Alguma vez se perguntou como é que os designers de chapas metálicas garantem a precisão dos seus projectos? Nesta publicação do blogue, vamos mergulhar no fascinante mundo do design de chapas metálicas e explorar dois conceitos essenciais: tolerância de dobra e dedução de dobra. Também apresentaremos o fator K e o seu papel nos cálculos. Junte-se a nós enquanto desvendamos estes tópicos e fornecemos informações valiosas de especialistas do sector.
No domínio da conceção de chapas metálicas, termos como tolerância de dobra, dedução de dobra e fator K são conceitos cruciais que têm um impacto significativo na precisão e eficiência dos processos de fabrico. Estes parâmetros desempenham um papel vital na determinação das dimensões finais das peças de chapa metálica dobrada e na garantia de um fabrico preciso. Vamos aprofundar estes conceitos e explorar os seus métodos de cálculo.
Os engenheiros e fabricantes envolvidos no fabrico de chapas metálicas utilizam algoritmos sofisticados para calcular com precisão as dimensões do padrão plano das peças, garantindo geometrias finais precisas após as operações de dobragem e conformação.
O "método de pinça" tradicional continua a ser uma abordagem empírica amplamente utilizada, incorporando factores como as propriedades do material, o raio de curvatura, o ângulo de curvatura, as configurações das ferramentas e as velocidades de conformação. Este método, embora eficaz, depende muito da experiência do operador e pode estar sujeito a inconsistências.
Com o advento de ferramentas computacionais avançadas, o design assistido por computador (CAD) e a análise de elementos finitos (FEA) revolucionaram a precisão e a eficiência do design de chapas metálicas. Estas tecnologias permitem uma simulação precisa do comportamento do material durante os processos de conformação, tendo em conta fenómenos complexos como o retorno elástico, as tensões residuais e o endurecimento por deformação.
Os sistemas CAD modernos utilizam algoritmos avançados de compensação de curvatura que integram modelos teóricos com dados empíricos. Estes algoritmos utilizam normalmente uma de duas abordagens principais:
As principais plataformas de CAD, como o SolidWorks, o Autodesk Inventor e o Siemens NX, oferecem módulos robustos de design de chapa metálica com tabelas de dobragem personalizáveis e bibliotecas de materiais. Estes sistemas permitem a integração de dados de dobragem específicos da oficina, assegurando o alinhamento entre os desenhos digitais e os processos de fabrico reais.
Além disso, tecnologias emergentes como a aprendizagem automática e a inteligência artificial estão a ser aplicadas para otimizar os cálculos de curvatura, tirando partido de vastos conjuntos de dados históricos de produção para aperfeiçoar as previsões e adaptar-se a combinações únicas de materiais e ferramentas.
Para melhorar a compreensão dos leitores sobre os conceitos básicos em conceção de chapas metálicas cálculo, serão resumidos e explicados os seguintes pontos:
Para uma compreensão mais clara de tolerância de curvaturaVer a figura 1, que ilustra uma dobra simples num componente de chapa metálica. A figura 2 mostra a peça no seu estado desdobrado.
Figura 1
Figura 2
O algoritmo de tolerância de dobragem descreve o comprimento desdobrado (LT) de uma peça de chapa metálica como a soma dos comprimentos de cada segmento após a peça ser achatada, mais o comprimento da área de dobragem achatada.
O tolerância de curvatura (BA) representa o comprimento da zona de curvatura achatada. Assim, o comprimento total da peça pode ser expresso pela equação (1):
LT = D1 + D2 + BA (1)
A área de dobragem (ilustrada a amarelo claro na figura) é a área que teoricamente sofre deformação durante o processo de dobragem.
Para determinar a geometria da peça desdobrada, siga estes passos:
A tarefa de determinar o comprimento da área de flexão achatada, representada por BA na figura, é um pouco mais difícil.
O valor de BA varia em função de factores como o tipo de material e a espessura do material, raio de curvatura e o ângulo, bem como o processo de quinagem, o tipo de máquina e a velocidade da máquina.
O valor de BA pode ser obtido a partir de várias fontes, incluindo fornecedores de materiais de chapa metálica, dados experimentais, experiência e manuais de engenharia.
No SolidWorks, é possível introduzir diretamente os valores BA ou utilizar o fator K (que será discutido mais tarde) para calcular os valores.
O mesa de dobragem é a forma mais exacta de especificar diferentes tolerâncias de flexão para diferentes situações com diferentes espessuras, raios e ângulos.
A criação da mesa de dobragem inicial pode demorar algum tempo, mas uma vez formada, pode ser reutilizada no futuro.
Podem ser introduzidas informações iguais ou diferentes para cada curva da peça.
1) Normas para a dobragem comum
2) Normas para a dobragem em Z
3) Normas para a dobragem em V
4) Normas para Dobragem em U
Leitura relacionada: Calculadora de força de curvatura em V e em U
A dedução de dobragem é um termo utilizado para descrever a quantidade de recuo no processo de dobragem de chapa. Este é outro algoritmo simples para descrever o processo.
As figuras 1 e 2 também se aplicam a este conceito. De acordo com o método da dedução de flexão, o comprimento achatado (LT) da peça é igual à soma dos comprimentos das duas secções planas que se estendem até ao "ponto de ponta" (a intersecção hipotética das duas secções planas), menos a dedução de flexão (BD).
Assim, o comprimento total da peça pode ser expresso como indicado na equação (2):
LT = L1 + L2 - BD (2)
O valor da BD pode ser determinado ou obtido a partir de várias fontes, como a folha material metálico fornecedores, dados experimentais, experiência, manuais de engenharia com equações ou tabelas, etc.
Figura 3
É importante que os utilizadores familiarizados com o método de dedução de flexão compreendam a relação com o método de tolerância de flexão, que é normalmente adotado no SolidWorks.
A relação entre os dois valores pode ser facilmente deduzida utilizando as duas geometrias de flexão e desdobramento de peças.
Comparando as equações (1) e (2), temos:
LT = D1 + D2 + BA (1) LT = L1 + L2 - BD (2)
E, portanto,
D1 + D2 + BA = L1 + L2 - BD (3)
Na Figura 3, o ângulo A representa o ângulo de flexãoque descreve o ângulo varrido pela peça durante a flexão, e também o ângulo do arco formado pela área de flexão, que é mostrado em duas metades.
Utilizando as dimensões e os princípios dos triângulos rectos, podemos deduzir as seguintes equações:
D1 = L1 - (R + T)TAN(A/2) (4) D2 = L2 - (R + T)TAN(A/2) (5)
Substituindo as equações (4) e (5) na equação (3), podemos obter a relação entre BA e BD:
BA = 2(R + T)TAN(A/2) - BD (6)
E quando o ângulo de flexão é de 90 graus, esta equação simplifica-se para:
BA = 2(R + T) - BD (7)
Estas equações (6) e (7) fornecem um método conveniente para converter de um algoritmo para o outro, utilizando apenas a espessura do material, o ângulo/raio de flexão, etc. como parâmetros.
Para os utilizadores do SolidWorks, estas equações fornecem um método direto para converter a dedução de curvatura em tolerância de curvatura.
O valor da tolerância de curvatura pode ser utilizado para toda a peça ou para cada curvatura individual, ou pode ser incluído numa tabela de dados de curvatura.
O fator K é um valor autónomo que explica a flexão e o desdobramento da chapa metálica em vários cenários geométricos.
É também um valor autónomo que é utilizado para calcular a tolerância à flexão (BA) sob várias condições, tais como diferentes espessuras de material, ângulos de flexão e raios.
As figuras 4 e 5 são fornecidas para ajudar a clarificar a definição aprofundada do fator K.
Figura 4
Figura 5
Podemos confirmar que existe um eixo neutro na espessura da peça de chapa metálica. A chapa material metálico neste eixo neutro na região de flexão não é esticado nem comprimido, o que significa que é a única área que não se deforma durante a flexão.
As figuras 4 e 5 mostram a fronteira entre as regiões rosa e azul.
Durante a flexão, a região cor-de-rosa comprime-se e a região azul estende-se. Se a camada neutra da chapa metálica não for deformada, o comprimento do seu arco na região de flexão permanece o mesmo, quer a peça seja dobrada ou achatada.
Consequentemente, a margem de curvatura (BA) deve ser igual ao comprimento do arco da camada neutra na região de curvatura da peça de chapa metálica, que é mostrado a verde na Figura 4.
A posição da camada neutra da chapa metálica depende das propriedades de um material específico, como a ductilidade.
Assume-se que a distância entre a camada neutra da chapa metálica e a superfície é "t", ou seja, a profundidade da superfície da peça de chapa metálica para o interior do material na direção da espessura.
Como resultado, o raio do arco da camada neutra pode ser expresso como (R + t). Utilizando esta expressão e o ângulo de flexão, o comprimento do arco da camada neutra (BA) pode ser calculado.
BA = Pi(R+T)A/180
A fim de simplificar a definição da camada neutra da chapa metálica e torná-la aplicável a todos os materiais, foi introduzido o conceito de fator K.
A definição do fator K é a seguinte: é a relação entre a espessura da camada neutra da chapa metálica e a espessura total do material da peça de chapa metálica. Por outras palavras, o fator K é definido como:
K = t/T
Por conseguinte, o valor de K estará sempre no intervalo de 0 a 1. Se um fator K for 0,25, isso indica que a camada neutra está situada a 25% da espessura total do material da chapa metálica.
Da mesma forma, se for 0,5, significa que a camada neutra está localizada a 50% de toda a espessura, e assim por diante.
Combinando as equações acima mencionadas, pode obter-se a seguinte equação (8):
BA = Pi(R+K*T)A/180 (8)
Por conseguinte, o valor de K situar-se-á sempre entre 0 e 1.
Se um fator K for 0,25, significa que a camada neutra está localizada a 25% da espessura do material da chapa metálica da peça.
Da mesma forma, se for 0,5, significa que a camada neutra está localizada a 50% de toda a espessura, e assim por diante.
A origem do fator K pode ser atribuída a fontes tradicionais, como fornecedores de materiais de chapa metálica, dados de ensaios, experiência, manuais, etc.
No entanto, em alguns casos, o valor fornecido pode não ser expresso como um fator K claro, mas ainda é possível encontrar a relação entre eles.
Por exemplo, se um manual ou literatura descrever o eixo neutro como "posicionado a 0,445x espessura do material a partir da superfície da chapa metálica", pode ser interpretado como um fator K de 0,445, o que significa k = 0,445.
Quando este valor de K é substituído na equação (8), obtém-se a seguinte fórmula.
BA = A (0,01745R + 0,00778T)
Se a equação (8) for modificada por outro método, a constante da equação (8) for calculada e todas as variáveis forem mantidas, pode obter-se o seguinte
BA = A (0,01745 R + 0,01745 K*T)
Comparando as duas equações, é fácil determinar que 0,01745 * k = 0,00778 e, portanto, k pode ser calculado como sendo 0,445.
Descobriu-se que o sistema SolidWorks também fornece um algoritmo de tolerância à flexão para materiais específicos quando o ângulo de flexão é de 90 graus. A fórmula de cálculo para cada material é a seguinte:
De facto, simplificando a equação (7) e fixando o ângulo de flexão em 90 graus, a constante pode ser calculada e a equação pode ser transformada do seguinte modo
BA = (1,57 * K * T) + (1,57 *R)
Por conseguinte, comparando a fórmula de cálculo acima referida, o valor de K para materiais de latão macio ou cobre macio pode ser obtido como 1,57xk = 0,55, ou K = 0,35.
Utilizando o mesmo método, é fácil calcular os valores do fator K para os vários tipos de materiais acima referidos.
Tal como referido anteriormente, existem várias fontes a partir das quais o valor do fator K pode ser obtido, tais como fornecedores de materiais, dados de ensaios, experiência e manuais.
Para estabelecer um modelo de chapa metálica preciso utilizando o método do fator K, é crucial encontrar a fonte apropriada de fator K que satisfaça os seus requisitos de engenharia. Isto garantirá que os resultados da peça física sejam tão exactos quanto desejado.
Em algumas situações, pode não ser possível obter resultados precisos utilizando apenas um valor de fator K, especialmente quando é necessário acomodar uma vasta gama de cenários de flexão.
Nestes casos, é aconselhável utilizar o valor da tolerância à flexão (BA) diretamente para uma única flexão de toda a peça, ou utilizar uma tabela de flexão para descrever os diferentes valores de BA, dedução de flexão (BD) ou fator K correspondentes a diferentes valores de A, R e T em toda a gama.
Além disso, as equações podem ser utilizadas para gerar dados como a tabela de curvatura de amostra fornecida pelo SolidWorks. Se necessário, as células da tabela de dobras também podem ser modificadas com base em dados experimentais ou empíricos.
O diretório de instalação do SolidWorks inclui tabelas de tolerância de dobragem, tabelas de dedução de dobragem e tabelas de fator K, que podem ser editadas e personalizadas conforme necessário.
Esta publicação apresenta uma visão global dos métodos de cálculo comuns e dos princípios subjacentes utilizados na conceção e fabrico de peças de chapa metálica.
Abrange o cálculo das tolerâncias à flexão, das deduções à flexão e dos factores K, e explica as diferenças entre estes métodos e as suas inter-relações.
Constitui uma referência útil para engenheiros e profissionais técnicos do sector.
Nota:
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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