BR112021011896A2 - Acionador para abrir e fechar uma porta ou porta traseira de um carro - Google Patents
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Abstract
acionador para abrir e fechar uma porta ou porta traseira de um carro. a presente invenção refere-se a um acionador para abrir e fechar uma porta ou porta traseira de um carro que compreende uma mola de compressão helicoidal e um motor. a mola de compressão helicoidal é proporcionada para abrir uma porta ou a porta traseira de um carro quando forças compressivas da mola de compressão helicoidal são liberadas. o motor é proporcionado para comprimir a mola de compressão helicoidal de modo a fechar a porta ou a porta traseira do carro. a mola de compressão helicoidal compreende um fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal. o fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal compreende um núcleo de aço e uma camada de revestimento metálica. o núcleo de aço compreende uma liga de aço. a liga de aço compreende entre 0,8% e 0,95% em peso de carbono, entre 0,2% e 0,9% em peso de manganês; entre 0,1% e 1,4% em peso de silício; opcionalmente um ou mais do que um dos elementos de micro ligação cromo, vanádio, tungstênio, molibdênio, nióbio ou boro; opcionalmente alumínio; impurezas inevitáveis; e ferro. a microestrutura do núcleo de aço é perlita lamelar trefilada. a camada de revestimento metálica compreende pelo menos 84% por massa de zinco e preferivelmente alumínio.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ACIO- NADOR PARA ABRIR E FECHAR UMA PORTA OU PORTA TRA- SEIRA DE UM CARRO". Descrição Campo da Técnica
[001] A presente invenção refere-se a um acionador para abrir e fechar uma porta ou porta traseira de um carro. O acionador compre- ende um motor e uma mola de compressão helicoidal de fio de aço. Antecedentes da técnica
[002] SUVs (veículos utilitários esportivos) conhecem o aumento da popularidade. Os SUVs têm uma porta traseira grande - e portanto pesada. É conhecido o uso de molas de aço de compressão helicoidal nos acionadores para abrir e fechar a porta traseira de tais SUVs.
[003] Há uma tendência maior de usar acionadores de abertura e fechamento da porta traseira operados por motor. US2018/0216391A1 e US2017/0114580A1 descrevem tais acionadores.
[004] Em tais acionadores típicos, a porta traseira é aberta libe- rando as forças de uma mola de arame de aço helicoidal operando no modo de compressão. A porta traseira é fechada pela operação de um motor; pelo qual o motor comprime a mola de fio de aço helicoidal. A mola de fio de aço helicoidal para tais aplicações deve atender a re- quisitos muito rigorosos. De acordo com um primeiro requisito, a mola helicoidal deve ter um diâmetro pequeno, de modo a tornar o aciona- dor de abertura e fechamento da porta traseira o mais compacto pos- sível. A mola deve ser capaz de suportar as altas forças de compres- são de maneira consistente. O relaxamento da mola deve ser baixo, pois o relaxamento da mola modifica as forças da mola para uma dada compressão, o que seria negativo para o funcionamento do acionador de abertura e fechamento da porta traseira. Além disso, a mola deve ter resistência à fadiga suficiente, de modo que deve sobreviver ao número necessário de ciclos de abertura e fechamento da porta trasei- ra com alta carga da mola. Por causa do tamanho das portas traseiras dos SUVs, as molas utilizadas têm um longo comprimento.
[005] É conhecida a utilização de fios de aço com uma microes- trutura martensítica para a produção de molas helicoidais para aciona- dores de abertura e fechamento da porta traseira de carros. Fios de aço com uma microestrutura martensítica são normalmente fabricados por endurecimento e têmpera de operações de tratamento térmico.
[006] DE202004015535U1 descreve um sistema de abertura e fechamento da porta traseira de um carro. O sistema é composto por uma mola helicoidal de aço. A mola é feita de um fio de aço com um diâmetro de pelo menos 1 mm. A liga de aço da qual o fio de aço é fei- to compreende 0,5% - 0,9% em peso de carbono, 1% - 2,5% em peso de silício, 0,3% - 1,5% de manganês, 0,5% - 1,5% em peso de cromo, ferro e impurezas. A liga de aço opcionalmente compreende 0,05% - 0,3% em peso de vanádio e/ou 0,5% - 0,3% em peso de nióbio e/ou tântalo. O fio de aço é feito através de uma operação de patenteamen- to seguida de trefilação. O fio de aço é então endurecido e temperado para se obter uma microestrutura martensítica, uma resistência à tra- ção superior a 2300 N/mm2 e uma redução da área da seção transver- sal em ruptura de mais de 40%. O fio de aço obtido é conformado a frio em uma mola helicoidal, que é então aliviada a tensão em uma temperatura entre 200 °C e 400 °C. A mola pode ser injetada para au- mentar sua durabilidade.
[007] Existem molas helicoidais feitas com fio de aço trefilado. A Norma Europeia EN 10270-1:2011 é intitulada "Steel wire for mechani- cal springs - Part 1: Patented cold drawn unalloyed spring steel wire". Embora o título se refira um fio de aço de mola sem liga, a seção 6.1.2 da norma indica que a adição de elementos de micro-liga pode ser acordada entre o fabricante e o comprador. O padrão diferencia o fio da mola de aço de duas maneiras. A primeira forma é de acordo com o serviço estático (S) ou o serviço dinâmico (D). A segunda forma é de acordo com a resistência à tração, baixa (L), média (M) ou alta (H). As duas formas combinadas fornecem 5 graus de fio de aço mola (SL, SM, DM, SH e DH) para os quais as propriedades mecânicas (entre as quais a resistência à tração Rm) e os requisitos de qualidade são da- dos na Tabela 3 da norma EN 10270-1: 2011 em função do diâmetro do fio de aço. Por exemplo, para um fio de aço de diâmetro entre 3,8 e 4 mm, a resistência à tração Rm para o tipo DH (o tipo que tem a mai- or resistência à tração especificada) deve estar entre 1740 e 1930 MPa.
[008] Para evitar ruído emitido pelo acionador ao dirigir o carro, é prática comum que as molas de compressão helicoidal sejam flocadas. Uma camada de fibras têxteis curtas, por exemplo, fibras de poliamida, são unidas por meio de uma camada adesiva na mola de compressão helicoidal, após o enrolamento da mola. Desta forma, é criada uma camada de veludo que atua como amortecimento de ruído na mola fortemente comprimida no acionador. Descrição da Invenção
[009] A presente invenção se refere a um acionador para abrir e fechar uma porta ou porta traseira de um carro. O acionador compre- ende uma mola de compressão helicoidal e um motor. A mola de com- pressão helicoidal é proporcionada para abrir uma porta ou a porta tra- seira de um carro quando forças compressivas da mola de compres- são helicoidal são liberadas. O motor é proporcionado para comprimir a mola de compressão helicoidal de modo a fechar a porta ou a porta traseira do carro. A mola de compressão helicoidal compreende um fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal. O fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal compreende um núcleo de aço e uma camada de revestimento metálica. Preferivelmente, o diâmetro d (in mm) do fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal é entre 2 e 5 mm. O núcleo de aço compreende uma liga de aço. A liga de aço compreende - e preferivelmente consiste de - entre 0,8 e 0,95% em peso de carbono, entre 0,2 e 0,9% em peso de manganês; entre 0,1 e 1,4% em peso de silício; opcionalmente um ou mais do que um dos elementos de micro ligação cromo, vanádio, tungstênio, molibdênio, nióbio ou boro; opcionalmente alumínio; impurezas inevitáveis; e ferro. A microestrutura do núcleo de aço é perlita lamelar trefilada. A camada de revestimento metálica compreende pelo menos 84% por massa de zinco; e preferivelmente alumínio.
[0010] É um benefício da presente invenção que seja obtido um acionador que satisfaça todos os requisitos em termos de proprieda- des mecânicas, vida útil e prevenção de ruído no acionador. Fios de aço martensíticos são usados hoje em molas de compressão helicoi- dais para atuadores para abrir e fechar portas traseiras; as molas são pós-revestidas e fornecidas com uma camada flocada. As operações de pós-revestimento são normalmente realizadas para atingir um nível de resistência à corrosão normalmente exigido em aplicações automo- tivas. Os fios de aço necessários para os acionadores de abertura e fechamento de portas ou portões traseiros de carros têm, preferivel- mente, um diâmetro entre 2 e 5 mm e devem ter alta resistência e duc- tilidade suficiente. Fios de aço endurecidos e temperados (que possu- em microestrutura martensítica) desses diâmetros apresentam maior resistência. Molas helicoidais feitas com tais fios de aço endurecido e temperado e tendo sido submetidas ao pós-tratamento padrão (por exemplo, alívio de tensões, grenalhagem, pós-revestimento e floca- gem) fornecem a combinação de excelente resistência à fadiga, baixo relaxamento da força da mola, vida útil e atenuação de ruído. Em vir- tude das altas demandas por molas para acionadores para abrir e fe- char portas traseiras (altas forças compressivas, baixo relaxamento permitido, requisitos de vida de fadiga, requisitos de tempo de vida, sem geração de ruído) que combinam perfeitamente com as proprie- dades conhecidas dos fios de aço martensíticos (e os processos reali- zados na mola de compressão helicoidalmente enrolada feita de fio de aço martensítico), o especialista tem um preconceito técnico para usar fios de aço martensítico e não usar fios trefilados (fios trefilados têm uma microestrutura perlítica trefilada) para a produção de molas de compressão helicoidais para acionadores para abrir e fechar portas traseiras. As ligas de aço selecionadas na presente invenção surpre- endentemente fornecem fios de aço revestidos com microestrutura perlítica trefilada que têm uma combinação de propriedades do fio de aço (resistência, resistência ao escoamento, ductilidade) necessária para obter molas de compressão helicoidais que satisfaçam os requisi- tos demandados para uso em acionadores para abrir e fechar uma porta ou uma porta traseira de um carro. Além disso, não há necessi- dade de uma operação de pós-revestimento e não há necessidade de fornecer uma camada flocada na mola de compressão helicoidal. A camada de revestimento metálico fornece prevenção de ruído suficien- te para que nenhum ruído seja criado pela mola de compressão heli- coidal no acionador ao dirigir o carro. A camada de revestimento metá- lico também fornece a vida útil necessária para a mola de compressão helicoidal no acionador; e, portanto, para o acionador.
[0011] Em um acionador preferido, a camada de revestimento me- tálica proporciona a superfície da mola de compressão helicoidal.
[0012] Preferivelmente, o acionador compreende dois conectores, um para conectar o acionador a uma porta ou a uma porta traseira; e o outro um para conectar o acionador ao corpo do carro.
[0013] Preferivelmente, a liga de aço compreende pelo menos um ou mais do que um dos elementos de micro ligação vanádio, tungstê- nio, molibdênio, nióbio em quantidades individuais entre 0,04% e 0,2%
em peso de; e/ou compreende cromo em quantidades entre 0,15% e 0,4% em peso de; e/ou compreende entre 0,0005% e 0,008% em peso de boro.
[0014] Preferivelmente, a liga de aço compreende entre 0,02% e 0,06% em peso de alumínio. As referidas modalidades proporcionam melhores molas de compressão helicoidais graças a ductilidade supe- rior do fio de aço revestido usado para fabricar a mola de compressão helicoidal.
[0015] Em modalidades preferidas, a liga de aço tem um equiva- lente de carbono maior do que 1. O equivalente de carbono é definido como: C % em peso de + (Mn % em peso / 6) + (Si % em peso / 5) + (Cr % em peso / 5) + (V % em peso / 5) + (W % em peso / 5) + (Mo % em peso / 5) + (Nb % em peso / 5). Mais preferivelmente, a liga de aço tem um equivalente de carbono maior do que 1.05; mais preferivel- mente maior do que 1,1. Mais preferivelmente, a liga de aço tem um equivalente de carbono abaixo de 1,4, mais preferivelmente abaixo de 1,3.
[0016] Preferivelmente, o teor de carbono da liga de aço é menor do que 0,93% em peso, mais preferivelmente menor do que 0,9% em peso.
[0017] Em modalidades preferidas, a liga de aço compreende en- tre 0,15 e 0,4% em peso de Cr (mais preferivelmente, a liga de aço compreende menos do que 0,35% em peso de Cr, ainda mais preferi- velmente menos do que 0,3% em peso de Cr); e opcionalmente entre 0,04 e 0,2% em peso de V.
[0018] Quando a liga de aço compreende V, preferivelmente a liga de aço compreende menos do que 0,15% em peso de V.
[0019] Preferivelmente, a mola de compressão helicoidal tem um diâmetro externo menor do que 40 mm.
[0020] Preferivelmente, a mola de compressão helicoidal tem um comprimento em condição não carregada de mais do que 40 cm. Mais preferivelmente de mais do que 60 cm.
[0021] Preferivelmente, o comprimento da mola de compressão helicoidal em condição não carregada é menor do que 1000 mm.
[0022] Preferivelmente, a mola de compressão helicoidal tem um índice de mola entre 3 e 8. O índice de mola é a relação do diâmetro da mola (em que o diâmetro da mola para calcular o índice de mola é a média entre o diâmetro externo e o diâmetro interno da mola em condição não carregada) sobre o diâmetro do fio de aço da mola.
[0023] Preferivelmente, o diâmetro do fio de aço revestido é entre 2 e 4 mm, mais preferivelmente entre 2,5 e 3,8 mm.
[0024] Preferivelmente, a mola de compressão helicoidal tem um ângulo de passo entre 5 e 10°. As tais molas de compressão helicoi- dais pode ser usadas com benefício nos acionadores de abertura e fechamento da porta traseira de carros.
[0025] Preferivelmente, o fio de aço revestido usado para enrolar helicoidalmente a mola de compressão helicoidal tem uma resistência à tração Rm (em MPa) superior ao valor calculado pela fórmula 2680 - 390,71 * ln (d). Mais preferivelmente, a resistência à tração Rm (em MPa) do fio de aço revestido é superior ao valor calculado pela fórmula 2720 - 390,71 * ln (d); mais preferivelmente superior ao valor calculado pela fórmula 2770 - 390,71 * ln (d); e ainda mais preferivelmente supe- rior ao valor calculado pela fórmula 2800 - 390,71 * ln (d). Com a fun- ção "ln (d)" se entende o logaritmo natural do diâmetro d (em mm) do fio de aço revestido. O teste de tração para medir as propriedades me- cânicas dos fios de aço é conduzido de acordo com a ISO 6892- 1:2009, intitulado "Materiais metálicos - Teste de tração - Parte 1: Mé- todo de teste em temperatura ambiente".
[0026] Preferivelmente, a redução de percentual de área Z em rup- tura em teste de tensão do fio de aço revestido usado para a produção da mola de compressão helicoidal é mais do que 40%. A redução de percentual de área Z é calculado como: Z = 100*(So-Su)/So, S0 sendo a seção transversal original do fio de aço revestido antes de iniciar o teste de tensão e Su sendo a menor seção transversal do fio de aço revestido após fratura em teste de tensão.
[0027] Preferivelmente, a liga de aço compreende entre 0,3% e 0,6% em peso de Mn; ou a liga de aço compreende entre 0,6% e 0,9% em peso de Mn.
[0028] Preferivelmente o núcleo de aço compreende na mola pelo menos 95% - e mais preferivelmente pelo menos 97% - por volume de perlita lamelar trefilada.
[0029] Em uma modalidade preferida, o volume percentual de bai- nita na microestrutura do núcleo de aço é entre 0,2% e 2%, preferivel- mente abaixo 0,5%. Surpreendentemente, tais modalidades mostra- ram ser particularmente benéficas para a presente invenção. Quando a microestrutura compreende tais quantidades de bainita, é uma indi- cação de que a perlita lamelar é muito fina, favorável para atingir o en- rolamento ideal da mola e excelentes propriedades mecânicas da mo- la, sem que a bainita crie efeitos negativos. A quantidade limitada de bainita é importante para a ductilidade do fio de aço revestido. A baixa quantidade de bainita pode ser alcançada por uma operação de paten- teamento adequada no processo de produção do núcleo de aço. A porcentagem de volume de bainita na microestrutura do núcleo de aço do fio de aço revestido pode ser determinada por meio de microscopia óptica ou microscopia eletrônica de varredura usando um decapante apropriado.
[0030] Opcionalmente, a camada de revestimento metálica com- preende outros elementos ativos, cada um em quantidades individuais de menos do que 1% em peso.
[0031] Preferivelmente, a massa da camada de revestimento me-
tálica é menor do que 120 g/m2, mais preferivelmente entre 20 g/m2 e 80 g/m2, mais preferivelmente menor do que 60 g/m2 da superfície da mola de compressão helicoidal, ainda mais preferivelmente menor do que 40 g/m2 da superfície da mola de compressão helicoidal.
[0032] Preferivelmente, o revestimento metálico compreende pelo menos 88% em peso de zinco, mais preferivelmente pelo menos 90% em peso de zinco. Mais preferivelmente, a camada de revestimento metálica compreende pelo menos 93% em peso de zinco.
[0033] Preferivelmente, o revestimento metálico compreende - e preferivelmente consiste de - zinco, pelo menos 4% em peso de alu- mínio - e preferivelmente menos do que 14% em peso de alumínio op- cionalmente entre 0,2 e 2% em peso de magnésio (e preferivelmente menos do que 0,8% em peso de Mg); opcionalmente até 0,6% em pe- so de silício; opcionalmente até 0,1% em peso de elementos de terras raras, e impurezas inevitáveis.
[0034] Preferivelmente, a camada de revestimento metálica com- preende - e preferivelmente consiste de - entre 86% e 92% em peso de Zn e entre 14% e 8% em peso de Al; e impurezas inevitáveis. Pre- ferivelmente, a referida camada de revestimento metálica tem a massa entre 35 g/m2 e 60 g/m2. É um benefício particular que a referida ca- mada de revestimento metálica pode ser produzida delgada ao mesmo tempo em que ainda tem boas propriedades de proteção contra corro- são. Uma camada de revestimento delgada também facilita o enrola- mento da mola de compressão helicoidal.
[0035] Preferivelmente, a camada de revestimento metálica con- siste de zinco, entre 3% e 8% em peso de alumínio; opcionalmente até 0,1% em peso de elementos de terras raras; e impurezas inevitáveis. Preferivelmente, a referida camada de revestimento metálica tem a massa entre 60 e 120 g/m2.
[0036] Preferivelmente, a camada de revestimento metálica con-
siste de zinco, entre 3% e 8% em peso de alumínio; entre 0,2% - 2% em peso de (e preferivelmente menos do que 0,8% em peso) magné- sio; e impurezas inevitáveis. É um benefício particular que a referida camada de revestimento metálica pode ser produzida delgada ao mesmo tempo em que ainda tem boas propriedades de proteção con- tra corrosão. A camada de revestimento delgada também facilita o en- rolamento da mola de compressão helicoidal. A referida camada de revestimento metálica pode, por exemplo, ser menor do que 60 g/m2. Preferivelmente entre 25 g/m2 e 60 g/m2.
[0037] De preferência, a camada de revestimento metálico com- preende uma fase rica em alumínio globularizado. Essa fase rica em alumínio globularizada é criada na trefilação à medida que o fio de aço revestido é aquecido pela energia da trefilação; e mesmo em maior extensão quando um tratamento térmico de alívio de tensão é execu- tado na mola de compressão helicoidal após enrolar a mesma. Acredi- ta-se que a fase rica em alumínio globularizado melhora a resistência à corrosão da mola de compressão helicoidal metálica; de modo que uma camada de revestimento metálico mais fina pode ser usada.
[0038] Preferivelmente, o fio de aço revestido compreende uma camada de revestimento intermetálico fornecida entre o núcleo de aço e a camada de revestimento metálico. A camada de revestimento in- termetálico compreende uma fase FexAly. Mais preferivelmente, a ca- mada de revestimento intermetálico fornece entre 30% e 65% da es- pessura combinada da camada de revestimento intermetálico e da camada de revestimento metálico. A camada intermetálica é benéfica, pois cria a adesão necessária da camada de revestimento metálico, a fim de permitir que o fio de aço seja enrolado em uma mola de com- pressão helicoidal sem danificar a camada de revestimento metálico. Uma camada de revestimento intermetálica mais fina corre o risco de causar descamação ao enrolar a mola; um revestimento mais espesso corre o risco de que a capacidade de enrolamento não seja boa. A camada de revestimento intermetálico compreendendo uma fase Fe- xAly é obtida ao aplicar o processo de dupla imersão para aplicar a camada de revestimento metálico em um núcleo de aço. Um primeiro mergulho é realizado em um banho de zinco. Uma camada FexZny é formada na superfície do aço. O segundo mergulho é realizado em um banho que compreende Zn e Al. No segundo banho, a camada FexZny formada no primeiro banho é convertida em uma camada de revesti- mento intermetálico compreendendo uma fase FexAly.
[0039] Preferivelmente, o fio de aço revestido compreende uma camada de inibição. A camada de inibição é fornecida entre o núcleo de aço e a camada de revestimento metálico. A camada de inibição é fornecida por uma fase FexAly. De preferência, a camada de inibição tem menos de 1 pm de espessura. Um fio de aço revestido com tal camada de inibição pode ser obtido usando um processo de imersão única para aplicar a camada de revestimento metálico. A superfície de aço é ativada, por exemplo, por meio do processo Sendzimir, e o fio de aço é imerso em um banho contendo Zn e Al fundidos. O fio de aço é limpo após imersão no banho e resfriado.
[0040] Em uma modalidade preferida, a camada de revestimento metálica consiste de zinco e impurezas inevitáveis. Mais preferivel- mente a massa da camada de revestimento metálica é maior do que 80 g/m2, mais preferivelmente maior do que 100 g/m2.
[0041] Em modalidades preferidas, a liga de aço compreende en- tre 0,15% e 0,35% em peso de Si, ou a liga de aço compreende entre 0,6% e 0,8% em peso de Si, ou a liga de aço compreende entre 0,8% e 1,4% em peso de Si.
[0042] Em modalidades mais preferidas, a liga de aço compreende entre 0,6% e 1,4% em peso de Si; mais preferivelmente entre 0,8% e 1,4% em peso de Si. As referidas modalidades são particularmente benéficas, na medida em que um fio de aço revestido com alta resis- tência pode ser obtido, na medida em que a alta quantidade de Si evita a perda de resistência do fio de aço no processo de imersão a quente ao aplicar o revestimento metálico em uma etapa intermediária no pro- cesso de trefilação.
[0043] Em uma modalidade preferida, a liga de aço consiste de entre 0,83% e 0,89% em peso de C, entre 0,55% e 0,7% em peso de Mn, entre 0,1% e 0,4% em peso de Si, entre 0,15% e 0,3% em peso de Cr, entre 0,04% e 0,08% em peso de V, opcionalmente entre 0,02% e 0,06% em peso de Al; e impurezas inevitáveis e o equilíbrio sendo ferro.
[0044] Em uma modalidade preferida, a liga de aço consiste de entre 0,83% e 0,89% em peso de C, entre 0,55% e 0,7% em peso de Mn, entre 0,55% e 0,85% em peso de Si, entre 0,15% e 0,3% em peso de Cr, entre 0,04% e 0,08% em peso de V, opcionalmente entre 0,2% e 0,06% em peso de Al; e impurezas inevitáveis e o equilíbrio sendo ferro.
[0045] Em uma modalidade preferida, a liga de aço consiste de entre 0,9% e 0,95% em peso de C, entre 0,2% e 0,5% em peso de Mn, entre 1,1% e 1,3% em peso de Si, entre 0,15% e 0,3% em peso de Cr; e impurezas inevitáveis e o equilíbrio sendo ferro.
[0046] Em uma modalidade preferida, o fio de aço revestido e en- rolado de modo helicoidal tem uma seção transversal não circular, pre- ferivelmente uma seção transversal retangular ou quadrada. Para mo- dalidades em que a seção transversal do fio de aço revestido e enro- lado de modo helicoidal é não circular, o diâmetro desse fio de aço é o diâmetro equivalente. O diâmetro equivalente é o diâmetro de um fio com seção transversal circular que tem a mesma área de seção trans- versal que a do fio com seção transversal não circular.
[0047] Preferivelmente, o núcleo de aço do fio de aço revestido na mola de compressão helicoidal tem uma redução de trefilação de mais do que 75%. O fio laminado a partir do qual o núcleo de aço foi trefila- do, ou o núcleo de aço em si foi submetido a operação de patentea- mento para criar uma microestrutura perlítica; seguido por operações de trefilação de fio de aço. A redução da trefilação (em %) é definida como 100 * (Ao - Ai)/Ao, em que Ao é igual à área da seção transver- sal do fio laminado ou núcleo de aço após o patenteamento e antes da trefilação; e Ai a área da seção transversal do núcleo de aço trefilado usado para fabricar a mola. Durante a deformação da trefilação, os grãos de perlita serão orientados na direção longitudinal do núcleo de aço. O nível de orientação dos grãos de perlita é determinado pela re- dução da trefilação do núcleo de aço. A redução da trefilação pode ser avaliada a partir da avaliação da microestrutura de perlita lamelar trefi- lada do núcleo de aço do fio de aço revestido na mola de compressão helicoidal, por exemplo, por meio de microscopia ótica de luz em uma seção longitudinal (ou seja, ao longo da direção longitudinal do fio de aço revestido na mola de compressão helicoidal).
[0048] Em uma modalidade preferida, após 20000 ciclos de carga compressiva da mola de compressão helicoidal entre 63% e 37% de seu comprimento em condição não carregada, a perda de carga em 63% de seu comprimento é menor do que 5% (e preferivelmente me- nor do que 3%) comparado à carga em 63% de seu comprimento no primeiro ciclo.
[0049] A mola de compressão helicoidal como usada no acionador da presente invenção pode ser produzida de acordo com um método que compreende as etapas de: - proporcionar um fio de aço laminado; - patentear o fio de aço laminado ou um fio de aço trefilado a partir do fio de aço laminado, de modo a obter uma microestrutura perlítica;
- após a operação de patenteamento; e antes da trefilação ou entre as etapas de trefilação, aplicar um revestimento metálico no fio de aço laminado ou no fio de aço via imersão a calor, em que o re- vestimento metálico compreende pelo menos 84% por massa de zin- co; e opcionalmente alumínio; - trefilação, com redução da trefilação em mais de 75%, o fio laminado de aço revestido com metal patenteado com microestrutu- ra perlítica ou o fio de aço revestido com metal patenteado com micro- estrutura perlítica; obtendo assim um fio de aço revestido de metal cu- jo núcleo de aço tem uma microestrutura perlítica trefilada, de prefe- rência com diâmetro d (em mm) entre 2 mm e 5 mm; - enrolar helicoidalmente o fio de aço revestido em uma mola em espiral; - opcionalmente realizar um alívio de tensão térmica na mola helicoidal. O fio laminado de aço compreende uma liga de aço. A liga de aço consiste em entre 0,8% e 0,95% em peso de carbono; en- tre 0,2% e 0,9% em peso de manganês; entre 0,1% e 1,4% em peso de silício; opcionalmente, um ou mais de um dos elementos de micro- liga de cromo, vanádio, tungstênio, molibdênio, nióbio; opcionalmente boro; opcionalmente alumínio; impurezas inevitáveis; e o equilíbrio sendo ferro. A microestrutura do núcleo de aço no fio de aço revestido helicoidalmente é perlita lamelar trefilada.
[0050] De preferência, a operação de trefilação resulta em um fio de aço revestido com resistência à tração Rm (em MPa) superior ao valor calculado pela fórmula: 2680 - 390,71 * ln (d). Mais preferivel- mente, a trefilação resulta em um fio de aço revestido com resistência à tração Rm (em MPa) superior ao valor calculado pela fórmula 2720- 390,71 * ln (d); mais preferivelmente superior ao valor calculado pela fórmula 2770 - 390,71 * ln (d); e ainda mais preferivelmente superior ao valor calculado pela fórmula 2800 - 390,71 * ln (d). Com a função
"ln (d)" é entendido o logaritmo natural do diâmetro d (em mm) do fio de aço revestido. O teste de tração para medir as propriedades mecâ- nicas dos fios de aço é conduzido de acordo com a ISO 6892-1: 2009, intitulado "Metallic materials -- Tensile testing -- Part 1: Method of test at room temperature".
[0051] A etapa de patenteamento para obtenção de microestrutura perlítica pode ser realizada no fio laminado ou em um fio de aço trefi- lado do fio laminado. A etapa de patenteamento pode ser realizada como uma etapa em linha no processo de produção de fio laminado, por exemplo, por meio de patenteamento direto em linha. A etapa de patenteamento também pode ser realizada no fio laminado ou em um fio de aço retirado do fio laminado por meio de tecnologias de patente- amento conhecidas usando banhos de metais fundidos apropriados (como Pb) ou alternativas como leito fluidizado, sais fundidos e políme- ros aquosos. Antes da trefilação, uma etapa de decapagem e revesti- mento do fio pode ser realizada.
[0052] Preferivelmente, o método de fabricação da mola de com- pressão helicoidal compreende a etapa de aliviar termicamente a ten- são da mola de compressão helicoidal após enrolar a mesma. Mais preferivelmente, a etapa de tratamento térmico de alívio de tensão térmica é realizada a uma temperatura abaixo de 450 °C na mola de compressão helicoidal após a sua formação. Mais preferivelmente, a etapa de tratamento térmico de alívio de tensão é realizada a uma temperatura abaixo de 300 °C, mais preferivelmente abaixo de 250 °C.
[0053] Opcionalmente, outras etapas do processo podem ser apli- cadas à mola de compressão helicoidal após o alívio de tensões, por exemplo, configuração a quente ou configuração a frio múltipla. Com a configuração a quente se entende que a mola é mantida a uma tempe- ratura elevada no estado comprimido durante algum tempo. Com a configuração a frio significa que a mola é comprimida por vários ciclos à temperatura ambiente. Tais operações de configuração permitem que a mola atinja requisitos de relaxamento de mola mais restritos e limitados. Breve Descrição das Figuras nos Desenhos
[0054] A Figura 1 mostra uma SUV que compreende um acionador para abrir e fechar a sua porta traseira. A Figura 2 mostra um acionador para abrir e fechar a porta traseira de um carro. A Figura 3 mostra a mola de compressão helicoidal como na presente invenção. Modo(s) de Realizar a Invenção
[0055] A Figura 1 mostra uma SUV 12 que compreende uma porta traseira 14 e um acionador 16 para abrir e fechar a porta traseira. O acionador (Figura 2 mostra o acionador 16 para abrir e fechar a porta traseira de um carro) compreende a mola de compressão helicoidal 18 e um motor 20. O acionador compreende dois conectores 22, 23, um para conectar o acionador a uma porta ou a uma porta traseira; e o outro um para conectar o sistema ao corpo do carro. A mola de com- pressão helicoidal é proporcionada para abrir a porta traseira quando forças compressivas da mola de compressão helicoidal são liberadas. O motor é proporcionado para comprimir a mola de compressão heli- coidal de modo a fechar a porta traseira. Um exemplo da mola de compressão helicoidal que pode ser usado é mostrado em a Figura 3, tal mola tem um comprimento L e um passo p.
[0056] A mola de compressão helicoidal compreende um fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal. O diâmetro d (em mm) do fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal é preferivelmente entre 2 mm e 5 mm. O fio de aço revestido e enrolado de modo heli- coidal compreende um núcleo de aço e uma camada de revestimento metálica.
[0057] O núcleo de aço compreende uma liga de aço; que com- preende e preferivelmente consiste de entre 0,8% e 0,95% em peso de carbono, entre 0,2% e 0,9% em peso de manganês; entre 0,1% e 1,4% em peso de silício; opcionalmente pelo menos um ou mais do que um dos elementos de micro ligação cromo, vanádio, tungstênio, molibdênio, nióbio ou boro; opcionalmente alumínio; impurezas inevi- táveis; e ferro.
[0058] A Tabela 1 proporciona exemplos específicos de ligas de aço (com % em peso mínimo e máximo dos elementos na liga de aço) que podem ser usados na presente invenção para o núcleo de aço.
[0059] A microestrutura do núcleo de aço no fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal é perlita lamelar trefilada. Liga C (% em Mn (% em Si (% em Cr (% em V (% em Al (% em peso) peso) peso) peso) peso) peso) min max min max min max min max min max min max A 0,84 0,88 0,60 0,70 0,15 0,35 0,20 0,30 0,04 0,09 0,02 0,06 B 0,84 0,88 0,60 0,70 0,60 0,80 0,20 0,30 0,04 0,09 0,02 0,06 C 0,80 0,84 0,70 0,85 0,15 0,35 0,20 0,30 0,05 0,08 0,02 0,06 D 0,90 0,95 0,25 0,45 0,15 0,30 0,15 0,30 0,01 E 0,90 0,95 0,25 0,45 1,10 1,30 0,15 0,30 0,01 F 0,80 0,85 0,60 0,90 0,80 1,00 G 0,85 0,90 0,60 0,90 0,80 1,00 H 0,90 0,95 0,30 0,60 1,10 1,30 0,20 0,40 I 0,90 0,95 0,30 0,60 1,10 1,30 0,20 0,40 0,04 K 0,84 0,88 0,65 0,85 0,80 1,00 L 0,88 0,94 0,35 0,55 1,10 1,30 0,20 0,30 M 0,90 0,94 0,35 0,55 1,20 1,40 0,20 0,40 N 0,85 0,90 0,60 0,70 0,15 0,35 0,20 0,30 0,04 0,08 0,02 0,06 Tabela 1: Exemplos de ligas de aço que podem ser usados na presen- te invenção.
[0060] Um exemplo específico de tal mola de compressão helicoi- dal foi enrolado com um fio de aço revestido, cujo núcleo de aço tem uma microestrutura perlítica trefilada e 3,4 mm de diâmetro. A mola de compressão helicoidal tem um comprimento L 0,8 m na condição sem carga. O índice de mola da mola helicoidal exemplar é de 6,5. O passo p da mola é de 15,2 mm. O diâmetro externo da mola de compressão helicoidal é de 26,8 mm.
[0061] De modo a fabricar o fio de aço revestido usado para enro- lar a mola de compressão helicoidal, um fio de aço laminado de 10 mm diâmetro foi usado.
[0062] O fio laminado de aço foi feito de uma liga de aço consistin- do em 0,86% em peso de C, 0,63% em peso de Mn, 0,2% em peso de Si, 0,22% em peso de Cr, 0,06% em peso de V; 0,04% em peso de Al; impurezas inevitáveis e o equilíbrio sendo ferro. Esta é uma liga de composição "A" da Tabela 1. O equivalente de carbono é: 0,86 + (0,63/6) + (0,2/5) + (0,22/5) + (0,06/5) = 1,169.
[0063] O fio laminado de aço de 10 mm de diâmetro foi patenteado para fornecer uma microestrutura perlítica; e foi então fornecido com um revestimento metálico por imersão a quente. O processo de imer- são a quente usado foi um processo de dupla imersão em que o fio de aço foi primeiro mergulhado em um banho de zinco fundido; seguido por imersão do fio de aço em um banho contendo 10% em peso de alumínio e o restante sendo zinco. A camada de revestimento metálico do fio de aço imerso a quente consistia em 10% em peso de alumínio e o restante sendo zinco.
[0064] O fio laminado patenteado - e imerso a quente - de 10 mm de diâmetro foi trefilado a um fio de aço de 3,4 mm de diâmetro; isso significa que foi aplicada uma redução de trefilação de 88,4%. O fio de aço resultante tem uma microestrutura perlítica trefilada. A resistência à tração Rm do fio de aço revestido é 2354 MPa; o valor Rp 0,2 é 1990 MPa, que é 84,5% do valor Rm. A redução percentual da área Z de ruptura no teste de tração do fio de aço é de 44,1%.
[0065] O revestimento metálico no fio trefilado de 3,4 mm foi 45 g/m2.
[0066] Depois de enrolar este fio de aço revestido em uma mola de compressão helicoidal, uma operação de alívio de tensão térmica foi realizada, mantendo a mola de compressão helicoidal em condição descarregada a 250 °C durante 30 minutos.
[0067] O fio de aço revestido da mola de compressão helicoidal compreendeu uma camada de revestimento intermetálica entre o nú- cleo de aço e a camada de revestimento metálica. A camada de reves- timento intermetálica proporcionou 45% da espessura combinada da camada de revestimento intermetálica e a camada de revestimento metálica. A camada de revestimento intermetálica compreendeu uma fase FexAly. Foi observado que a camada de revestimento metálica compreendeu uma fase rica em alumínio globularizado.
[0068] Amostras do fio de aço revestido utilizado na confecção da mola helicoidal foram submetidas a um tratamento térmico em estufa durante 30 minutos em temperatura de forno de 250 °C. Após este tra- tamento térmico, o teste de tração foi realizado na amostra de fio de aço revestido: a resistência à tração Rm é 2426 MPa; o valor de Rp 0,2 é 2366 MPa, que é 97,5% da resistência à tração Rm; e a redução percentual da área Z na quebra foi de 42%.
[0069] A análise do núcleo de aço da mola de compressão helicoi- dal mostrou que o núcleo de aço tem uma microestrutura de perlita trefilada, com mais de 97% em volume de perlita trefilada e cerca de 1% em volume de bainita.
[0070] A mola de compressão helicoidal foi usada em um aciona- dor para abrir e fechar a porta traseira de um carro. O revestimento metálico do fio de aço revestido proporcionou a superfície da mola de compressão helicoidal.
Claims (15)
1. Acionador para abrir e fechar uma porta ou porta traseira de um carro, caracterizado pelo fato de que compreende - uma mola de compressão helicoidal, para abrir uma porta ou a porta traseira de um carro quando forças compressivas da mola de compressão helicoidal são liberadas; e - um motor, para comprimir a mola de compressão helicoi- dal de modo a fechar a porta ou a porta traseira do carro; em que a mola de compressão helicoidal compreende um fio de aço revestido e enrolado de modo helicoidal; em que o fio de aço revestido e enrolado de modo helicoi- dal compreende um núcleo de aço e uma camada de revestimento metálica; em que o núcleo de aço compreende uma liga de aço; em que a liga de aço compreende e preferivelmente consis- te de entre 0,8% e 0,95% em peso de carbono, entre 0,2% e 0,9% em peso de manganês; entre 0,1% e 1,4% em peso de silício; opcionalmente um ou mais do que um dos elementos de micro ligação cromo, vanádio, tungstênio, molibdênio, nióbio ou boro; opcionalmente alumínio; impurezas inevitáveis; e ferro; em que a microestrutura do núcleo de aço é perlita lamelar trefilada; em que a camada de revestimento metálica compreende pelo menos 84% por massa de zinco; e preferivelmente alumínio.
2. Acionador, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que a camada de revestimento metálica proporciona a superfície da mola de compressão helicoidal.
3. Acionador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac- terizado pelo fato de que o revestimento metálico compreende – e pre- ferivelmente consiste de - zinco, pelo menos 4% em peso de alumínio, opcionalmente entre 0,2% e 2% em peso de magnésio, opcionalmente até 0,6% em peso de silício, opcionalmente até 0,1% em peso de ele- mentos de terras raras; e impurezas inevitáveis.
4. Acionador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac- terizado pelo fato de que a camada de revestimento metálica consiste de zinco, entre 3% e 8% em peso de alumínio; entre 0,2% - 2% em peso de magnésio; e impurezas inevitáveis.
5. Acionador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac- terizado pelo fato de que a camada de revestimento metálica compre- ende - e preferivelmente consiste de - entre 86% e 92% em peso de Zn e entre 14% e 8% em peso de Al; e impurezas inevitáveis.
6. Acionador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac- terizado pelo fato de que a camada de revestimento metálica consiste de zinco, entre 3% e 8% em peso de alumínio; opcionalmente até 0,1% em peso de elementos de terras raras; e impurezas inevitáveis.
7. Acionador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a massa da camada de revestimento metálica é entre 20 g/m2 e 80 g/m2.
8. Acionador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 3 a 7; caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento metálica compreende uma fase rica em alumínio globularizado.
9. Acionador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 3 a 8, caracterizado pelo fato de que o fio de aço revestido com- preende uma camada de revestimento intermetálica proporcionada entre o núcleo de aço e a camada de revestimento metálica, em que a camada de revestimento intermetálica compreende uma fase de Fe-
xAly; preferivelmente em que a camada de revestimento intermetálica proporciona entre 30% e 65% da espessura combinada da camada de revestimento intermetálica e a camada de revestimento metálica.
10. Acionador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 3 a 8, caracterizado pelo fato de que o fio de aço revestido com- preende uma camada de inibição, em que a camada de inibição é pro- porcionada entre o núcleo de aço e a camada de revestimento metáli- ca, em que a camada de inibição é proporcionada por uma fase de Fe- xAly; e preferivelmente em que a camada de inibição é menor do que 1 pm de espessura.
11. Acionador, de acordo a reivindicação 1 ou 2; caracteri- zado pelo fato de que a camada de revestimento consiste de zinco e impurezas inevitáveis, preferivelmente em que a massa de a camada de revestimento metálica é mais do que 80 g/m2, mais preferivelmente mais do que 100 g/m2.
12. Acionador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a liga de aço tem um equivalente de carbono maior do que 1; em que o equivalente de car- bono é definido como: C % em peso + (Mn % em peso / 6) + (Si % em peso / 5) + (Cr % em peso / 5) + (V % em peso / 5) + (W % em peso / 5) + (Mo % em peso / 5) + (Nb % em peso / 5).
13. Acionador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a liga de aço com- preende pelo menos um ou mais do que um dos elementos de micro ligação, vanádio, tungstênio, molibdênio, nióbio em quantidades indivi- duais entre 0,04% e 0,2% em peso; e/ou compreende cromo em quan- tidades entre 0,15% e 0,4% em peso e/ou compreende entre 0,0005 e 0,008% em peso de boro.
14. Acionador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a microestrutura do fio de aço em a mola de compressão helicoidal compreende mais do que 97% por volume de perlita trefilada.
15. Acionador, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que a liga de aço com- preende entre 0,02% e 0,06% em peso de Al.
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