Perfilagem: Visão geral e princípios essenciais

I. Visão geral

A perfilagem de chapas metálicas (simplesmente designada por perfilagem) é um método de processamento que envolve a passagem de uma longa tira de metal através de uma série de rolos de perfilagem dispostos em linha reta. À medida que os rolos rodam, a tira avança e é dobrada sequencialmente para formar.

A estrutura do para-brisas do automóvel, o fundo e as chapas laterais da carruagem de ferro, as jantes e os guarda-lamas da bicicleta e componentes como a claraboia, o vitral e o caixilho das janelas na indústria da construção são todos processados através deste método.

As principais características da perfilagem incluem:

(1) Elevada eficiência de produção com um requisito mínimo de equipamento e trabalhadores.

(2) Capaz de fabricar componentes com formas de secção transversal muito complexas, satisfazendo ao máximo os requisitos da conceção estrutural.

(3) Capaz de obter uma elevada qualidade de acabamento de superfície para várias peças moldadas (mantendo a qualidade da superfície do material).

(4) Pode ser continuamente combinado com outras operações de processo: soldadura (produção de tubos soldados e jantes de bicicleta), soldadura a baixa temperatura (produção de tubos de dissipação de calor), dobragem, perfuração, impressão, comprimento fixo tosquia, enrolar em arame e cartão, etc.

(5) A principal ferramenta de deformação da enformação por rolos, o tipo de rolo, tem uma longa vida útil e o seu fabrico é relativamente simples e de baixo custo.

(6) A perfilagem pode processar vários materiais: tiras de aço macio, aço não ferroso metais e suas ligas, aço inoxidável e muitos outros materiais. A espessura do material pode variar entre 0,1 mm e 20 mm, e a largura pode atingir até 2000 mm. Teoricamente, o comprimento das peças pode ser arbitrário, não limitado pelas condições do equipamento.

(7) Elevada taxa de utilização de materiais.

(8) Devido ao endurecimento uniforme por trabalho, a rigidez e a resistência das peças são significativamente melhoradas.

II. Princípio de formação

O princípio de funcionamento da enformação por rolos, conforme ilustrado na Figura 1, é conseguido através da dobragem e avanço sequencial do material através de vários conjuntos de rolos de enformação. Se olharmos para o primeiro conjunto de rolos, o processo de conformação, como mostra a Figura 2, envolve a entrada da chapa metálica nos rolos, sendo dobrada enquanto avança, e sendo totalmente conformada no centro dos rolos (secção 4) antes de sair.

A Figura 3 mostra a análise da pressão de laminagem na secção transversal vertical durante o processo de enformação. Ao longo de um pequeno comprimento dx, as componentes verticais das forças centrais pdx/cosθ ₁ , pdx/cosθ ₂ exercidas pelos rolos superior e inferior corrigem a flexão. Entretanto, as componentes horizontais das forças centrais pdx-tanθ ₁ , pdx-tanθ ₂ actuam na direção de entrada e saída do material.

Se as forças de atrito F ₁ =μ-pdx/cosθ ₁ , F ₂ =μ-pdx/cosθ ₁ geradas pelo centro não podem ultrapassar as componentes horizontais das forças centrais pdx-tanθ ₁ , pdx-tanθ ₂ Se a folha não avançar, a folha escorregará e não avançará.

De acordo com os resultados reais da medição da distribuição da pressão nos rolos de formação, a pressão nos rolos aumenta a partir do lado da entrada e atinge o seu máximo no centro dos rolos, maximizando assim também a força de fricção que faz avançar o material. Para facilitar a entrada das extremidades do material, um método eficaz consiste em moldar as extremidades em tiras triangulares, tanto quanto possível, e alimentá-las rapidamente para o centro dos rolos.

III. Conceção do processo

1. Determinação da largura do espaço em branco

A largura da peça em bruto laminada, tal como no caso da dobragem do molde, é calculada com base no comprimento desdobrado da camada neutra.

O raio de curvatura da camada neutra na parte do arco é

ρ=r+xt

Em que na fórmula

• r-interior raio de curvatura;
• espessura da placa t;
• coeficiente de deslocamento da camada neutra x.

Para peças moldadas por rolo de forma complexa, há um desbaste inevitável do canto, e a expansão da largura após a moldagem por rolo pode atingir 2% a 5%.

2. A posição da secção transversal da peça em bruto nos rolos

Ao planear o processo, é necessário selecionar a posição correcta da secção transversal da peça em relação à linha central dos rolos.

A figura 4 mostra a forma da secção transversal de uma guarnição do para-brisas de um automóvel, que também é dobrada longitudinalmente após a perfilagem, exigindo que a dimensão de montagem a seja assegurada e evitando riscos na superfície cromada b.

Do ponto de vista da garantia da dimensão da montagem a, a opção I da figura 5 é melhor, mas para evitar riscar a superfície cromada b e para facilitar a observação e o ajustamento, é mais razoável escolher a opção II.

3. Determinação da linha diretriz

Para deslocar a chapa metálica de um estado plano para a frente até à formação da forma seccional pretendida, são necessárias linhas de guia horizontais e verticais. A linha de guia horizontal deve estar sempre no mesmo plano horizontal desde o primeiro conjunto de rolos até ao último conjunto (ver Figura 6), que é a base para determinar o diâmetro do círculo de rolos de formação.

A linha de guia vertical é perpendicular ao eixo do rolo, desde o primeiro conjunto de rolos até ao último conjunto, fazendo com que a quantidade de deformação em ambos os lados da linha de guia vertical seja igual, o que constitui uma linha de base (ver Figura 7). Numa secção simétrica, esta linha de guia coincide com a linha central da secção.

4. Determinação da sequência de prensagem do rolo e do ângulo de dobragem

Dependendo das diferentes formas da secção prensada por rolo, podem ser adoptadas diferentes sequências de prensagem por rolo. Normalmente, a adoção da sequência de interior primeiro e depois exterior (ver Figura 8a) pode tornar o bordo da peça em bruto direito, reduzir a resistência ao fluxo lateral e facilitar a deformação por flexão, desempenhando assim um bom papel de posicionamento. A adoção da sequência de dobragem do exterior primeiro e depois do interior (ver Figura 8b) pode utilizar plenamente o efeito de deformação do rolo de trabalho, melhorando a tendência de alargamento da peça em bruto.

A seleção do ângulo de curvatura, com o princípio de que o ângulo de uma única curvatura não excede os valores indicados no Quadro 1.

Tabela 1 Ângulo máximo recomendado para uma curva simples

Num conjunto de rolos, o ângulo de curvatura simultâneo não deve exceder dois. Para compensar o retorno elástico, devem ser feitas correcções ao ângulo de curvatura nos conjuntos posteriores de rolos de moldagem.

Ao formar o ângulo de uma aresta reta, a altura máxima da formação deve estar em conformidade com uma relação linear ascendente (ver Figura 9), e o seu método de conceção consiste em controlar o ângulo da aresta reta de formação (ver Quadro 2).

Quadro 2 Ângulo ascendente da aresta reta perfilada (valor recomendado)

5. Determinação do número de grupos de rolos

Para a enformação de secções simples, como mostra a Figura 9, o ângulo de subida da aresta reta de enformação é de 1°25', a distância entre as estações de rolos é d, e o comprimento total do equipamento de enformação é L, então o número de grupos de rolos n pode ser calculado utilizando a seguinte fórmula

n = L / d = hcot1°25′ / d

Para a formação de secções complexas, o número de grupos de rolos deve ser determinado com base na situação específica. Se forem utilizados rolos de apoio ou rolos laterais para o processamento lateral, o número de rolos de formação vertical pode ser reduzido.

6. Determinação do diâmetro do círculo de passo do rolo

O diâmetro dos rolos superior e inferior, que é consistente, é o diâmetro do círculo de passo do rolo. O material de moldagem pode ser introduzido sem deslizamento no círculo de passo. Fora deste ponto, no diâmetro do rolo, ocorrerá um deslizamento entre o rolo e o material. De uma perspetiva ideal, é melhor escolher o círculo de passo no ponto em que o rolo está sob a maior força, mas estes pontos são diferentes em cada conjunto de rolos de formação. A Figura 10 é um exemplo da posição do círculo de passo para referência.

A dimensão do diâmetro do círculo de passo deve aumentar cerca de 0,4% em cada par de rolos (0,25% quando a espessura da placa é inferior a 0,3 mm), de modo a esticar sempre o material na direção da alimentação, assegurando que não existe qualquer fenómeno de "acumulação" entre cada par de rolos que possa perturbar a processo de laminagem.

IV. Forma do rolo para peças de secção transversal variável

As formas dos rolos descritas acima são utilizadas para peças com secções transversais iguais; para formas de rolos para peças de secção transversal variável, o seguinte exemplo é a viga de automóvel.

A figura 11 mostra a forma estrutural de um tipo de viga de automóvel. Para fabricar estas peças de secção transversal variável em forma de canal, na produção em massa, são normalmente dobradas e formadas com moldes numa prensa: mas na produção de lotes médios e pequenos, para reduzir o investimento em equipamento, pode também ser adotado o processo de enformação por rolos.

A prensagem por rolos de vigas de automóveis é efectuada numa prensa de rolos especial. Este tipo de prensa de rolos utiliza vários rolos de formação, e os rolos de formação devem ter os seguintes movimentos relativos:

(1) Os rolos formadores devem ter um movimento longitudinal relativo à peça em bruto.

(2) De acordo com a forma da parede lateral da viga do carro, o rolo de formação precisa de fazer um movimento de perfil transversal.

A figura 12 mostra um diagrama esquemático da prensa de rolos em funcionamento. O mandril 1 é fixado na base e a sua forma é coerente com a superfície interna da viga. A chapa 2 é fixada no mandril 1. Os rolos de formação 3, 5, 6 e o rolo guia de perfilagem 4 estão todos montados no carrinho e podem mover-se transversalmente na ranhura do carrinho. O carro pode fazer um movimento recíproco longitudinal (direção indicada pela seta) por meio de um motor elétrico através de cabos de aço ou correntes.

1-Mandril
2-Slab
3, 5, 6-Rolos de formação
Rolo de 4 guias
7-Modelo

Quando o carrinho avança, os rolos de formação movem-se com ele e, apoiando-se no rolo-guia de perfilagem, rolam ao longo do modelo 7. A forma do modelo 7 é consistente com a forma da parede lateral exterior da viga, e é fixada na placa lateral do corpo da máquina. O rolo guia rola ao longo do modelo 7, fazendo com que cada rolo formador efectue um movimento transversal de perfilagem.

Devido à superfície cónica de trabalho do rolo formador que pressiona a borda da placa, a borda da placa dobra-se e, à medida que o ângulo da superfície cónica de trabalho de cada rolo formador que passa pela borda da placa aumenta sucessivamente, o ângulo de flexão da borda da placa também aumenta gradualmente, resultando na forma final. A figura 13 mostra uma vista esquemática em corte transversal da prensa de rolos.

1 - Placa de parede da cama
2 - Suporte do modelo
3 - Rolo de modelos
4 - Rolo de moldagem
5 - Rolo de pressão superior
6 - Placa de prensagem
7 - Peça de trabalho
8 - Placa de ligação dos rolos
9 - Placas de cobertura superior e inferior
10 - Roda de apoio do carrinho de moldagem
11 - Pressionar o rolo para baixo
12 - Molde do núcleo

Durante a perfilagem da viga, o processo de deformação do bordo da chapa é ilustrado na figura 14. Num dado momento do processo de laminagem, os ângulos de flexão dos bordos da chapa em cada secção da zona de deformação L são desiguais, sendo o ângulo de flexão sob o primeiro rolo α ₁ e, sob o n-ésimo rolo, o bordo da placa é dobrado no ângulo α necessário _n .

a) Ângulos de flexão após laminagem por cada rolo no mesmo instante
b) Ângulos de flexão na mesma secção após laminagem por cada rolo

Para uma determinada secção a ser laminada, o bordo da chapa é gradualmente dobrado. Depois de o primeiro rolo passar por esta secção, o bordo da chapa é dobrado para α ₁ e, com cada rolo subsequente, o ângulo de curvatura do bordo da placa aumenta progressivamente até à passagem do n-ésimo rolo, altura em que o bordo da placa é dobrado até ao ângulo necessário α _n .

Os principais problemas de qualidade atualmente existentes na prensagem de vigas por rolo são a dobragem longitudinal e o enrugamento dos bordos. Embora estes possam ser ligeiramente reduzidos através do aumento do diâmetro dos rolos de formação e do número de passagens dos rolos de formação, é normalmente necessário um processo de correção após a prensagem por rolo antes de as vigas poderem ser utilizadas para montagem.