2020 Corvette C8: Uma Obra-Prima da Engenharia de Compósitos

No início deste ano, a primeira parcela dos carros esportivos Chevrolet Corvette de oitava geração (C8s) da General Motors Co. (GM, Detroit, Mich., EUA) saiu da linha de montagem de Bowling Green, Ky., EUA da GM. Descrito como o "Corvette de entrada mais rápido e potente" na história de 67 anos do modelo, também é o Corvette mais intensivo em compósitos, e o primeiro a apresentar configuração de motor central. Não apenas o Corvette Stingray 2020 é bonito e rápido, mas está equipado com uma série de recursos de luxo. No entanto, não deixe que a boa aparência e os tempos de pista rápidos o enganem: há muita inovação em compósitos neste carro. A cobertura em duas partes da CW sobre o uso de compósitos neste veículo começou na edição de julho de 2020. Esta é a parte 2.

Estrutura da carroceria: parte B

O novo Corvette apresenta não um, mas dois porta-malas que, combinados, comportam 12,6 pés cúbicos/0,36 metros cúbicos de carga. Ambos os porta-malas são produzidos em resina vinil éster-poliéster insaturado (VE-UP) com 42% em peso de fibra de vidro picada, mas usam processos diferentes impulsionados pela geometria e requisitos mecânicos. O porta-malas dianteiro (frunk) é moldado por compressão com SMC (composto de moldagem em folha) "float" de gravidade específica (SG) 0,95, enquanto o porta-malas traseiro é formado via processo proprietário PRiME (Reforço Pré-posicionado Garantindo Excelência em Fabricação), uma variante de moldagem por compressão líquida (LCM). O SMC float e o processo PRiME foram desenvolvidos pelo processador Molded Fiber Glass Co. (MFG, Ashtabula, Ohio, EUA). A MFG produziu todas as peças estruturais SMC e LCM do carro.

"Embora ambos os espaços sejam caracterizados por paredes de desenho longo e raso, o frunk é menor que o porta-malas traseiro, e poderia ser moldado por compressão", explica Chris Basela, engenheiro líder de estrutura da carroceria do Corvette. "O porta-malas traseiro precisava de maior desempenho mecânico e era uma geometria difícil de preencher com uma carga de SMC. Como o processo PRiME nos permite alterar o comprimento da fibra, pudemos usar reforço pré-posicionado mais longo em nosso pré-forma. Fluir a resina [não o vidro] provou ser a melhor abordagem."

Engenharia inteligente e um novo material foram fundamentais para resfriar o motor do C8. Múltiplos caminhos primários de resfriamento (entradas traseiras atrás de cada porta, ventilações de caixa de roda dianteira e entradas de resfriamento externas) alimentam dutos de indução altamente complexos que canalizam ar através do veículo e através do motor, antes de ejeção através de ventilações de malha de alumínio e apliques SMC em ambos os lados da divisória de vidro que exibe o motor do Corvette. Os apliques são feitos com SMC float (0,95-SG) da MFG (fibra de vidro picada/resina UP-VE). Baixo em compostos orgânicos voláteis (VOCs), o material reduz emissões e elimina a necessidade de ressonadores nos dutos de indução traseiros, enquanto reduz custo e massa (2,4 quilogramas) versus tecnologias alternativas.

A massiva moldura traseira visível ao cliente — 64 por 69 por 24 polegadas (163 por 175 por 61 centímetros) — que envolve a metade traseira do compartimento de passageiros é moldada por compressão em SMC endurecido 1,2-SG. Este material reforçado híbrido apresenta fibra de carbono a 15% de fração de volume de fibra (FVF) e fibra de vidro a 30% FVF, com resina UP de baixo VOC, formulada para suportar calor do compartimento do motor. A moldura forma a base dimensional para todos os painéis externos e internos traseiros, ainda assim design flexível permite que seja usada para múltiplas variantes de modelo. Graças à consolidação significativa de peças, anexos secundários foram eliminados, aumentando espaço interno do pacote, reduzindo ruído/vibração/aspereza (NVH), fornecendo melhor estrutura e desempenho de vedação da carroceria, melhorando visibilidade da tampa traseira e reduzindo massa (15%) e custo versus a moldura anterior. "Dado o tamanho desta peça, que é quase 6 por 6 pés de altura e 2 pés de profundidade, na verdade tivemos que fazer o material fluir morro acima no molde, então todos estávamos um pouco preocupados com aquele primeiro disparo", relembra Basela.

Igualmente interessante é o anteparo (quadro da janela central), que foi formulado sob medida pela MFG para resolver desafios de alto calor e ruído, já que esta parte da cabine fica diretamente sobre o motor V8. Reforço de fibra de vidro combinado com enchimento de grafite de berílio em resina VE-UP de baixo VOC amortece a transmissão de som para o compartimento de passageiros tão efetivamente que eliminou a necessidade de contramedidas secundárias de amortecimento de som. Isso, por sua vez, reduziu custos, aumentou espaço interno do pacote e conforto do passageiro, e melhorou vedação da carroceria e NVH. "Com gravidade específica de 2,2, esta é a primeira peça compósita que me pediram para adicionar massa em vez de tirar", ri Basela.

Fechamentos e acabamentos

Painéis externos da carroceria são todos colados (interno/externo), pintados, SMC endurecido 1,2-SG (22-28% FVF fibra de vidro/resina UP, dependendo do componente) da Continental Structural Plastics (CSP), uma empresa do Grupo Teijin (Auburn Hills, Mich., EUA). Ao aparafusar fechamentos compósitos, a GM atinge o estilo agressivo, aerodinâmica e integração de resfriamento funcional do C8, com leveza custo-efetiva em múltiplas variantes de modelo usando peças comuns. Todos os painéis da carroceria são pintados em linha em um "sistema skuk" na posição do veículo, usando o inovador processo robótico de lixamento úmido de Bowling Green.

Outra inovação envolve o uso de uma junta de espuma elastomérica de silicone tixotrópica de uma parte aplicada no verso das portas de serviço SMC, que estão localizadas no porta-malas traseiro (uma em cupês, duas em conversíveis), e permitem acesso do cliente ao sistema de filtro de ar. Devido à proximidade com o compartimento do motor, a espuma elastomérica de alto desempenho foam-in-place (FIP) (Silastic 3-8186 da Dow, Inc., Midland, Mich., EUA) foi especificada para sobreviver a temperaturas de uso contínuo até 392°F/200°C enquanto fornece vedação durável com excelente resistência a conjunto de compressão, mesmo após ciclos repetidos de abertura/fechamento. A GM relata que a maioria das outras espumas e juntas cortadas a matriz teria derretido ou se decomposto sob exposição contínua a tais temperaturas. Após a dispensação, a junta aplicada é tratada termicamente a 167°F/75°C por 10 minutos para expandir a espuma, eliminando custo e desperdício de corte a matriz. As portas em si são SMC endurecido (42% FVF vidro em uma matriz VE-UP). Escudos térmicos, produzidos pela Gentex Corp. (Carbondale, Pa., EUA) usando tecidos de aramida Kevlar aluminizados resistentes a calor e abrasão (fibra da DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, Del., EUA), fornecem proteção térmica extra aos interiores das portas.

A GM também usou seu sistema de balanceamento de roda de precisão totalmente automatizado de segunda geração no C8. Desenvolvido com a The 3M Co. (St. Paul, Minn., EUA) e ESYS Automation (Auburn Hills, Mich., EUA), os pesos de roda compósitos de alta densidade (5,8-SG) com propriedades magnéticas personalizadas substituíram pesos metálicos estampados tradicionais em aço pintado, zinco ou chumbo que têm massa específica e devem ser aplicados manualmente nas rodas. O novo sistema usa grandes carretéis de fita extrudada com adesivo que contêm 67% em volume de liga de aço pós-industrial, resistente à corrosão, totalmente reciclável em uma base fluoropolímera. O sistema automatizado examina cada roda, então corta e aplica segmentos de fita de peso personalizado em incrementos menores e mais precisos para melhorar a dirigibilidade e reduzir desgaste do pneu. Também reduz tempo e custo de montagem, simplifica inventário, elimina sucata e mão de obra e é oferecido em mais cores que pesos metálicos.

Tetos de cupê estão disponíveis em três níveis de acabamento: pintado, SMC de baixa densidade endurecido (da CSP); transparente, policarbonato (PC) revestido duro; e compósito de fibra de carbono com revestimento transparente/trama exposta com bordas pintadas (da deBotech Inc., Mooresville, N.C.). A CSP também fornece vários painéis SMC Classe A, endurecido 1,2-SG para sistemas de teto retrátil de modelo conversível.

Outros painéis de acabamento externos incluem fascia frontal superior e inferior de poliolefina termoplástica (TPO) pintada, esta última com dutos integrados para direcionar ar aos freios (pacote Z51 apenas) e trocadores de calor externos. Grade externa e ventilações de resfriamento de freio são ABS pintado com acrilonitrila butadieno estireno. A fascia traseira superior é TPO moldado em cor (MIC), mas o conjunto da fascia traseira inferior é Classe A pintado, SMC 1,2-SG (vidro/resina UP), devido à proximidade da peça com ponteiras de escape quentes. O excelente desempenho mecânico do SMC permitiu à GM projetar uma saliência traseira curta sem suporte e usar espaçamentos maiores entre anexos sem empenamento. O SMC também distribui cargas eficientemente sobre uma área maior durante colisões traseiras de baixa velocidade do que termoplásticos. Suportes e sensores de assistência de estacionamento traseiro são colados ao SMC. Diz-se que esta é a primeira vez que fascias de para-choque SMC são usadas em veículos de alto volume.

Apliques da tampa traseira apresentam PC/ABS pintado para o painel superior, SMC com malha de alumínio para ventilações laterais e um aplique SMC inferior para acomodar carga térmica diretamente sobre o motor. Estes painéis SMC são produzidos pela Quantum Composites Inc. da LyondellBasell (Bay City, Mich., EUA). Interruptores de liberação de maçaneta são PC/ABS, enquanto a ventilação de entrada de ar traseira é SMC. O carro base tem um spoiler ABS soprado pintado e a grade de saída de ar traseira é ABS moldado por injeção pintado. Apliques de pilar A e cabeçalho são ABS pintado, assim como tampas de espelhos retrovisores externos e grades de entrada do radiador. Dependendo do pacote de opções, uma asa dianteira SMC endurecida e um divisor/difusor frontal de TPO soprado ou compósito de fibra de carbono — revestimento transparente/trama visível carbono/epóxi produzido pela deBotech usando pré-impregnado da Solvay Composite Materials (Alpharetta, Ga., EUA) — contribuem com estabilidade aerodinâmica adicional. Um difusor traseiro em SMC endurecido acopla à fascia traseira inferior em SMC Classe A pintado da MFG.

O pacote de acabamento premium de fibra de carbono apresenta vários detalhes de fibra de carbono revestidos transparentes/trama visível dentro e fora, incluindo tampas de espelhos, inserção de grade frontal, divisor frontal, asa acessória, coberturas do compartimento do motor, placas de interruptores de porta internas, molduras laterais, bisel do cluster do painel de instrumentos, coberturas de maçanetas, apliques laterais e placa de controle de condução. Estes componentes são produzidos pela deBotech, SMI Composites LLC (Comer, Ga., EUA) e Plasan Carbon Composites (Wixom, Mich., EUA).

Tecnologia avançada

O Corvette 2020 já ganhou muitos prêmios prestigiosos da indústria, incluindo Carro do Ano 2020 da MotorTrend, Prêmio de Parceria PACE (Contribuições Premier de Fornecedores Automotivos para Excelência) 2020 da Automotive News, e vários prêmios da Society of Plastics Engineers (SPE), incluindo Prêmio de Equipe de Engenharia de Veículo 2019. "Embora a nova arquitetura de motor central do Stingray tenha dominado as manchetes, não importa onde o motor esteja — na frente ou atrás do motorista — por oito gerações, os Corvettes sempre avançaram o estado da arte em tecnologia de materiais automotivos", adiciona Tadge Juechter, engenheiro-chefe executivo-Global Corvette. "Avançar a tecnologia está no coração do que fazemos."