Dominando o Design de Chapas Metálicas: Princípios Essenciais e Dicas de Fabricabilidade

Introdução ao Design de Chapas Metálicas

Olhe ao seu redor, e você perceberá que há uma abundância de produtos feitos de chapas metálicas. Sejam produtos de consumo, como latas de bebida, utensílios de cozinha, armários de arquivo, ou produtos industriais, como carrocerias, chassis e escapamentos. Chapas metálicas são um ativo valioso para indústrias e produção de baixo volume. Portanto, este artigo é dedicado a discutir os fundamentos do design de chapas metálicas e algumas dicas úteis para designers de chapas metálicas. Muitas indústrias estão adotando o conceito de Design para Fabricação, ou mais comumente conhecido como DFM. Na indústria de design de chapas metálicas, o DFM ajuda a evitar erros técnicos no processo de design para melhorar os tempos de espera de fabricação baseados na tabela de espessura de chapas metálicas e cálculos precedentes. É por isso que o design de chapas metálicas para fabricabilidade também é um tópico importante discutido neste artigo.

O Que é Chapa Metálica?

Antes de discutir as tecnicidades do design de chapas metálicas, é essencial entender o que é chapa metálica. Chapa metálica é um metal como alumínio, latão, titânio, níquel, estanho e cobre processado em peças finas e planas como folhas, lâminas e placas.

Como são formadas para serem leves, finas, estáveis e elásticas, são amplamente usadas em indústrias para revestimento e cobertura.

Operações Básicas de Chapas Metálicas

O trabalho com chapas metálicas envolve operações de conformação e corte em chapas, bobinas e tiras para fabricar componentes e peças de produtos. Existem várias operações diferentes para designs de chapas metálicas, algumas das quais são discutidas abaixo.

1. Dobra

A tensão de chapas metálicas em torno de um eixo reto aplicando força em uma área localizada é chamada de dobra. A peça de trabalho é colocada sobre um bloco de matriz, e um punção é pressionado para baixo, formando a forma desejada da chapa metálica. Diferentes indústrias empregam diferentes ferramentas para dobrar metal, mas as ferramentas mais comuns são prensa freio ou freios de dobra.

2. Estiramento (Drawing)

Outra operação de chapas metálicas é estiramento, também conhecido como estiramento de copo ou estiramento profundo. Envolve o estiramento de chapa metálica para formar uma forma oca ou côncava. Um suporte de bruto mantém a peça de trabalho em uma matriz, enquanto isso, um punção em forma de U perfura a peça de trabalho de chapa metálica. A figura anexa ilustra o processo:

3. Cisalhamento (Shearing)

Diferente das operações discutidas acima, cisalhamento é um processo de chapas metálicas envolvendo corte da peça de trabalho aplicando força no punção, em vez de um processo de conformação de design de chapas metálicas.

Como mostrado na figura, a peça de metal que é primeiro colocada na matriz experimenta uma força vertical no punção para produzir um efeito de cisalhamento e cortar a peça de trabalho.

4. Processos Diversos

Existem vários outros processos para design de chapas metálicas que podem ou não usar ferramentas de matriz e punção para dobrar metal. Estes processos incluem:

• Rotação (Spinning): A operação de rotação compreende a prensagem de uma peça de metal simétrica axialmente sobre um mandril ou grampo rotativo para moldar a chapa metálica.
• Conformação por Estiramento (Stretch forming): A conformação por estiramento envolve esticar a chapa metálica e dobrá-la simultaneamente junto com o estiramento para formar formas contorneadas.
• Repuxo (Embossing): Cria letras ou superfícies em relevo em chapas metálicas.
• Prensagem (Squeezing): É uma combinação de processos como calibragem e cunhagem para criar metais dúcteis.
• Aparagem (Trimming): Também conhecido como barbear, a aparagem envolve remover rebarbas das bordas cortadas para torná-las lisas.
• Perfuração (Piercing): É um processo de criar furos de qualquer forma em chapas metálicas usando um punção afiado e pontiagudo para perfurar a peça de trabalho.
• Perfuração Circular (Punching): A perfuração cria furos circulares em uma peça de chapa metálica usando punção e matriz.
• Blanking: Envolve cortar uma forma dada da tira de chapa metálica. Esta peça cortada é chamada de blank. Blanking é comumente usado para criar discos ou arruelas.

Diretrizes DFM para Design de Chapas Metálicas

Variações em designs auxiliados por computador e produtos reais são inevitáveis; no entanto, seguir as diretrizes DFM pode reduzir esses erros. DFM ou Design para Fabricação é baseado no conceito de projetar peças, componentes ou produtos para que sejam fáceis de fabricar e menos custosos. Foca em reduzir o custo total de produção reduzindo o tempo de espera.

Pesquisas sugerem que fabricantes gastam cerca de 40% do tempo corrigindo erros, 24% dos quais são erros de fabricabilidade. Portanto, as indústrias devem abordar esses erros. Aderir às diretrizes DFM pode reduzir significativamente erros de design.

DFM foca em simplificar designs de peças para fácil fabricabilidade e reprodutibilidade. Sugere padronização de peças para reduzir contagem de peças e produzir produtos de qualidade custo-efetivos.

Alguns Fatores Básicos para Design de Chapas Metálicas

O Design de Chapas Metálicas para Fabricação foca em pontos críticos no processo de design geral. As seguintes diretrizes ajudam a melhorar o design:

• Raio do Furo

Criar furos pequenos na peça de metal deve ser evitado, pois exigem punções pequenos, que podem quebrar durante a operação. Portanto, furos devem ter diâmetro igual ou maior que a espessura da peça de trabalho.

• Alívio de Dobra (Bend Relief)

Uma indentação nos designs de chapa é chamada de alívio de dobra para que o processo de dobra seja suave durante o processo de design de chapas metálicas. Ajuda a evitar quebra durante a operação de dobra.

• Folga Furo-Dobra

Recomenda-se que a distância entre furos e uma dobra seja 1,5 vezes a espessura da chapa com o raio de dobra adicionado a ela.

• Raio de Dobra da Chapa Metálica

Um raio mínimo de dobra de chapa metálica deve ser adaptado. Este raio mínimo de dobra depende das ferramentas usadas para dobrar o metal. Quanto mais flexível o metal, mais fácil se torna ter um raio pequeno.

• Largura da Flange

Em um design de chapa metálica, a largura mínima da flange deve idealmente ser quatro vezes a espessura da chapa metálica. Este fator é vital quando se trata da estética e limpeza do seu design.

Dicas DFM para Design de Chapas Metálicas

Aqui estão mencionadas algumas dicas de design de chapas metálicas para fabricar seu design.

1. É necessário ter diâmetros de furos maiores em comparação à espessura da chapa metálica.
2. A distância entre dois furos é o que mais importa. Recomenda-se que esta distância seja o dobro da espessura da chapa. Este fator ajudará você a prevenir a deformação do metal de furos perfurados.
3. Se os furos perfurados estão muito próximos da borda externa da chapa, recomenda-se ter um espaço mínimo igual à espessura da chapa entre o furo e a borda.
4. Deve haver pelo menos 1,5 vezes a espessura do material entre a dobra e os furos.

Benefícios do DFM

DFM fornece uma opção inteligente para fabricantes melhorarem a qualidade de seu produto enquanto reduzem os custos de produção. Tem uma lista interminável de benefícios, alguns dos quais estão listados abaixo:

• Altamente custo-efetivo
• Reduz custos de mão de obra
• Melhora a qualidade do produto
• Melhora a satisfação do cliente
• Reduz o tempo de desenvolvimento do produto
• Simplifica e padroniza design para fácil fabricabilidade

Erros a Evitar ao Projetar Peças de Chapas Metálicas

Existem certos problemas que ocorrem frequentemente em um design de chapas metálicas. Alguns dos problemas estão listados abaixo que devem ser evitados no design da peça de chapa metálica:

1. Evite o uso de modelos 3D sem dobras
2. Restrinja cantos perfeitamente perpendiculares e agudos de chapas metálicas
3. Previna a colocação de características próximas às linhas de dobra
4. Pesquise bem antes de escolher um padrão plano para as peças de chapas metálicas projetadas
5. Evite selecionar o tipo errado de fabricação de chapas metálicas para o design de um produto
6. Deve incluir especificações detalhadas no arquivo de design CAD dependendo da tabela de espessura de chapas metálicas
7. Fique atento ao requisito de soldagem, certifique-se de não torná-los irrealistas
8. Sempre considere a resistência do canal U no seu processo de seleção de material

Prototipagem de Chapas Metálicas

A prototipagem de chapas metálicas envolve modelar uma amostra de um produto metálico para testar um conceito. Ajuda as empresas a testar uma ideia antes de lançar a produção em massa. Diferente da prototipagem tradicional, protótipos de chapas metálicas são projetados em menos tempo.

Diferentes empresas empregam diferentes métodos para produção de protótipos de chapas metálicas, alguns dos quais são mencionados abaixo:

• Estampagem de precisão de protótipo metálico usa uma prensa de estampagem para desenvolver peças de alta precisão.
• Prototipagem rápida fabrica o modelo usando um desenho virtual 3D.
• Conformação incremental de chapas metálicas usa uma máquina de fresamento para formar o produto sem uma matriz.

Conclusão

Chapas metálicas têm uma significância inegável em nossas vidas. Têm vastas aplicações variando de indústrias de eletrodomésticos, indústrias automotivas, indústrias robóticas e produtos de consumo. Portanto, é essencial entender os fundamentos do design de chapas metálicas e as diretrizes DFM de design de chapas metálicas consideradas no processo de fabricação.