Veículos elétricos entram em alta velocidade

A transmissão provavelmente não é o que vem à mente quando se pensa em um veículo elétrico. Mas, para os fabricantes de EV, ela é um fator crucial para manter o tamanho do motor reduzido e, ao mesmo tempo, otimizar o desempenho. Uma ferramenta de desbaste da Sandvik é essencial no processo.

Os veículos elétricos, ou VEs, estão em toda parte atualmente, pois os consumidores abandonam o motor de combustão interna barulhento e poluente. Os fabricantes de VEs estão em uma competição acirrada para apresentar as melhores soluções em termos de design, eficiência, alcance, conforto e capacidade de fabricação.

"É como os primeiros dias do smartphone", diz Mats Wennmo, Gerente Global de Transmissão Automotiva da Sandvik Coromant. "Todos os principais participantes estão vasculhando o mundo para encontrar as melhores e mais baratas técnicas de fabricação. Todas as formas antigas estão fora de moda."

Thomas Åberg and Mats Wennmo, Sandvik Coromant, know how to kick into high gear

Os EVs têm um chassi modificado para acomodar as baterias e um trem de força especializado. O motor de combustão interna é substituído por (geralmente dois) motores elétricos, uma grande pilha de baterias, componentes eletrônicos de potência e uma transmissão. Os veículos elétricos geralmente pesam mais do que os carros comuns, portanto, o peso dos componentes é um grande obstáculo a ser superado em sua produção em série. Em um VE, o trem de força se assemelha ao funcionamento interno de um relógio suíço.

Os motores de veículos elétricos são pequenos

Nos veículos comuns, a transmissão é uma caixa de engrenagens pesada, cheia de óleo, com várias marchas e um mecanismo de embreagem que transforma as rotações do motor (ou rotações por minuto, uma medida de quantas vezes o virabrequim de um motor faz uma rotação completa em um minuto) na força necessária para mover e acelerar o carro.

Na maioria dos VEs, esse processo é reduzido em uma unidade integrada de motor elétrico, inversor e transmissão, que normalmente fica em cada par de rodas dianteiras e traseiras. Embora os VEs tenham RPMs mais altas e constantes, a unidade de transmissão precisa encontrar uma relação de marchas equilibrada que permita a aceleração e a velocidade adequadas. A transmissão do VE precisa ser pequena, compacta e silenciosa.

"A transmissão é provavelmente o segredo mais bem guardado de um VE", diz Wennmo. "É a única maneira de manter o tamanho do motor baixo e, ao mesmo tempo, otimizar o torque e as rotações. E todos os fabricantes são muito reservados sobre como fazem isso."

A ferramenta de desbaste da Sandvik

Wennmo explica que os desafios específicos de engenharia da produção em massa de VEs - custo, velocidade, compactação - se estendem até o processo de fabricação das engrenagens individuais em uma transmissão de VE.

Atualmente, a melhor maneira de fabricar uma engrenagem é por meio de um processo chamado "skiving", um método de usinagem que usa fusos e ferramentas altamente sincronizados para cortar os dentes da engrenagem em velocidades incrivelmente altas com tolerâncias de tamanho mícron. Patenteado em 1910, o skiving só se tornou viável para a fabricação de engrenagens internas, como as de transmissões automotivas, em 2007, resultado de avanços no desenvolvimento de máquinas-ferramenta e no projeto de software. O skiving é frequentemente comparado a uma combinação de hobbing e shaping, dois processos usados no mundo do fresamento para fabricar engrenagens. Diferentemente da modelagem, que é basicamente uma ferramenta de corte aplicada a uma superfície estática de metal, o hobbing e o processo mais avançado de skiving realizam esse momento de corte entre a fresa e a peça bruta da engrenagem à medida que elas giram continuamente entrelaçadas, o que, de forma um tanto confusa, parece duas engrenagens se engrenando.

Elias Häggström, Director of Leax Group, says electric vehicles' transmissions increase performance and decrease costs.

"Frequentemente falamos sobre microgeometrias quando discutimos as ferramentas que usamos para usinar engrenagens e transmissões", diz Elias Häggström, Diretor de Tecnologias de Engrenagens do Leax Group em Köping, Suécia, um fabricante de componentes avançados e soluções mecânicas para a indústria pesada, incluindo veículos elétricos. Sua empresa opera dez máquinas de desbaste de potência em suas nove fábricas em todo o mundo.

Segundo Häggström, "As configurações de engrenagens das caixas de câmbio ou transmissões são parâmetros bem conhecidos no projeto de automóveis. O que é diferente hoje em dia com os veículos elétricos é que as tolerâncias e as peças móveis precisam ser ajustadas com tanta precisão para reduzir o peso total, aumentar o desempenho e diminuir os custos.

"Mas a verdadeira dor de cabeça diária é o ruído, a vibração e a frequência", continua ele. "Um VE é totalmente silencioso. Em um veículo a combustível, todo o ruído extra dos componentes, como a transmissão e as engrenagens, é encoberto pelo ruído do motor, portanto, o ruído raramente é um problema. Você realmente não quer que as engrenagens gemam como em um carro normal."

Uma única configuração de usinagem

É aí que entra a experiência e a ferramenta de desbaste da Sandvik - uma única configuração de usinagem com uma CoroMill® 178 para produzir engrenagens de anel, eixos, engrenagens internas e externas e estrias, em comparação com os métodos mais tradicionais de corte de engrenagens, como brochamento e modelagem. As vantagens são velocidade, custo e qualidade para os fabricantes de carros elétricos, seus fornecedores e o consumidor final.

"Estamos sempre buscando os últimos mícrons", diz Häggström.