Fabricação de um quadro de bicicleta

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FABRICAÇÃO DE UM QUADRO DE BICICLETA 
 
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO MECÂNICA I 
 
Fernanda de A. Nascimento Silva, fer_nanda_silva@yahoo.com.br 
Francisca Moreira da Silva, Leeny-05@hotmail.com 
Isaque Duarte Mendonça, Isaque.dmendonca@bct.ect.ufrn.br 
Ilanna Karoline de Andrade Cândido, ilanna_candido@hotmail.com 
Raysa Cristiano P. Pereira, ysa.crist@hotmail.com 
 
Resumo: Este trabalho tem por objetivo exemplificar o processo de fabricação de um quadro de bicicleta, citando as 
etapas desde a seleção do material, neste caso ligas de alumínio, extrusão, usinagem, soldagem e acabamento, 
enfatizando o processo de soldagem utilizado neste caso solda TIG. Para as suas aplicações o perfil deve ter as 
propriedades mecânicas adequadas que são definidas nas etapas de processamento. Nessa etapa é também definido o 
formato final da peça que será comercializada. Serão abordadas também características da peça e das etapas da 
conformação mecânica, desde o pré-processamento até o pós-processamento. 
 
Palavras-Chave: solda TIG, quadro, Processo de Fabricação, Perfis, Ligas de Alumínio. 
 
1. INTRODUÇÃO: 
Na construção de uma bicicleta existem muitos pequenos detalhes, é o que fazem duas bicicletas de marcas 
distintas construídas a partir do mesmo conjunto de tubos, possuírem comportamentos distintos. Estas diferenças são 
conhecidas como “alma da bicicleta”. Os italianos são mestres clássicos na arte de dar alma às bicicletas, 
principalmente às de competição de estrada. Nos dias atuais são aplicadas diversas tecnologias na fabricação de 
bicicletas que é muito difícil assimilarem toda a evolução do produto. 
O principal componente na construção de uma bicicleta é o que se chama de “Alma”, ou quadro ele é formado por 
tubos ele é destinado a receber a montagem das principais peças da bicicleta. O quadro é construído a partir de perfis 
extrudados já cortados e curvados conforme o projeto. Os materiais mais comuns destes tubos, são o aço carbono, aço 
cromo-molibdênio e alumínio, eles são montados em um gabarito e soldados. Atualmente os grandes fabricantes 
utilizam solda TIG com atmosfera controlada e podendo esta operação ser automatizada ou manual. 
 
Figura 1. Quadro de Bicicleta 
Fonte: [10] 
 
O processo de soldagem TIG é um processo de soldagem a arco elétrico que utiliza um arco entre um eletrodo não 
consumível de tungstênio, com gás inerte, e a poça de soldagem. A sigla TIG corresponde às iniciais das palavras 
inglesas "Tungsten Inert Gas”. neste processo de soldagem TIG, pode-se utilizar metal de adição ou não (solda 
autógena), e seu grande desenvolvimento deu-se devido à necessidade de uniões de peças que requeiram altíssima 
qualidade na solda, empregado na soldagem de metais altamente sensíveis a oxidação, como o alumínio. As maiores 
vantagens do processo TIG são estabilidade e concentração do arco elétrico, o que significa poder utilizá-lo em todas as 
posições de soldagem e tipos de junta, além do bom aspecto do cordão de solda, isso que dizer acabamento suave e liso. 
Este método também pode se caracterizar pela ausência de respingos e escórias, o que evita trabalhos posteriores de 
limpeza, e por sua aplicabilidade em espessuras mais finas. 
 
2. PEÇA: CARACTERÍSTICAS 
O quadro é a coluna vertebral da bicicleta, onde se fixam todas as outras partes. Caracteriza-se pelo seu peso que 
deve ser leve e, ao mesmo tempo, rígido. Suas qualidades mecânicas dependem dos materiais de que é feito e das 
tecnologias de fabricação utilizadas. O quadro determina o tamanho da bicicleta, a forma e suportar todos os acessórios. 
Do quadro depende também grande parte do rendimento do conjunto [1], [2]. 
Ele representa cerca de um quarto do peso da bicicleta. O quadro ideal deve ser leve, porém o peso do quadro passa 
a ser favorável nas descidas aumentando a estabilidade da bicicleta. Já em pistas de velocidade, o que favorece é a sua 
rigidez, proporcionando um melhor comportamento da máquina. “O ciclista que desce uma encosta ‘sente’ melhor uma 
bicicleta um pouco mais pesada do que uma bicicleta demasiado leve” [1]. 
O quadro compõe-se de três tubos unidos entre eles pelos extremos por meio de solda simples ou com cachimbos 
soldados, como pode ser visto na Figura 2: 
 
 
 
 Figura 2. Partes do quadro 
 Fonte: [2] 
 
 
2.1. Descrição do sistema ao qual pertence 
 
De acordo com a Tabela 2, bem como visualizando a Figura 2, podemos perceber como as outras peças que 
compõem a bicicleta estão ligadas ao quadro: 
 
 
Figura 3. Indicação das partes da bicicleta 
Fonte: [4] 
 
 
 
 
A geometria do quadro de bicicleta é o que define a finalidade e o comportamento que a bicicleta terá. Essa 
geometria é o resultado da associação das medidas dos comprimentos dos tubos e ângulos do quadro da bicicleta. De 
maneira mais detalhada e sofisticada, é necessário incluir todas as variáveis de espessura e desenho dos tubos que serão 
utilizados na construção da bicicleta. 
 
Tabela 2. Nome das partes da bicicleta 
Fonte: [4] 
1 Selim 
2 Canote de selim 
3 Guidão 
4 Mesa 
5 Manetas de freio 
6 Cabos de aço 
7 Freio dianteiro 
8 Pneu 
9 Roda dianteira 
10 Garfo 
11 Pedal 
12 Pedivela e engrenagem 
13 Corrente 
14 Roda livre e engrenagem 
15 Freio traseiro 
 16 Quadro 
Tabela 1. Composição do quadro 
Fonte: [3] 
1- Tubo de selim; 
2- Tubo horizontal; 
3- Tubo oblíquo; 
 
Compreende também: 
4- O jogo da transmissão central; 
5- O jogo de direção; 
6- O garfo posterior; 
7- O garfo anterior. 
 
 
Figura 4. Denominação das medidas do quadro 
Fonte: [4] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 3. Denominação das medidas do quadro 
 Fonte: [4] 
 Medida Finalidade 
 
st = seat tube 
(tudo de selim) 
É usada como base para definir o tamanho da bicicleta para o ciclista 
e é geralmente a medida do tamanho nominal da bicicleta. Essa 
medida tem início nesse tubo até o centro do tubo onde se encaixa a 
pedivela da bicicleta (eixo do movimento central da bicicleta). 
 
tt = top tube 
(tubo superior) 
É o comprimento do tubo superior do quadro, bastante importante e 
usada como base para definir o tamanho da bicicleta para o ciclista. 
Essa medida de comprimento é tomada do centro do tubo dianteiro ao 
centro do tubo de selim, em linha reta paralela ao chão. 
 ht = head tube 
(tubo dianteiro) 
É o comprimento do tubo dianteiro do quadro, tomada do inicio ao 
final do tubo (onde se encaixa o garfo da bicicleta). 
hta = head tube angle 
(ângulo do tudo 
dianteiro) 
Essa medida é responsável por influenciar o equilíbrio dinâmico da 
bicicleta. 
sta = seat tube angle 
(ângulo do tubo de selim) 
Geralmente, a variação desse ângulo serve para mudar a postura e o 
conjunto muscular que o ciclista usará quando estiver pedalando. 
 
 
rc = chainstay 
(tubo inferior traseiro) 
O rc mais longo gera maior torção traseira da bicicleta, mais conforto 
ao pedalar devido à absorção de impactos, no entanto, a bicicleta 
torna-se mais lenta. 
 
O rc mais curto gera menor absorção de impactos na traseira da 
bicicleta, um desempenho melhor em subidas e sprints, além de fazer 
com que a bicicleta fique mais agressiva. 
so = standover 
(altura do tubosuperior) 
É a medida do chão até o ponto do tubo superior onde o ciclista, com 
os pés no chão, mantém a bicicleta entre as pernas. Essa é uma das 
mais importantes medidas da bicicleta. 
 
 
 
d = distância entre eixos 
 
A medida mais longa é ideal para iniciantes. A bicicleta tem reações 
mais lentas e previsíveis, são mais confortáveis por absorver melhor 
os impactos do solo e proporcionam maior estabilidade ao ciclista. 
 
A medida curta é ideal para profissionais. Quanto mais curta for a 
bicicleta, mais rápidas serão suas reações tanto direcionais como nas 
respostas à força do ciclista. 
2.1.1 Geometria da bicicleta 
 
2.1.1.1 Rodagem do pneu 
 
Qualquer que seja a rodagem da bicicleta, quanto mais leve a roda, melhor será a qualidade desejada. E embora 
diminuir o peso custe caro, vale a pena pagar por isso até determinado ponto. 
 Na tabela 4 a seguir, pode ser visto algumas diferenças com relação ao diâmetro da roda: 
 
 
Tabela 4. Diâmetro da roda 
Fonte: [5] 
Quanto maior o diâmetro da roda Quanto menor o diâmetro da roda 
 mais fácil passar por um obstáculo  mais dificuldade para passar obstáculos 
 absorve melhor os impactos  absorve pior os impactos 
 estrutura mais frágil  estrutura mais forte 
 mais lenta nas mudanças de direção  mais rápida nas mudanças de direção 
 pesa mais  acelera com mais rapidez 
 acelera com menos rapidez 
 
 
2.1.1.2 Guidão 
 
A altura do guidão é de extrema importância. A correta posição aerodinâmica e a posição confortável do tronco 
nem sempre andam lado a lado, por isso é necessário conciliar adequadamente a disciplina em que o ciclista está 
engajado e a velocidade que ele desenvolve, pois isso decidirá sua posição correspondente [4]. 
O guidão muito largo, maior que a largura dos ombros do ciclista, acarreta alguns problemas, como: 
 Aumentam a área da superfície frontal do ciclista e leva à perda de vantagem aerodinâmica; 
 Pode provocar dores nos ombros e/ou pescoço em passeios mais longos ou corridas; 
 Contrariamente a crença comum, guidão muito largo não resulta em mais entrada de oxigênio; 
 Muitas vezes leva a uma pilotagem mais nervosa que um guidão curto e consequentemente, à perda de 
conforto. 
 
 
Figura 5. Exemplos de guidão 
Fonte: [4] 
 
2.1.1.3 Mesa ou Avanço 
 
As diferentes medidas de comprimento e ângulo de mesas existentes permitem “afinar” o ajuste do ciclista na 
bicicleta. Por exemplo, uma mesa longa, com ângulo próximo a 0º projeto o corpo do ciclista mais à frente e mais para 
baixo, melhorando a aerodinâmica. Uma mesa mais curta, com ângulo em torno de 30º permite o uso da bicicleta com o 
tronco mais ereto. A medida da mesa é feita do centro do diâmetro onde se encaixa o guidão (a) até o centro do 
diâmetro onde se encaixa o garfo da bicicleta (b). 
 
 
 Figura 6. Mesa (ampliação) Figura 7. Mesa 
 Fonte: [4] Fonte: [4] 
 
2.1.1.4 Selim 
 
 Há uma forma de selim para cada corpo. Não é o formato do selim que dá mais conforto, mas como ele acomoda 
os ísquios e a musculatura das nádegas. Homens e mulheres têm ossatura de bacia e nádegas diferentes, portanto 
precisam de selins específicos. Isto não descarta que um selim masculino não funcione bem para uma mulher ou vice 
versa. Selins mais largos são mais apropriados para pequenos percursos e pouco tempo de pedal, mas são 
desconfortáveis para um pedalar mais agressivo e muito tempo sobre a bicicleta [4]. 
Na tabela 5 a seguir, podemos ver alguns tipos de selins e seus respectivos usos: 
 
 
Tabela 5: Usos do selim 
Fonte: [4] 
Selim largo 
Indicado para ambientes urbanos; 
Distâncias curtas; 
Pouco tempo sentado; 
Ruas pavimentadas. 
Selim muito largo 
Indicado para mulheres, gordos e pessoas com bacia larga; 
Distâncias curtas; 
Pouco tempo sentado. 
Selim médio 
Indicado para mulheres e pessoas com bacia larga; 
Distâncias médias. 
Selim fino Indicado para condução esportiva. 
 
 
2.1.1.5 Pedivela 
 
O comprimento da pedivela é mensurado a partir do centro do local de encaixe do eixo do pedal até o centro do 
eixo do movimento central da bicicleta [4]. 
 
 Existem no mercado pedivelas de várias medidas. A escolha da pedivela correta dependerá do comprimento da 
perna do ciclista e da modalidade de esporte envolvido: 
 
 
 Nas pedivelas para ciclismo (speed) as medidas encontradas são: 165, 167.5, 170, 172.5, 175, 177.5 ou 180 
mm; 
 Na maioria das Mountain Bikes as medidas são 170 ou 175 mm. 
 
 
 
 Figura 8. Pedivela Figura 9. Pedivela ampliado 
 Fonte: [4] Fonte: [4] 
 
A Tabela 6 a seguir, sugere a escolha da pedivela mais adequada, lembrando que a melhor escolha será sempre a 
busca de ajuda profissional: 
 
 
Tabela 6. Escolha mais adequada para pedivela 
Fonte: [4] 
medida do cavalo (entre pernas) Pedivela de corrida (speed) Pedivela de Mountain Bike 
centímetros (cm) milímetros (mm) milímetros (mm) 
menor que 74 165 ou 167,5 170 
74 a 81 170 175 
82 a 86 172,2 175 
maior que 86 175 180 
 
 
2.2. Esforços mecânicos sofridos 
 
O quadro de bicicleta deve apresentar maior rigidez juntos às uniões, pois é onde ocorrem as solicitações mecânicas 
mais importantes. O centro da transmissão sofre, em particular, esforços consideráveis, sobretudo quando o ciclista se 
levanta do selim. Apesar dos enormes progressos realizados nos quadros colados de alumínio, infelizmente esse 
material ainda não é tão rígido na zona de transmissão central [6]. 
A Figura abaixo ilustra formas gráficas simplificadas dos tipos de esforços mais comuns a que são submetidos 
os elementos construtivos do quadro de bicicleta: 
 
 
 
Fi 
 
Figura 10. Esforços mecânicos sofridos no quadro 
Fonte: [6] 
 
(a) Tração: a força atuante tende a provocar um alongamento do elemento na direção da mesma. Esse esforço pode ocorrer quando o 
ciclista está sentado no selim, com isso o peso é distribuído ao quadro sob a forma de tração e compressão. 
(b) Compressão: a força atuante tende a produzir uma redução de tamanho do elemento na direção da 
mesma. Esse esforço pode ocorrer no tubo vertical do quadro e é mais crítico quando o ciclista está sentado no selim. 
(c) Flambagem: é um esforço de compressão em uma barra de seção transversal pequena em relação ao comprimento, que tende a 
produzir uma curvatura na barra. Esse esforço pode ocorrer no tubo vertical do quadro, embora seja pouco provável. 
(d) Cisalhamento: forças atuantes tendem a produzir um efeito de corte, isto é, um deslocamento linear entre seções 
transversais. Esse esforço pode ocorrer no pedal, que está diretamente acoplado no quadro e é mais crítico quando o 
ciclista fica em “pé”, se apoiando apenas nos pedais. 
 
2.3. Material do Quadro 
 
Segundo GALSKIN (1988) e PORTE (1996), entre as qualidades e os sistemas distintos de fabricação, existe uma 
ampla gama de materiais, ainda que quase sempre estes estejam de acordo com a relação peso/preço, ou seja, quanto 
mais leve mais caro. [7] 
 
A Tabela 7 a seguir, mostra alguns dos materiais mais empregados na fabricação do quadro de bicicleta: 
 
Tabela 7. Possíveis materiais utilizados na fabricação do quadro 
Fonte: [3] 
Material Custo Peso Conserto Oxidação Impactos Resistência 
Aço 
É o material 
mais barato 
Alto Fácil 
Está 
vulnerável 
Boa 
absorção 
Alta 
 
High tensil 
Preço baixo Médio Fácil 
Está 
vulnerável 
Boa 
absorção 
Baixa 
Cromomolibdênio 
preço 
médio/alto 
Baixo fácil 
Menos 
vulnerável 
ótima 
absorção 
Média 
Alumínio Preço baixo Médio difícil 
Pouco 
vulnerável 
 Média 
Titânio 
preço elevado, 
muito caro 
Baixo difícil Não oxida 
Boa 
absorção 
Alta 
Fibra de 
carbono 
Preço alto Baixo 
Não há 
conserto 
Não oxida 
Depende do 
projeto 
Alta 
Compostos 
(liga de 
materiais) 
preço alto Baixo 
depende da 
liga 
Pouco 
vulnerável 
Boa 
absorção 
Alta 
 
 
No entanto, o alumínio tem sido um material bastante empregado na fabricação de quadros atualmente, sendo 
responsável por uma grande parcela de bicicletas que são vendidas, devido ao seu custo benefício. 
O alumínio é comumente conhecido por ter uma boa resistência mecânica e à corrosão, boa conformabilidade, 
média usinabilidade, bem como apresenta um ótimo polimento e tem uma dureza na faixa de 100 a 120 HB. 
O alumínio é três vezes menos denso e três vezes menos resistente do que o aço. Por isso, embora o alumínio 
seja mais fraco, um quadro desse material pode ter o mesmo peso que um de aço. Melhor ainda, como a rigidez do 
quadro é mais determinante do que a sua resistência, é possível fazer um quadro de alumínio bem mais leve, desde que 
se usem tubos de maior diâmetro. O único problema é que alumínio é muito mais susceptível à fadiga, logo precisa ser 
superdimensionado. Por isso, no final das contas, o peso acaba não sendo a característica mais importante para a escolha 
do alumínio. Outros fatores, como conformabilidade, resistência à corrosão e moda, acabam sendo mais determinantes. 
As ligas mais comuns são SAE 6061 e 7005. No entanto, o alumínio também pode ser combinado com o aço, 
utilizando-o para o triângulo principal, além do cromo-molibdênio, para o garfo dianteiro e o triângulo traseiro, 
permitindo uma maior eficácia da força na roda traseira. Em geral o alumínio é soldado com solda TIG, carecendo de 
certa habilidade do soldador ou então de automatização. A grande vantagem do alumínio é que oxida bem menos que o 
aço. 
 
 
2.4. Montagem do quadro 
 
 A montagem do quadro de bicicleta tendo o alumínio como material pode ser feita manualmente através da 
soldagem TIG. 
Inicialmente as barras de alumínio com 6 (seis) metros de comprimento são cortadas em pequenos pedaços de 
acordo com o modelo de cada bicicleta. Em seguida as barras são levadas para o setor de conformação, onde as prensas 
fazem os cortes para os encaixes e, posteriormente, os tubos seguem para o setor de soldagem [8]. 
No setor de soldagem, os tubos são unidos uns aos outros seguindo um passo a passo, uma vez que os tubos 
não podem ser unidos aleatoriamente. Na figura abaixo os tubos estão numerados para entender melhor a sequência da 
soldagem [9]. 
 
 
Figura 11. Sequência de soldagem 
Fonte: [2] 
 
A sequência de soldagem é: 
 
4  1  3  5  2  6 
 
 Após a soldagem, a peça é resfriada na água e posteriormente seguem no transportador para o acabamento 
superficial. 
 
3. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO UTILIZADOS 
 
O fluxograma de produção de uma bicicleta envolve diversas fases relacionadas aos seus diversos componentes de 
montagem. [4] 
 
 
 
Figura 12. As principais partes de uma bicicleta 
Fonte: [21] 
 
Para a produção do Quadro da Bicicleta, ou alma da bicicleta, objeto de estudo neste trabalho, o fabricante 
geralmente encomenda os diversos componentes que serão trabalhados e unidos para a formação do quadro. Esses 
componentes são os tubos, que passam pelo processo de conformação mecânica “extrusão”, mas também podem chegar 
à fábrica já cortados e curvados. Existem diversas ligas usadas na produção dos tubos e sua escolha varia de acordo com 
a necessidade do usuário (peso do conjunto, resistência mecânica, resistência à corrosão, etc.) e o custo. 
Para a análise, neste trabalho foram escolhidos quadros produzidos com liga de alumínio 6061 (tratada 
termicamente), que possuem maior resistência à corrosão, resultam em um produto mais leve, porém com menor 
resistência mecânica que as outras ligas utilizadas, como o aço ou o titânio. 
Os tubos encomendados passam por tratamentos térmicos escolhidos, visando ceder maior resistência ao material ou 
outras características necessárias a cada tipo de quadro produzido; são montados em um gabarito e soldados. Para 
quadros produzidos com liga de alumínio, geralmente as soldas feitas são do tipo TIG (Tungsten Inert Gas), que 
oferece uma atmosfera de proteção gasosa ao processo. Atualmente, nas grandes linhas de produção, esse tipo de solda 
pode ser realizado roboticamente, e em alguns casos de forma manual, exigindo grande habilidade do operador e 
acarretando em um maior tempo de produção, mas para as pequenas fábricas esse processo é todo manual. 
Após o quadro e garfo soldados, são inseridos os pinos de ancoragem dos freios e outros acessórios [4]. 
 
3.1. Pré-processamento: Da obtenção do alumínio à extrusão 
 
“O alumínio, por suas excelentes propriedades físico-químicas – entre as quais se destacam o baixo peso específico, 
a resistência à corrosão, a alta condutibilidade térmica e elétrica e a infinita reciclagem – apresenta uma ampla 
variedade de utilização, que o torna o metal não-ferroso mais consumido no mundo [11]. 
Segundo a ABAL, o alumínio é obtido através de uma sequência de processos para tornar-se um dos mais versáteis 
materiais utilizados na indústria. Esses processos se iniciam pela mineração da bauxita, que contém óxido de alumínio 
em sua composição, mineral abundante no Brasil. Ao ser enviada à refinaria, e após diversos processos, extrai-se da 
bauxita a alumina que, por sua vez, passa pelo processo de eletrólise (Redução), obtendo-se o alumínio. 
Existem principalmente dois grupos de ligas de alumínio, as ligas trabalháveis e as ligas de fundição. A liga de 
alumínio utilizada nessa pesquisa é a 6061 (classificação obedecendo à norma ABNT NBR 6834) e pertence ao 
primeiro grupo. São ligas com adição de magnésio e silício (ligas Al-Mg-Si), que tornam o material mais suscetível a 
tratamentos térmicos, com elevada resistência a corrosão, porém com perdas na “trabalhabilidade” [11]. 
Para fornecer ao material as propriedades mecânicas características do produto final desejado, as ligas passam pelo 
processo de têmpera que, no caso da liga utilizada, visa a obtenção de maior resistência mecânica. A têmpera aplicável 
à liga 6061 é a T6, caracterizada por tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento artificial. 
No processo de solubilização, deseja-se que todos os elementos da liga se dissolvam dentro da matriz de alumínio 
que permanece sólida, para isso é necessário que o tratamento ocorra em elevadas temperaturas, mas que sejam abaixo 
da temperatura de fusão do alumínio (~660°C). No caso da liga Al-Mg-Si a temperatura de solubilização varia ao redor 
de 500°C. Em seguida a peça sofre um rápido resfriamento (normalmente em água) para evitar precipitados e manter a 
estrutura obtida. Deve-se tomar cuidado com a atmosfera onde ocorrer o processo, o tempo de aquecimento e o 
crescimento de grãos. No processo de envelhecimento artificial, a liga permanece longo tempo a temperaturas pouco 
elevadas (150~175°C), proporcionando a formação de finos precipitados endurecedores, que consequentemente 
endurecem a liga. 
Segundo a ABAL, a liga pode ser trabalhada a frio para, posteriormente, sofrer o tratamento térmico, porém, 
quando possível, a conformação deve ocorrer imediatamente após a solubilização e antes do envelhecimento. No caso 
de perfis extrudados, são necessários fornos com circulação de ar forçado, fornecendo à peça um aquecimento 
homogêneo. 
No processo de conformação por extrusão o alumínio é forçado através deuma matriz. Dependendo da ductilidade 
do material esse processo pode ser realizado a frio ou a quente, que no caso da liga Al-Mg-Si ocorre entre 550°C e 
590°C. 
Após as fases mencionadas, e a preparação dos perfis extrudados, eles podem ser soldados [15]. 
 
3.2. Processo de fabricação: Usinagem 
 
Após a obtenção dos perfis extrudados, para a formação de um quadro, os tubos são submetidos a um processo de 
usinagem onde são cortados e conformados, com o objetivo de adquirirem o tamanho e formato para a confecção dos 
encaixes, seguindo o posicionamento de cada tubo na estrutura do quadro e de acordo com os ângulos desejados. Além 
da pré-conformação das partes dos quadros, é importante os tubos passarem por uma fase de lixamento para a retirada 
de rebarbas, garantindo um perfeito assentamento entre as juntas do tubo, deve ainda fazer um furo na superfície para 
permitir a saída dos gases provenientes do processo de soldagem, além de uma limpeza nas superfícies e conexões do 
tubo para eliminar impurezas que possam contaminar a solda. [23] 
 
3.2.1. O processo de soldagem TIG 
 
Após de usinagem os perfis de alumínio (6061) usados na fabricação dos quadros de bicicletas são unidos, esta 
união se da através do processo de solda TIG. Este processo envolve muitos fatores, mas antes desse processo ocorrer, é 
importante analisar todos os problemas e defeitos que podem acontecer ao se soldar alumínio [19]: 
 
 Nem todas as ligas de alumínio são soldáveis: Além da soldabilidade, também é necessário que sejam 
tratáveis termicamente, para o alívio de tensões causadas no processo de solda. A liga 6061 possui tais 
características necessárias; 
 Enfraquecimento associado à solda: O alumínio possui grande condutividade térmica, por esse motivo as 
regiões termicamente afetadas pela solda são ampliadas; 
 Inclusões porosas: Por causa do rápido esfriamento do alumínio, quando bolhas de gás ficam presas na bolsa 
de solda, dificilmente elas conseguem sair antes da solidificação do metal; 
 Esfriamento não homogêneo: Um dos grandes riscos na hora de soldar é que uma região esfrie mais 
rapidamente que outras, pois causaria aumento de tensões internas, logo se deve ter um ambiente controlado, 
sem grandes correntes de ar ou outros fatores que interfiram na homogeneidade do esfriamento. 
 
A soldagem aplicada a tubos da liga 6061 é a TIG, abreviação para “Tungsten Inert Gas”, nome que faz referência 
ao eletrodo de Tungstênio e ao Gás Inerte utilizado. O processo de união (soldagem) é estabelecido através calor 
liberado pelo arco elétrico, produzido por um eletrodo não-consumível de tungstênio e, em alguns casos, pelo acréscimo 
do metal de adição. Enquanto o arco elétrico produz a poça de fusão, a tocha (bocal onde é instalado o eletrodo não-
consumível) é responsável por liberar uma proteção contra a contaminação da atmosfera, ou seja, o gás inerte. O gás de 
proteção utilizado pode ser o Argônio ou Hélio (ou a mistura dos dois) [12]. 
A solda TIG é conhecida por exigir muita habilidade do operador, por durante o processo diversos fatores devem 
ser realizados e analisados, por exemplo: deve-se tomar cuidar cuidado para não encostar o eletrodo de tungstênio na 
peça e, ainda, manter um pequeno arco elétrico; deve-se evitar manter a tocha muito tempo em uma determinada parte 
da peça, pois dependendo de sua espessura, podem ser causados furos. O operador deve se manter atento também ao 
eletrodo de tungstênio, que apesar de não-consumível se desgasta durante o uso. 
 
 
Figura 13. Soldagem TIG. 
Fonte: [13] 
 
 
3.2.2 Etapas do processo de soldagem. 
 
Ao se iniciar um processo de soldagem é necessário seguir determinadas etapas para se garantir um bom produto 
final. Assim, cada tipo de solda tem suas etapas características. No caso da solda TIG é necessário seguir-se o seguinte 
passo-a-passo [12]: 
 
 Preparo da superfície: Toda superfície de solda deve estar limpa, livre de particulados, graxas, óxidos, etc. 
Realiza-se lixamentos, escovamentos, decapagens, e outros processos que garantam uma superfície limpa. 
 Abertura do gás (pré purga): A abertura prévia do gás garante que outros gases que estejam na mangueira e 
na tocha sejam expulsos antes do início da solda, exemplo o ar atm. 
 Formação da cortina protetora: Preparo da cortina antes da abertura do arco. 
 Abertura do arco: Feita com o auxílio de um ignitor de alta frequência. 
 Formação da poça de fusão 
 Adição do metal na poça de fusão: no caso do alumínio, nem sempre esta fase é necessária. 
 Ao final, extinção do arco: interrupção da corrente elétrica. 
 Pós-vazão de gás inerte: Contínua formação da cortina protetora dobre a poça de fusão final, até que esta 
se solidifique. Proteção da poça. 
 Fechamento do fluxo de gás. 
 
Após a finalização do processo de soldagem, a peça passa por um processo de acabamento da solda, melhorando 
seu aspecto visual [12]. 
 
3.3. Pós-processamento 
 
3.3.1. Tratamento térmico 
 
O conjunto de peças de alumínio soldado geralmente passa por um tratamento térmico posterior, para aumentar a 
resistência da peça e evitar a fragilidade próxima às regiões de solda. 
Os tratamentos térmicos têm como principal finalidade a modificações nas propriedades dos materiais pela 
alteração do tipo e proporção das fases presentes, pela variação da morfologia dos microconstituintes ou pela variação 
da concentração e distribuição de defeitos cristalinos. Segundo Pieske (1988), uma grande variedade de ligas é 
suscetível de ter suas propriedades aprimoradas por meio de tratamentos térmicos, que tem como finalidade remover ou 
reduzir segregações e controlar algumas características do material, no entanto o tipo de tratamento a ser aplicado 
depende das propriedades na peça finalizada. Em ligas de alumínio é frequente a aplicação de dois tipos de tratamento 
térmico a solubilização e a precipitação. 
A solubilização é um tratamento térmico, cíclico, preliminar que tem como objetivo dissolver totalmente as fases 
microscópicas, é realizado pelo aquecimento de uma liga a uma temperatura elevada e em seguida resfriado 
rapidamente para que seja mantida a estrutura monofásica supersaturada. 
A Precipitação Consiste na precipitação de outra fase, na forma de partículas extremamente pequenas e 
uniformemente distribuídas, onde esta nova fase enrijece a liga, após a precipitação o material terá adquirido máxima 
dureza e resistência. Podendo este processo ser natural ou artificial [20]. 
 
 
Figura 14. Gráfico Tempo X temperatura 
Fonte: [24] 
 
3.3.2. Pintura 
 
Após tratamento térmico para finalizar, a alma passa pelo processo de pintura, que pode ser precedido pela 
aplicação de anti-corrosivos ou anti-oxidantes, e em seguida ser realizada a pintura eletrostática (geralmente utilizada 
pelos grandes fabricantes) [4]. 
Geralmente as peças são submetidas a um banho de fosfato, o qual é uma película que protege da corrosão. A tinta 
em pó é aplicada e em seguida ela é curada sob a ação do calor para endurecer. Após a pintura, são fixados nos quadros 
os adesivos que dão um toque especial às bicicletas [8]. 
 
3.4. Especificação de máquina e ferramenta 
 
Para a união dos perfis extrudados são necessários vários equipamentos, sejam de auxílio à solda, ou os próprios 
equipamentos de solda, que tornarão a montagem do quadro de bicicleta possível. São eles: 
 
Tabela 8. Tipos e especificações de máquinas e ferramentas 
Fonte: 
Máquina/ 
Ferramenta 
Imagens Especificação 
 
Fonte de 
Energia 
 
Fonte: [14] 
 
 
Cilindro de gás 
inerte 
 
 
Cabos 
condutores de 
energia 
 
 
Tocha 
Tem função de suportar 
o eletrodo de tungstênio 
e conduzir o gásprotetor. 
 
Metal de adição 
 
 
Grampo 
 
 
Alimentação de 
água 
 
Durante a soldagem a 
tocha deve ser resfriada. 
É utilizada água para 
correntes acima de 150 
A. 
 
Gabarito de 
soldagem 
 
Fonte: [16] 
 
 A geometria de uma 
bicicleta muda muito 
dependendo do modo e 
ambiente em que será 
usada, por esse motivo, 
gabaritos de soldagem 
para bicicletas 
apresentam a opção de 
ajustes de dimensões. 
EPI’s 
(Equipamentos 
de proteção 
individual.) 
 
 
Fonte: [17] 
 Necessário em todo 
tipo de soldagem, 
protegem o soldador 
contra os vários tipos de 
queimaduras decorridas 
da solda. No caso da 
solda TIG, deve proteger 
também dos raios UV 
emitidos. 
 
3.5. Tempo de ciclo 
 
Quanto mais avançada a tecnologia empregada num determinado processo de fabricação, o ciclo de produção tende 
a ser mais curto. Isso ocorre porque as novas tecnologias empregadas nas grandes linhas de produção tendem a 
equilibrar as características de tempo, custo e qualidade, investindo cada vez mais em capacidade de produção e em 
processos mecanizados ou automatizados. Por exemplo, a Caloi, uma das maiores produtoras brasileiras de bicicletas 
trabalha com cerca de 3,3 mil bicicletas saindo da linha de produção por dia, aumentando também o mercado nacional 
de vendas de bicicletas e ofertas de vagas de empregos [18]. 
A solda TIG, por exigir maior habilidade do operador, quando realizada de forma totalmente manual, exige um 
maior tempo de produção. Para soldadores com boas habilidades, podem ser produzidos de 12 a 14 quadros por turno. 
Esse processo, apesar de não ser novo, demorou um bom tempo para tornar-se automatizado, já que soldas curvas 
apresentavam um desafio, tornando a automatização uma fase nova nesse tipo de produção [19]. 
 
3.6. Insumos 
 
A escolha dos insumos utilizados no processo de solda TIG depende de alguns fatores, como qualidade e 
acabamento da peça, material a ser soldado, espessura, composição química, os principais são: 
 
 Tipo de energia consumida: É utilizado para soldagem de alumínio corrente alternada. 
 Gás Inerte: A função do gás e proteger o eletrodo e a poça de fusão da contaminação atmosférica e transferir 
corrente elétrica quando ionizado para solda de ligas de alumínio o gás utilizado e o argônio 
 Metal de adição: É comum o uso de varetas como metal de adição no processo de soldagem, manual, ou 
arame no processo mecanizado. Suas classificações têm como base suas propriedades mecânicas e químicas. 
Pela norma brasileira para soldas em alumínio e ligas o metal de adição utilizado é A5.10 
 Eletrodo: A seleção do tipo e diâmetro do eletrodo é feita com base no material que vai ser soldado, espessura 
da peça, tipo da junta, números de passes necessários e os parâmetros de soldagem. [12] 
 
 
 
3.7. Resíduos gerados 
 
Em todo processo de fabricação possui a geração de alguns tipos de resíduos neste caso temos o solido, cavacos 
gerados no processo de usinagem, que são resíduos devidos ao corte para conformação dos tubos, na solda tem-se o tipo 
escória. Também são gerados resíduos líquidos os chamados fluidos de corte utilizados lubrificação, refrigeração, 
remoção dos cavacos desobstruindo a região de corte. Durante a soldagem TIG não há produção de fumos (resíduos 
gasosos poluentes), mas há liberação de gás. [25] 
 
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DO PROCESSO (ESTADO DA ARTE) 
4.1 História Geral da Soldagem. 
A soldagem por forjamento foi descoberta há aproximadamente dois mil anos. Antes da década de 1880, a 
soldagem era realizada apenas na forja do ferreiro. Desde então a marcha da industrialização e duas guerras mundiais 
influenciaram o rápido desenvolvimento da soldagem moderna. Os métodos de soldagem básicos, soldagem por 
resistência, soldagem a gás e soldagem a arco, foram todos inventados antes da Primeira Guerra Mundial. Porém, 
durante o início do século XX, a soldagem e corte a gás foram dominantes para a fabricação e trabalhos de reparo. 
Somente alguns anos depois, a soldagem elétrica ganhou semelhante aceitação. 
Foi no século XIX que surgiu a soldagem por arco elétrico e no século XX a soldagem TIG, MIG, MAG, entre 
outras. Atualmente existem cerca de 50 processos usados industrialmente. O avanço a tecnologia de soldagem no século 
XX foi impulsionado pela indústria automobilística. Pois o processo de fabricação permitiu a redução de peso do chassi 
e a redução nos custos de montagem do veículo. 
 
4.2. SoldaTIG 
 
Os princípios da soldagem com arco protegido por gás começou a ser entendido nos meados de 1800, depois que 
Humphry Davy's descobriu o arco elétrico e inicialmente usava um eletrodo de carbono. Em 1890 C. L. Coffin teve a 
idéia de usar o arco elétrico, dentro de um gás inerte, mas as dificuldades de soldar materiais não ferrosos como 
alumínio e magnésio continuaram, porque estes materiais reagiam rapidamente com o ar, gerando porosidade e, 
conseqüentemente, soldas de baixíssima qualidade. [27] 
Figura 15. Primeiros intrumentos de soldagem 
Fonte: [27] 
 
Os processos existentes utilizando eletrodos revestidos, também não protegiam satisfatoriamente a área de 
soldagem os materiais não ferrosos e as soldas permaneciam de baixa qualidade. Para resolver o isto, em 1930, 
começaram a utilizar gás inerte engarrafado, para proteger a área de soldagem. Em seguida, utilizando uma fonte de 
energia DC, protegida com gás inerte, surgiu nas indústrias aeronáuticas da época, o processo que permita soldar 
magnésio. 
Em 1941 o processo estava completo e ficou conhecido como processo Heliarc ou "tungsten inert gas", abreviado 
para processo TIG, isto porque o processo utilizava um eletrodo de tungstênio e hélio como gás de proteção. O processo 
foi "considerado perfeito", quando se começou a utilizar corrente alternada com adição de alta frequência (HF), a partir 
de onde se conseguia um arco estável que permitia soldar ligas de alumínio e magnésio com perfeição e boa qualidade 
de solda. 
 
 
Figura 16. Primeiras máquinas de solda 
Fonte: [27] 
 
Já nos anos de 1950 o processo se tornou popular, passando a ser utilizado o argônio como gás de proteção no lugar 
o hélio, por ser economicamente mais barato. Uma das inovações durante a criação do processo como conhecemos hoje, 
foi a utilização da "corrente pulsada". O equipamento varia entre altas e baixas amperagens, sendo que na mais alta faz 
a solda e na mais baixa solidifica e esfria o material que está sendo soldado. Com isto conseguimos soldar materiais 
com o mínimo de "empenamento" por temperatura. Em 1980, surgiram as fontes de energia do tipo Inversoras, 
extremamente compactas, com total controle de parâmetros e grande economia de energia elétrica. [27] 
5. CONCLUSÃO 
O presente artigo, por tanto, tem como objetivo sintetizar e prover uma análise superficial de como é produzido um 
quadro de bicicleta, desde a seleção dos perfis de alumínio passando pelo processo de usinagem, soldagem e montagem, 
enfatizando o processo de soldagem utilizado nesta fabricação, bem como suas principais características. Neste caso a 
soldagem envolvida é o processo TIG, devido a suas propriedades. O principal embasamento são as literaturas 
especializadas de engenharia e processos de fabricação mecânica, além de catálogos técnicos e artigos científicos 
acerca, tanto do processo de soldagem (TIG), como da fabricação da peça em destaque, (quadro de bicicleta). Também 
são descritas propriedades mecânicas do quadro de bicicleta e tratamentos térmicos para melhoramento das 
propriedades do alumínio. 
 
6. REFERÊNCIAS 
 
[1] HINAULT, 1998, 14. Maio. 2013, 
[2] NORET, 199, 14. Maio. 2013,[3] “Morfologia da bicicleta”, Suzi Mariño Pequino – USP, 14. Maio. 2013, 
http://www.posdesign.com.br/artigos/dissertacao_suzi/04%20Cap%C3%ADtulo%204%20-
%20Morfologia%20da%20bicicleta.pdf 
[4] Escola da bicicleta, 14. Maio. 2013, http://www.escoladebicicleta.com.br 
[5] Equipe Xi mano, 16. Maio. 2013, http://www.ximano.com.br 
[6] “Análise de falha em junta soldada”, Mestrando Luiz Gustavo Medeiros – UFRS, 24. Maio. 2013, 
http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/21264/000736243.pdf?sequence=1”http://www.lume.ufrgs.br/bitstrea
m/handle/10183/21264/000736243.pdf?sequence=1 
[7] Portal São Francisco “Morfologia da bicicleta”, 24. Maio. 2013, http://www.portalsaofrancisco.com.br 
[8] “Estilo Shimano S02E01 - Fábrica da Caloi”, 05. Junho. 2013, http://www.youtube.com/watch?v=7TufkWke11w 
[9] “Nascimento de um quadro de Bike - Montagem E Manutenção”, 05. Junho, 2013 
http://www.youtube.com/watch?v=wHe_aBZHSOo 
[10] BURLS, 07. Junho. 2013, http://www.burls.co.uk/tiMTB.php 
[11] Associação Brasileira do Alumínio- ABAL. “Fundamentos e aplicações do alumínio”, 2ª Ed. 
(ftp://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/EngMec_NOTURNO/TM343/09_1fundamentos-Alum%EDnio.pdf) 
[12] “Introdução a processos e metalurgia de soldagem”, Prof. Dr. João Batista Fogagnolo.- UniCamp 
(http://pt.scribd.com/doc/131362409/Apostila-de-Soldagem) 
[13] http://pt.wikipedia.org/wiki/Soldagem_TIG 
[14] Material didático “MEC1601- Soldagem – Tig_Plasma.pdf” 
[15] Processos de extrusão: 
http://www.fat.uerj.br/intranet/disciplinas/Processos%20de%20Fabricacao%20IV/Cap%204%20-%20Extrus%E3o.pdf) 
[16] http://aromeiazero.com/tag/gabarito-para-bike/ 
[17] (www.oxigenio.com/guia-do-processo-de-soldagem-tig-ou-gtaw/epis-para-o-processo-de-soldagem-TIG.htm) 
[18] SUFRAMA – Superintendência da Zona Franca de Manaus 
[19] Cia do Pedal – “Os segredos do alumínio” (http://www.ciadopedal.com.br/blog/os-segredos-do-aluminio/) 
[20] Tratamentos térmicos em ligas de alumínio (http://www.tede.udesc.br/tde_arquivos/11/TDE-2007-03-
08T072004Z-294/Publico/Microsoft%20Word%20-%20CAPITULO%203.pdf) 
[21] http://www.fazfacil.com.br/manutencao/bicicleta-tipos-freios/ 
[22]http://www.vmetais.com.br/pt-
BR/Negocios/Aluminio/Documents/Cat%C3%A1logo%20VM%20CBA%20de%20Perfis%20industriais%20-
%20Vers%C3%A3o%20de%2020032012.pdf 
[23] “Etapas de fabricação de algumas peças”, 06. Junho. 2013,< http://www.santafisio.com/ipmc/64.html.> 
[24] “Alumínio e suas ligas”, 6. Junho. 2013,< 
http://www.spectru.com.br/metalurgia/diversos/aluminio%5b1%5d.pdf > 
[25] “Gestão de resíduos fluidos de usinagem “, 6. Junho. 2013, 
<http://wwwapp.sistemafiergs.org.br/portal/page/portal/sfiergs_senai_uos/senairs_uo697/proximos_cursos/Fluidos%20
de%20usinagem_RS.pdf.> 
[26] http://www.brendamake.com/resume/fem/fem.html 
[27]http://www.oxigenio.com/guia-do-processo-de-soldagem-tig-ou-
gtaw/historia_do_processo_de_solda_TIG_tungsten_inert_gas.htm