Project and manufacturing of an interchangeable aluminum casted Formula SAE upright

No ramo automobilístico, busca-se sempre melhorar a relação peso/potência do veículo, diminuindo ao máximo a massa deste, sem comprometer a resistência de seus componentes. No projeto Fórmula SAE da equipe RS Racing UFRGS observou-se um grande potencial de redução de massa no sistema de suspensão, mais especificamente no projeto da manga de eixo. Dessa maneira, o presente trabalho tem por objetivo projetar, fabricar e validar o conceito de uma manga de eixo intercambiável e fundida em alumínio, conferindo menor massa e adequada rigidez ao conjunto, além de praticidade para substituição do atual componente fabricado em aço. Para tanto, foi escolhido o processo por fundição em areia curada frio para confecção das peças, utilizando-se um modelo de fundição único fabricado por manufatura aditiva de plástico PLA. A liga para fundição 354.0-T6 foi escolhida devido à sua alta tensão de escoamento, e tanto a liga quanto o tratamento térmico foram elaborados utilizando-se os laboratórios da universidade. O projeto da peça levou em consideração a situação de maior solicitação como a execução de uma curva com frenagem, e através da literatura estimou-se as cargas aplicadas ao componente. Através da análise de elementos finitos, projetou-se a manga de eixo para resistir aos esforços provenientes da utilização da peça em corridas de alto desempenho. A peça depois de fabricada foi avaliada quanto a sua composição química, microestrutura, dureza, tensão de escoamento e porosidade O resultado para os três primeiros itens foi satisfatório, no entanto, devido à porosidade excessiva do componente, a tensão de escoamento da peça mostrou-se abaixo da mínima esperada. Desse modo, apesar da peça final satisfazer aos requisitos geométricos estabelecidos, apresentando redução de 45% de massa com relação à manga de eixo atual, o componente fundido não foi validado, havendo a necessidade de melhoria no processo de fabricação no que tange a remoção dos gases do metal líquido durante a solidificação.The automotive industry always seeks to improve power to weight ratio of the vehicles, reducing its weight at maximum, without compromising the strength of its components. The RS Racing UFRGS Formula SAE project showed great potential for mass loss in the suspension system, more specifically in the design of the upright. Therefore, the present study aims to design, produce and validate the concept of a cast aluminum interchangeable upright, reducing its mass with adequate resistance, in addition to provide convenience for replacement of the current component manufactured in steel. It was chosen the no-bake sand casting process for preparation of the pieces, using a unique foundry model manufactured by additive manufacture of PLA plastic. The casting alloy 354.0-T6 was chosen due to its high yield strength, and both the alloy and the heat treatment where made using the University's laboratories. The design of the part considered the execution of a turn with braking as the worst-case scenario, and using the literature, the loads applied to the component have been estimated. Through finite element analysis, the upright was designed to resist the loads arising from the use of the component in high performance racing. The piece after manufactured was evaluated for its chemical composition, microstructure, hardness, yield strength and porosity. The results for the first three items were satisfactory, however, due to excessive porosity of the component, the yield strength showed to be below the minimum expected. Therefore, despite the final part geometry satisfies the requirements, featuring 45% of mass reduction with respect to current upright, the cast component was not validated, with the need for improvements in the manufacturing process regarding gases removal of the liquid metal during solidification