Já alguma vez se perguntou porque é que algumas peças de chapa metálica não encaixam perfeitamente depois de dobradas? Este artigo explora a questão desconcertante do retorno elástico no processamento de chapas metálicas. Saiba como o retorno elástico afecta a precisão das peças e descubra soluções práticas para controlar este defeito comum. Mergulhe para compreender a mecânica e as soluções para obter melhores resultados de fabrico!
O retorno elástico é uma das formas mais comuns de refugo no processamento de chapas metálicas, bem como uma das dificuldades técnicas nos processos de dobragem.
Ao mesmo tempo, é também um dos principais defeitos no processo de estampagem de chapa metálica, afectando seriamente a precisão dimensional e a qualidade do aspeto das peças. É um defeito difícil de controlar em processos de produção práticos.
O retorno elástico é uma deformação elástica inversa que ocorre durante a descarga e é um fenómeno comum na estampagem de chapas metálicas processo.
O retorno elástico é particularmente grave durante os processos de dobragem e estiramento, o que tem um impacto significativo na precisão dimensional, na eficiência da produção e nas vantagens económicas das peças.
Quando um chapa metálica é sujeito a um momento fletor externo, sofre primeiro uma deformação elástica por flexão.
Na fase de flexão elástica, a deformação da chapa metálica é mínima quando a raio de curvatura é grande e o raio de curvatura interior da chapa metálica não coincide com o raio do canto do punção.
Na zona de deformação por flexão, o material no lado interior da curva (perto do lado do punção) é comprimido e encurtado, e o estado de tensão é de compressão uniaxial.
O lado exterior da curvatura (perto do lado da matriz) do chapa metálica é esticado e alongado, e o estado de tensão é uma tensão uniaxial.
Do interior para o exterior da superfície de curvatura, o grau de encurtamento e alongamento diminui gradualmente, e existe uma camada de fibras entre as duas zonas de deformação onde o comprimento permanece constante e a tensão é zero, designada por camada neutra.
Do mesmo modo, entre a transição da tensão de tração para a tensão de compressão, existe uma camada de tensão em que a tensão tangencial é zero, designada por camada de tensão neutra.
Em geral, considera-se que estas duas camadas neutras de propriedades diferentes se sobrepõem numa única camada neutra.
À medida que o momento fletor aumenta, a deformação por flexão da chapa metálica aumenta e o metal nas superfícies interior e exterior da chapa atinge primeiro o limite de elasticidade.
A chapa metálica começa a transitar da fase de deformação elástica para a fase de deformação elástico-plástica, e a distribuição de tensões altera-se com o aumento do momento fletor.
A zona de deformação plástica expande-se da superfície para o interior e a zona de deformação elástica no meio da chapa metálica diminui gradualmente, até que toda a secção transversal entra no estado plástico.
A segunda imagem da Figura 1 mostra a alteração da tensão causada pelo momento fletor inverso. A terceira imagem mostra a tensão residual que podem causar o retorno elástico. A principal razão para o retorno elástico por flexão deve-se à deformação elástica do material.
Quando a chapa metálica é dobrada, a camada interior é sujeita a uma tensão de compressão e a camada exterior é sujeita a uma tensão de tração.
Embora estas duas tensões excedam a tensão de cedência durante a flexão elástico-plástica, de facto, haverá sempre uma zona de deformação elástica onde a tensão é inferior à tensão de cedência quando se passa da tensão de tração para a tensão de compressão.
Devido à presença da zona elástica, a peça de trabalho irá inevitavelmente mola de retorno após a descarga.
Quando o raio de curvatura relativo é maior, a proporção da zona de deformação elástica é maior, o que torna este tipo de retorno elástico mais significativo.
Para explicar o retorno elástico de forma mais intuitiva, é introduzida uma fórmula para a quantidade de retorno elástico.
O retorno elástico é uma deformação elástica inversa que ocorre durante a descarga após a dobragem. A fórmula de cálculo clássica para o retorno elástico da chapa metálica é
Em que: Δρ é a variação da curvatura; ρ é o raio de curvatura antes da descarga; ρ' é o raio de curvatura após a descarga; M é o momento fletor; E é o módulo de elasticidade; I é o momento de inércia da secção em bruto dobrada; υ é o coeficiente de Poisson; t é o momento fletor interno da chapa metálica antes do retorno elástico.
Reorganizando a fórmula acima, podemos obter a relação entre o raio de curvatura antes e depois da descarga:
A partir das relações entre os parâmetros na equação acima, podemos ver que a diferença no raio de curvatura da peça bruta dobrada antes e depois da descarga, ou seja, a quantidade de retorno elástico, é determinada pelo momento fletor M, o momento de inércia I da forma da secção transversal da peça bruta, o módulo de elasticidade E do material e o raio de curvatura ρ da deformação por flexão.
Quanto maior for o momento fletor M aplicado à peça bruta antes da descarga, maior será o raio de curvatura ρ da deformação por flexão.
Quanto menor for o módulo de elasticidade E do material, maior será o retorno elástico.
Se existirem dois braços direitos em ambos os lados da peça dobrada, o fenómeno de retorno elástico que ocorre durante a descarga também se manifestará como uma mudança de ângulo entre os dois braços direitos.
Quando a recuperação elástica ocorre durante a descarga, o comprimento da camada neutra na peça bruta dobrada não se altera.
Por conseguinte,
em que ρ e ρ' são os raios de curvatura antes e depois do descarregamento, e θ e θ' são os ângulos antes e depois do descarregamento.
Em operações práticas, a fim de garantir o ângulo da parte dobrada, o ângulo das matrizes superior e inferior deve ser considerado ao projetar o molde de compressão.
Uma vez que existem muitos factores que afectam a dimensão do ângulo de retorno elástico, é muito difícil calcular com precisão a sua dimensão. Normalmente, são utilizados alguns dados empíricos como referência.
Com a premissa de cumprir os requisitos, os materiais com limites de elasticidade mais baixos e módulos elásticos mais elevados devem ser utilizados tanto quanto possível para reduzir ou eliminar o retorno elástico e obter uma qualidade de flexão mais elevada.
Para além disso, a tolerância de espessura da peça em bruto, a qualidade do acabamento da superfície e a planicidade têm uma grande influência no retorno elástico da dobragem. Para peças com requisitos de elevada precisão de dobragem, é particularmente importante reforçar a seleção da qualidade da peça em bruto.
Escolha um raio de curvatura relativo mais pequeno. Um raio de curvatura relativo mais pequeno é benéfico para reduzir o retorno elástico.
Geralmente, quando o raio de curvatura é ≤3-5 vezes a espessura da chapa metálica, considera-se que a zona de curvatura da chapa metálica entrou no estado plástico. No entanto, um raio de curvatura demasiado pequeno pode provocar fissuras na zona de curvatura.
O raio de curvatura mínimo do material indicado na literatura atual baseia-se principalmente em dados empíricos e pode ser utilizado como referência para a conceção do raio de curvatura da peça de trabalho.
Alterar a forma do produto sem alterar a função original do produto, efetuar flangeamento ou dobrar a parte dobrada, ou pressionar nervuras de reforço adequadas no ponto de dobragem.
A deformação do retorno elástico será limitada, o que pode não só reduzir o retorno elástico após a dobragem, mas também melhorar a rigidez das peças.
Corrigir a curvatura.
O ângulo de retorno elástico da flexão corrigida é significativamente menor do que o da flexão livre, e quanto maior for a força de correção, menor será o retorno elástico.
A força de correção concentrará a força de perfuração na zona de deformação por flexão, forçando a camada interna de metal a ser extrudida.
Após a correção da chapa, as camadas interior e exterior são esticadas, e as tendências de retorno elástico das zonas de tensão e compressão após a descarga compensam-se mutuamente, reduzindo assim o retorno elástico. Este método é adequado para pequenos cantos arredondados com uma pequena zona de deformação.
Tratamento térmico.
Para alguns materiais duros e materiais que tenham sido trabalhados a frio e endurecidos, recozimento antes da dobragem pode reduzir a sua dureza e tensão de cedência, reduzindo assim o retorno elástico. Ao mesmo tempo, também pode reduzir a força de flexão e, em seguida, endurecer por têmpera após a dobragem.
O recozimento utiliza geralmente a recristalização, o recozimento normal e o recozimento brilhante. Têmpera local do peça de dobragem da chapa metálica pode reduzir o ponto de cedência e atingir o objetivo de eliminar o retorno elástico.
Sobredimensionamento.
Durante o processo de produção de dobragem, devido à recuperação elástica da chapa metálica, o ângulo de deformação e o raio de curvatura da chapa metálica aumentam.
Por conseguinte, pode ser utilizado um método para fazer com que o grau de deformação da chapa metálica no molde exceda o grau de deformação teórico para reduzir o retorno elástico.
Dobragem a quente.
O aquecimento e a flexão podem ser utilizados, e as temperaturas adequadas podem ser seleccionadas de acordo com os diferentes tipos de chapas metálicas. Devido ao tempo de amolecimento suficiente, a quantidade de retorno elástico pode ser reduzida.
Flexão por tração.
As peças com raios de curvatura relativos relativamente grandes podem utilizar o método de escavação e curvatura. Este método aplica tensão tangencial enquanto dobra a chapa metálica para alterar o estado de tensão e a distribuição no interior da chapa metálica.
A magnitude da tensão de tração aplicada deve fazer com que a tensão total em cada ponto da zona de deformação por flexão seja ligeiramente superior à tensão de cedência do material, permitindo que toda a secção se encontre no intervalo de deformação plástica por tração.
Desta forma, a direção tensão-deformação das zonas interior e exterior é consistente e, após a descarga, as tendências de retorno elástico das camadas interior e exterior compensam-se mutuamente, reduzindo o retorno elástico.
Endurecimento do canto interior.
A compressão é aplicada a partir do interior da área de dobragem para eliminar o retorno elástico. Este método é mais eficaz quando existem dobras simétricas em ambos os lados da chapa metálica numa dobra em forma de U.
As curvas em forma de L produzem por vezes desvios dimensionais, pelo que este método não é adequado para a conformação de produtos que exijam simultaneamente resistência e elasticidade.
Controlo das tensões residuais.
Ao desenhar e formar, adicione formas convexas locais (saliências circulares) na superfície da ferramenta e, em seguida, elimine a forma adicionada no processo subsequente para alterar o equilíbrio da tensão residual no material e eliminar o retorno elástico.
Para a dobragem em forma de U, o retorno elástico diminui à medida que a profundidade de abertura do molde côncavo aumenta e a folga do molde diminui. A folga do molde deve ser mantida entre 110% e 115% da espessura da chapa metálica para otimizar os efeitos de controlo da conformação e do retorno elástico.
Para requisitos de elevada precisão de dobragem, o valor da folga de um lado da dobragem pode ser definido para a espessura da chapa, utilizando dobras ligeiramente mais finas para reduzir o retorno elástico.
Puxar tecnologia de dobragem ou moldes com folga ajustável também podem ser utilizados para reduzir o retorno elástico. Para a dobragem em forma de V, preste atenção ao controlo da altura do molde fechado.
Utilizar moldes para dobrar borracha de poliuretano.
Os moldes de borracha de poliuretano podem ser utilizados para dobrar peças de trabalho com espaços em branco finos.
Uma vez que os moldes de dobragem de borracha de poliuretano podem transmitir uniformemente a pressão em todas as direcções e obter uma dobragem sem folgas, a peça de trabalho dobrada encaixa firmemente na superfície convexa do molde, colocando a peça de trabalho num estado de tensão de compressão de três vias. Pode até conseguir uma dobragem semelhante ao desenho, reduzindo o retorno elástico e obtendo uma elevada qualidade de dobragem.
Utilizar moldes de dobragem em cunha inclinada.
Os moldes de dobragem em cunha inclinada utilizam o método de dobragem por correção da extrusão, que pode geralmente obter peças dobradas de maior qualidade.
Para peças de trabalho com requisitos de elevada precisão de peças em bruto, o ombro do molde pode ser utilizado para pressionar longitudinalmente a extremidade da peça dobrada, permitindo que tanto o lado interior como o exterior da zona de deformação por flexão recebam tensão de compressão para reduzir o retorno elástico.
Método de compensação.
Com base na direção e magnitude do retorno elástico da peça dobrada, a forma geométrica e o tamanho da peça de trabalho do molde podem ser controlados para compensar o retorno elástico após a dobragem. Na dobragem de ângulo único, o molde convexo é reduzido por um ângulo de retorno elástico.
Na dobragem de ângulo duplo, é feita uma inclinação igual ao ângulo de retorno elástico na parede do molde convexo, de modo a que a compensação correspondente possa ser feita para o ângulo de retorno elástico após a dobragem, ou a placa superior e a parte inferior do molde convexo são feitas em forma de arco, de modo a que a superfície curva na parte inferior da peça se torne novamente reta após o retorno elástico, e o retorno elástico em ambos os lados seja compensado.
A compensação do retorno elástico da chapa metálica com base na tecnologia CAE também pode ser utilizada para processar o modelo matemático CAD após a compensação do retorno elástico, reduzindo o número de correcções reais do retorno.
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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