Usinagem de suportes de alumínio para baterias

Os sistemas de baterias continuarão evoluindo nos próximos anos e serão necessários novos desenvolvimentos e formas. Para OEMs, isso implicará na produção de peças do sistema de baterias próximo da forma definitiva, com base em projetos mais complexos. A usinagem desses projetos exigirá ferramentas de corte eficientes e mais leves, para minimizar o impacto sobre a máquina-ferramenta e garantir que a peça permaneça na forma.

O papel dos OEMs também está evoluindo à medida que eles se envolvem mais na produção de baterias, o que a McKinsey & Company atribui "a integração retroativa de OEMs desde pacotes e módulos até a produção de células." Ao mesmo tempo, a corrida está em andamento para construir veículos elétricos (EVs) mais leves e eficientes que percorrem distâncias maiores com autonomia do veículo maximizada por carga.

Além disso, os fabricantes devem produzir peças mais complexas, com máxima qualidade e alta produtividade. Como os fabricantes podem conseguir isso mantendo um baixo custo por peça? A resposta está em ferramentas de corte mais eficientes, com boa acessibilidade e o mais leves possíveis para permitir trocas rápidas de ferramentas.

Redução das emissões de CO2

Os fabricantes estão se voltando para a "redução de peso", o que implica fabricar carros e caminhões mais leves como forma de obter melhor eficiência de combustível e manuseio.

Outro estudo da McKinsey & Company, Lightweight, heavy impact, calcula que medidas "de redução de peso podem reduzir as emissões de CO2 até certo ponto (aproximadamente 0,08 g de redução de CO2 por quilograma)." Ele conclui que "se um OEM conseguir reduzir o peso do veículo em 100 kg, deixará de emitir aproximadamente 8,5 g de CO2 a cada 100 km."

Como um dos metais mais leves do mundo, o alumínio é uma solução de baixo peso muito bem consagrada. O alumínio é quase três vezes mais leve que o ferro e, embora tenha menor resistência que o ferro, ainda é muito forte e resistente à corrosão. Do ponto de vista da engenharia de projeto, verificou-se que a colocação de peças convencionais de ferro fundido com ligas de alumínio pode reduzir o peso total do bloco do motor de 40 a 55%.

Uma outra vantagem do alumínio é que ele é muito reciclável e pode ser derretido e reutilizado sem qualquer dano ou alteração de suas propriedades mecânicas. De fato, aproximadamente 75% de todo o alumínio já produzido ainda está em uso hoje, o que atesta a utilidade do material nas estratégias de sustentabilidade dos OEMs.

Superfícies menores

O trem de força de um carro de passeio europeu, geralmente, contém cerca de 80 kg de alumínio, o que faz com que essas peças - motor, caixa de câmbio, peças da suspensão, carcaças - sejam uma óbvia área de interesse para medidas de redução de peso. O alumínio também pode ser usado nas baterias propriamente ditas: a Plataforma de Cooperação Energética UE-China (ECECP) recomenda baterias de alumínio-ar (Al-air) como uma alternativa "barata, leve e potente" às baterias de íons de lítio (Li-ion). 

Neste artigo, vamos nos concentrar nos suportes de alumínio para baterias. Essas peças geralmente têm superfícies menores e com mais roscas, furos e outras características. Outra consideração importante são os suportes de bateria elétrica para caminhões, especificamente modelos maiores conduzidos longe de áreas urbanas e que medem até dois metros de comprimento.

Os suportes de bateria exigem diversas máquinas-ferramentas e aplicações como fresamento, rebarbação e muito mais. Entretanto, mesmo os suportes maiores de bateria não requerem ferramentas grandes e são, em vez disso, compostos de superfícies menores com mais características, roscas e furos. Portanto, eles exigem ferramentas de fresamento de canto e faceamento ou alargadores que possam produzir peças com a qualidade e as tolerâncias exigidas.

Eliminação de vibrações

Para a usinagem de suportes de bateria, a Sandvik Coromant recomenda o uso de sua família M5 de fresas de alumínio automotivas dedicadas, incluindo a Fresa de facear M5F90 desenhada para usinar peças sem formar rebarbas, arranhar ou lascar. A fresa é dedicada à usinagem de peças de alumínio de parede fina e, para isso, é equipada com uma fresa menor de 25 a 80 mm ou 0,98 a 3,15 polegadas de diâmetro. A M5F90 também contém pontas de diamante policristalino (PCD) soldadas, portanto não requer nenhum ajuste e garante batimentos muito reduzidos. Esse fato permite altas taxas de avanço, ao mesmo tempo em que elimina as vibrações da usinagem.

Em um exemplo, a M5F90 foi usada para usinar uma bandeja de bateria de alumínio. Essa foi uma aplicação ideal para o novo conceito de fresa de facear porque a aplicação exigia que a ferramenta fosse usada para limpar superfícies no primeiro estágio de usinagem da peça de alumínio recém-fundida em uma única operação, sem formar rebarbas.

Suas dimensões eram aproximadamente 980 x 600 x 130 milímetros (mm). No total, foram usadas 48 ferramentas para usinar a peça, incluindo brocas de metal duro, fresas de topo de metal duro, machos de aço rápido (HSS), alargadores de PCD soldados, fresas de PCD soldadas e, por último, a fresa M5F90. A peça de alumínio foi usinada em um centro de usinagem de 5 eixos, equipado com um porta-ferramentas de alta velocidade HSK 63.

As pastilhas soldadas de PCD da M5F90 têm arestas de corte escalonadas nos dois sentidos, radial e tangencialmente. Essa característica diminui o consumo de energia, permitindo funcionar com parâmetros de corte mais altos, o que elimina rebarbas e reduz as vibrações durante a usinagem. Essa última vantagem, em particular, proporciona um desempenho confiável com maior vida útil da ferramenta e aumenta o número de peças usinadas.

No final, a aplicação de usinagem da bandeja de bateria demonstrou uma vantagem significativa da M5F90. Especificamente, que ela permite o desbaste e o acabamento em uma única operação, economizando assim tempo. Isso foi demonstrado com a usinagem da bandeja de bateria de alumínio. A peça foi usinada em 20,3 minutos. Com este desempenho aprimorado da ferramenta, os OEMs podem se envolver mais na produção de sistemas de baterias, ao mesmo tempo em que se diferenciam da concorrência.

Para saber mais sobre as soluções de ferramentas da Sandvik Coromant para usinagem de alumínio, acesse o site.