4 Técnicas de dobragem de chapa sem marcas

A tecnologia de processamento de chapa metálica tem avançado continuamente, particularmente em aplicações como a dobragem de precisão de aço inoxidável, dobragem decorativa de peças de aço inoxidável, dobragem de ligas de alumínio, dobragem de peças de aeronaves e dobragem de placas de cobre, que têm requisitos cada vez mais rigorosos para a qualidade da superfície da peça formada.

No entanto, o processo de dobragem convencional tende a danificar a superfície da peça, deixando marcas ou riscos visíveis na superfície que entra em contacto com o molde. Isto tem um impacto negativo na aparência do produto final e reduz o seu valor percebido pelo utilizador.

Razões para as marcas de dobragem

Neste artigo, utilizaremos o exemplo de dobragem de uma peça em forma de V para ilustrar os meandros do processo de dobragem de chapa metálica.

A dobragem de chapa metálica é uma operação de conformação precisa em que uma chapa metálica é sujeita a uma deformação controlada sob pressão de um punção ou de uma prensa dobradeira. Este processo induz uma deformação elástica e plástica no material, resultando numa alteração permanente da forma.

A sequência de dobragem começa com o contacto inicial entre o punção e a chapa. À medida que o punção desce, a chapa sofre uma deformação elástica, seguida de uma deformação plástica quando o limite de elasticidade do material é ultrapassado. Durante as primeiras fases da flexão plástica, a chapa mantém alguma liberdade de movimento. À medida que o punção continua o seu curso descendente, a chapa é progressivamente forçada a entrar na ranhura em V da matriz, provocando uma redução gradual do raio de curvatura e do braço de força de flexão.

Este processo dinâmico continua até o punção atingir o fim do seu curso. Neste momento, a folha entra em contacto total com a matriz em três pontos críticos: dois ao longo dos ombros da ranhura em V e um na base. Este sistema de contacto de três pontos garante a formação precisa da forma em V desejada.

Durante a operação de flexão, a chapa metálica sofre um estado de tensão complexo. As fibras exteriores são sujeitas a tensões de tração, enquanto as fibras interiores são sujeitas a compressão. Esta distribuição de tensões conduz a um fenómeno conhecido como retorno elástico, que deve ser tido em conta na conceção das ferramentas e nos parâmetros do processo.

Após a conclusão do ciclo de dobragem, três linhas de indentação distintas, normalmente designadas por "marcas de ombro", tornam-se evidentes na peça de trabalho. Estas marcas são o resultado da pressão localizada exercida pelos ombros da matriz e pela base da ranhura em V durante o processo de conformação, conforme ilustrado nas Figuras 1 e 2.

A formação e as caraterísticas das marcas de ombro são influenciadas por vários factores inter-relacionados, que podem ser categorizados em propriedades do material, geometria da ferramenta e parâmetros do processo. A compreensão e o controlo destes factores são cruciais para alcançar uma qualidade óptima das peças e minimizar as marcas visíveis.

Figura 1 Diagrama esquemático do processo de dobragem

Figura 2 Marcas de dobragem

Método de dobragem

As marcas de ombro estão principalmente associadas à interação entre a chapa metálica e o ombro da matriz em V durante o processo de dobragem. A folga entre o punção e a matriz influencia significativamente a distribuição da tensão de compressão na chapa, resultando em diferentes graus de probabilidade e gravidade da indentação, como ilustrado na Figura 3.

Em condições de matriz em V constante, a magnitude do ângulo de flexão está diretamente relacionada com a extensão da deformação da chapa metálica e com o comprimento do percurso de fricção no ombro da matriz em V. Além disso, um ângulo de flexão maior requer uma aplicação prolongada de força de flexão pelo punção, aumentando assim a duração do contacto. Este tempo de contacto prolongado, combinado com o aumento da deformação e do atrito, exacerba a formação e a intensidade das marcas de ombro na superfície da peça de trabalho.

A interação destes factores - folga, ângulo de flexão, deformação, fricção e tempo de contacto - determina coletivamente as caraterísticas das marcas de ombro resultantes. Compreender e otimizar estes parâmetros é crucial para obter dobras de alta qualidade com o mínimo de defeitos de superfície no fabrico de chapas metálicas de precisão.

A estrutura da ranhura em V da matriz

Ao dobrar chapas metálicas de diferentes espessuras, as larguras das ranhuras em V escolhidas também diferem.

Sob as mesmas condições para o punção, uma ranhura em V maior para a matriz leva a uma maior largura de indentação. Inversamente, um menor atrito entre a chapa metálica e o ombro da ranhura em V da matriz reduz a profundidade da indentação.

Placas mais finas resultam em ranhuras em V mais estreitas, causando marcas mais visíveis.

Outro fator a considerar em termos de atrito é o coeficiente de atrito. Diferentes raios do ombro da ranhura em V da matriz resultam em diferentes níveis de atrito na chapa durante o processo de dobragem.

Em termos de pressão exercida sobre a folha pela ranhura em V da matriz, um raio maior da ranhura em V da matriz reduz a pressão entre a folha e o ombro da ranhura em V da matriz, conduzindo a menos marcas de dobragem.

Grau de lubrificação da ranhura em V da matriz

Anteriormente, notámos que a superfície da ranhura em V da matriz pode causar fricção quando entra em contacto com o material da folha.

Com o desgaste do molde, o contacto entre a ranhura em V e a chapa torna-se mais áspero e o coeficiente de atrito aumenta. O deslizamento da chapa sobre a superfície da ranhura em V resulta no contacto entre inúmeras saliências ásperas e a superfície, causando um aumento da pressão sobre a superfície da chapa e indentações mais visíveis.

Além disso, se a ranhura em V não for limpa antes de dobrar a peça de trabalho, os detritos residuais na ranhura em V podem causar indentações óbvias devido à pressão que exercem sobre a chapa. Este é um problema comum ao dobrar peças de trabalho como chapas galvanizadas e chapas de aço carbono.

Aplicação de Dobra livre de marcas Tecnologia

Dado que a principal causa das marcas de dobragem é a fricção entre a chapa e o ombro da ranhura em V da matriz, podemos utilizar a tecnologia de processamento para reduzir esta fricção.

A fórmula da força de atrito, F=μ×Fn, mostra que os factores que afectam a força de atrito são o coeficiente de atrito (μ) e a pressão (Fn), sendo ambos proporcionais à força de atrito.

Por conseguinte, podem ser utilizadas as quatro soluções seguintes para obter uma dobragem sem marcas:

1. O material não metálico utilizado no ombro da ranhura da matriz V

Figura 3 Tipo de curvatura

A abordagem tradicional de simplesmente aumentar o raio do ombro da ranhura em V não é uma solução fiável para reduzir as indentações de flexão.

Para diminuir a pressão no par de fricção, é possível utilizar um material mais macio, nãomaterial metálico para o ombro com ranhura em V, como o nylon ou o uretano (elastómero PU), desde que se mantenha o efeito de extrusão necessário. No entanto, estes materiais têm o inconveniente de serem propensos ao desgaste e exigirem uma substituição frequente.

Atualmente, existem várias estruturas de ranhura em V que utilizam estes materiais, como ilustrado na Figura 4.

Figura 4 Diagrama esquemático da estrutura não metálica da ranhura em V

2. Mudar o ombro da matriz com ranhura em V para esfera e rolo

Além disso, com o objetivo de reduzir o coeficiente de atrito entre a folha e a ranhura em V, o par de atrito de deslizamento entre a folha e o ombro da ranhura em V pode ser transformado num par de atrito de rolamento, reduzindo assim significativamente a força de atrito que actua sobre a folha.

Isto pode prevenir eficazmente a indentação por flexão.

Atualmente, este método é amplamente utilizado na indústria de moldes, e o molde de dobragem sem marcas de esferas (Figura 5) é um exemplo de aplicação comum.

Figura 5 Molde de flexão sem marca de esfera

Para evitar a fricção rígida entre o rolo do molde de dobragem sem marcas de esferas e a ranhura em V, e para facilitar a rotação e a lubrificação do rolo, são adicionadas esferas para reduzir a pressão e o coeficiente de fricção.

Como resultado, as peças processadas pelo molde de dobragem sem marcas de esferas geralmente não apresentam marcas visíveis, mas o efeito de dobragem sem marcas não é ótimo para materiais macios como o alumínio e o cobre.

Do ponto de vista financeiro, a estrutura do molde de dobragem sem marcas de esferas é mais complicada do que os projectos de moldes anteriores, o que resulta em custos de processamento mais elevados e dificuldades de manutenção. Estes factores devem ser tidos em conta pelos gestores das empresas na escolha das ferramentas.

3. Transformar o ombro com ranhura em V da matriz numa estrutura flip

Figura 6 Diagrama esquemático da estrutura da ranhura em V invertida

Atualmente, existe outro tipo de molde na indústria que utiliza o princípio da rotação do pivô para conseguir a flexão da peça através da rotação do ombro da matriz.

Esta conceção do molde afasta-se da estrutura tradicional da ranhura em V, transformando as superfícies inclinadas de ambos os lados da ranhura em V numa estrutura reversível.

Durante a prensagem da folha pelo punção, o mecanismo de rotação em ambos os lados do punção é ativado pela pressão do punção, fazendo com que a folha se dobre e se forme, como ilustrado na Figura 6.

Nesta condição de funcionamento, o atrito de deslizamento entre a chapa e a matriz é mínimo e a chapa aproxima-se do vértice do punção perto do plano de viragem para evitar marcas nas peças.

A estrutura deste tipo de molde é mais complexa do que a dos modelos anteriores, com uma mola de tensão e uma estrutura de placa articulada, o que resulta em custos de manutenção e processamento mais elevados.

4. Isolamento entre a ranhura da matriz V e a folha

Os métodos anteriormente discutidos têm todos como objetivo conseguir uma dobragem sem marcas através da modificação dos moldes de dobragem.

Do ponto de vista comercial, pode não ser viável desenvolver e adquirir um novo conjunto de moldes para a dobragem sem marcas de peças individuais.

Do ponto de vista do contacto por fricção, enquanto o molde estiver separado da folha, não ocorre fricção.

Por conseguinte, sem alterar a matriz de dobragem, é possível obter uma dobragem sem marcas, utilizando uma película macia para evitar o contacto entre a ranhura em V e a chapa.

Esta película macia, também conhecida como película de dobragem sem marcas, é normalmente feita de materiais como borracha, PVC (cloreto de polivinilo), PE (polietileno) e PU (poliuretano).

A borracha e o PVC têm custos de matéria-prima mais baixos, mas não têm resistência à pressão, têm um fraco desempenho de proteção e têm uma vida útil curta.

O PE e o PU, por outro lado, são excelentes materiais de engenharia. A película de dobragem e prensagem sem marcas fabricada com estes materiais como substrato tem uma boa resistência ao rasgamento e uma longa vida útil, proporcionando uma boa proteção.

A película de proteção contra dobragem funciona como um amortecedor entre a peça de trabalho e o ombro do molde, aliviando a pressão entre o molde e a folha, evitando assim que a peça de trabalho seja riscada durante a dobragem.

Quando em uso, a película de dobragem pode ser colocada na matriz, oferecendo baixo custo e fácil utilização.

Atualmente, a espessura da película de dobragem sem marcas disponível no mercado é tipicamente de 0,5 mm, e o tamanho pode ser personalizado de acordo com as necessidades.

Sob a condição de pressão de 2t, a película de dobragem sem marcas pode normalmente atingir uma vida útil de cerca de 200 ciclos de dobragem, e possui uma forte resistência à abrasão, excelente resistência ao rasgo, desempenho de dobragem superior, elevada resistência à tração e alongamento, resistência a lubrificantes e resistência a solventes de hidrocarbonetos alifáticos.

Este artigo descreveu vários métodos para obter uma dobragem sem marcas e o Quadro 1 apresenta uma comparação desses métodos.

Tabela 1 Comparação do processo de dobragem sem marcas

Considerações finais

A concorrência no sector processamento de chapas metálicas A indústria de processamento de alimentos é intensa e, para se manterem competitivas, as empresas precisam de melhorar constantemente a sua tecnologia de processamento. Devem ter em conta não só a funcionalidade do produto, mas também a sua processabilidade, aparência e economia de processamento. Ao utilizar métodos de processamento mais eficientes e económicos, as empresas podem tornar os seus produtos mais fáceis de processar, mais económicos e mais atractivos.