Já alguma vez se interrogou sobre o que torna a chapa metálica tão versátil na engenharia? Este artigo explora o fascinante mundo da chapa metálica, mergulhando nas suas propriedades materiais, processos de fabrico e optimizações de design. No final, compreenderá como estes elementos se combinam para criar componentes metálicos mais fortes e fiáveis.
O desempenho da chapa metálica envolve principalmente as características do material, os processos de fabrico e a otimização do design. Em primeiro lugar, a escolha do material da chapa metálica tem um impacto significativo no seu desempenho.
Por exemplo, o aço inoxidável ferrítico e o aço inoxidável austenítico, devido ao seu teor variável de crómio, apresentam uma resistência à corrosão e propriedades mecânicas diferentes. As chapas de liga de alumínio, em função do seu teor de elementos de liga, dividem-se em várias séries, sendo a série 2000 normalmente utilizada devido ao seu excelente desempenho global.
Além disso, materiais como o SGCC e o SECC também diferem em termos de dureza, ductilidade e soldabilidade.
Em termos de processos de fabrico, os avanços na tecnologia de processamento de chapa metálica são cruciais para melhorar a funcionalidade e o desempenho de segurança das peças de chapa metálica. A utilização de técnicas avançadas, como a perfuração CNC e o corte a laser, pode melhorar a precisão e a qualidade das peças de chapa metálica. Além disso, o controlo do fluxo do processo, como a conformação a frio, a soldadura e a pintura, é também um fator essencial para melhorar o desempenho da chapa metálica.
A otimização do design é outro aspeto crítico para melhorar o desempenho da chapa metálica. Evitar o design plano pode aumentar a resistência da chapa metálica, uma vez que a chapa metálica plana pura tende a deformar-se sob tensão.
Além disso, a determinação das dimensões correctas dos furos, dos raios internos e dos detalhes de design, como a altura e o raio de curvatura, é igualmente importante para garantir a precisão da forma e a estabilidade estrutural das peças de chapa metálica.
A tensão máxima que uma folha material metálico A resistência à tração é o nome dado à força de tração. A unidade de medida é N/mm2 ou MPa, e é representada pelo símbolo σb. A resistência à tração é um dos indicadores da resistência global de um metal.
A tensão máxima que uma secção transversal sofre quando é aplicada uma carga entre dois pontos de um provete é designada por resistência à flexão. A unidade de medida é N/mm2 ou MPa, e é representada pelo símbolo σbb. A resistência à flexão é um dos indicadores da resistência global de um metal.
A tensão máxima que um chapa metálica A resistência à compressão é a capacidade que um material pode suportar sob pressão sem se partir. A unidade de medida é N/mm2 ou MPa, e é representado pelo símbolo σbc.
Resistência ao escoamento refere-se à tensão de uma amostra metálica durante o processo de estiramento, quando a carga já não está a aumentar, mas a amostra continua a deformar-se. A unidade de medida é N/mm2 ou MPa, e é representada pelo símbolo σs. A tensão de cedência é o valor da pressão no ponto de cedência.
Para materiais que não apresentam um ponto de cedência óbvio, o valor de tensão que produz uma deformação permanente de 0,2% é frequentemente considerado como a tensão de cedência.
Refere-se à carga máxima da área da secção transversal original da área de corte antes do corte da amostra.
A unidade é: N/mm2 ou MPa e o símbolo é στ.
Refere-se à tensão máxima do provete sob a condição de que o provete se deforme após o desaparecimento da força externa e possa recuperar a condição original.
A unidade é: N/mm2 ou MPa e o símbolo é σe.
É a percentagem da área da secção transversal original que é encolhida após a carga de tração.
O símbolo é ψ e é um dos índices plásticos dos materiais.
Refere-se à percentagem do alongamento do material da amostra e do comprimento original após a quebra do material da amostra.
O alongamento é também um dos indicadores plásticos dos materiais e o seu símbolo é δ.
Refere-se à capacidade do material para resistir a uma forte pressão na sua superfície.
Existem três tipos de dureza: Dureza Brinelldureza Rockwell e dureza Vickers.
Em geral, a dureza do aço aumenta com o aumento da teor de carbono no aço.
Uma forma de representar a dureza e de a medir é através do teste de dureza Brinell. Este teste envolve a têmpera de uma esfera de aço e, em seguida, a sua pressão na superfície do material sob uma carga específica durante um determinado período de tempo. O rácio entre a carga de pressão aplicada e a área da indentação é então calculado, e este rácio representa a dureza Brinell.
Outro método de representação e medição da dureza é o teste de dureza Rockwell. Este ensaio envolve a pressão de um cone de diamante ou de uma esfera de aço após a têmpera na superfície do material e, em seguida, a determinação da dureza com base na profundidade da indentação.
A dureza Rockwell está dividida em três categorias: HRA, HRB e HRC, que são baseadas em diferentes itens de teste e pressões.
HRA: O valor da dureza é obtido através da aplicação de 1470N de pressão utilizando uma cabeça de diamante com um ângulo de cone de 120 graus nas amostras de ensaio. É adequado para medir a camada de têmpera superficial, a camada de cementação e liga dura materiais.
HRB: O valor da dureza é obtido através da aplicação de 980N de pressão com uma esfera de aço de 1,59 mm de diâmetro. É adequado para medir metais macios, tais como metais não ferrosos, aço recozido e normalizado.
HRC: O valor da dureza é obtido através da aplicação de 588N de pressão utilizando um cone de diamante com um ângulo de vértice de 120 graus nas amostras de ensaio. É adequado para medir metais duros como o aço temperado e o aço endurecido.
Para o gráfico das propriedades mecânicas dos metais, incluindo a resistência ao cisalhamento, a resistência à tração e o limite de elasticidade, pode ver aqui.
As diferenças entre os materiais SGCC e CCEE em termos de dureza, ductilidade e soldabilidade manifestam-se das seguintes formas:
Dureza: O material SGCC é mais duro do que o material CCEE. Este facto pode ser atribuído ao processo de recozimento de redução durante a galvanização por imersão a quente, que torna o SGCC ligeiramente mais duro.
Ductilidade: O SGCC tem uma ductilidade inferior. Devido à sua maior dureza, o SGCC é propenso a fracturas ou danos durante a estampagem ou desenhos profundos, pelo que os desenhos profundos devem ser evitados na sua aplicação.
Soldabilidade: O SGCC tem uma soldabilidade mais fraca. Isto pode dever-se à sua camada de zinco mais espessa, que pode facilmente descolar-se durante a soldadura, afectando a qualidade da soldadura. Em contrapartida, embora a SECC seja também uma chapa de aço galvanizado, a sua formabilidade e capacidade de pintura são superiores às da SGCC, o que pode refletir indiretamente a sua vantagem em termos de soldabilidade.
Para evitar o problema da deformação da chapa plana sob força através da otimização da conceção, podem ser adoptados os seguintes métodos
Adicionar nervuras de reforço: Ao adicionar nervuras de reforço na peça de chapa metálica, a resistência e a rigidez da peça de chapa metálica podem ser melhoradas. Este método é simples e eficaz, e é adequado para situações em que a estabilidade estrutural precisa de ser melhorada.
Adicionar curvas, flanges ou bordos com bainha: Estas operações de processamento podem adicionar camadas extra de metal aos bordos da peça de chapa metálica, melhorando assim a sua capacidade de tração e compressão. Este método de conceção ajuda a dispersar as tensões e a reduzir a concentração local de tensões, melhorando assim a resistência estrutural global.
Adicionar saliências em relevo através da formação de ondas: Ao adicionar saliências em relevo à superfície da peça de chapa metálica, pode não só embelezar o aspeto, mas também aumentar a capacidade de carga e a resistência à deformação da peça de chapa metálica. Este método é adequado para cenários de aplicação com elevados requisitos de desempenho estrutural.
Conceção estrutural racional: A conceção de peças de chapa metálica tem de considerar os requisitos e as características da sua tecnologia de processamento, tendo também em conta o tamanho do lote, o custo e a eficiência da produção. A conceção estrutural racional é um pré-requisito para garantir que as peças de chapa metálica tenham elevada resistência e rigidez.
Utilizar a conceção durante a fase de deformação plástica: De acordo com a teoria da plasticidade, quando o material local da estrutura entra na fase de deformação plástica, a tensão será redistribuída para tornar a distribuição da tensão mais uniforme, melhorando assim a capacidade de carga da estrutura. Por conseguinte, a consideração de uma deformação plástica adequada no projeto pode tornar a estrutura mais estável sob força, evitando a deformação causada pela concentração excessiva de tensões.
Na conceção de peças de chapa metálica, o tamanho correto do furo, o raio interno e a altura e o raio de curvatura têm um impacto significativo no desempenho da chapa metálica. Em primeiro lugar, o posicionamento dos furos deve ter em conta a influência do processo de fabrico. Por exemplo, os furos posicionados demasiado perto da extremidade podem deformar-se ou mesmo fissurar devido ao estiramento do material, o que realça a importância de uma conceção correcta dos furos para evitar problemas de fabrico.
Além disso, o tamanho mínimo do furo está relacionado com a forma do furo, as propriedades mecânicas do material e a espessura do material. Estes factores devem ser considerados durante o projeto para garantir que o processo de perfuração não danifica o punção nem compromete a qualidade do produto final.
A altura de dobragem deve ser, pelo menos, o dobro da espessura da chapa metálica mais o raio de dobragem. Este princípio de conceção ajuda a garantir uma deformação plástica uniforme do material durante o processo de dobragem, melhorando assim a precisão e a qualidade das peças de chapa metálica.
Se a conceção exigir uma altura de aresta reta inferior ao dobro da espessura da chapa metálica, devem ser tomadas medidas para aumentar a altura de dobragem para evitar o processamento de ranhuras pouco profundas na zona de deformação por dobragem antes da dobragem, garantindo a qualidade da formação da dobragem.
O número de operações de dobragem no fabrico de peças em chapa metálica também afecta diretamente o custo do molde e a precisão da dobragem. Reduzir o número de operações de dobragem pode diminuir o custo do molde e melhorar a precisão da dobragem, pelo que é crucial minimizar as operações de dobragem durante o projeto.
Além disso, a forma exterior e os orifícios interiores das peças perfuradas devem evitar cantos afiados, uma vez que os cantos afiados podem afetar a vida útil do molde. Este é outro fator importante a considerar durante a conceção de peças em chapa metálica.
O tamanho correto do furo, o raio interno e a altura e raio de curvatura são vitais para melhorar o desempenho da chapa metálica. Ao conceber estes parâmetros de forma razoável, os problemas de fabrico podem ser evitados de forma eficaz e a qualidade e precisão das peças de chapa metálica podem ser melhoradas. Simultaneamente, também pode ajudar a reduzir os custos e melhorar a eficiência da produção.
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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