Tecnologia de fabricação de chapas metálicas
Visão Geral de Chapas Metálicas
Fabricação de Metal em Chapa:
A fabricação de chapas metálicas é um processo abrangente de conformação a frio aplicado a chapas metálicas finas (geralmente com espessura inferior a 6 mm), incluindo corte, perfuração, dobramento, soldagem, rebite, conformação por matriz e tratamento de superfície. Sua característica marcante é que a espessura da mesma peça é constante.
Métodos de Fabricação de Chapas Metálicas:
1. Fabricação sem matriz: Este processo utiliza equipamentos como punção CNC, corte a laser, máquinas de cisalhamento, máquinas de dobramento e máquinas de rebite para processar chapas metálicas. É geralmente empregado na fabricação de amostras ou em produção em pequenos lotes e possui um custo mais elevado.
2. Fabricação com matriz: Este processo utiliza matrizes fixas para processar chapas metálicas. As matrizes mais comuns incluem matrizes de corte (blanking) e matrizes de conformação (forming). É principalmente utilizada na produção em massa e possui um custo mais baixo.
Métodos de processamento de chapas metálicas:
1. Processamento sem molde: Este processo utiliza equipamentos como punção CNC, corte a laser, máquinas de cisalhamento, máquinas de dobramento e máquinas de rebite para processar chapas metálicas. É geralmente empregado na fabricação de amostras ou em produção em pequenos lotes e é relativamente caro.
2. Processamento com molde: Este processo utiliza moldes fixos para processar chapas metálicas. Esses moldes incluem tipicamente moldes de corte (blanking) e moldes de conformação (forming). É principalmente utilizado na produção em massa e é relativamente econômico.
Fluxo de processamento de chapas metálicas
Corte: punção CNC, corte a laser, máquina de cisalhamento; Conformação — dobramento, estiramento, punção: máquina de dobrar, prensa de punção, etc.
Outros processos: rebite, roscamento, etc.
Soldadura
Tratamento de superfície: pintura em pó, galvanoplastia, texturização (brushing), serigrafia, etc.
Processos de Fabricação de Chapas Metálicas — Corte
Os principais métodos de corte de chapas metálicas incluem punção CNC, corte a laser, máquinas de cisalhamento e corte com matriz. Atualmente, a punção CNC é o método mais utilizado. O corte a laser é empregado principalmente na fase de prototipagem, porém seu custo de processamento é elevado. O corte com matriz é utilizado predominantemente na produção em massa.
A seguir, apresentaremos principalmente o corte de chapas metálicas por meio de punção CNC.
A punção CNC, também conhecida como punção de torre, pode ser utilizada para corte, perfuração de furos, estampagem de furos e adição de nervuras, entre outros. Sua precisão de processamento pode atingir ±0,1 mm. A espessura de chapa metálica que a punção CNC consegue processar é:
Chapa laminada a frio e chapa laminada a quente < 3,0 mm;
Chapa de alumínio < 4,0 mm;
Chapa de aço inoxidável < 2,0 mm.
1. Existem requisitos mínimos de tamanho para perfuração. O tamanho mínimo de perfuração está relacionado à forma do furo, às propriedades mecânicas do material e à espessura do material. (Veja a figura abaixo)
2. Distância entre furos e distância da borda em perfuração CNC. A distância mínima entre a borda do furo perfurado e a forma externa de uma peça está sujeita a certas limitações, dependendo da forma da peça e do furo. Quando a borda do furo perfurado não é paralela à borda externa da peça, essa distância mínima não deve ser inferior à espessura do material t; quando são paralelas, não deve ser inferior a 1,5t. (Veja a figura abaixo)
3. Ao estampar furos, a distância mínima entre o furo estampado e a borda é de 3T, a distância mínima entre dois furos estampados é de 6T, e a distância mínima de segurança entre o furo estampado e a borda dobrada (interna) é de 3T + R (T é a espessura da chapa metálica, R é o raio de dobramento).
4. Ao perfurar furos em peças estampadas, dobradas e profundamente estampadas, deve-se manter uma certa distância entre a parede do furo e a parede reta. (Ver diagrama abaixo)
Tecnologia de processamento de chapas metálicas – conformação
A conformação de chapas metálicas envolve principalmente dobra e estiramento.
1. Dobragem de chapas metálicas
1.1. A dobra de chapas metálicas utiliza, principalmente, máquinas de dobrar.
Precisão do processamento na máquina de dobrar:
Primeira dobra: ±0,1 mm
Segunda dobra: ±0,2 mm
Mais de duas dobras: ±0,3 mm
1.2. Princípios básicos da sequência de dobra: Dobramento de dentro para fora, de pequeno para grande, dobrando primeiro formas especiais e, em seguida, formas gerais, garantindo que o processo anterior não afete nem interfira nos processos subsequentes.
1.3. Formas comuns de ferramentas de dobramento:
1.4. Raio mínimo de dobramento das peças dobradas: Quando um material é dobrado, a camada externa é esticada, enquanto a camada interna é comprimida na região do raio de concordância. Quando a espessura do material é constante, quanto menor for o raio interno (r), mais intensos serão os esforços de tração e compressão. Quando a tensão de tração na parte externa do raio de concordância exceder a resistência última do material, ocorrerão fissuras e rupturas. Portanto, o projeto estrutural de peças dobradas deve evitar raios de concordância excessivamente pequenos. Os raios mínimos de dobramento dos materiais mais utilizados na empresa estão indicados na tabela abaixo.
Tabela de raios mínimos de dobramento para peças dobradas:
1.5. Altura da borda reta das peças dobradas, geralmente, a altura mínima da borda reta não deve ser muito pequena. Requisito de altura mínima: h > 2t
Se a altura da borda reta h < 2t da peça dobrada precisar ser aumentada primeiro, então a altura de dobra deve ser incrementada e, em seguida, a peça deve ser usinada até atingir a dimensão exigida após a dobra; ou deve ser usinado um sulco raso na zona de deformação por dobra antes da operação de dobramento.
1.6. Altura de uma borda reta com um lado inclinado: Quando uma peça dobrada possui um lado inclinado, a altura mínima desse lado é: h = (2~4)t > 3 mm
1.7. Distância entre furos em peças dobradas: Distância entre furos: Após a perfuração, o furo deve ser posicionado fora da zona de deformação por dobra, para evitar deformação durante a operação de dobramento. A distância entre a parede do furo e a aresta de dobra encontra-se indicada na tabela abaixo.
1.8. Em peças com dobra localizada, a linha de dobra deve evitar locais com mudanças bruscas de dimensão. Ao dobrar parcialmente uma seção de uma borda, para evitar a concentração de tensões e fissurações em cantos agudos, a linha de dobra pode ser deslocada a uma certa distância da mudança brusca de dimensão (Figura a), ou pode ser criada uma ranhura de processo (Figura b), ou pode ser perfurado um furo de processo (Figura c). Observe os requisitos dimensionais nas figuras: S > R; largura da ranhura k ≥ t; profundidade da ranhura L > t + R + k/2.
1.9. A borda chanfrada de uma borda dobrada deve evitar a zona de deformação.
1.10. Requisitos de projeto para bordas mortas: o comprimento de uma borda morta está relacionado à espessura do material. Conforme ilustrado na figura abaixo, o comprimento mínimo da borda morta L > 3,5t + R, onde t é a espessura da parede do material e R é o raio interno mínimo de dobra do processo anterior (conforme indicado à direita na figura abaixo).
1.11. Furos de posicionamento de processo adicionais: Para garantir o posicionamento preciso da chapa na matriz e evitar o deslocamento da chapa durante a dobragem, o que poderia resultar em produtos defeituosos, devem ser adicionados antecipadamente furos de posicionamento no processo durante a fase de projeto, conforme ilustrado na figura abaixo. Em particular, para peças submetidas a múltiplas operações de dobragem e conformação, os furos de processo devem ser utilizados como referência de posicionamento, a fim de reduzir erros acumulados e assegurar a qualidade do produto.
1.12. Dimensões diferentes resultam em diferentes níveis de usinabilidade:
Conforme mostrado no diagrama acima: a) realizar primeiro a perfuração do furo e, em seguida, a dobragem facilita a garantia da precisão da dimensão L e simplifica o processamento; b) e c) se a precisão da dimensão L for elevada, é necessário executar primeiramente a dobragem e, só depois, usinar o furo, o que torna o processo mais complexo.
1.13. Retorno elástico (springback) das peças dobradas: Muitos fatores influenciam o retorno elástico, incluindo as propriedades mecânicas do material, a espessura da parede, o raio de dobragem e a pressão normal exercida durante a dobragem.
Quanto maior for a relação entre o raio do canto interno e a espessura da chapa da peça dobrada, maior será a recuperação elástica.
A aplicação de nervuras de reforço por prensagem na zona de dobramento não só melhora a rigidez da peça trabalhada, como também ajuda a suprimir a recuperação elástica.
2. Estampagem de Chapas Metálicas
A estampagem de chapas metálicas é realizada principalmente por punção CNC ou punção convencional, exigindo diversos punções ou matrizes de estampagem.
A forma da peça estampada deve ser tão simples e simétrica quanto possível, sendo preferível executá-la em uma única operação.
Para peças que exigem múltiplas operações de estampagem, são aceitáveis marcas que possam se formar na superfície durante o processo de estampagem.
Ao garantir o atendimento dos requisitos de montagem, deve-se permitir certo grau de inclinação nas paredes laterais estampadas.
2.1. Requisitos para o raio de concordância entre o fundo da peça estampada e a parede reta:
Como mostrado na figura, o raio de concordância entre a base da peça estampada e a parede reta deve ser maior que a espessura da chapa, ou seja, r > t. Para tornar o processo de estampagem mais suave, r1 é geralmente adotado como (3 a 5)t, e o raio máximo de concordância deve ser menor ou igual a 8 vezes a espessura da chapa, ou seja, r1 ≤ 8t.
2.2. Raio de concordância entre a aba e a parede da peça estampada:
Como mostrado na figura, o raio de concordância entre a aba e a parede da peça estampada deve ser maior que duas vezes a espessura da chapa, ou seja, r2 > 2t. Para tornar o processo de estampagem mais suave, r2 é geralmente adotado como (5 a 10)t. O raio máximo da aba deve ser menor ou igual a 8 vezes a espessura da chapa, ou seja, r2 ≤ 8t.
2.3. Raio de concordância entre a aba e a parede da peça estampada: Como mostrado na figura, o raio de concordância entre a aba e a parede da peça estampada deve ser maior que duas vezes a espessura da chapa, ou seja, r2 > 2t. Para tornar o processo de estampagem mais suave, r2 é geralmente adotado como (5–10)t. O raio máximo da aba deve ser menor ou igual a oito vezes a espessura da chapa, ou seja, r2 < 8t.
2.4. Diâmetro da cavidade interna de peças estampadas circulares: Como mostrado na figura, o diâmetro da cavidade interna de peças estampadas circulares deve ser D > d + 10t, para que a placa de pressão não enrugue durante a estampagem.
2.5. Raio de concordância entre paredes adjacentes de uma peça estampada retangular: Como mostrado na figura, o raio de concordância entre paredes adjacentes de uma peça estampada retangular deve ser r3 > 3t. Para reduzir o número de operações de estampagem, r3 deve ser, sempre que possível, maior que H/5, de modo que a peça possa ser estampada em uma única etapa.
2.6. Ao conformar uma peça cilíndrica estampada sem rebordo em uma única etapa, a relação dimensional entre sua altura e seu diâmetro deve atender aos seguintes requisitos:
Conforme ilustrado na figura, ao conformar uma peça cilíndrica estampada sem rebordo em uma única etapa, a razão entre a altura H e o diâmetro d deve ser menor ou igual a 0,4, ou seja, H/d ≤ 0,4.
2.7. Variação de espessura em componentes esticados: Devido aos diferentes níveis de tensão em locais distintos, a espessura do material em um componente esticado sofre alteração após a esticagem. Em geral, o centro da base mantém sua espessura original; o material sofre redução de espessura nas curvaturas arredondadas da base; o material sofre aumento de espessura próximo ao rebordo na parte superior; e o material também sofre aumento de espessura nas curvaturas arredondadas de componentes esticados retangulares. Ao projetar produtos esticados, as dimensões indicadas no desenho do produto devem especificar claramente se devem ser garantidas as dimensões externas ou internas; não é possível especificar simultaneamente ambas as dimensões — interna e externa.
3. Outras operações de conformação de chapas metálicas:
Ribs de reforço — Ribs são estampados em peças de chapa metálica para aumentar a rigidez estrutural.
Persianas — Persianas são comumente utilizadas em diversos invólucros ou carcaças para ventilação e dissipação térmica.
Rebarbação de furos (estiramento de furos) — Utilizada para usinar roscas ou melhorar a rigidez das aberturas.
3.1. Ribs de reforço:
Seleção da estrutura e das dimensões dos ribs de reforço
Dimensões limites do espaçamento entre punções e da distância entre a borda do punção e a borda da peça
3.2. Persianas tipo venezianas:
O método de conformação de persianas tipo venezianas consiste em utilizar uma aresta do punção para cortar o material, enquanto o restante do punção estica e deforma simultaneamente o material, formando uma forma ondulada com um lado aberto.
Estrutura típica de persianas tipo venezianas. Requisitos dimensionais para persianas tipo venezianas: a > 4t; b > 6t; h < 5t; L > 24t; r > 0,5t.
3.3. Rebarbação de Furos (Furo em Estampagem):
Existem diversos tipos de rebarbação de furos, sendo o mais comum a rebarbação de furos internos para rosqueamento.
Tecnologia de fabricação de chapas metálicas – soldagem
No projeto de estruturas soldadas em chapa metálica, deve-se seguir o princípio de "disposição simétrica das soldas e dos pontos de solda, evitando convergência, aglomeração e sobreposição". Soldas e pontos de solda secundários podem ser interrompidos, enquanto soldas e pontos de solda principais devem ser contínuos. Os métodos de soldagem mais comumente utilizados em chapas metálicas incluem a soldagem por arco e a soldagem por resistência.
1. Soldagem por arco:
Deve haver espaço suficiente para soldagem entre as peças de chapa metálica. A folga máxima na soldagem deve ser de 0,5–0,8 mm, e a solda deve ser uniforme e plana.
2. Soldagem por resistência
A superfície de soldagem deve ser plana e isenta de rugas, recuperação elástica (springback), etc.
As dimensões para a soldagem por resistência por pontos encontram-se na tabela abaixo:
Distância entre pontos de solda por resistência
Em aplicações práticas, ao soldar peças pequenas, os dados na tabela abaixo podem ser utilizados como referência. Ao soldar peças grandes, o espaçamento entre os pontos de solda pode ser aumentado adequadamente, geralmente não inferior a 40–50 mm. Para peças não estruturais (não sujeitas a cargas), o espaçamento entre os pontos de solda pode ser aumentado para 70–80 mm.
Espessura da chapa t, diâmetro do ponto de solda d, diâmetro mínimo do ponto de solda dmin, distância mínima entre os pontos de solda e. Se as chapas tiverem espessuras diferentes, selecione a espessura com base na chapa mais fina.
Número de camadas de chapa e relação de espessuras na soldagem por resistência
A soldagem por pontos por resistência envolve tipicamente duas camadas de chapa, com um máximo de três camadas. A relação de espessuras entre cada camada na junta soldada deve estar entre 1/3 e 3.
Se for necessário soldar três camadas, verifique primeiro a relação de espessuras. Se esta for razoável, a soldagem pode prosseguir. Caso contrário, considere a criação de furos ou entalhes de processo, a soldagem separada de duas camadas e o escalonamento dos pontos de soldagem.
Tecnologia de Processamento de Chapas Metálicas – Tratamento de Superfície
O tratamento de superfície de chapas metálicas tem finalidades tanto anticorrosivas quanto decorativas. Os tratamentos de superfície mais comuns para chapas metálicas incluem: pintura a pó, galvanização eletrolítica, galvanização por imersão quente, oxidação superficial, escovamento superficial e serigrafia. Antes do tratamento de superfície, devem ser removidos da chapa metálica óleo, ferrugem, escória de soldagem, entre outros contaminantes.
1. Pintura a Pó:
Existem dois tipos de revestimento superficial para chapas metálicas: tinta líquida e tinta em pó. Normalmente utilizamos tinta em pó. Por meio de processos como pulverização de pó, adsorção eletrostática e cura em forno de alta temperatura, aplica-se uma camada de tinta em diversas cores sobre a superfície da chapa metálica, melhorando sua aparência e aumentando a resistência à corrosão do material. Trata-se de um método de tratamento superficial amplamente utilizado.
Observação: Haverá alguma diferença de cor entre chapas revestidas por diferentes fabricantes. Portanto, chapas metálicas da mesma cor produzidas no mesmo equipamento devem, idealmente, ser revestidas pelo mesmo fabricante.
2. Galvanização eletrolítica e galvanização a quente por imersão em zinco:
A galvanização da superfície de chapas metálicas é um método comum de tratamento superficial anticorrosivo e também melhora a aparência. A galvanização pode ser dividida em galvanização eletrolítica e galvanização a quente.
A galvanização eletrolítica produz uma aparência mais brilhante e lisa, e a camada de zinco é mais fina, sendo, portanto, mais comumente utilizada.
A galvanização a quente produz uma camada de zinco mais espessa e forma uma camada de liga zinco-ferro, oferecendo maior resistência à corrosão do que a galvanização eletrolítica.
3. Anodização superficial:
Esta seção apresenta principalmente a anodização superficial de alumínio e ligas de alumínio.
A anodização superficial de alumínio e ligas de alumínio pode produzir diversas cores, cumprindo tanto uma função protetora quanto decorativa. Simultaneamente, forma-se na superfície do material uma camada de óxido anódico. Essa camada apresenta alta dureza e resistência ao desgaste, além de boas propriedades de isolamento elétrico e térmico.
4. Escovamento superficial:
O material é posicionado entre os rolos superior e inferior da máquina de escovamento. Fitas abrasivas são fixadas nos rolos. Acionados por um motor, os rolos forçam o material a passar pelas fitas abrasivas, criando linhas na superfície do material. A espessura dessas linhas varia conforme o tipo de fita abrasiva utilizada. O principal objetivo é melhorar a aparência. Esse tratamento de escovamento superficial é, em geral, aplicado apenas em materiais de alumínio.
5. Serigrafia:
A serigrafia é o processo de impressão de diversas marcações na superfície de materiais. Existem, em geral, dois métodos: serigrafia plana e impressão por tampografia. A serigrafia plana é utilizada principalmente em superfícies planas, mas a tampografia é necessária para reentrâncias mais profundas.
A serigrafia exige um molde de serigrafia.
A dobragem de chapas metálicas exige experiência; observe como os artesãos experientes dobram as chapas e por que o fazem dessa maneira. Para saber mais sobre máquinas de dobragem ou processos de dobragem, entre em contato com a nossa equipe JUGAO CNC MACHINE.
