Material Research (IFAM)lembrou que em 2019 a Tesla ainda parecia ser o player número 1, com 245.000 veículos elétricos produzidos. Desde então, o pioneiro dos veículos elétricos conseguiu multiplicar as vendas por um fator de 4, para cerca de 936.200 veículos em 2021, mas no mesmo período a Volkswagen saltou das faixas intermediárias para quase o primeiro lugar, catapultando as vendas de 41.000 veículos em 2019 para 762.000.

 

Outros players como BMW e Mercedes, também conseguiram aumentar maciçamente sua produção, mantendo também um olho em sua produção padrão. Também é interessante acompanhar os desenvolvimentos dos concorrentes chineses. A BYD conseguiu dobrar suas vendas, mas caiu do 2º para o 3º lugar .“Os chineses não conseguiram alavancar sua posição de liderança, apesar de estarem localizados no principal mercado de mobilidade elétrica”, concluiu Wöstmann. Por outro lado, a tradicional marca americana GM, que nem sequer apareceu nas estatísticas de 2019, surgiu em um curto espaço de tempo.

 

Crescimento fora da Europa

 

Nos mercados saturados da Alemanha, Europa e Estados Unidos, a transição dos motores de combustão interna para a mobilidade elétrica está se desenvolvendo sem nenhuma mudança notável nos volumes totais de carros registrados. O crescimento é visto predominantemente na Ásia e, acima de tudo, na China. Os especialistas concordam, como ficou claro na conferência de tecnologia de fundição de Bremen, que até 2030 cerca de metade de todos os carros vendidos no mundo serão veículos elétricos. No entanto, 2050 ainda verá muitos carros movidos a combustão nas ruas - por uma ampla variedade de razões, como prevê o pesquisador do Fraunhofer, Wöstmann. Isso porque muitas regiões da Ásia, África e América Latina não terão a infraestrutura supranacional necessária para a mobilidade elétrica.

Produtores de rodas de metal leve de alumínio e alumínio fundido sob pressão para carrocerias e trens de força estão discretamente otimistas sobre a tendência para a mobilidade elétrica, embora a fundição de motores a combustão interna estejam diminuindo. “A mobilidade elétrica significa uma infinidade de novos fundidos”, explicou Wöstmann: carcaças para os motores, carcaças de caixa de engrenagens, caixas de bateria, sistemas de refrigeração, carcaças e componentes de refrigeração para a eletrônica de potência, bem como bobinas de alumínio fundido como uma alternativa para substituir as bobinas de cobre no futuro.

O pesquisador do Fraunhofer aposta em pouca mudança e definitivamente nenhum crescimento para o segmento de ferro fundido. O que se pode esperar, ele pensa, é uma fundição de aço de paredes finas no segmento de carcaças de motores, especialmente para motores de alto torque com resfriamento integrado. No momento, porém, nenhum OEM está desenvolvendo algo nessa direção. Sem esquecer a construção leve, que é claramente um domínio do alumínio e da fundição de alumínio, especialmente na mobilidade elétrica.

Quanto aos componentes produzidos por fundição sob pressão no futuro, as opiniões se dividem entre os fabricantes estabelecidos e os novos players. Enquanto a Tesla e vários produtores chineses pretendem conquistar o mercado com máquinas de fundição com mais de 12.000 toneladas de força de fechamento, as empresas estabelecidas há muito tempo são bastante reservadas. Wöstmann considera essa abordagem bastante positiva, especialmente porque demonstra o potencial da fundição. No entanto, assume que serão poucos os fornecedores a entrar neste mercado. Em vez disso, ele sente que um grande potencial tecnológico pode ser aproveitado no segmento com forças de fechamento abaixo de 6.000 toneladas, o que permite uma fabricação eficiente, mas com requisitos menores em termos de logística, garantia de qualidade e segurança da produção.

 

Construção leve: mistura inteligente de materiais com aço e alumínio

 

O aço – que é, de qualquer forma, o material número 1 para o mercado de carrocerias de alto volume – também poderá se manter firme e não apenas para a tira de aço elétrica, o “material espinha dorsal” indispensável para motores elétricos. Os fabricantes premium também estão cientes dos pontos fortes do novo aço de alta resistência, como demonstrado pela Porsche com a construção mista de seu carro esportivo Taycan, movido a bateria (foto).

 

O aço conformado a quente protege a célula do passageiro na coluna A, coluna B, estrutura do teto e travessa do assento. Um destaque especial é a viga transversal da parede final em aço ao boro-manganês. Graças a processos de fabricação especiais, o componente em forma de tubo pode ter diferentes seções transversais e isso permite que a força máxima seja alcançada com o peso otimizado.

O suporte do eixo e a longarina traseira são feitos de alumínio fundido sob pressão, enquanto os suportes do amortecedor expostos a cargas particularmente altas são feitos de alumínio forjado. A longarina frontal combina uma construção de casca de alumínio com perfis extrudados. Com pouco menos de dois de comprimento, as soleiras são feitas de um perfil extrudado com sete câmaras, atendendo a todos os requisitos de rigidez contra colisões laterais e torções. Em comparação com um modelo em aço, essa estrutura reduz de quinze para três o número de componentes necessários para cada lado, com uma redução de peso de 3,4 kg, segundo as contas do fabricante.

A carroceria externa completa é feita de alumínio, com exceção das partes dianteira e traseira. Para o Taycan, a proporção de alumínio totaliza aproximadamente 37% do material utilizado. Sua carroceria é feita pela Thyssenkrupp Automotive Body Solutions, a subsidiária de carroceria do grupo industrial com sede em Essen.

O projeto de carcaça em aço é o tipo de construção de carroceria usado com mais frequência em todo o mundo, mas tem sofrido pressão do alumínio há alguns anos. As chapas de aço soldadas são cada vez mais substituídas por peças de alumínio fundido inteiriças, com a vantagem da produção em larga escala.

 

Mega casting, uma nova tendência?

 

De acordo com Johannes Messer, da consultoria de mesmo nome, há uma tendência – tanto em termos comerciais quanto técnicos – de uso de máquinas de fundição sob pressão maiores para chassis e peças estruturais, bem como para a mobilidade elétrica. Máquinas de fundição sob pressão de alto desempenho tornam mais eficiente a produção de peças automotivas maiores e mais complexas.

 

As máquinas de fundição sob pressão do tipo Giga Press, usadas pela Tesla pela primeira vez, são fabricadas pela empresa italiana Idra, apresentando forças de fechamento de 6.000 a 9.000 toneladas e transformando o alumínio fundido em peças dianteiras e traseiras acabadas, o que leva à reflexão sobre o papel da usinagem nesse novo contexto.

 

A empresa ainda divulgou ter uma patente para carrocerias completas de uma única peça fundida sem tratamento térmico. Pela conta de Elon Musk, esse esquema de mega casting já economiza 300 robôs na linha de montagem, reduzindo drasticamente os tempos de produção. Na fábrica da Tesla em Grünheide, a cada 45 minutos, uma carroceria em bruto sai da linha de produção. Ao produzir um veículo completo em menos de dez horas, a Tesla supera claramente concorrentes como Volkswagen, onde um veículo leva cerca de 30 horas para ser concluído. A Idra foi a primeira empresa com pedidos de produção para máquinas de 9.000 toneladas adequadas para os mercados de SUV e pequenos veículos comerciais. A empresa afirma já ter vendido 24 de suas giga máquinas de fundição em todo o mundo, principalmente para a China e não apenas para o setor automotivo.

 

Como relata a empresa de pesquisa de mercado norte-americana Ducker, a Nio e a Xpeng, duas startups chinesas de veículos elétricos, já seguiram o exemplo da Tesla e encomendaram máquinas de fundição sob pressão com força de fechamento de 12.000 toneladas da empresa controladora da Idra, a chinesa LK Group. A “unidade de fundição sob pressão super grande e inteligente de 12.000 T” da LK Technology foi apresentada ao público em Xangai pela primeira vez no final de setembro de 2022, em cooperação com a principal fundição chinesa, a Guangdong Hongtu”.

 

A consultoria Ducker considera o lançamento da giga máquina uma tendência séria para melhorar a lucratividade dos veículos elétricos. A Volvo já anunciou investimento em mega fundição para peças de carroceria de alumínio para a próxima geração de veículos elétricos em sua fábrica na Suécia, informando que “o mega casting oferece uma série de vantagens em termos de sustentabilidade, custos e desempenho durante a vida útil do veículo”. A fundição de grandes componentes da estrutura da carroceria do veículo como peças inteiriças de alumínio, segundo a empresa, reduz o peso, o que, por sua vez, melhora a eficiência energética do veículo. Além disso, a Volvo justificou o investimento informando que seus projetistas podem otimizar o espaço disponível na cabine e no porta-malas, aumentando assim a versatilidade dos veículos em geral. Outros benefícios da mega fundição incluem a redução da complexidade do processo de fabricação, implicando economia de custos de materiais e logística e reduzindo a pegada de carbono das linhas de produção e da cadeia de suprimentos.

 

A Volkswagen também expressou seu interesse nos métodos de produção da Tesla para sua nova fábrica planejada para o modelo elétrico Trinity, mas ainda não anunciou uma decisão de investimento em favor do mega-casting.

 

Dúvidas ainda no ar

 

Apesar de todo o otimismo, Ducker admite que o mega casting ainda levanta algumas questões. Em termos de execução de reparos, por exemplo, um Tesla não é projetado para ter suas grandes peças fundidas endireitadas ou simplesmente substituídas. Se a estrutura estiver distorcida ou quebrada após uma colisão, o veículo provavelmente estará condenado. Portanto, pode-se pelo menos duvidar que o mega casting no estilo Tesla se torne o maior divisor de águas na produção automotiva. O especialista em fundição Wöstmann relatou ainda na conferência de fundição de Bremen: “A declaração clara que ouvi da BMW, por exemplo, é a de que o seu maquinário é suficiente, então não entrará na faixa de 6.000 ou 8.000 toneladas.”

 

O professor doutor Martin Fehlbier, Chefe de Tecnologia de Fundição no Instituto de Tecnologia de Produção e Logística da Universidade de Kassel, no entanto, identifica uma tendência internacional para a produção de grandes peças fundidas com grandes células de fundição – e não apenas na Ásia. “Substituir até 100 peças individuais de chapa de aço por uma única fundida e, assim, tornar supérfluos muitos processos de união, é um incentivo muito forte para examinar de perto essa nova tecnologia de fabricação”, diz Fehlbier, que também lista um ganho de até 30% no espaço de produção, economia de até 100 matrizes individuais e muitas outras razões.

 

Para questionar essa tecnologia, no entanto, ele explicou que a execução de reparos está em aberto. Além disso, problemas logísticos devem ser resolvidos, tais como o transporte e a troca das matrizes grandes, ou outras questões importantes, que incluem o projeto correto e o aquecimento ideal das matrizes, assim como a sua vida útil, tendo em vista o seu alto custo: até 2 milhões de euros.

 

Outras questões importantes são os mais de 40 dispositivos de aquecimento necessários, o sistema de canais (gating) ideal para longos fluxos de material, as espessuras de parede mínimas necessárias e as ligas de fundição ideais, para citar apenas algumas.“Mas, em princípio, tudo isso é viável”, concluiu Fehlbier.

 

Aço verde para mobilidade elétrica sustentável

 

À medida que os produtores de aço avançam em seu caminho rumo à neutralidade climática, o aço ganha uma imagem cada vez mais ecológica. Esta tendência é apoiada por fabricantes automotivos como BMW e Mercedes, que estão cada vez mais exigindo aços certificados em termos de descarbonização. Todos os principais produtores de aço – da ArcelorMittal, Salzgitter, Tata Steel e Thyssenkrupp à Voestalpine – possuem aços com certificados de carbono neutro em seus portfólios. Para construção leve baseada em aço para veículos elétricos, esses “pesos pesados da indústria” agora também oferecem gamas completas com conceitos de materiais correspondentes para conformação a quente e a frio. A caixa da bateria, parte integrante da estrutura inferior do carro, é um dos componentes mais importantes nos veículos elétricos e até agora foi reservada ao alumínio, fundição sob pressão, chapas de aço e perfis.

 

À medida que a mobilidade elétrica aumenta e os volumes aumentam, no entanto, soluções cada vez mais eficientes para caixas de bateria têm surgido. É por isso que a Thyssenkrupp Steel, por exemplo, oferece uma solução de caixa de bateria leve anti-choque e à prova de fogo em aço de alta e ultra-alta resistência. Em comparação com o alumínio como referência, a caixa de bateria de aço tem custo de produção 50% menor e emite 50% menos CO2 ao longo de todo o seu ciclo de vida.

 

Mobilidade elétrica: o fim da construção leve? (nota do autor)

 

Enquanto a construção leve costumava ser o domínio dos motores a combustão, onde o menor peso do veículo favorece o menor consumo, este tópico também permanece relevante com a mobilidade elétrica. A fka, fornecedora de serviços automotivos com sede em Aachen, contradiz a tendência de que a construção leve perderá importância com a mobilidade elétrica. Embora seja verdade que a construção leve extrema e de alto custo perde eficiência econômica em veículos elétricos com a possibilidade de regeneração de energia, a construção leve por si só não se tornaria supérflua. Ela pode dar uma contribuição significativa para atingir os intervalos necessários. Um peso menor do veículo permite a instalação de baterias menores e mais leves com o mesmo alcance. A massa do veículo também determina decisivamente a dinâmica de condução.

 

Imagens: Bright World of Metals / Porsche Taycan (divulgação)

 

Leia também:

 

Tendência: caminhões elétricos para a distribuição de bebidas

 

Economia de carbono neutro na metalmecânica

 

Automotiva Mobilidade elétrica Tecnologia

---