Uso de aço fundido pode reduzir ou eliminar a etapa de usinagem, além de gerar menor desperdício de matéria-prima
Cerca de 70% dos projetos de moldes no Brasil atendem ao segmento automotivo nacional, que planeja investir R$ 50 bilhões em novas tecnologias e modernização das linhas de produção até 2026. Para acompanhar esse ritmo, as ferramentarias brasileiras precisam melhorar seu desempenho, visando a entregas com mais qualidade e menores custos e prazos. Essa é a meta do projeto “Uma nova concepção na produção de moldes para injeção de polímeros”, desenvolvido no âmbito da Linha IV do programa Rota 2030, coordenada pela Fundação de Apoio da UFMG (Fundep).
Os moldes e matrizes para injeção de polímeros são usualmente produzidos a partir de aços forjados, fornecidos em barras, com seção transversal circular, triangular ou retangular. Isso demanda operações de desbaste e semiacabamento para o alcance da cavidade pretendida. Pode também haver a necessidade de tratamentos térmicos intermediários para aliviar as tensões geradas devido às deformações produzidas na cavidade no ato de remoção do volume de material excedente, além de um tratamento térmico final para definir a microestrutura funcional dos produtos.
A coordenadora-geral do projeto e professora da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) Salete Alves explica que, além de demorado, esse processo pode desbastar até 30% do aço, que se torna um resíduo de baixo valor agregado. Por isso, a pesquisa buscou novas possibilidades para a cadeia de produção dos moldes e matrizes para injeção de polímeros. “Nossa proposta foi desenvolver uma liga que pudesse ser fundida em uma geometria mais próxima à cavidade do molde, eliminando tempo com usinagem e evitando desperdício de material. Com a liga fundida, é possível obter produtos específicos, com propriedades mais adequadas a cada demanda”, explica.
Assim, a utilização de ligas fundidas associada à aplicação de modelos baseados em fundição com dimensões e pré-forma muito próximas às proporções finais desejadas (near net shape) pode reduzir ou eliminar a etapa de usinagem e, consequentemente, demandar menor tempo de fabricação para o molde. Além disso, a tecnologia desenvolvida estabeleceu um modelo pré-molde, já com cavidades, suprimindo a necessidade de perfuração profunda para os canais de refrigeração. Outra vantagem é a redução do volume de matéria-prima empregada, já que os pré-moldes terão um formato mais aproximado do final.
Testagem industrial
Iniciado em dezembro de 2021, o projeto reúne 13 empresas parceiras, sendo três ferramentarias e três montadoras. Há também a participação de empresas da cadeia produtiva de moldes, que contribuem para o desenvolvimento das tecnologias, desde a seleção das ligas de aço empregadas até as alterações nos processos produtivos.
Uma das empresas parceiras é a GTF Ferramentaria, de Joinville, Santa Catarina, que atuou na construção do projeto e nos testes dos equipamentos de usinagem. “Observamos que a dureza das peças era bem alta, de cerca de 58 Rockwell C (HRC), bem acima da dureza com a qual costumamos trabalhar. Isso foi um desafio, logo de primeira”, relata o gerente de produção e sócio da GTF, Jonathan Hobus. Em reuniões com a equipe de usinagem, a GTF propôs retomar os testes com ligas abaixo de 48 HRC. “Defendemos que o produto tenha propriedades mais próximas à nossa realidade, para que possamos executar um processo de polimento adequado à demanda.”
Segundo Hobus, os testes de usinagem foram retomados com ligas fundidas de menor dureza após os alinhamentos. “Na segunda etapa, acabamos tendo uma falha de usinagem devido à proximidade dos canais de refrigeração da superfície, inutilizando o molde. Mesmo assim, a experiência foi válida e nos mostrou que a tecnologia é viável e gera resultados satisfatórios em termos de praticidade e prazo de produção. Acreditamos que, com algumas adaptações, poderemos implementá-la”, diz.
O gerente comercial e sócio da GTF, Jorge Vogelsanger, avalia que a aproximação da academia e indústria como muito positiva. “Esse alinhamento promove o desenvolvimento de tecnologias mais próximas da realidade, além de propiciar uma formação acadêmica mais voltada para o mercado.”
Na GTF, todas as etapas de produção de um molde podem levar cerca de três meses e rendem, em média, um milhão de ciclos na vida útil do molde. De acordo com a professora Salete, ainda não há resultados de testes de durabilidade dos moldes feitos de aço fundido, mas a avaliação é de que eles gerem mais ciclos devido à maior dureza da matéria-prima. Quanto aos custos do aço fundido, o valor do quilo se equipara ao tradicional, porém, é mais vantajoso diante da simplificação dos processos e por demandar menos insumos. “Melhoramos a tecnologia de fundição do aço branco, mas ela pode ser empregada com outros aços. Esse é um dos muitos exemplos de adaptações que se pode fazer, de acordo com a demanda de cada indústria”, diz a coordenadora-geral.
Ela destaca a relevância do projeto frente a dois dos principais gargalos de competitividade da indústria ferramental brasileira: tempo e custo de produção. “É uma inovação porque na indústria global não se usam materiais fundidos para fazer molde, mas materiais forjados. Em termos de custo, é mais atrativo porque terá maior durabilidade. Por este motivo, é viável produzir um produto dedicado, que tem maior valor agregado ao durar mais ciclos”, ressalta.
Usinagem criogênica
O projeto também avaliou a viabilidade do uso do nitrogênio líquido durante a usinagem, aplicado na região de contato entre peça e ferramenta (usinagem criogênica), em substituição aos fluidos de corte normalmente utilizados. A tecnologia tem como objetivo promover um resfriamento mais eficiente durante o processo de corte, reduzindo tempo e melhorando a integridade superficial da cavidade do molde.
De acordo com a professora Salete, os testes foram realizados por meio de um sistema de resfriamento criogênico itinerante, permitindo que todas as empresas participantes do projeto pudessem avaliar a tecnologia. “Observamos que a implementação da usinagem criogênica envolve grandes investimentos em equipamentos e adequações em processos, o que a inviabiliza”, afirma.
De acordo com Jonathan Hobus, além do alto custo para implementação, o nitrogênio líquido é mais complexo devido à sua alta periculosidade. “Movimentar o cilindro de nitrogênio dentro da fábrica é uma operação muito delicada. Então, na prática não foi satisfatório, apesar de a teoria fazer bastante sentido”.
“Como em toda pesquisa, há questões solucionadas e outras que precisam ser desenvolvidas. Nosso objetivo era descobrir se a usinagem criogênica é viável ou não e acabamos chegando à conclusão que não é, tendo em vista a nossa atual realidade. No entanto, os materiais fundidos se mostraram bastante viáveis, tanto a parte da usinagem quanto a eliminação da etapa de perfuração dos canais de refrigeração”, pontua a coordenadora-geral.
SOBRE A LINHA IV DO ROTA 2030
O setor ferramenteiro é um dos grandes destaques do programa Rota 2030. Coordenada pela Fundação de Apoio da UFMG (Fundep), com coordenação técnica do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), a Linha IV – Ferramentarias Brasileiras Mais Competitivas tem o objetivo é solucionar as dificuldades de ferramentarias com baixa produtividade e defasagem tecnológica, capacitando a cadeia de ferramental de produtos automotivos para atingir competitividade em nível mundial.
A partir da aliança entre os principais atores que representam o conhecimento do setor (ferramentarias, montadoras, Instituições de Ciência e Tecnologia – ICTs, startups e entidades representativas), serão habilitadas as competências necessárias para capacitar a cadeia ferramental brasileira.
A proposta é oferecer soluções capazes de integrar a cadeia tecnológica de ferramental, por meio do aumento da produtividade e da competitividade. A Linha IV vem atuando em diversos eixos para alcançar os resultados esperados e promover a transformação necessária, tendo como indicadores a elevação do nível de qualidade e de confiabilidade dos produtos e o aumento do grau de prontidão e de maturidade tecnológica e organizacional, caracterizados pela percepção dos requisitos e restrições impostos pelo avanço da indústria 4.0.
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