A conformação de chapa metálica é um mundo fascinante de maravilhas da engenharia. Desde a humilde lata de refrigerante até às carroçarias elegantes dos automóveis, estes processos moldam a nossa vida quotidiana. Neste artigo, vamos embarcar numa viagem pelos meandros da conformação de chapa metálica, guiados pelas ideias de especialistas experientes. Descubra a ciência por detrás da arte e desvende os segredos da criação de obras-primas em metal. Prepare-se para se surpreender com o poder e a precisão da conformação de chapas metálicas!
FIGURA 1 Exemplos de peças de chapa metálica.
(a) Peças estampadas.
(b) Peças produzidas por fiação.
QUADRO 1 Características gerais das folhasconformação de metais Processos (por ordem alfabética)
| Processo de formação | Características |
|---|---|
| Desenho | Peças rasas ou profundas com formas relativamente simples, taxas de produção elevadas, custos elevados de ferramentas e equipamento |
| Explosivo | Chapas grandes com formas relativamente simples, baixo custo de ferramentas mas elevado custo de mão de obra, produção de baixa quantidade, tempos de ciclo longos |
| Incremental | Simples a moderado formas complexas com bom acabamento superficial; baixas taxas de produção, mas sem necessidade de ferramentas específicas; materiais limitados |
| Impulso magnético | Operações de enformação superficial, abaulamento e estampagem em folhas de resistência relativamente baixa, requerem ferramentas especiais |
| Peen | Contornos pouco profundos em chapas de grandes dimensões, flexibilidade de funcionamento, custos de equipamento geralmente elevados, processo também utilizado para endireitar peças enformadas |
| Rolo | Peças longas com secções transversais constantes, simples ou complexas, bom acabamento superficial, taxas de produção elevadas, custos de ferramentas elevados |
| Borracha | Desenho e estampagem de formas simples ou relativamente complexas, superfície da folha protegida por membranas de borracha, flexibilidade de funcionamento, baixos custos de ferramentas |
| Fiação | Peças axissimétricas pequenas ou grandes; bom acabamento superficial; baixos custos de ferramentas, mas os custos de mão de obra podem ser elevados, a menos que as operações sejam automatizadas |
| Estampagem | Inclui uma grande variedade de operações, tais como perfuração, corte em branco, gravação em relevo, dobragem, flangeamentoe cunhagem; formas simples ou complexas formadas a taxas de produção elevadas; os custos das ferramentas e do equipamento podem ser elevados, mas o custo da mão de obra é baixo |
| Esticar | Peças grandes com contornos pouco profundos, produção de baixa quantidade, custos de mão de obra elevados, custos de ferramentas e equipamento aumentam com o tamanho da peça |
| Superplástico | Formas complexas, pormenores finos e tolerâncias dimensionais apertadas, tempos de conformação longos (por isso as taxas de produção são baixas), peças não adequadas para utilização a altas temperaturas |
FIGURA 2
(a) Ilustração esquemática do corte com um punção e uma matriz, indicando algumas das variáveis do processo.
Características de
(b) um orifício perfurado e
(c) A lesma.
(Note-se que as escalas de (b) e (c) são diferentes).
FIGURA 3
(a) Efeito da folga, c, entre o punção e a matriz na zona de deformação durante o cisalhamento. À medida que a folga aumenta, o material tende a ser puxado para dentro da matriz em vez de ser cisalhado. Na prática, as folgas variam normalmente entre 2 e 10% da espessura da chapa.
(b) Contornos de microdureza (HV) para um aço laminado a quente AISI 1020 com 6,4 mm (0,25 pol.) de espessura na região de cisalhamento.
FIGURA 4
(a) Puncionamento (perfuração) e apagamento.
(b) Exemplos de várias operações de corte e vinco em chapa metálica.
A punção consiste em cortar a folha para formar uma aba.
FIGURA 5
(a) Comparação das arestas cortadas produzidas por técnicas convencionais (esquerda) e por técnicas de obturação fina (direita).
(b) Ilustração esquemática de uma configuração para corte fino.
FIGURA 6 Corte com facas rotativas.
Este processo é semelhante ao de abrir latas.
FIGURA 7 Um exemplo de peças em bruto soldadas à Taylor
Produção de um painel lateral exterior de uma carroçaria de automóvel por laser soldadura topo a topo e estampagem.
FIGURA 8 Exemplos de componentes de carroçarias de automóveis soldados a laser e estampados.
FIGURAE 9
Ilustrações esquemáticas do processo de barbear.
(a) Corte de uma aresta cortada.
(b) Cisalhamento e corte combinados num só golpe.
FIGURA 10 Exemplos da utilização de ângulos de corte em punções e matrizes.
FIGURAE 11 Ilustrações esquemáticas
(a) antes e (b) depois do esvaziamento de uma anilha comum num molde composto.
Observar os movimentos separados da matriz (para o corte) e do punção (para fazer o furo na anilha).
(c) Ilustração esquemática do fabrico de uma anilha num molde progressivo.
(d) Conformação da parte superior de uma lata de aerossol num molde progressivo.
Note-se que a peça fica presa à tira até que a última operação esteja concluída.
QUADRO 2 Características importantes do metal para operações de conformação de chapas
| Característica | Importância |
|---|---|
| Alongamento | Determina a capacidade da chapa metálica para se esticar sem estrangulamento e falha; é desejável um expoente de endurecimento por deformação elevado (n) e um expoente de sensibilidade à taxa de deformação (m) |
| Alongamento do ponto de elasticidade | Normalmente observada em chapas de aço macio (também designada por bandas de Luder ou deformações de estiramento); resulta em depressões na superfície da chapa; pode ser eliminada por laminagem a quente, mas a chapa deve ser enformada num determinado período de tempo após a laminagem |
| Anisotropia (planar) | Apresenta um comportamento diferente em diferentes direcções planas, presente em chapas laminadas a frio devido à orientação preferida ou à formação de fibras mecânicas, provoca a formação de orelhas na estiragem profunda, pode ser reduzida ou eliminada por recozimento mas com uma força reduzida |
| Anisotropia (normal) | Determina o comportamento de desbaste de chapas metálicas durante o estiramento, importante na estampagem profunda |
| Tamanho do grão | Determina rugosidade da superfície em chapa metálica esticada; quanto mais grosseiro o grão, mais áspero é o aspeto (como uma casca de laranja); também afecta a resistência e a ductilidade do material |
| Tensões residuais | Normalmente causada por deformação não uniforme durante a conformação, resulta em distorção da peça quando seccionada, pode levar a fissuras por corrosão sob tensão, reduzidas ou eliminadas por alívio de tensões |
| Springback | Devido à recuperação elástica da chapa deformada plasticamente após o descarregamento, provoca a distorção da peça e a perda de precisão dimensional, podendo ser controlada por técnicas como a sobredobragem e o embutimento do punção |
| Wrnkling | Causada por tensões de compressão no plano da chapa; pode ser censurável; dependendo da sua extensão, pode ser útil para conferir rigidez às peças, aumentando o seu módulo de secção; pode ser controlada por ferramentas adequadas e conceção da matriz |
| Qualidade dos bordos cortados | Depende do processo utilizado; as arestas podem ser ásperas, não quadradas e conter fissuras, tensões residuais e uma camada endurecida pelo trabalho, o que é prejudicial para a formabilidade da chapa; a qualidade da aresta pode ser melhorada através de um corte fino, reduzindo a folga, raspagem e melhorias na ferramenta e na conceção da matriz e lubrificação |
| Estado da superfície da folha | Depende da prática de laminagem da folha; importante na formação da folha, uma vez que pode causar rasgões e má qualidade da superfície |
FIGURA 12
(a) Alongamento no ponto de elasticidade num provete de chapa metálica.
(b) Bandas de Lüder numa chapa de aço com baixo teor de carbono.
(c) Esticões no fundo de uma lata de aço para produtos domésticos.
FIGURA 13
(a) Ensaio de formação de copo (ensaio Erichsen) para determinar a formabilidade das chapas metálicas.
(b) Resultados do ensaio de abaulamento em chapas de aço de várias larguras. O provete mais à esquerda está sujeito, basicamente, a uma tensão simples. O provete que se encontra mais à direita é sujeito a um alongamento biaxial igual.
FIGURA 14
(a) Deformações em padrões de grelha circular deformados.
(b) Diagramas de limites de deformação (FLD) para várias chapas metálicas. Embora a deformação maior seja sempre positiva (alongamento), a deformação menor pode ser positiva ou negativa. R é a anisotropia normal da chapa, tal como descrito na Secção 4.
FIGURAE 15
A deformação da grelha e o rasgamento da chapa metálica durante a enformação. Os eixos maior e menor dos círculos são utilizados para determinar as coordenadas no diagrama de limites de enformação da Fig. 14b.
FIGURA 16
Terminologia de dobragem. Note-se que a raio de curvatura é medido até à superfície interior da peça dobrada.
FIGURA 17
(a) e (b) O efeito das inclusões alongadas (longarinas) na fissuração em função da direção de flexão em relação à direção de laminagem original da chapa.
(c) Fendas na superfície exterior de uma tira de alumínio dobrada num ângulo de 90°. Note-se também o estreitamento da superfície superior na zona da dobragem (devido ao efeito de Poisson).
QUADRO 3 Raio de curvatura mínimo para vários metais à temperatura ambiente
| Material | Estado | |
| Suave | Difícil | |
| Ligas de alumínio | 0 | 6T |
| Cobre-berílio | 0 | 4T |
| Latão (com baixo teor de chumbo) | 0 | 2T |
| Magnésio | 5T | 13T |
| Aço inoxidável austenítico | 0.5T | 6T |
| Baixo teor de carbono, baixa liga e HSLA | 0.5T | 4T |
| Titânio | 0.7T | 3T |
| Ligas de titânio | 2.6T | 4T |
FIGURA 18
Relação entre R/T e redução de área à tração para chapas metálicas. Note-se que a chapa metálica com uma redução de área à tração 50% pode ser dobrada sobre si própria num processo semelhante ao da dobragem de uma folha de papel sem fissurar.
FIGURAE 19
Springback na flexão. A peça tende a recuperar elasticamente após a flexão, e o seu raio de curvatura torna-se maior. Sob certas condições, é possível que o ângulo de curvatura final seja menor do que o ângulo original (negativo dorso da mola).
FIGURA 20 Métodos de redução ou eliminação do retorno elástico em operações de quinagem.
FIGURA 21
Operações comuns de dobragem de matrizes com indicação da dimensão da abertura da matriz, W, utilizado no cálculo das forças de flexão.
FIGURAE 22 Exemplos de várias operações de quinagem.
FIGURA 23 (a) a (e) Ilustrações esquemáticas de várias operações de dobragem num travão de prensa. (f) Ilustração esquemática de um travão de prensa.
FIGURA 24 (a) Enformação de talões com uma única matriz. (b) a (d) Enformação de talões com duas matrizes numa prensa dobradeira.
FIGURAE 25 Diversas operações de flangeamento.
(a) Flanges em chapa plana.
(b) Dimpling.
(c) Perfuração de uma chapa metálica para formar um flange. Nesta operação, não é necessário efetuar um furo prévio antes da descida do punção. Note-se, no entanto, as arestas rugosas ao longo da circunferência da flange.
(d) O flangeamento de um tubo.
Notar o desbaste dos bordos da flange.
FIGURAE 26
(a) Ilustração esquemática do processo de enformação por laminagem.
(b) Exemplos de secções transversais enformadas por laminagem.
FIGURA 27 Métodos de curvatura de tubos.
Os mandris internos ou o enchimento dos tubos com materiais particulados, como a areia, são frequentemente necessários para evitar o colapso dos tubos durante a dobragem.
Os tubos também podem ser dobrados por uma técnica em que uma mola de tensão rígida e helicoidal é colocada sobre o tubo. A folga entre o diâmetro exterior do tubo e o diâmetro interior da mola é pequena; assim, o tubo não pode dobrar-se e a curvatura é uniforme.
FIGURA 28
(a) O abaulamento de uma peça tubular com um tampão flexível. Este método permite fabricar jarros de água.
(b) Fabrico de acessórios para canalizações através da expansão de peças tubulares em bruto sob pressão interna. A parte inferior da peça é então perfurada para produzir um "T".
FIGURA 29 Ilustração esquemática de um processo de enformação por estiramento. As peles de alumínio para aviões podem ser fabricadas por este método.
FIGURA 30 Os processos de conformação de metais envolvidos no fabrico de uma lata de alumínio de duas peças para bebidas.
FIGURAE 31
(a) Ilustração esquemática do processo de estampagem profunda numa chapa metálica em branco. O anel de remoção facilita a remoção do copo formado do punção.
(b) Variáveis do processo de estiragem profunda. Com exceção da força de perfuração, Ftodos os parâmetros indicados na figura são variáveis independentes.
FIGURAE 32
Deformações numa amostra de ensaio de tração removida de uma peça de chapa metálica. Estas deformações são utilizadas para determinar a anisotropia normal e plana da chapa metálica.
QUADRO 4 Intervalos típicos de anisotropia normal média, Rmédia para várias chapas de metal
| Ligas de zinco | 0.4-0.6 |
|---|---|
| Aço laminado a quente | 0.8-1.0 |
| Aço laminado a frio, com rebordo | 1.0-1.4 |
| Aço laminado a frio, com alumínio | 1.4-1.8 |
| Ligas de alumínio | 0.6-0.8 |
| Cobre e latão | 0.6-0.9 |
| Ligas de titânio (α) | 3.0-5.0 |
| Aços inoxidáveis | 0.9-1.2 |
| Aços de alta resistência e baixa liga | 0.9-1.2 |
FIGURA 33
A relação entre a anisotropia normal média e o rácio de estiramento limite para várias chapas metálicas.
FIGURAE 34
Orelha num copo de aço estirado, causada pela anisotropia plana da chapa metálica.
FIGURA 35
(a) Ilustração esquemática de uma conta de tração.
(b) Fluxo de metal durante o desenho de uma peça em forma de caixa, utilizando esferas para controlar o movimento do material.
(c) Deformação de grelhas circulares no banzo em estampagem profunda.
FIGURAE 36
Uma operação de gravação em relevo com duas matrizes. Letras, números e desenhos em peças de chapa metálica podem ser produzidos por este processo.
FIGURAE 37
(a) Latas de alumínio para bebidas. Note-se o excelente acabamento da superfície.
(b) Pormenor da tampa da lata, mostrando o rebite integrado e os rebordos riscados para o pop-top.
FIGURA 38
Exemplos de dobragem e gravação de chapa metálica com um punção metálico e com uma almofada flexível que serve de matriz fêmea.
FIGURA 39
O processo de hidroformação (ou de formação de fluidos). Note-se que, ao contrário do processo normal de estampagem profunda, a pressão na cúpula força as paredes do copo contra o punção. O copo desloca-se com o punção; desta forma, a capacidade de estampagem profunda é melhorada.
FIGURA 40
(a) Ilustração esquemática do processo de hidroformação de tubos.
(b) Exemplo de peças hidroformadas em tubo. Componentes estruturais e de escape de automóveis, quadros de bicicletas e hidráulico e pneumático os acessórios são produzidos por hidroconformação de tubos.
FIGURAE 41
Fecho de radiador automóvel hidroformado.
FIGURA 42
Sequência de operações na produção de um componente hidroformado em tubo:
(1) tubo cortado à medida;
(2) após a dobragem;
(3) após a hidroformação.
FIGURA 43
Ilustração esquemática da expansão de um tubo para uma secção transversal desejada através de (a) hidroformação convencional e (b) hidroformação por sequência de pressão.
FIGURAE 44
Vista da prensa de hidroformação de tubos, com o tubo dobrado no lugar na matriz de formação.
FIGURA 45
(a) Ilustração esquemática do sistema convencional processo de fiação.
(b) Tipos de peças convencionalmente fiadas. Todas as peças são axissimétricas.
FIGURAE 46
(a) Ilustração esquemática do processo de fiação por cisalhamento para o fabrico de peças cónicas. O mandril pode ser moldado de modo a que as peças curvilíneas possam ser fiadas. (b) e (c) Ilustrações esquemáticas do processo de fiação de tubos.
FIGURA 47
(a) Ilustração de uma operação de enformação incremental. Note-se que não é utilizado qualquer mandril e que a forma final da peça depende da trajetória da ferramenta rotativa.
(b) Um refletor de farol de automóvel produzido através de enformação incremental CNC. Note-se que a peça não tem de ser axissimétrica.
FIGURA 48
Tipos de estruturas fabricadas por conformação superplástica e ligação por difusão de chapas metálicas. Estas estruturas têm uma elevada relação rigidez/peso.
FIGURA 49
(a) Ilustração esquemática do processo de formação de explosivos.
(b) Ilustração do método confinado do abaulamento explosivo de tubos.
FIGURA 50
(a) Ilustração esquemática do processo de formação por impulsos magnéticos utilizado para formar um tubo sobre um obturador.
(b) Tubo de alumínio colapsado sobre um tampão hexagonal pelo processo de formação de impulsos magnéticos.
FIGURA 51
(a) Uma seleção de pratos comuns.
(b) Vista pormenorizada das diferentes texturas e acabamentos da superfície dos pratos.
FIGURAE 52
Sequência de fabrico para a produção de pratos.
FIGURA 53
Martelar os pratos.
(a) Martelagem automatizada num descasque máquina;
(b) martelagem manual de pratos.
FIGURA 54
Métodos de fabrico de estruturas alveolares:
(a) Processo de expansão;
(b) Processo de ondulação;
(c) Montagem de uma estrutura alveolar num laminado.
FIGURAE 55
Colocação eficiente de peças para uma utilização óptima do material no corte.
FIGURA 56
Controlo da rotura e da encurvadura de uma flange numa dobragem em ângulo reto.
FIGURAE 57
Aplicação de entalhes para evitar o rasgamento e o enrugamento nas operações de dobragem em ângulo reto.
FIGURAE 58
Concentrações de tensão perto de curvas.
(a) Utilização de um crescente ou de uma orelha para um orifício próximo de uma curva.
(b) Redução da severidade da aba no flange.
FIGURAE 59
Aplicação de (a) ranhura ou (b) relevo para obter um raio interior agudo em flexão. Se não forem corretamente concebidas, estas características podem conduzir à fratura.
FIGURA 60
(a) a (f) Ilustrações esquemáticas de tipos de imprensa estruturas para operações de conformação de chapas. Cada tipo tem as suas próprias características de rigidez, capacidade e acessibilidade.
(g) Um grande prensa de estampagem.
FIGURA 61
Comparação dos custos de fabrico de um contentor redondo de chapa metálica por fiação convencional ou por estampagem profunda.
Note-se que, para pequenas quantidades, a fiação é mais económica.
P.S: acabámos de lhe preparar a versão PDF do chapa metálica processo de formação, é possível descarregue-o aqui.
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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