Você já se perguntou como essas estruturas de aço maciço são formadas em curvas perfeitas? A curvatura por laminação é o segredo por trás disso. Neste artigo, mergulharemos no fascinante mundo da curvatura por laminação, explorando suas características, processos e as máquinas que tornam tudo isso possível. Seja você um entusiasta da engenharia ou um simples curioso, junte-se a nós nesta jornada para descobrir a arte e a ciência de moldar o aço.
Na produção de caldeiras e vasos de pressão, o uso da tecnologia de curvatura por rolo é bastante difundido. Ela inclui curvatura de rolos cilíndricos e cônicos, bem como uma variedade de curvatura de rolos de aço de seção, sendo a curvatura de rolos de seção de tubo cilíndrico a mais comum.
A chapa metálica é usada para formar essas peças e elas podem ser feitas por meio do método de prensagem ou de dobramento por rolo, também conhecido como placa de laminação. O método de prensagem normalmente usa uma matriz universal, enquanto uma máquina de dobragem de rolo é usada para realizar a dobragem contínua de três pontos na chapa, causando deformação plástica para obter a raio de curvatura.
A curvatura de rolo é um método de formação de curvatura no qual uma máquina de curvatura de rolo é usada para curvar um material. chapa metálica ou perfil em branco. As formas que podem ser obtidas por meio da curvatura por rolo incluem cilíndrica, cônica e de curvatura variável.
Para peças com espessura igual e espessura variável na direção da espessura, normalmente é usada uma dobradeira de chapas com três rolos. Rolo peças de dobra Os perfis, como os perfis em ângulo ou em forma de T, podem ter curvatura igual ou variável. Os espaços em branco usados na curvatura por rolo podem ser extrudados ou curvados por chapa. Para dobrar peças com curvatura variável, normalmente é usada uma máquina de dobra de chapas de quatro rolos.
Durante a laminação, o material da chapa é posicionado entre os eixos dos rolos superior e inferior do leito do rolo. O eixo do rolo superior desce, fazendo com que o material da chapa se curve e se deforme devido ao momento de flexão. A rotação dos eixos dos roletes superior e inferior cria atrito entre o eixo do rolete e o material da chapa. chapa de açoA placa se move, mudando continuamente a posição de pressão da chapa metálica e formando uma superfície de dobra suave, completando assim o processo de formação de rolos.
Durante a flexão por rolo, a chapa metálica sofre uma deformação equivalente à flexão livre. A curvatura da peça dobrada por rolo é determinada pela posição dos rolos, pela espessura da chapa metálica e por suas propriedades mecânicas. Ao ajustar a posição relativa entre os rolos, a peça bruta pode ser dobrada em qualquer curvatura menor do que a curvatura do rolo superior. Entretanto, devido à recuperação elástica da dobra, a curvatura da peça dobrada por rolo não pode ser igual à do rolo superior.
Uma das principais vantagens do método de perfilagem é sua versatilidade. Em geral, não há necessidade de acrescentar nenhum equipamento de processo adicional à chapa máquina de laminação. Somente os rolos adequados para diferentes formatos e tamanhos de seção são necessários para a curvatura do rolo de perfil. No entanto, o método também tem algumas desvantagens, incluindo baixa produtividade e baixa precisão.
As máquinas de dobra por rolo vêm em duas formas: rolo de chapa e máquina de dobra por rolo de seção de aço. A maioria dos materiais processados por meio de curvatura por rolo são peças em bruto de chapa, portanto, o rolo de chapa é usado principalmente. Há três tipos principais de máquinas de laminação de chapasRolo de chapa simétrico de três rolos, rolo de chapa assimétrico de três rolos e rolo de chapa de quatro rolos.
O principal método de laminação e dobra em um rolo de chapa é laminar uma superfície cilíndrica usando uma placa em branco. Com a adoção de medidas tecnológicas adequadas e dos equipamentos necessários, também é possível laminar superfícies cônicas e seccionar aço para curvatura por laminação.
A laminação de chapas de aço consiste em três etapas: pré-curvatura (cabeçote de prensagem), centralização e curvatura do rolo.
1) Pré-dobragem
Pode-se observar na Figura 1 que apenas uma parte da placa de aço que entra em contato com o eixo do rolo superior pode ser dobrada. Como resultado, haverá um comprimento em ambas as extremidades da chapa de aço que não pode ser dobrado. Esse comprimento é chamado de borda reta residual.
O tamanho da borda reta residual depende da forma de dobra do equipamento. O valor teórico da borda reta residual é mostrado na Tabela 1. Normalmente, a borda reta residual real é maior do que o valor teórico, com valores que variam de 6 a 20t para flexão simétrica e 1/10 a 1/6 para flexão assimétrica.
Tabela 1 Valor teórico do limite reto residual de curvatura de chapas de aço
| Tipo de equipamento | Máquina de laminação de chapas | Imprensa | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Forma de dobra | Flexão simétrica | Flexão assimétrica | Dobra de matriz | ||
| Três rolos | Quatro rolos | ||||
| Borda reta restante | Flexão a frio | L/2 | (1.5~2 )t | (1~2) t | 1.0 t |
| Curvatura a quente | L/2 | (1.3~1.5) t | (0.75~1) t | 0.5 t | |
Observação: na tabela, L é a distância central do rolo lateral da dobradeira de chapas e t é a espessura da chapa de aço.
Isso é mostrado na Fig. 1 (a).
Esse método é adequado para a pré-curvatura de placas de aço de várias espessuras.
Isso é mostrado na Fig. 1 (b).
Esse método é adequado para t≤t0/2, t≤24mm, que não excede 60% da capacidade do equipamento.
Conforme mostrado na Fig. 1 (c).
Esse método é adequado para t≤t0/2, t≤24 mm, que não excede 60% da capacidade do equipamento.
Isso é mostrado na Fig. 1 (d).
Esse método é adequado para chapas de aço finas, mas sua operação é mais complicada e raramente é usada.
2) Centralização
O objetivo da centralização é alinhar a linha central da peça de trabalho paralelamente ao eixo do rolo, eliminar a possibilidade de torção e manter a forma geométrica precisa da peça de trabalho após a dobragem por rolo.
As técnicas de centralização incluem: rolo lateral centralização, centralização de defletor especial, centralização de alimentação inclinada e centralização de ranhura de rolo lateral, conforme ilustrado na Figura 2.
3) Flexão de rolo
A curvatura por laminação de chapas de aço geralmente é realizada em uma máquina de laminação.
As peças típicas de laminação são cilíndricas e cônicas.
a. Curvatura por rolo para peças cilíndricas
Ao dobrar o cilindro em uma máquina de dobra de três rolos simétricos, a posição do eixo do rolo superior durante a dobra final pode ser determinada de acordo com o raio de dobra conhecido, conforme mostrado na Fig. 3 (a).
Onde:
A final posição de flexão do eixo do rolo lateral é mostrado na Fig. 3 (b) quando a superfície cilíndrica é laminada em uma dobradeira de chapa de quatro rolos, que pode ser obtida pela seguinte fórmula:
Onde:
Devido à springback de chapa metálica, o valor de H obtido na fórmula acima precisa ser corrigido adequadamente na aplicação prática.
b. Flexão por rolo de superfície cônica:
Os métodos de dobragem de rolo cônico comumente usados são o método de desaceleração de boca pequena, o método de dobragem de quatro rolos de velocidade dupla, o método de alimentação rotativa e o método de dobragem de rolagem por zona.
Isso se deve ao fato de que as linhas principais da superfície no cone não são paralelas e a curvatura de cada ponto na linha principal é única.
Para garantir que o rolo superior esteja pressionando a linha central do cone o tempo todo durante o processo de dobra e para produzir diferentes raios de curvatura ao longo da linha central, as seguintes medidas devem ser tomadas:
Para peças cônicas com uma grande conicidade, as distâncias centrais verticais, Ya e Yb, dos roletes superior e inferior em ambas as extremidades podem ser calculadas usando a figura geométrica mostrada na Figura 4.
As distâncias centrais, Ya e Yb, dos roletes superior e inferior podem ser obtidas aplicando-se o método de cálculo para peças circulares simples, ou seja, usando a fórmula (1).
A partir das figuras geométricas mostradas nas Figuras 4 (b) e 4 (c), os seguintes valores podem ser obtidos:
A posição do blank a partir da extremidade direita do rolete é determinada por lb+c, onde
Para peças cônicas com conicidade pequena, a equação (2) pode ser simplificada da seguinte forma:
Ao laminar peças cônicas, é comum ocorrer distorção.
Um método eficaz para eliminar essa distorção é inclinar razoavelmente o rolete superior e manter o alinhamento paralelo do rolete inferior.
Durante a laminação e processo de dobraA peça bruta é formada por uma série de dobras de rolos seccionais sobrepostos.
De acordo com as diferentes temperaturas da placa de laminação, ela pode ser dividida em laminação a frio, laminação a quente e laminação média.
1) Laminação a frio
A laminação de uma chapa em temperatura normal, também conhecida como laminação a frio, é adequada para a laminação de chapas de espessura fina a média.
No entanto, isso resulta em uma certa quantidade de springbackconforme demonstrado na Figura 5.
Depois que a curvatura desejada for alcançada, é necessário retroceder várias vezes para fixar a curvatura.
Aço de alta resistência apresenta um alto grau de retorno elástico. Para reduzir o retorno elástico, é recomendável executar recozimento tratamento antes do processo de formação final.
O diâmetro mínimo de um cilindro que pode ser dobrado usando a máquina de dobra depende do diâmetro do rolo superior.
Levando em conta o retorno elástico do cilindro após a dobra, o diâmetro mínimo de um cilindro dobrável é de aproximadamente 1,1 a 1,2 vezes o diâmetro do rolo superior.
A laminação a frio é um processo conveniente, com curvaturas fáceis de controlar e baixos custos de produção. Entretanto, requer equipamentos potentes para chapas mais grossas e é suscetível ao desenvolvimento de endurecimento por trabalho a frio.
2) Laminação a quente
Em geral, considera-se que, quando a espessura (t) de uma chapa de aço carbono é maior ou igual a um quadragésimo do diâmetro interno (D) (t ≥ 1/40 D), a laminação a quente deve ser realizada. (Observação: de acordo com essa fórmula simples e o método de cálculo do alongamento da fibra, a diferença entre a espessura fria e a quente é grande).
Durante a dobragem por calor, a chapa metálica deve ser aquecida de 950 a 1100 ℃, com aquecimento uniforme e operação rápida. A temperatura final não deve ser inferior a 700 ℃.
A laminação a quente elimina a necessidade de considerar o retorno elástico e, em um cilindro fechado, a curvatura por laminação pode ser realizada até que a costura longitudinal esteja fechada. Para evitar que a peça de trabalho seja removida da chapa muito cedo durante a laminação a quente, ela deve ser continuamente laminada na taxa de dobra final até que a cor da superfície fique escura.
Quando a peça de trabalho estiver em um estado frio, ela deve ser colocada como mostrado na Figura 6 ou pode ser colocada verticalmente. A laminação a quente pode evitar o endurecimento do material por trabalho a frio e reduzir a potência exigida pela dobradeira.
No entanto, também há desvantagens na laminação a quente: se a operação for difícil, o aquecimento da chapa de aço a uma temperatura alta pode causar oxidação grave.
3) Rolagem a quente
Quando a chapa é aquecida a uma temperatura de 500 a 600 graus Celsius para laminação, ela é chamada de laminação a quente. Em comparação com a laminação a frio, a laminação a quente tem melhor plasticidade e reduz o risco de fratura frágil e a tensão na máquina de dobra. Além disso, em comparação com a laminação a quente, a laminação a quente reduz os defeitos de superfície causados pela incrustação de óxido e melhora as condições operacionais.
No entanto, a laminação a quente também tem suas desvantagens, pois pode causar estresse interno devido à laminação, que pode exigir tratamento térmico para alívio de tensões com base nos requisitos do produto. Embora a temperatura de aquecimento da laminação a quente esteja abaixo da temperatura de recristalização do metal, ela ainda se enquadra no âmbito do trabalho a frio.
A dobra em uma única operação não é possível com a laminação a quente, pois várias dobras por laminação a frio podem causar o endurecimento por trabalho a frio do material. Quando a deformação da dobra é substancial, o fenômeno de endurecimento por trabalho a frio se torna muito pronunciado, levando a uma séria deterioração no desempenho de serviço das peças dobradas.
Como resultado, o raio de curvatura permitido para a conformação por laminação a frio deve ser maior do que o mínimo de raio de curvatura da chapa metálicacom R = 20t (onde t é a espessura da chapa). Quando R for menor que 20t, deverá ser realizada a dobragem por laminação a quente.
Para peças com um raio de curvatura pequeno, pode ser necessário dimensionar manualmente após a curvatura por rolo. É importante reservar uma margem de dimensionamento razoável, o que significa que cada lado deve ser ligeiramente menor do que o modelo ou a placa de cartão, com uma diferença de 2 a 4 mm (conforme mostrado na Fig. 7).
Para peças de dobragem de rolo com um raio de dobragem relativamente grande, a curvatura deve ser inspecionada de acordo com o padrão de inspeção de forma para garantir que as peças possam se encaixar na placa da carda sob uma determinada força externa (P).
A capacidade da dobradeira pode ser convertida para expandir seu escopo de uso.
Conforme mostrado na Figura 8, a fórmula de conversão é a seguinte:
3.1 Tlargura da chapa exigida pelo material de laminação é a mesma exigida pela especificação da máquina de laminação, mas o raio de curvatura é diferente.
Onde:
3.2 O material de laminação é o mesmo que o diâmetro exigido pela especificação da dobradeira de chapa, mas a largura da chapa é diferente e a laminação é simétrica, ou seja, a1=c1, a2=c2
Onde:
3.3 Tdiâmetro de dobra do rolo é o mesmo da largura da chapa exigida pela especificação da máquina de dobra, mas o material é diferente.
Onde
3.4 Tdiâmetro de laminação, a largura da chapa e o material são os mesmos, mas a temperatura de laminação é diferente.
Onde
O rolo tecnologia de dobra é amplamente utilizado na produção e tem maiores exigências quanto à qualidade da superfície das peças dobradas por laminação devido ao uso de materiais como aço inoxidável, alumínio e chapas de aço compostas. O tratamento de recozimento antes do dobramento por laminação agora é necessário para os tipos de aço que são sensíveis à temperabilidade.
Para garantir que a qualidade da dobragem de rolos atenda aos requisitos, é essencial realizar um cálculo e uma seleção razoáveis do equipamento de dobragem de rolos e analisar as medidas tomadas.
Com a análise, o cálculo e a aplicação do processo de curvatura de rolos, é possível obter várias especificações de curvatura de superfícies curvas na máquina de curvatura, melhorando assim a utilização do equipamento.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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