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Fabrico de componentes de dobragem: Um guia detalhado

Última atualização:
4 de maio de 2024
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Índice

O processo de dobragem de materiais num ângulo, curvatura e forma específicos é designado por dobragem. A dobragem é um dos métodos mais comuns de modelação de materiais e é amplamente utilizada no fabrico de componentes de estruturas metálicas.

A dobragem pode ser classificada em dobragem de chapas, barras, tubos e perfis. Devido às diferentes formas da secção transversal, as tensões internas dos materiais influenciam a deformação de forma diferente durante o processo de quinagem, resultando em padrões diferentes.

Tipos e materiais de componentes de dobragem

Com base na forma das matérias-primas, os componentes de dobragem podem ser classificados em dobragem de chapas, dobragem de tubos, dobragem de barras e dobragem de perfis. Além disso, os processos de dobragem podem ser classificados, de acordo com as ferramentas e o equipamento utilizados, em prensagem com matrizes numa máquina de prensagem comum e dobragem, dobragem por rolo, dobragem por tração, etc., realizada em equipamento de dobragem especializado.

Os materiais para componentes de dobragem são principalmente chapas de aço, chapas de liga de alumínio e perfis laminados.

Processo de fabrico de componentes de dobragem

Características de deformação de componentes de flexão

(1) Raio de curvatura mínimo relativo

Ao dobrar uma chapa, a questão a considerar é o raio de curvatura relativo mínimo (R/t).

O raio de curvatura mínimo do material, o desdobramento do componente de curvatura e o retorno elástico do componente de curvatura envolvem o raio de curvatura relativo. Durante o cálculo da análise do processo, é necessário garantir que o raio de curvatura relativo é superior ao seu raio de curvatura mínimo.

(2) Retorno elástico à flexão

Quando o componente de flexão é libertado da força externa após a prensagem, devido à deformação elástica durante a flexão, ocorrem alterações no ângulo, no raio de filete e no comprimento do arco da peça de trabalho, que são inconsistentes com a forma quando a força externa não é removida do molde.

Este fenómeno é conhecido como retorno elástico. Para considerar a questão do retorno elástico, é necessário ajustar as dimensões relevantes do molde de acordo com o material de dobragem.

(3) Factores que influenciam o retorno elástico

Os principais factores são as propriedades mecânicas do material, o raio de curvatura relativo e a forma, as dimensões do molde, a folga e a força de correção da curvatura.

1) Propriedades mecânicas do material. Quanto maior for o ponto de cedência do material, menor será o módulo de elasticidade e maior será o retorno elástico.

2) Raio de curvatura relativo do material R/t. Quanto menor for o valor de R/t, menor será o retorno elástico.

3) Forma da peça de trabalho dobrada. Geralmente, o retorno elástico de uma peça de trabalho em forma de U pressionada de uma só vez é menor do que o de uma peça de trabalho em forma de V.

4) Dimensões do molde. Quando o raio r do punção é constante, o retorno elástico do componente de flexão em forma de V diminui à medida que a distância de abertura do molde aumenta. Quanto mais profunda for a abertura do molde em forma de U, menor será o retorno elástico.

5) Folga do molde. Quanto maior for a folga entre o punção e a matriz do molde de dobragem em forma de U, maior será o retorno elástico.

6) Força de correção da flexão. O aumento da força de correção pode reduzir a quantidade de retorno elástico.

Dobragem de chapa

Relativamente ao cálculo e à conceção do molde de dobragem de chapas, é necessário ter em conta as seguintes questões.

1) As dimensões relevantes da peça bruta de dobragem são primeiro calculadas e depois determinadas por ensaio de dobragem.

2) As dimensões do punção e da matriz do molde de dobragem são consideradas de acordo com diferentes requisitos para a marcação da dimensão externa.

3) Quando existe um orifício no componente de dobragem, o orifício deve ser mantido fora da zona de deformação a uma certa distância, caso contrário a dobragem provocará a deformação do orifício.

A distância L da borda do furo até o centro do raio de curvatura r está relacionada com a espessura da placa (ver Figura 2-17). Quando a espessura da placa t é inferior a 2mm, a distância L deve ser superior a 1,5t; quando a espessura da placa t é superior a 2mm, a distância L deve ser superior a 2t. Se a distância L for demasiado pequena, é preferível efetuar o furo após a dobragem.

Figura 2-17: Posição do furo na peça dobrada
Figura 2-17: Posição do furo na peça dobrada

4) O número de curvas para algumas peças de trabalho com formas complexas deve ser determinado com base na situação real.

Como se mostra na Figura 2-18, uma classe de componentes de dobragem de forma complexa requer moldes especializados para ser completada, e o número de dobras deve ser determinado com base na situação real.

Figura 2-18: Peças de conformação por flexão de forma complexa.
Figura 2-18: Peças de conformação por flexão de forma complexa.

A peça mostrada na Figura 2-18a não se forma bem sob prensagem a frio, tornando a prensagem a quente uma escolha mais apropriada. O molde correspondente e o método de conformação estão ilustrados na Figura 2-19.

A peça representada na Figura 2-18b é melhor formada através de prensagem a quente, mas esta abordagem é ineficiente, consome energia e é suscetível de causar lesões por estiramento. É preferível utilizar um método de prensagem a frio em duas etapas, e o molde e o método de dobragem correspondentes são apresentados na Figura 2-20.

A peça apresentada na Figura 2-18c tem uma secção transversal assimétrica, causando um fluxo de material desigual e instável em ambos os lados durante a prensagem. É aconselhável adicionar um dispositivo de cobertura ao molde, o que também facilita a remoção da peça do molde. O respetivo molde e o método de dobragem por prensagem são demonstrados na Figura 2-21.

Figura 2-19: Molde de dobragem especializado e seu método de formação
Figura 2-19: Molde de dobragem especializado e seu método de formação
Figura 2-20: Molde de dobragem em dois passos e o seu método de dobragem por pressão
Figura 2-21: Molde de dobragem com dispositivo de cobertura

As peças apresentadas nas Figuras 2-18e e 2-18f têm ambas dobras para a frente e para trás numa extremidade, o que não pode ser conseguido utilizando um molde geral. É preferível um método de dobragem por pressão em duas etapas. Depois de completar as dobras para a frente e para trás numa extremidade (Figura 2-22), prossiga com a dobragem subsequente.

Figura 2-22: Molde de dobragem para a frente e para trás
Figura 2-22: Molde de dobragem para a frente e para trás

Após a conclusão da primeira dobragem por prensagem da peça representada na Figura 2-18e, é utilizado um molde em forma de V para a segunda dobragem por prensagem. A peça representada na Figura 2-18f deve adotar um método semelhante ao da segunda dobragem por pressão da peça representada na Figura 2-18b para completar a dobragem por pressão subsequente.

Dobragem de perfis

As figuras 2-23 e 2-24 mostram os componentes típicos de curvatura de perfis normalmente utilizados nas locomotivas.

Figura 2-23: Componente de ferro angular dobrado
Figura 2-24: Componente de perfil curvado
Figura 2-24: Componente de perfil curvado

(1) Retorno elástico da superfície da asa durante a dobragem do perfil

A curvatura de perfis difere da curvatura de chapas, principalmente devido à forma da secção transversal do perfil e à sua simetria. Geralmente, devido à maior rigidez do perfil, o retorno elástico de flexão do perfil é menor do que o da chapa. No entanto, alguns perfis têm secções transversais assimétricas, o que causa recuos inconsistentes na superfície da asa durante a flexão, levando à instabilidade do material e resultando em deformação por torção.

O componente de flexão de aço angular apresentado na Figura 2-23 é um exemplo típico de retorno elástico assimétrico. Durante a dobragem, o retorno elástico no ponto "a" da superfície da asa é maior, enquanto o retorno elástico no ponto "b" é menor, fazendo com que o componente de dobragem de cantoneiras de aço sofra uma torção em espiral. Ao projetar o molde de dobragem de aço angular, esta inconsistência no retorno elástico deve ser tida em conta.

A componente de flexão do perfil apresentada na Figura 2-24 é um exemplo típico de retorno elástico simétrico, em que o retorno elástico da superfície da asa tende a ser consistente e a componente de flexão do perfil não apresenta qualquer torção.

A superfície da asa do perfil tem, de facto, um impacto no retorno elástico, mas o grau de significância deste impacto não permite atualmente uma conclusão exacta.

(2) Fórmula empírica e valores dos coeficientes para o projeto do molde de curvatura do perfil

Na prática de curvatura de perfil, uma fórmula empírica e valores de coeficiente para o projeto do molde de curvatura de perfil foram resumidos para sua referência (consulte a Figura 2-25 e a Tabela 2-1).

A fórmula de cálculo para o raio do molde convexo é a seguinte:

RConcave=R1+KRA×H

Onde:

  • Rcôncavo - o raio do arco convexo do molde;
  • R - o raio do arco interior do componente dobrado;
  • K - o coeficiente do módulo de elasticidade do material;
  • A - o coeficiente da superfície do perfil da asa;
  • H - a dimensão da superfície do perfil da asa.
Figura 2-25: Diagrama esquemático de um canal de aço dobrado
Figura 2-25: Diagrama esquemático de um canal de aço dobrado

Tabela 2-1: Valor de recuperação A para aço de canal dobrado

Não.Valor R/HUm valorNão.Não.Um valorNão.Valor R/HUm valor
150. 27110. 451317 ~ 230. 68
260. 248120. 491424 ~ 380. 70
370. 289130. 531539 ~ 570. 72
480. 3410140. 571658 ~ 650. 76
590. 3911150. 611766 ~ 760. 86
6100. 4212160. 6518>881. 00

(3) Controlo da torção durante a dobragem de aço em canal

Ao projetar o molde de dobragem para aço de canal, deve ter-se em consideração a potencial instabilidade e torção da superfície da asa durante a dobragem e devem ser tomadas medidas adequadas. Aqui, são apresentados dois métodos de controlo do molde para referência.

Método Um: Quando o próprio equipamento de pressão tem cilindros hidráulicos verticais e horizontais, a força vertical é utilizada para dobrar e a força horizontal é utilizada para suprimir a torção. A estrutura do molde é mostrada na Figura 2-26. Este molde é simples de fabricar, conveniente de utilizar e a peça de trabalho é fácil de desmoldar durante a dobragem.

Figura 2-26: Estrutura do molde de dobragem de perfis
Figura 2-26: Estrutura do molde de dobragem de perfis

Método dois: Quando o equipamento sob pressão tem apenas um cilindro hidráulico vertical, pode ser utilizada a estrutura do molde apresentada na Figura 2-27.

Figura 2-27: Estrutura do molde de dobragem de perfis utilizando um ferro de cunha
Figura 2-27: Estrutura do molde de dobragem de perfis utilizando um ferro de cunha

O ferro de molde móvel no molde pode mover-se para cima quando o punção se eleva após a dobragem, aumentando o espaço entre o punção e a matriz, facilitando a desmoldagem da peça de trabalho.

Dobragem especial

(1) Formação por flexão de chapa ondulada

A chapa ondulada é um componente dobrado comum, também conhecido como componente ondulado (Figura 2-28). Este componente ondulado não pode ser completado num único processo de conformação, mas deve ser prensado uma onda de cada vez. A forma do seu molde é mostrada na Figura 2-29.

Figura 2-28: Diagrama de peças da chapa ondulada
Figura 2-28: Diagrama de peças da chapa ondulada
Figura 2-29: Molde de dobragem para chapa ondulada
Figura 2-29: Molde de dobragem para chapa ondulada

Como mostrado na figura, este é um molde de forma de onda dupla. Primeiro, uma forma de onda é pressionada numa das extremidades da folha. Quando a primeira forma de onda é pressionada, o material flui de ambos os lados do molde para o centro, permitindo um fluxo de material bidirecional.

Após a formação da primeira forma de onda, esta é colocada no molde de posicionamento esquerdo, o punção desce e o punção com mola pressiona primeiro a primeira forma de onda. O punção continua a descer, começando a pressionar a segunda forma de onda. O material do lado direito do molde flui para o lado esquerdo, permitindo um fluxo de material unidirecional, que pode complementar o material para prensar a segunda forma de onda.

(2) Flexão lateral de canal de aço

A flexão lateral do canal de aço é relativamente rara (Figura 2-30), e o seu método de flexão é também bastante singular.
Antes de dobrar o canal de aço, é necessário colocar uma placa de suporte na ranhura da zona de deformação do canal de aço. Durante a dobragem, deve ser utilizado um método de prensagem aquecida.

Figura 2-30: Flexão lateral de um canal de aço
Figura 2-30: Flexão lateral de um canal de aço

(3) Curvatura de canais de aço em forma de bacia

O molde de dobragem para canal de aço em forma de bacia é uma combinação de várias peças (Figura 2-31). Os punções esquerdo e médio são fixados na placa de ligação e o punção direito é ligado por parafusos, deixando um espaço de 1-2 mm entre o punção direito e o punção médio. Os punções da esquerda, do meio e da direita são ligados como um todo por parafusos e fixados na placa de ligação.

Figura 2-31: Molde de dobragem para canal de aço em forma de bacia

Ao dobrar a peça de trabalho, coloque o canal de aço em forma de bacia na matriz e, em seguida, utilize o cilindro hidráulico horizontal para empurrar o deflector móvel de modo a que este se encaixe firmemente no corpo da matriz e, em seguida, accione o cilindro hidráulico vertical para fazer descer o corpo da matriz para dobrar.

Problemas com o posicionamento de dobragem

A qualidade de uma peça dobrada depende em grande parte da precisão do seu posicionamento e se a sequência de dobragem e a referência de posicionamento são razoáveis. O posicionamento de dobragem pode ser dividido, grosso modo, em posicionamento frontal, posicionamento posterior, posicionamento auxiliar lateral, posicionamento de linha central e posicionamento de linha auxiliar. Cada tipo de posicionamento tem as suas próprias características e a sua seleção adequada é crucial.

(1) O posicionamento frontal (medição traseira) é um método comum e direto de posicionamento. Atualmente, as máquinas de dobragem estão equipadas com dispositivos de posicionamento posterior CNC de múltiplos eixos, que são fáceis de utilizar e precisos no posicionamento. No entanto, quando existem várias dobras, a base do posicionamento subsequente pode ser afetada pela precisão da dobragem anterior devido à alteração da base de posicionamento (Figura 2-32).

Figura 2-32: Molde de dobragem de posicionamento frontal
Figura 2-32: Molde de dobragem de posicionamento frontal

(2) Posicionamento do dorso

Embora o posicionamento posterior não seja tão conveniente como o posicionamento anterior, este método utiliza a mesma base de posicionamento, independentemente do número de curvas efectuadas. Por conseguinte, as dimensões da dobra não são afectadas por outros factores (Figura 2-33).

(3) Posicionamento auxiliar lateral

Ao efetuar múltiplas dobras paralelas em peças estreitas e longas, para assegurar que cada linha de dobragem é paralela entre si, para além de configurar o posicionamento frontal ou traseiro, o posicionamento auxiliar também deve ser definido ao longo da direção do comprimento na extremidade do material (Figura 2-34).

(4) Posicionamento da linha de centro

Algumas peças dobradas são difíceis de posicionar com precisão usando os métodos de posicionamento frontal ou traseiro. Recomenda-se a utilização do método de posicionamento da linha central, como se mostra na Figura 2-35.

(5) Posicionamento da linha auxiliar

Ao efetuar múltiplas dobras com um raio grande, se o punção tiver dificuldade em capturar com precisão a linha de dobragem, recomenda-se a utilização do método de posicionamento da linha auxiliar (Figura 2-36).

Figura 2-33: Molde de dobragem do posicionamento da traseira
Figura 2-33: Molde de dobragem do posicionamento da traseira
Figura 2-34: Posicionamento para dobragem multiparalela de peças estreitas e longas
Figura 2-34: Posicionamento para dobragem multiparalela de peças estreitas e longas
Figura 2-35: Peça de trabalho com posicionamento médio durante a dobragem
Figura 2-36: Posicionamento da linha auxiliar durante a dobragem
Figura 2-36: Posicionamento da linha auxiliar durante a dobragem

Molde de dobragem combinado

A Figura 2-35a apresenta uma peça dobrada estreita e comprida com quatro dobras, cada par com o mesmo raio de curvatura. De acordo com a sequência de dobragem, as duas extremidades devem ser dobradas primeiro com um raio de R360 e, em seguida, o meio deve ser dobrado com um raio de R260. Isto requer duas mudanças de molde, o que pode ser bastante incómodo, e envolve o manuseamento frequente da peça de trabalho. Aqui, apresentamos um tipo de molde de dobragem combinado para referência.

Figura 2-37: Molde de dobragem combinado
Figura 2-37: Molde de dobragem combinado

O molde de dobragem combinado é apresentado na Figura 2-37. Durante o projeto, os moldes para ambos os raios de curvatura não devem ser excessivamente longos, apenas precisam de ser ligeiramente mais largos do que a largura da peça de trabalho. O tamanho do molde convexo A do Molde (1) e do Molde (2) deve ser igual a 'a', e o tamanho do molde côncavo B deve ser igual a 'b'.

Após o processamento do molde (1) e do molde (2), estes são combinados para formar o molde (3). Ou seja, dois conjuntos de moldes convexos de altura igual e a placa de assento superior formam o molde superior do Molde (3), e dois conjuntos de moldes côncavos de altura igual e a placa de assento inferior formam o molde inferior do Molde (3).

A utilização deste molde combinado não só reduz o número de instalações do molde e a frequência do manuseamento da peça, diminuindo assim a intensidade do trabalho, como também facilita a inspeção da qualidade durante o processo de dobragem.

Moldes e equipamento de produção para peças dobradas

Tipos de moldes para peças dobradas

Os tipos de moldes para peças dobradas podem ser classificados de acordo com a forma das peças dobradas, o material das peças dobradas, o material do molde e o equipamento aplicável ao molde. Estes moldes para peças dobradas variam muito em termos de estrutura.

(1) Com base na forma das peças dobradas

Isto inclui moldes de dobragem de ângulo único, moldes de dobragem de ângulo duplo (dobragem em Z, dobragem em U) e moldes de dobragem multi-ângulo.

(2) Com base no material das peças dobradas

Isto inclui moldes para dobragem de chapas, moldes para dobragem de perfis, moldes para dobragem de tubos e moldes para dobragem de barras (arame).

(3) Com base no material do molde

Isto inclui moldes totalmente metálicos e moldes de dobragem de borracha de poliuretano (em que a borracha de poliuretano substitui a matriz de aço).

(4) Com base no equipamento aplicável ao molde

Isto inclui moldes de dobragem para prensas gerais, máquinas de dobragem e dobradoras.

Equipamento de produção para peças dobradas

O processo de dobragem é efectuado principalmente em prensas mecânicas e máquinas de dobragem de chapa.

Exemplos de produção de peças dobradas típicas

Conector em forma de U e o seu molde de dobragem

A Figura 2-38 ilustra a estrutura de um conetor em forma de U e o seu molde de dobragem.

Este molde dobra a peça em bruto numa só prensa, produzindo duas peças de uma só vez.

A peça em bruto é colocada no bloco de suporte 12, que tem uma ranhura maquinada, assegurando uma elevada precisão no posicionamento da peça. Quando o carro da prensa desce, o punção 5 entra primeiro em contacto com a peça em bruto, pressionando-a para baixo.

A peça em bruto desliza ao longo do filete da matriz deslizante 11, entrando na cavidade da matriz, e é dobrada em forma de U. À medida que o deslizamento continua a descer, a cunha inclinada 3 entra em contacto com a matriz deslizante 11, fazendo com que a matriz deslizante 11 se mova em direção ao centro do molde dentro da ranhura da base da matriz 9, corrigindo os lados da peça.

Quando o carro da prensa regressa, a cunha inclinada 3 move-se para cima e o molde deslizante 11 move-se para o exterior do molde sob a ação do parafuso 7 e da mola 8. O bloco de suporte do material 12 move-se para cima sob a ação da mola 14, empurrando a peça para fora do molde.

Figura 2-38: Conector em forma de U e a sua estrutura de molde de dobragem

1- Base superior do molde
2- Bucha de guia
3- Molde inclinado
4- Pega do molde
5- Molde de perfuração
6- Poste de guia
7, 13- Parafusos
8, 14- Molas
9- Base da matriz
10- Placa espaçadora
11- Molde de deslizamento
12- Bloco de suporte de materiais
15- Fundo do molde inferior

Lâmina de grelha de locomotiva de combustão interna e seu molde de dobragem

A lâmina da persiana de uma locomotiva de combustão interna é formada pela dobragem de uma placa de aço de 1 mm de espessura, necessitando de cinco operações para ser moldada.

A Figura 2-39 mostra a estrutura do molde de dobragem da primeira à terceira operação da lâmina da persiana e o diagrama esquemático da dobragem da lâmina; a Figura 2-40 mostra o molde de dobragem da quarta à quinta operação e a forma final da lâmina, ou seja, o diagrama da peça de trabalho. O molde é um conjunto de moldes de operação única numa grande estrutura de molde, semelhante a um molde combinado de várias estações.

No molde de dobragem mostrado na Figura 2-39, a peça em bruto é colocada na placa de suporte do material 18 do primeiro molde de dobragem da prensa de operação, posicionada pela placa de posicionamento 15, e a cabeça em forma de gancho numa extremidade da peça em bruto é pressionada para fora pelo movimento descendente do cursor.

A peça em bruto com a cabeça do gancho prensada é colocada na matriz 13 do segundo molde de dobragem por prensagem, posicionada pela placa de posicionamento 14, e o arco na parte central da peça em bruto é prensado. A peça em bruto com o arco prensado é colocada no bloco de borracha 11 do terceiro molde de dobragem por prensagem, posicionado pela placa de posicionamento da cabeça do gancho 12, e o molde de punção 6 dobra a peça em bruto ao meio.

No molde de dobragem mostrado na Figura 2-40, a peça em bruto dobrada é colocada na matriz flutuante (I) 9 do molde de dobragem da prensa de quarta operação, posicionada por uma extremidade da dobragem, e a outra extremidade é dobrada.

A peça em bruto já dobrada é colocada na matriz (II) 7 do molde de dobragem da quinta operação, com a extremidade dobrada alinhada com a ranhura no bloco embutido (II) 6, e a extremidade dobrada com a cabeça de gancho é pressionada para a fazer encaixar na superfície do arco médio, completando a forma final da peça de trabalho.

Figura 2-39: Molde de dobragem para as fases um a três do processo de fabrico de lâminas

1-Base superior do molde
2-Inserir
3-Soco
4 almofadas
5-Soco
6 punções
Posto de 7 guias
8-Placa de localização
Estrutura de 9 contentores
Aço de 10 voltas
11-Bloco de borracha
12-Placa de localização
13-Morte
14-Placa de localização
15-Placa de localização
16 parafusos
17-primavera
Placa de apoio 18
19-Inserir
Arbusto de 20 guias
21-Base inferior do molde

Figura 2-40: Molde de dobragem para as fases quatro a cinco do processo de fabrico de lâminas
Figura 2-40: Molde de dobragem para as fases quatro a cinco do processo de fabrico de lâminas

1-Base superior do molde
2-Soco (I)
3-Soco (II)
Posto de 4 guias
Arbusto de 5 guias
6-Inserir (II)
7-Die (II)
8-primavera
9-Morte (I)
10 parafusos
11-Inserir
12-Base inferior do molde

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