Suspensão de Feixe de Molas Automotivas

A suspensão de feixe de molas automotivas é um sistema de suspensão tradicional, amplamente utilizado em veículos comerciais, picapes, caminhões e alguns veículos off-road, devido à sua estrutura simples, alta capacidade de carga, baixo custo e durabilidade. A fabricação de feixes de molas envolve processos como seleção de materiais, conformação, tratamento térmico, montagem e testes.

1. Composição e Função da Suspensão de Feixe de Molas

• Composição:
  • Feixe de Molas: Composto por várias lâminas (ou uma única lâmina) de aço mola sobrepostas, fixadas por parafusos em U.
  • Conectores: Como balancins, parafusos centrais, grampos.
  • Amortecedores: Auxiliam na absorção de choques, em conjunto com o feixe de molas.
  • Acessórios da Suspensão: Buchas, suportes, bases de fixação, etc.
• Função:
  • Suportar o peso do veículo, absorvendo o impacto da estrada.
  • Fornecer suporte rígido, adequado para cargas pesadas (como caminhões com carga de 10-20 toneladas).
  • Guiar o movimento das rodas, mantendo o alinhamento do eixo.
• Aplicação: Comum em caminhões (como Dongfeng, Foton), picapes (como Ford F-150), veículos off-road (como Jeep Wrangler).

2. Processo de Fabricação do Feixe de Molas

A produção de feixes de molas utiliza principalmente processos de estampagem, tratamento térmico e montagem. O processo de fundição é raramente usado para feixes de molas, pois eles exigem alta tenacidade e elasticidade, enquanto materiais de fundição (como ferro fundido) têm rigidez suficiente, mas tenacidade insuficiente. A seguir, o fluxo detalhado:

Seleção de Materiais

• Aço Mola:
  • Materiais comuns: 60Si2Mn, 55CrMnA, SUP9 (padrão japonês) ou 5160 (padrão americano).
  • Características: Alta resistência (resistência à tração de 1200-1800 MPa), alto limite de elasticidade, resistência à fadiga.
  • Teor de carbono: 0,5-0,6%, contendo elementos de liga como silício, manganês, cromo, etc., para aumentar a tenacidade e a durabilidade.
• Espessura e Dimensões:
  • Espessura da lâmina: 6-20mm (dependendo da necessidade de carga).
  • Comprimento: 800-2000mm, largura 50-100mm.
  • Número de camadas: 3-10 lâminas (multilâminas) ou lâmina única (mola de lâmina única, como em alguns caminhões leves).
• Outros Materiais: Buchas de borracha ou poliuretano usadas nos balancins para reduzir o atrito e o ruído.

Design e Planejamento

• Requisitos Funcionais:
  • Capacidade de carga: Projetada de acordo com o peso bruto do veículo (GVW), como 1-3 toneladas para caminhões leves e 10-20 toneladas para caminhões pesados.
  • Rigidez (valor k): Geralmente 200-1000 N/mm, afetando a dureza e o conforto da suspensão.
  • Vida útil à fadiga: Deve suportar milhões de ciclos de carga (aproximadamente 10 anos de vida útil).
• Design CAD:
  • Usar SolidWorks ou CATIA para projetar a curvatura, o comprimento e o número de camadas da mola.
  • Análise de Elementos Finitos (FEA) para simular a distribuição de tensão, garantindo que não haja deformação sob a carga máxima.
• Forma: Parabólica ou multilâminas sobrepostas, a parabólica é mais leve e tem distribuição de tensão mais uniforme.

Processo de Conformação

• Corte:
  • Usar guilhotina ou máquina de corte a laser para cortar as chapas de aço mola nas dimensões especificadas.
  • Precisão controlada em ±0,5mm para garantir o empilhamento consistente.
• Conformação a Quente:
  • Aquecimento: Aquecer a chapa de aço a 850-900°C (temperatura de austenitização) para aumentar a plasticidade.
  • Estampagem ou Laminação: Usar prensa hidráulica (1000-3000 toneladas) ou laminadora para formar a estrutura curva. Molas parabólicas precisam ser precisamente moldadas lâmina por lâmina.
  • Vantagens: A conformação a quente garante o refinamento dos grãos internos do aço, aumentando a resistência e a elasticidade.
• Processamento da Extremidade:
  • Enrolamento da orelha (eye forming): Enrolar as duas extremidades da chapa de aço em orelhas circulares para conectar o eixo ou o chassi.
  • Perfuração: O furo central é usado para instalar o parafuso central, conectando várias lâminas.

Tratamento Térmico

• Têmpera:
  • Aquecer a chapa de aço conformada a 850-900°C, resfriar rapidamente (têmpera em óleo ou têmpera em água).
  • Objetivo: Formar uma estrutura martensítica, aumentando a dureza (HRC 40-50) e a resistência.
• Revenimento:
  • Revenimento a 400-600°C para eliminar tensões internas, aumentar a tenacidade e a resistência à fadiga.
  • Dureza após o revenimento: HRC 30-40, equilibrando rigidez e elasticidade.
• Jateamento (Shot Peening):
  • Bombardear a superfície com esferas de aço de alta velocidade, introduzindo tensão compressiva, aumentando a vida útil à fadiga (pode prolongar em 50-100%).

Tratamento de Superfície

• Revestimento Anticorrosivo:
  • Pulverizar resina epóxi ou revestimento em pó, espessura 50-100μm.
  • Galvanização a quente ou eletrogalvanização, teste de névoa salina >500 horas.
• Lubrificação: Aplicar lubrificante de grafite entre as lâminas ou adicionar espaçadores de plástico para reduzir o atrito e o ruído.

Montagem

• Empilhamento e Fixação:
  • Empilhar várias lâminas de acordo com o tamanho da curvatura, fixar com parafuso central (M12-M20).
  • Grampos (parafusos em U) fixam a mola ao eixo.
• Instalação de Acessórios:
  • Buchas do balancim (borracha ou poliuretano), conectam o chassi e a mola.
  • Amortecedores em paralelo com a mola, controlam a vibração.
• Alinhamento: Garantir que a curvatura da mola e a posição do eixo estejam alinhadas, desvio <1mm.

Testes e Controle de Qualidade

• Teste de Rigidez:
  • Usar máquina de teste hidráulica para aplicar carga (1-20 toneladas), medir a quantidade de deformação, verificar a rigidez (valor k).
• Teste de Fadiga:
  • Simular milhões de ciclos de carga (frequência 1-3 Hz), garantir que não haja fratura.
• Inspeção Dimensional:
  • Máquina de medição por coordenadas (CMM) verifica a curvatura, o comprimento e a posição dos furos, precisão ±0,5mm.
• Teste de Resistência à Corrosão:
  • Teste de névoa salina (500-1000 horas), verifica a durabilidade do revestimento.
• Teste de Carga:
  • Simular a carga máxima (como 20 toneladas), garantir que não haja deformação ou fratura.