Chapa metálica é uma forma de metal produzida por meio de processos industriais, normalmente por laminação ou outras técnicas de desbaste para criar peças finas e planas. Durante este processo, a espessura do metal é reduzida enquanto a sua área superficial geralmente permanece consistente. Como produto semiacabado, a chapa metálica desempenha um papel crucial na fabricação de chapas metálicas e é amplamente utilizada na fabricação e construção modernas.
A fabricação de chapas metálicas é um processo de fabricação preciso que envolve a transformação de chapas metálicas em formatos e tamanhos desejados por meio de várias técnicas . Vários produtos que você encontra diariamente, como geladeiras de aço inoxidável ou pias de cozinha, são fabricados por meio desse processo. Então, o que é exatamente a fabricação de chapas metálicas, como funciona e quais são seus usos e benefícios? Neste artigo você encontrará as respostas.
O que é fabricação de chapas metálicas?
A fabricação de chapas metálicas é o processo de formação de chapas metálicas (geralmente com menos de 10 mm) no formato desejado usando várias técnicas de fabricação. A conclusão de um produto geralmente envolve várias etapas, desde o corte, conformação, acabamento e união. Cada etapa pode ser alcançada por meio de diferentes métodos de fabricação. Muitas vezes, diferentes técnicas de fabricação podem alcançar resultados finais semelhantes, mas a escolha ideal depende de fatores como custo e requisitos específicos do projeto.
Este processo é adequado para a produção de uma ampla gama de componentes metálicos. Ele suporta tanto a produção em alto volume de produtos padronizados quanto a fabricação em baixo volume para aplicações personalizadas, como prototipagem.
Como funciona o processo de fabricação de chapas metálicas?
A seguir, discutiremos especificamente o processo de transformação de uma simples chapa metálica em peças metálicas complexas e explicaremos as técnicas de fabricação mais comuns envolvidas.
1. Estágio de projeto
O processo de fabricação de chapa metálica começa com uma chapa plana de metal e uma planta, geralmente um arquivo CAD criado usando um software de design auxiliado por computador. Este projeto serve como instruções sobre como cortar, formar e finalizar o material de base.
Fatores importantes, como o uso pretendido do produto, as dimensões e tolerâncias exigidas e quaisquer materiais ou acabamentos específicos necessários, devem ser determinados antes do início da fabricação.
2. Corte
O corte é normalmente a primeira etapa na fabricação de chapas metálicas. As chapas metálicas são carregadas em uma máquina de corte. A seguir, a máquina opera de acordo com os caminhos de corte derivados do modelo CAD. Em seguida, as folhas são cortadas nos formatos e tamanhos necessários. A operação de corte é dividida em dois grupos: corte com e sem forças de cisalhamento.
Grupo Um: Corte sem cisalhamento
Cortar sem cisalhar refere-se a métodos de corte que não dependem da ação de cisalhamento tradicional (ou seja, usar lâminas ou ferramentas opostas para cortar o material). Em vez disso, esses métodos removem o material por meio de processos como fusão, vaporização ou jateamento abrasivo de alta pressão. Esses métodos incluem o seguinte:
Corte a Laser
O corte a laser é um processo sem contato que utiliza um feixe de laser de alta potência focado na chapa metálica. O calor intenso do feixe de laser derrete, queima ou vaporiza o material ao longo do caminho de corte desejado. Um jato de gás, geralmente argônio ou nitrogênio, sopra o material fundido ou vaporizado, deixando um corte limpo e preciso.
Este método é altamente preciso, capaz de atingir tolerâncias de 0,1 mm e pode criar formas e padrões complexos com bordas suaves. Além disso, o corte a laser é adequado para uma ampla variedade de metais, desde metais não ferrosos até aço-carbono e aço inoxidável, e pode ser automatizado para produção em alto volume.
Corte Plasma
O corte a plasma usa um jato de gás ionizado (plasma) de temperatura extremamente alta e alta velocidade para derreter materiais eletricamente condutores. Gerado por uma tocha de plasma, o plasma pode atingir temperaturas acima de 30.000°C, permitindo derreter metal rapidamente.
Este processo é particularmente rápido e adequado para cortar metais espessos. No entanto, comparado ao corte a laser, o corte a plasma tende a criar rebarbas maiores e uma zona oxidada próxima à área de corte. Apesar disso, ainda pode atingir tolerâncias aceitáveis para muitas aplicações industriais.
Corte a jato de água
O corte por jato de água usa um fluxo de água de alta pressão (até 60.000 psi) e alta velocidade misturado com abrasivos para cortar chapas metálicas. Por ser um método de corte a frio, não gera calor, reduzindo o risco de empenamento ou criação de zonas termicamente afetadas no material.
O corte a jato de água pode obter cortes precisos com bordas lisas e serve como uma boa alternativa ao corte a laser, embora geralmente seja mais lento. Além disso, o corte a laser oferece recursos extras, como gravação e marcação de peças com controle de profundidade, que o corte por jato de água não consegue realizar. O corte a jato de água também tem uma largura de corte maior de 0,02-0,04” (0,5-1 mm), que é significativamente mais larga do que a do corte a laser.
Grupo Dois: Corte com Cisalhamento
Corte com cisalhamento refere-se a processos de corte de chapas metálicas aplicando uma força de cisalhamento para superar a resistência final ao cisalhamento do metal. As técnicas incluídas nesta categoria são as seguintes:
Corte
Cisalhar é um processo de corte onde a ação é semelhante à tesoura cortando papel. Envolve o uso de duas lâminas – normalmente uma lâmina superior móvel e uma lâmina inferior estacionária – para aplicar uma força de cisalhamento à chapa metálica. Essa força faz com que o material se deforme e frature ao longo de uma linha reta, cortando-o efetivamente em dois ou mais pedaços.
As máquinas utilizadas para o corte podem ser manuais, hidráulicas, elétricas ou pneumáticas, dependendo da espessura do material e do comprimento de corte necessário. O cisalhamento é frequentemente empregado em operações de alto volume, especialmente nos estágios iniciais da fabricação de metal, para cortar grandes folhas de metal no tamanho certo antes do processamento posterior. Também é usado para aparar bordas de folhas ou cortar peças planas com bordas retas.
Blanking e Perfuração
No blanking, a chapa metálica é colocada sobre uma matriz e um punção é conduzido através da chapa, cortando-a ao longo das bordas no formato desejado. A peça cortada, conhecida como "espaço em branco", é a peça pretendida, enquanto a folha restante normalmente é sucata. Esse processo é frequentemente usado na produção em massa para criar peças que exigem um formato consistente e repetível, como componentes automotivos, moedas e etiquetas metálicas.
O soco, por outro lado, é o oposto; o material perfurado é sucata, enquanto a folha restante é o produto desejado. A perfuração é comumente usada para criar furos, ranhuras ou recortes específicos em chapas metálicas, geralmente para fins como aberturas de ventilação, fixação ou como parte de um processo de montagem.
Serrar
A serra corta o material movendo uma lâmina dentada para frente e para trás (em movimento alternativo) ou continuamente (em movimento circular). Os dentes da lâmina removem o material à medida que se movem através dela, criando um corte no caminho desejado. A serragem é usada para cortar materiais no tamanho certo, seja na preparação para processamento posterior ou como operação final.
3. Formação
As peças cortadas de chapa metálica são então moldadas na forma desejada através de várias técnicas de formação de chapa metálica, mantendo seu estado sólido. No entanto, essas técnicas diferem em suas aplicações para a criação de chapas metálicas personalizadas. Esta seção explicará os métodos essenciais para formar chapas metálicas.
A dobra de chapas metálicas é uma técnica de conformação amplamente utilizada que envolve o uso de dobradeiras para dobrar ou dobrar metal em formas angulares ou curvas. Neste processo, a chapa metálica é colocada em uma matriz com uma geometria específica, como matrizes em forma de U, V ou em forma de canal, e um punção pressiona o material na matriz ao longo de um eixo reto para formar o desejado. forma. Este método é particularmente econômico para produção em baixa e média escala.
Rolando
A laminação envolve a passagem da chapa metálica através de um ou mais pares de rolos rotativos para reduzir a espessura, garantir uniformidade ou conferir as propriedades mecânicas desejadas. Os rolos podem ser ajustados em vários diâmetros e ângulos para atingir o formato desejado. Este processo pode ser realizado à temperatura ambiente (laminação a frio) ou a temperaturas elevadas (laminação a quente), dependendo do material e das propriedades desejadas do produto final.
Os produtos típicos criados por meio de laminação incluem discos, peças estampadas, rodas, tubos e canos. A laminação é essencial em indústrias que exigem produção em massa de componentes metálicos com qualidade e espessura consistentes.
Bainha
A bainha, assim como a bainha das pernas das calças, é um processo no qual a borda da chapa metálica é dobrada ou enrolada sobre si mesma para formar uma borda de duas camadas. No primeiro estágio, a chapa metálica é dobrada em um ângulo intermediário, geralmente em torno de 90 graus, usando uma matriz em V. Em seguida, ele é removido e colocado em uma matriz de achatamento para completar a bainha.
O objetivo principal da bainha é fortalecer as bordas das peças de chapa metálica, evitando que fiquem afiadas ou sujeitas a deformações. Também melhora a qualidade estética do metal, criando uma borda lisa e arredondada com uma aparência limpa e acabada, o que é importante em aplicações como painéis de carrocerias automotivas ou tampas de eletrodomésticos.
Ondulação
Na ondulação, a borda de uma chapa metálica é enrolada em forma de laço ou anel, criando uma borda tubular arredondada. O processo primeiro usa uma série de rolos ou matrizes de ondulação especializadas para moldar gradualmente o metal na forma curva desejada. Em seguida, o metal é progressivamente moldado em um laço, que pode ser total ou parcialmente fechado, dependendo dos requisitos do projeto.
Assim como a bainha, a ondulação costuma ser usada para eliminar arestas vivas, melhorar o apelo visual da peça metálica e aumentar sua integridade estrutural.
Estampagem
Diferente dos processos de conformação anteriores, a estampagem é uma técnica que integra operações de corte e conformação para produzir peças complexas a partir de chapas metálicas. Como uma técnica típica de conformação a frio, a estampagem ocorre em uma prensa, utilizando uma matriz e um punção para moldar as matérias-primas em vários formatos. Dependendo do tipo de matriz usada, existem vários métodos de estampagem, como estampagem progressiva, estampagem profunda e estampagem de quatro lâminas. A estampagem é altamente eficiente, precisa e econômica, tornando-a especialmente adequada para produção em massa.
4. Aderir
Se for necessário unir várias peças de chapa metálica, isso pode ser conseguido através das seguintes técnicas de união:
Soldagem
A soldagem é uma das técnicas utilizadas para unir peças metálicas. Envolve a fusão dos materiais de base (os metais sendo unidos) e muitas vezes a adição de um material de enchimento para formar uma poça derretida, que se solidifica em uma junta forte à medida que esfria. Soldagem por arco de metal blindado (SMAW), soldagem por gás inerte de metal (MIG) e soldagem por gás inerte de tungstênio (TIG) são diferentes técnicas de soldagem de chapa metálica frequentemente usadas.
Fixadores são dispositivos mecânicos usados para unir duas ou mais peças. Dependendo do tipo e da aplicação, podem ser permanentes, como rebites, ou removíveis, como cavilhas e parafusos.
5. Acabamento de Superfície
O produto final passa por operações de acabamento superficial para melhorar a aparência, resistência à corrosão e durabilidade. Os tipos de acabamentos disponíveis para chapas metálicas não são diferentes daqueles utilizados para outros processos de fabricação de metal. A adequação de um acabamento depende muito dos requisitos individuais da peça e das propriedades do material selecionado. Essas operações de acabamento incluem jateamento, polimento, revestimento em pó, anodização e revestimento.
Os materiais usados para fabricação de chapas metálicas
Os materiais utilizados na fabricação de chapas metálicas possuem propriedades mecânicas semelhantes às de seus metais básicos, portanto, a seleção de materiais de chapa metálica pode ser baseada principalmente nos requisitos específicos do seu projeto.
Além disso, como a fabricação de chapas metálicas normalmente envolve processos como dobra, estampagem ou soldagem, há uma série de fatores aos quais se deve prestar especial atenção ao selecionar um material apropriado, como ductilidade, usinabilidade, soldabilidade, resistência à tração, resistência à corrosão, etc. Um princípio fundamental é escolher materiais que possam ser facilmente manipulados sem perder suas propriedades físicas. Aqui estão alguns exemplos comuns de tais materiais.
As ligas de alumínio oferecem alta usinabilidade, excelente relação resistência-peso e resistência à corrosão. Eles são frequentemente usados em aplicações onde a redução de peso é crítica, como nas indústrias de transporte e aeroespacial. Bens de consumo como telefones, laptops e outros eletrônicos frequentemente apresentam caixas de alumínio leves e duráveis.
O Aço Inoxidável é uma liga com alta resistência à tração e resistência à corrosão e altas temperaturas. É amplamente utilizado em aplicações como instrumentos cirúrgicos, talheres, acessórios de cozinha e pias. O aço inoxidável também é amplamente utilizado em ambientes industriais para tanques de armazenamento, válvulas, tubulações e outros componentes essenciais.
O aço laminado a quente é processado em altas temperaturas, acima do seu ponto de recristalização. Isso torna o aço mais fácil de moldar e moldar, e é por isso que chapas e chapas mais espessas normalmente só estão disponíveis como laminadas a quente - são mais fáceis de produzir dessa maneira. No entanto, o acabamento superficial do aço laminado a quente é geralmente mais áspero do que o do aço laminado a frio e as tolerâncias dimensionais são menos precisas. Como resultado, é frequentemente utilizado em aplicações onde formas precisas e um acabamento superficial liso não são críticos, como em estruturas maiores, como galpões de aço e garagens.
O aço laminado a frioé laminado à temperatura ambiente, oferecendo maior resistência, dureza, acabamento superficial liso e tolerâncias mais rígidas. Ideal para aplicações que exigem formas precisas e superfícies lisas, como eletrodomésticos, armários e armários.
Aço galvanizado é o aço revestido com uma camada de zinco para protegê-lo da corrosão. Chapas de aço galvanizado são comumente usadas em aplicações externas ou ambientes onde a resistência à ferrugem é crucial, como em telhados, cercas, carrocerias automotivas e dutos HVAC.
O aço carbonoé amplamente utilizado nos mercados industriais e de consumo para uma variedade de produtos. É uma liga de aço que contém carbono, o que aumenta sua dureza e resistência quando submetido a tratamento térmico. Conhecido por sua durabilidade, alta resistência à tração e preço acessível, mas o aço carbono é menos resistente à corrosão em comparação ao aço inoxidável.
Cobre e latão são amplamente utilizados na fabricação de chapas metálicas devido à sua excelente resistência à corrosão, condutividade e trabalhabilidade. O cobre, conhecido por sua condutividade elétrica e térmica superior, é comumente usado em fiação elétrica, encanamento e trocadores de calor. O latão, uma liga de cobre e zinco, combina essas propriedades com maior maleabilidade e uma aparência distinta de ouro, ideal para aplicações decorativas, acessórios de encanamento e instrumentos musicais.
O titânio, assim como o alumínio, tem uma alta relação resistência-peso, mas também oferece resistência excepcional e resistência superior à corrosão. Esses atributos o tornam uma escolha ideal para ambientes extremos, incluindo aplicações aeroespaciais, como estruturas de aeronaves e componentes de motores, bem como nas indústrias militar e automotiva de alto desempenho. Além disso, devido à sua excelente biocompatibilidade, o titânio é amplamente utilizado em dispositivos médicos e implantes. No entanto, sua dureza e resistência também dificultam a usinagem, resultando em maior desgaste da ferramenta e maiores custos de produção.
Benefícios e limitações da fabricação de chapas metálicas
Como a fabricação de chapas metálicas abrange uma ampla gama de processos e técnicas, as vantagens e desvantagens podem diferir significativamente dependendo do método específico utilizado. A seguir fornece uma visão geral dos prós e contras da fabricação de chapas metálicas. No entanto, para determinar completamente se um determinado processo de fabricação de chapa metálica é adequado para sua aplicação, é essencial explorar cada processo com mais detalhes.
Benefícios
Protótipos para produção em volume são possíveis
A maioria das técnicas de fabricação de chapas metálicas são altamente automatizadas, o que permite a criação rápida de protótipos com precisão e exatidão excepcionais. Por exemplo, os cortadores a laser podem obter cortes com tolerâncias tão estreitas quanto 0,0005 polegadas. Essa precisão e eficiência não se limitam à prototipagem; eles podem ser facilmente dimensionados para produção em massa. Processos como a estampagem, que utilizam moldes ou matrizes, permitem a produção de milhares ou até milhões de peças com resultados consistentes.
Vastas opções de técnicas e materiais
Conforme discutido na seção anterior, várias técnicas estão associadas ao processo de fabricação de chapas metálicas. Essa flexibilidade garante que não importa o que seu projeto exija – sejam formas complexas, cortes precisos, dobrar peças no lugar ou adicionar furos, ranhuras e entalhes exatamente nos locais certos – a fabricação de chapas metálicas pode atender a essas necessidades.
Além disso, o processo permite escolher entre uma ampla gama de materiais de chapa metálica, muito além dos poucos mencionados na última parte. Essa extensa variedade permite que a fabricação de chapas metálicas seja aplicada em vários setores.
Fabricação de peças de alta resistência/peso
A fabricação de chapas metálicas é ideal para a produção de componentes leves, mas de alta resistência, especialmente em indústrias como aeroespacial e automotiva. Durante o processo de fabricação de chapas metálicas, operações como dobra e estiramento induzem o endurecimento por trabalho, o que aumenta a resistência do material. Além disso, a incorporação de recursos de design como nervuras de reforço, ângulos de flexão estratégicos e curvatura das bordas pode aumentar significativamente a resistência e a rigidez das peças sem aumentar a espessura do material.
Limitações
Limites de capacidade por técnica
Cada técnica de fabricação de chapas metálicas tem suas limitações. Por exemplo, certos materiais podem deformar-se ou rachar durante a soldagem, e o corte a laser pode não funcionar bem com materiais altamente refletivos, como cobre ou alumínio. Essas limitações muitas vezes exigem a combinação de vários processos de produção. Isto pode envolver a transferência de peças entre máquinas diferentes, sendo que cada etapa requer reconfiguração, o que aumenta o tempo de produção. Além disso, o uso de múltiplas máquinas e mão de obra adicional pode aumentar os custos de produção.
Alto custo inicial para ferramentas e equipamentos
O processamento de chapas metálicas requer uma série de equipamentos especiais, como máquinas de corte a laser, puncionadeiras, dobradeiras e equipamentos de soldagem. O processamento moderno de chapas metálicas geralmente depende de equipamentos CNC multifuncionais, que podem melhorar a eficiência da produção e a qualidade do produto, mas os custos de compra e manutenção também são relativamente altos.
Além disso, para o processamento de chapas metálicas, especialmente na produção em massa, são frequentemente necessários moldes personalizados, como moldes de estampagem e dobra. Projetar e fabricar esses moldes requer tecnologia e materiais de alta precisão, levando a custos significativos de molde.
Projetos de operações de dobra são complexos
Pode parecer simples dobrar placas 2D em formas 3D. Mas, na realidade, as operações de dobra exigem uma consideração cuidadosa de fatores como propriedades do material, ângulos de dobra, raios de dobra e a sequência de dobras. Projetar dobras complexas envolve o gerenciamento de possíveis problemas como retorno elástico (onde o metal tenta retornar à sua forma original após a dobra), desbaste do material e tensões internas que podem levar a rachaduras ou distorções. À medida que os projetos se tornam mais complexos, esses fatores tornam-se mais difíceis de controlar, o que pode limitar a viabilidade ou a eficiência do processo de dobra.
Aplicações de fabricação de chapas metálicas
Por último, vamos dar uma visão geral das diversas aplicações industriais de fabricação de chapas metálicas.
Automotivo
A fabricação de chapas metálicas, devido à sua capacidade de formar peças de grandes áreas e à sua compatibilidade com uma ampla gama de materiais, pode criar estruturas extremamente fortes. Painéis da carroceria, componentes do chassi, molduras de portas e molduras de assentos são todos feitos de chapas metálicas que foram cortadas por operações de perfuração e laser e formadas em processos de estampagem. Além disso, a estrutura e os sistemas de exaustão são laminados e depois dobrados usando dobradores de tubos CNC. Inegavelmente, a fabricação de chapas metálicas é indispensável na fabricação automotiva.
Aeroespacial
Na indústria aeroespacial, os engenheiros usam a fabricação de chapas metálicas para criar componentes de alta precisão, leves e de alta resistência, como seções de fuselagem, estruturas de asas e naceles de motores. Esses componentes são feitos de materiais como alumínio, aço e até titânio e tungstênio. Usando técnicas avançadas de fabricação, eles são formados em formatos grandes, suaves e complexos que podem suportar as tensões do voo, garantindo desempenho ideal e eficiência de combustível.
Construção
A fabricação de chapas metálicas na indústria da construção é usada principalmente para a fabricação de componentes estruturais, revestimentos externos e elementos funcionais, como painéis de cobertura metálica, revestimento metálico corrugado e membros de estrutura metálica 2x4 ou 2x6. Esses componentes não apenas fornecem excelente proteção, mas também são duráveis e esteticamente agradáveis.
Assistência médica
O setor de saúde dá grande ênfase à precisão e às propriedades antibacterianas, tornando o aço inoxidável o material preferido. Combinado com técnicas avançadas de fabricação de chapas metálicas, o aço inoxidável é amplamente utilizado para produzir gabinetes de equipamentos médicos, bandejas de instrumentos cirúrgicos, armários de armazenamento médico e caixas de ferramentas.
Gabinetes
A fabricação de chapas metálicas ajuda a produzir invólucros de eletrodomésticos e produtos eletrônicos, protegendo caixas de engrenagens e equipamentos sensíveis. Também pode proteger as ferramentas contra impactos ambientais e impedir a entrada de poeira. Aparelhos feitos de alumínio e aço com revestimento em pó são muito populares entre os consumidores. Usando técnicas de fabricação de chapa metálica, você pode criar vários cortes de conexão de cabos, como aqueles para janelas, painéis de LED, tubos de luz e portas HDMI.
Conclusão
Neste guia, cobrimos tudo que você precisa para começar a fabricar chapas metálicas – mas há muito mais para aprender. Se você estiver interessado em obter conhecimento mais aprofundado sobre design de chapas metálicas, clique aqui para obter mais informações de especialistas.
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