Já alguma vez se perguntou como é que o metal pode ser moldado em formas complexas com precisão e eficiência? Este artigo mergulha no fascinante mundo dos métodos de expansão de metal, explicando várias técnicas como a moldagem por bojo e o bojo hidráulico. Descobrirá como estes processos transformam folhas de metal em componentes complexos e conhecerá as vantagens e os desafios de cada método. No final, terá uma compreensão clara de como estas técnicas inovadoras são aplicadas nas indústrias para criar produtos metálicos duradouros e precisos.
A conformação de saliências é adequada para vários tipos de peças em bruto, tais como copos de repuxo profundo, tubos cortados e soldaduras cónicas laminadas.
Os métodos de moldagem do bojo podem ser classificados da seguinte forma:
1) Formação de bolhas de matriz dura.
2) Moldagem por injeção macia, também conhecida como moldagem por injeção de borracha.
Quando os elastómeros de borracha são utilizados como meio, podem ainda ser divididos em com e sem cavidades de matriz. Com cavidades de matriz, existem cavidades de circuito fechado e cavidades de circuito aberto. As cavidades em circuito fechado são fabricadas a partir de uma única peça de material moldada numa curva fechada por torneamento ou fresagem. As cavidades em circuito aberto são constituídas por várias pétalas que são fechadas por uma força externa antes da moldagem.
3) Formação hidráulica do bojo.
4) Formação de protuberâncias de ligas de baixo ponto de fusão.
Este método utiliza uma liga de baixo ponto de fusão como meio, quer vertendo a liga fundida diretamente no tubo, quer inserindo no tubo uma haste de núcleo feita da liga.
O processo é essencialmente uma extrusão radial de toda a peça em bruto. A sua vantagem é o facto de não necessitar de selagem, mas as suas desvantagens incluem o carregamento e a limpeza inconvenientes e a baixa eficiência de produção. É adequado para materiais com elevada resistência ou peças que requerem grandes forças de deformação apesar de terem baixa resistência.
5) Outros métodos de formação de bolhas médias, tais como meios semi-fluidos como a parafina, a massa lubrificante e a vaselina, caracterizam-se por boas propriedades de vedação e pela capacidade de gerar pressões de bolha internas uniformes. São praticamente incompressíveis, mas as suas desvantagens incluem os processos alternados de aquecimento e arrefecimento necessários para o carregamento e a limpeza.
6) Novos processos, como a moldagem por bojo com esferas de aço em substituição de moldes moles ou fluidos, e a moldagem por explosão, como mostra a Figura 6-2.
a) utilização de uma esfera de aço em vez de um molde macio ou de um fluido; b) método de moldagem por explosão que consiste em 1 - molde macho, 2 - molde fêmea, 3 - esfera de aço, 4 - metade inferior do molde fêmea, 5 - anel do molde, 6 - explosivo, 7 - tubo vazio, 8 - água.
A conformação por abaulamento também pode ser dividida em abaulamento natural e abaulamento por compressão axial com base na estrutura da matriz.
O abaulamento natural ocorre quando a peça toma forma principalmente através do adelgaçamento da parede em bruto e da contração natural axial (encurtamento). Como se mostra na Figura 6-3, durante o abaulamento natural, a parede em branco suporta principalmente tensões de tração biaxiais num estado de tensão plana e deforma-se através do adelgaçamento e do alongamento em duas direcções.
A deformação no abaulamento natural é bastante complexa, variando muito com a forma da peça abaulada e a localização do abaulamento devido à presença e magnitude da contração axial durante o processo. O limite de conformação quando a moldagem depende apenas do afinamento da parede do blank está relacionado com a taxa de alongamento do material e a espessura da parede. Este tipo de conformação, que depende inteiramente do desbaste, é de facto uma forma de conformação localizada.
a) Processo de abaulamento b) Estado de tensão-deformação do componente.
1. Cabeça de pressão 2. Molde compósito 3. Haste de elastómero de borracha 4. Suporte da matriz.
O abaulamento por compressão axial, também conhecido como abaulamento por extrusão de plástico, é efectuado através da aplicação de uma força de compressão ao longo do eixo do tubo durante o abaulamento. Na prática, a compressão axial é frequentemente utilizada para aumentar o fator de abaulamento e cumprir o limite de formação do material. A aplicação de compressão axial melhora o estado de tensão e deformação na zona de abaulamento, facilitando a deformação plástica.
Por exemplo, quando a pressão axial é suficientemente elevada, a tensão de tração axial na zona de deformação torna-se compressiva, resultando num estado de tensão de tração e compressão, e o estado de deformação pode mudar de adelgaçamento na espessura e alongamento nas direcções radial e axial para compressão axial e alongamento radial, com pouco ou nenhum adelgaçamento na espessura, aumentando significativamente o limite do fator de protuberância.
A força de compressão axial aplicada à peça de trabalho e a força de abaulamento exercida na matriz de borracha podem ser fornecidas pelo mesmo componente, ou separadamente por dois ou três componentes para compressão bidirecional.
Dependendo da magnitude da força de compressão axial na peça de trabalho relativamente à força de abaulamento na borracha, bem como da sua relação, a tensão e a deformação sofridas pelo material na região de abaulamento podem variar significativamente.
Normalmente, a tensão axial no estado de tensão deve ser compressiva, mas se a pressão sobre a peça de trabalho for insuficiente, ou se a relação entre a pressão sobre a peça de trabalho e a força de abaulamento na borracha for demasiado baixa, pode também desenvolver-se um estado de tensão de tração.
Isto é essencialmente o mesmo que o abaulamento natural sem compressão axial. O estado de deformação deve ser tipicamente um estado de deformação plana sob tensão e compressão, ou um estado de deformação volumétrica sob tensão em duas direcções e compressão, que deve ser cuidadosamente distinguido no projeto do molde para componentes específicos.
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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