Dobramento de Chapas Metálicas de Precisão: Fabricação Custo-Efetiva e Confiável

Dobramento — às vezes chamado de flangeamento ou dobra em prensa — é uma das técnicas mais importantes e amplamente usadas na fabricação de chapas metálicas de alta precisão.

O dobramento de chapas metálicas permite que fabricantes transformem uma peça reta de chapa em um componente angulado, o que pode ser muito mais custo-efetivo do que soldar ou fixar duas peças separadas.

O processo de dobramento tipicamente funciona usando ferramentas de dobra para aplicar força à chapa metálica de uma forma que cause deformação permanente. No entanto, existem muitos métodos de dobramento e máquinas diferentes que podem ser usados para alcançar o melhor resultado. Cálculos complexos de dobramento garantem que tolerâncias apertadas possam ser atingidas.

Este artigo serve como uma introdução ao dobramento de chapas metálicas, abordando os fundamentos do dobramento, equipamentos típicos, tipos de dobramento de chapas metálicas e considerações técnicas como compensações de dobra e retorno elástico (springback).

O que é dobramento de chapas metálicas?

Dobramento de chapas metálicas é uma técnica de conformação de metais usada para transformar peças planas de chapa em formas de V, U ou canal.

É um processo de manufatura importante e conveniente, pois dobrar uma peça plana de chapa em um novo formato é significativamente mais barato do que, por exemplo, usinar uma forma de V, U ou canal a partir de uma peça bruta sólida, ou fundi-la em uma fundição. Além disso, o dobramento produz uma peça mais forte do que, por exemplo, soldar duas peças planas de chapa em uma forma de V.

Muitos tipos de dobramento de chapa envolvem o uso de uma máquina chamada prensa dobradeira (ou brake), às vezes chamada de máquina de dobrar ou dobradeira de chapa. A força pode ser aplicada manualmente ou com, por exemplo, hidráulica. Uma prensa hidráulica pode exercer altas forças e, portanto, dobrar espessuras maiores de chapa.

Equipamentos de dobramento de chapas metálicas

O equipamento mais importante de dobramento de chapas metálicas é a prensa dobradeira (brake), que vem em várias formas distintas:

• Uma prensa dobradeira de cornija (cornice brake) é uma máquina de dobrar simples — e a prensa dobradeira de chapa mais amplamente usada na manufatura — que prende uma peça de chapa metálica a uma superfície plana, então, através do movimento de uma folha de dobrar móvel, usa força para fazer dobras retas ou vincos simples.
• Uma prensa dobradeira (press brake) é uma máquina de dobrar que usa um punção móvel e uma matriz correspondente. Durante a operação de dobramento, a chapa metálica é colocada na matriz e o punção é movido com força contra o metal, forçando-o na abertura da matriz. Dependendo do formato da matriz, uma prensa dobradeira pode ser usada para fazer dobras em V, U e outras formas.
• Uma prensa dobradeira de caixa e bandeja (box-and-pan brake) (também conhecida como finger brake) é outro tipo de prensa dobradeira de chapa que usa uma fileira de "dedos" metálicos para criar múltiplas linhas de dobra. Como o nome sugere, a prensa de caixa e bandeja é frequentemente usada para fazer caixas de tamanho personalizado.
• Uma dobradeira de barra (bar folder) é uma máquina de dobrar pequena e simples com uma única alavanca que prende a chapa metálica e a dobra em um único movimento.

Tipos de dobramento de chapas metálicas

Existem diferentes variedades de dobramento usadas para alcançar diferentes dobras de diferentes maneiras. Três desses métodos de dobramento (dobramento a ar, fundo de matriz e cunhagem) usam uma prensa dobradeira, enquanto os outros usam máquinas variadas para criar as dobras desejadas.

Dobramento a ar (Air bending)

Dobramento a ar é um método de dobramento com prensa dobradeira no qual um punção força a chapa metálica em uma matriz, mas não tão longe a ponto de tocar as paredes da matriz.

Este método não é tão preciso quanto outros, mas é altamente flexível: pode ser usado para fazer dobras em V, U e outras formas. Isso ocorre em parte porque a geometria da matriz não precisa corresponder exatamente à dobra desejada da chapa, já que nenhum contato é feito entre as duas superfícies.

Fundo de matriz (Bottoming)

Fundo de matriz é outro método de dobramento com prensa dobradeira. Durante o processo de fundo de matriz, o punção força a chapa metálica totalmente para dentro da matriz, criando uma dobra que corresponde à geometria do interior da matriz. É usado para fazer dobras em forma de V.

Cunhagem (Coining)

Cunhagem é um tipo mais caro de dobramento com prensa dobradeira no qual um punção é abaixado com força muito maior sobre a chapa metálica e dentro da matriz, criando uma deformação permanente com muito pouco retorno elástico (springback). (Significando que o metal não volta a endireitar-se uma vez que o punção é retirado.)

Dobramento por flangeamento (Folding)

O flangeamento pode ser realizado em máquinas como uma prensa dobradeira de cornija ou uma dobradeira de barra. A chapa metálica é presa no lugar antes que uma viga de fixação suba para dobrar o metal em torno de um perfil. O flangeamento alcança uma dobra em forma de V e permite ângulos de dobra positivos ou negativos.

Limpeza (Wiping)

Limpeza (ou dobra de borda ou wipe bending) é outro método de dobramento adequado para máquinas como prensas dobradeiras de cornija e dobradeiras de barra (e em alguns casos prensas dobradeiras). É mais rápido que o flangeamento, mas pode causar mais danos à superfície da chapa metálica.

Dobramento por rolos (Roll bending)

Dobramento por rolos é talvez o processo de conformação de chapas metálicas mais único devido à máquina usada. Um sistema de dobramento por rolos tem três rolos cilíndricos para dobrar a chapa metálica em um arco, sendo, portanto, útil para a fabricação de tubos, tubulações e outras peças arredondadas.

Dobramento em degraus (Step bending)

Dobramento em degraus — às vezes chamado de bump bending — é uma maneira de aproximar uma dobra curva suave (como a produzida via dobramento por rolos) usando uma prensa dobradeira. Realizando várias dobras pequenas em forma de V em sucessão, o dobramento em degraus pode produzir o que parece uma dobra curva.

Retorno elástico (Springback) explicado

Quando a chapa metálica é dobrada em uma nova forma, ela naturalmente volta a se endireitar em algum grau após a força de dobramento ser removida. Isso é chamado de "retorno elástico" (springback).

O retorno elástico ocorre devido à resistência à compressão da chapa metálica dobrada. Quando a chapa é dobrada, um lado é puxado e esticado, enquanto o outro é comprimido; no entanto, como o material tem maior resistência à compressão do que à tração, o lado comprimido resiste com sucesso à deformação e se descomprime quando a força é removida.

O retorno elástico não é um grande problema, mas significa que os fabricantes devem compensar o retorno elástico esperado sobredobrando a chapa metálica. Se o metal for intencionalmente ligeiramente sobredobrado, um pequeno grau de retorno elástico natural resultará no ângulo correto.

Claro, calcular o retorno elástico está longe de ser simples, e existem várias variáveis que afetam a gravidade do retorno elástico, incluindo o tipo e a espessura do material. Além disso, raios internos maiores resultam em maior retorno elástico.

Cálculos e compensações

Quando uma peça de chapa metálica é dobrada, o lado de fora da dobra alonga-se, e suas dimensões são, portanto, alteradas. Isso significa que, por exemplo, o comprimento total das duas pernas de uma dobra em forma de V será maior que o padrão plano original.

Então, se as dimensões são alteradas, como projetamos uma peça com precisão, garantindo que ela se encaixará com outros componentes? Como decidimos qual deve ser o comprimento da peça plana de chapa metálica? Para compensar as mudanças nas dimensões, devemos incorporar a compensação de dobra (bend allowance): a diferença entre o comprimento da chapa desdobrada e a soma dos comprimentos de cada perna da peça dobrada finalizada.

Cálculos de compensação de dobra consideram fatores como espessura da chapa, raios de dobra, ângulos de dobra e fator K (razão entre a localização do eixo neutro e a espessura do material). A compensação de dobra necessária para uma peça de chapa metálica pode ser calculada usando uma calculadora de compensação de dobra.

Melhores materiais e bitolas de chapa metálica para dobramento

Alguns materiais de chapa metálica são melhores para dobramento que outros. Geralmente, os melhores materiais para dobramento são maleáveis e não quebradiços.

Materiais populares para dobramento de chapas metálicas incluem:

• Aço doce: Pode ser dobrado a qualquer temperatura.
• Aço mola: Dobrável após têmpera.
• Aço liga 4140: Dobrável após têmpera.
• Alumínio 5052: Altamente dobrável comparado a outras ligas de alumínio.
• Cobre: Altamente dobrável.

Materiais mais difíceis (embora não impossíveis) de dobrar incluem alumínio 6061, aço carbono, titânio, latão e bronze. O aço inoxidável pode ser dobrado, com a série 300 sendo mais dúctil que outras.

Direção do grão

A direção do grão da chapa metálica — a direção na qual os minúsculos cristais do metal são alongados devido à laminação original da chapa — afeta como ela dobra.

A direção do grão torna a chapa metálica mais forte em um eixo e mais fraca no outro. Dobrar com o grão (longitudinalmente) pode aumentar a probabilidade de trincas, rasgamentos ou efeito casca de laranja; dobrar contra o grão reduz as chances desses problemas ocorrerem.

Mas, embora dobrar contra o grão reduza as chances de quebra, também requer maior força, pois a chapa metálica é mais forte. Pode, portanto, resultar em mais retorno elástico e exigir maior compensação a esse respeito.

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