Cap 7 dobramento

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Cap 7 dobramento

  1. 1. UERJ CAMPUS REGIONAL DE RESENDE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ÊNFASE EM PRODUÇÃO MECÂNICACAPÍTULO 7: PROCESSOS DE DOBRAMENTO & CALANDRAGEM DEPARTAMENTO DE MECÂNICA E ENERGIA PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV PROF. ALEXANDRE ALVARENGA PALMEIRA UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Estrada Resende Riachuelo s/n. - Morada da Colina Resende — RJ - CEP: 27.523-000 Tel.: (24) 3354-0194 ou 3354-7851 e Fax: (24) 3354-7875 E-mail: palmeira@uerj.br Segunda-feira, 20 de Junho de 2005
  2. 2. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScSUMÁRIO ii
  3. 3. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScÍNDICE DE FIGURAS iii
  4. 4. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScÍNDICE DE TABELAS iv
  5. 5. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScI INTRODUÇÃO A conformação mecânica é o processo de transformar uma chapa plana em umproduto com formato desejado sem que ocorra fratura ou redução excessiva daespessura. Dentro desta definição, os processos de conformação de chapas podem sersimples como o processo de dobramento, ou muito complexos como em estampagens derodas automobilísticas. Por mais complexa que seja a geometria da peça em trabalho, suaconformação consiste de uma seqüência de operações de dobramento, estiramento,estampagem profunda ou embutimento. De acordo com Hosford et al, todas as operações de conformação de chapaincorporam algum dobramento. Esta operação consiste em dobrar uma chapa em torno deuma ferramenta com um raio de dobra. Os esforços de dobramento aplicados irãoprovocar a flexão da peça, ou seja, será aplicado na superfície externa ao raio, tensões detração e na superfície interna, tensões de compressão, conforme observado na Figura 8 - 1. Punção Tensões de Tração Prende-chapas Tensões de Compressão Matriz de dobramento (a) (b) Figura 8 - 1: a) Operação de dobramento; b) Distribuição das tensões na espessura da chapa sob carga. 1
  6. 6. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScII DOBRAMENTO Dobramento é a operação que é feita pela aplicação de dobra ao material, ondedobra é a parte do material plano que é flexionada sobre uma base de apoio. Na Figura 8 -2, podemos observar uma chapa presa a uma morsa de bancada sendo dobrada com oauxílio de um macete. Neste caso o processo é conhecido, como dobramento manual. Figura 8 - 2: Processo de dobramento manual. No dobramento a chapa é deformada por flexão, que também pode ser realizado emprensas, caracterizando assim um dobramento à máquina. As prensas são responsáveis porfornecem a energia e os movimentos necessários para realizar a operação de dobra. Aforma é conferida é obtida mediante o emprego de um punção e matriz que atuam até que achapa atinja o formato desejada. Na Figura 8 - 3, temos uma dobradeira hidráulica PBS105, produzida pela Gaparini (Italiana), de 1.050 kN (105 t) de capacidade de dobra, comdiferentes ferramentais de dobramento. 2
  7. 7. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 3: Processo de dobramento à máquina. Para comprimentos de dobra considerados pequenos, utilizam-se estampos quepossuem a forma a ser dobrada. Para fabricação de perfis dobrados ou alguns tipos depeças com comprimentos de dobras considerados grandes, utilizam-se prensasdobradeiras/viradeiras com matrizes e machos (punções) universais. O dobramento podeser conseguido em uma ou mais operações, com uma ou mais peça por vez, de formaprogressiva ou em operações individuais como se pode ver na figura 2.3 abaixo. 1ª Operação 2ª Operação 3ª Operação 4ª Operação 5ª Operação Figura 8 - 4: Representação das etapas de operações de dobramento à máquina. 3
  8. 8. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScII.1 FATORES QUE AFETAM O DOBRAMENTO Os estampos de dobra, em geral, recebem peças semi-processadas vindas de outrosestampos de corte ou simplesmente recortadas por guilhotinas. Na operação dedobramento deve-se levar em conta quatro fatores importantes:– A capacidade elástica do material;– O raio interno mínimo da peça a ser dobrada;– O comprimento desenvolvido da peça;– As forças que atuam na operação de dobramento.II.1.1 Capacidade Elástica Do Material O dobramento é uma operação em que ocorre uma deformação por flexão. Quandoum metal é dobrado, a sua superfície externa fica tracionada, sofrendo uma redução deespessura, e a interna, comprimida. Estas tensões aumentam a partir de uma linha neutra,chegando a valores máximos nas camadas externas e internas, conforme é representadoesquematicamente nas Figura 8 - 1b e Figura 8 - 5. Em outras palavras, em umdobramento a tensão varia de um máximo negativo na camada interna para zero na linhaneutra e daí sobe a um máximo positivo na camada externa. Figura 8 - 5: Distribuição de tensão ao longo da seção de uma chapa dobrada. Desta forma, uma parte das tensões atuantes na seção dobrada estará abaixo doLimite de Escoamento (LE) e a outra parte supera este limite conferindo à peça umadeformação plástica permanente. Uma vez cessado o esforço de dobramento, a parte da 4
  9. 9. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScseção que ficou submetida a tensões inferiores ao Limite de Escoamento (LE) por terpermanecido no domínio elástico, tende a retornar à posição inicial anterior aodobramento. Como resultado, o corpo dobrado apresenta um pequeno “retorno elástico”ou efeito mola (Spring Back) que deve ser compensado durante a operação de dobramento. Este retorno é maior para raios de dobramento menores, chapas mais espessas emateriais temperados. Valores aproximados vão de 1° a 2° para aços de baixo carbono ede 3° a 4° para aços de médio carbono mole. Para se contornar este retorno, deve-sedobrar para um ângulo ligeiramente superior ao desejado. Figura 8 - 6: Retorno elástico em uma chapa dobrada. Deve-se sempre ter em mente que um dobramento excessivo pode trincar o materialdurante a operação. Em geral, um material mole pode ser dobrado em 180° com um raiode dobramento igual ou até inferior à espessura do material. Para material temperado erevenido, quanto mais alta a dureza, menor deverá ser o ângulo de dobramento e maior oraio de dobramento. Os valores dependem do material e de seu estado. Estes valores sãofacilmente encontrados em manuais técnicos. Um dobramento não deve ser efetuado com um ângulo inferior a 45° e, se possível,deve se aproximar de 90° em relação ao sentido de laminação da chapa, pois umdobramento coincidindo com o sentido de laminação se torna susceptível a trincas. Amínima distância ao bordo de uma chapa, para se efetuar um dobramento, é de 1,5espessuras da chapa somada ao raio de dobramento. Resumindo, o “retorno elástico” é função da resistência do material, do raio eângulo de dobra e da espessura do material a ser dobrado. A Tabela 8 - 1, a seguir, ilustraum exemplo da relação entre o raio de dobra e o retorno elástico para diferentes tipos deaços inoxidáveis austeníticos, onde e é a espessura do blank. Os aços ferríticosnormalmente apresentam menor retorno elástico que os aços austeníticos porqueapresentam menor encruamento. 5
  10. 10. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScTabela 8 - 1: Retorno elástico em dobramento de 90°. Raio de Dobramento Material (Aços Inoxidáveis) 1e 6e 20 eABNT 304 recozido 2° 4° 15 °ABNT 301 meio recozido 4° 13 ° 43 ° Na Figura 8 - 7, observamos os diferentes parâmetros de dobramento de uma chapa,onde a espessura do material (e) a ser dobrado determina a abertura da matriz (s). Admite-se como razoável trabalhar com aberturas mínimas correspondentes a 8 vezes a espessurado material a ser dobrado. Onde: R = Raio do Punção r = Raio da Matriz S = Abertura da Matriz e = Espessura da Chapa Figura 8 - 7: Parâmetros de dobramento e um estampo. Por outro lado a abertura da matriz, normalmente em “V”, vai definir o raio dadobra (r). Para aços carbono, o valor de r corresponde a cerca de 15% da abertura (s) damatriz. Para os aços inoxidáveis, devido ao seu maior encruamento, o valor de r deverá serligeiramente superior a este valor. O ângulo de dobra é determinado pelo curso do punçãoregulado diretamente na prensa viradeira. Em alguns casos, é utilizada a prática de seefetuar uma calibragem em estampo específico, já compensando o retorno elástico, paradar as dimensões finais da peça. Este procedimento é viabilizado em produção seriada naqual o custo de estampo calibrador pode ser diluído no preço unitário da peça. 6
  11. 11. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScDETERMINAÇÃO DA LINHA NEUTRA Toda vez que se deve obter um elemento dobrado, segundo um perfil determinado,é necessário conhecer-se, em primeiro lugar, o seu desenvolvimento linear ou as dimensõesexatas da chapa, a partir da qual vai ser produzido o elemento dobrado. Com esse objetivo, procede-se inicialmente à determinação da linha neutra, que,como já mencionamos, é a linha da seção transversal cuja fibra correspondente não foisubmetida a nenhum esforço, quer de tração ou de compressão e que, em conseqüência,não sofreu qualquer deformação, conforme é representado na Figura 8 - 8. Figura 8 - 8: Representação esquemática da linha neutra. A determinação dessa linha neutra pode ser feita mediante um cálculoextremamente simples, conforme demonstrado a seguir. Uma tira de chapa correspondenteao material que vai ser dobrado é submetida a um dobramento preliminar. Seucomprimento é c e a sua espessura é e; dobrada a tira, mede-se os comprimentos a e b e oraio r. Admitindo-se que o valor y corresponde à distâncias da linha neutra, tem-se: c=a+b+π/2(r+y)Ou 2c= 2 a + 2 b + π r + π yDonde se extrai, que: 7
  12. 12. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc c −a −b y=2 −r ( II.1) π Em vista dos resultados práticos obtidos, conclui-se que a linha neutra estágeralmente situada na metade da secção quando a espessura da chapa é no máximo de ummilímetro. Em espessuras superiores, admite-se que a linha neutra se situe a 1/3,aproximadamente, da curva interna. Se a chapa dobrada apresenta contracurvas, admite-se, que, em cada caso, a linha neutra se localize em direção à curva interna.II.1.2 Raio Interno Mínimo Quanto menor o raio de dobramento, maiores são as tensões desenvolvidas naregião tracionada. Um excessivo tracionamento provocado por um pequeno raio dedobramento pode vir a romper as fibras externas da chapa dobrada. Define-se o raiomínimo de dobra, como o menor valor admissível para o raio para se evitar grandevariação de espessura da chapa na região dobrada. Este valor é função do alongamentoque o material sofre ao ser tracionado e da espessura da chapa que está sendo dobrada. Figura 8 - 9: Representação esquemática do Raio Interno Mínimo.Para a determinação do raio mínimo, costuma-se utilizar a relação: 50e e RMin = * ( II.2) Al 2Onde: RMin = raio mínimo Al = Alongamento % da chapa e = espessura da chapa 8
  13. 13. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScII.1.3 Comprimento Desenvolvido Quando se quer produzir uma peça dobrada, é necessário conhecer a dimensãoinicial da chapa a ser utilizada – o chamado comprimento desenvolvido da peça. Avariação da espessura da chapa na região da dobra impede que o comprimentodesenvolvido seja simplesmente a soma dos comprimentos retos e curvos da peça. Deve-se levar em conta esta variação de espessura da região dobrada, para se obter o exatocomprimento da chapa que vai dar origem à peça. O comprimento desenvolvido da região dobrada é obtido pela seguinte equação: π  e Le = *α *  R + f  ( II.3) 180  2Onde: α = ângulo de dobramento R = raio de dobramento e = espessura f = fator de correção A Tabela 8 - 2, a seguir, apresenta diferentes valores de f (fator de correção) emfunção do raio de dobramento com a espessura da chapa.Tabela 8 - 2: Fatores de Correção – f. Fator de correção da variação da espessura R/e 5,0 3,0 2,0 1,2 0,8 0,5 f 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5Exercício: Calcular o comprimento desenvolvido da chapa utilizada para fabricar o perfilU da Figura 8 - 10, a seguir. Onde o material é um aço inox 304, a espessura (e) da chapaé 3 mm, a largura (b) é 20 mm, o comprimento (c) é 40 mm e o comprimento da abadobrada (d) é 20 mm. Este material apresenta um alongamento de 37,5%.Resposta: 90,940 mm 9
  14. 14. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 10: Cotas e dimensões do Perfil U.II.1.4 Forças que Atuam na Operação de Dobramento Na Figura 8 - 11, a seguir, podemos observar as principais forças que atuam naoperação de dobramento, e que são:– A força de dobramento (Fd);– A força de prensa - chapa (Fpc);– A força lateral (Flat) Figura 8 - 11: Representação esquemática das forças que atuam no dobramento. 10
  15. 15. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Numa simples dobra em matriz, parte da chapa fica presa pelo prensa – chapa e aoutra parte permanece livre, assim, todo o conjunto funciona como uma viga embalanço. O punção ao descer exerce a força de dobramento (Fd) sobre a parte em balançoda chapa, que começa a se deformar. Parte desta força é transferida à parede lateral damatriz à medida que a chapa se deforma. A força lateral é máxima quando a chapa atingiruma posição de 45° com a horizontal, como ilustra a Figura 8 - 12, a seguir: Figura 8 - 12: Evolução das forças que atuam no dobramento. A tensão necessária para vencer o limite de elástico e o encruamento do materialpara que haja deformação plástica, permanente, é a tensão de dobramento α, cujos valoressão definidos pelas relações da Tabela 8 - 3, que levam em consideração coeficientes desegurança para garantir o sucesso do processo.Tabela 8 - 3: Tensão de dobramento – α. Tipo de Processo σd Sem calibragem 2 * αrup Com calibragem 8 x αrup A calibragem corresponde ao endireitamento da peça dobrada, referente ao fundodo U ou laterais de V, por exemplo. A operação de dobramento com calibragem minimizao efeito do retorno elástico. Para se calcular as forças que atuam no dobramento,consideram-se:– O comprimento da dobra (b)– A espessura da dobra (e) 11
  16. 16. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc– A distância entre o ponto de aplicação da força até a região engastada que, no caso, é a própria espessura da chapa (e).– Distância do centro da mola do prensa-chapa até a face da matriz (a).ESFORÇOS NECESSÁRIOS PARA O DOBRAMENTO Para uma chapa metálica colocada sobre uma matriz de dobramento e sujeita aoesforço de dobramento, conforme a Figura 8 - 13, a seguir. Admitindo-se que a chapa secomporte como um sólido apoiada nas extremidades e carregado no centro, a determinaçãodo esforço de dobramento é relativamente simples. Figura 8 - 13: Dobramento de chapa.Sejam: P = força necessária para o dobramento, Kgf b = largura da chapa, mm l = distância entre os apoios, mm e = espessura da chapa, mm Mf = momento fletor, Kgf *mm σt = limite de resistência à tração, Kgf/mm2 σf = tensão de flexão necessária para se obter a deformação permanente, Kgf/mm2 I = momento de inércia da secção, em relação ao eixo neutro, mm4 Z = distância máxima das fibras ao eixo neutro, mm I/Z = módulo de resistência, mm3e admitindo que, σf = 2σt, o momento fletor das forças é dado por: 12
  17. 17. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc P *l / 2*l / 2 P *l 2 P *l Mf = = = ( II.4) l 4l 4 Ao Momento Fletor (Mf) contrapõe-se o momento das reações internas do material,dado por: I M RI = σ f ( II.5) Z Logo igualando as duas fórmulas, ou seja ( II.4) e ( II.5), tem-se: P *l I =σ f * ( II.6) 4 Z Como, para seções retangulares: I b * e2 = ( II.7) Z 6 Logo substituindo ( II.7) em ( II.6), temos que: P *l σ f *b *e 2 = ( II.8) 4 6 Simplificando, concluímos que: 2 *σ f * b * e2 P= ( II.9) 3*lII.2 TIPOS DE OPERAÇÃO DE DOBRAMENTO Mesmo a operação de dobramento podendo ser a mais genérica possível, podemosdividi-la em basicamente quatro operações, que são elas:– Dobramento de fundo;– Dobramento em vazio;– Dobramento com roletes;– Dobramento a frio com roletes. 13
  18. 18. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScII.2.1 Dobramento de Fundo O punção penetra na abertura em V da matriz até o p0onto em que o material atingeseu fundo. O ângulo obtido no dobramento é igual ao ângulo da matriz descontado oretorno elástico do material. O ângulo do punção não dita o ângulo de dobra. O raio dadobra está diretamente relacionado ao tamanho da abertura em V da matriz. Quanto maiora abertura, maior será o raio interno produzido. Em casos especiais, pode-se usar elevado nível de pressão na prensa viradeira, oque leva o material a tomar a forma do ângulo e do raio do ferramental que está sendoempregado. Neste tipo de dobramento, o ângulo de dobramento é igual ao ângulo dopunção. O raio interno da dobra é produzido pelo raio da ponta do punção que penetra nomaterial.II.2.2 Dobramento em Vazio O material é dobrado em três pontos: o raio de punção e os dois cantos da aberturada matriz, conforme a Figura 8 - 14, a seguir. O material nunca entra em contato com ofundo da abertura em V da matriz. O raio interno de uma dobra em vazio é função daabertura da matriz: quanto maior for abertura, maior será o raio interno resultante. O cursodo punção determina o ângulo da dobra final. Neste tipo de dobramento, é possívelproduzir, com um único conjunto de ferramentas, virtualmente qualquer ângulo de dobra,de 180° até o ângulo da matriz. Figura 8 - 14: Operação de dobramento de chapa em vazio. 14
  19. 19. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Para fazer o set-up da prensa viradeira, parte-se da espessura do material a serdobrado. Ela, a espessura, vai definir a abertura apropriada da matriz, em geral 8 vezes aespessura. Fixa-se a matriz na prensa, nivelando-se o centro do punção com o fundo daabertura da matriz. Calibra-se o curso do punção que vai definir o ângulo de dobra a serobtida a partir de testes preliminares, levando-se em conta o retorno elástico do material. A dobra é muito sensível à abertura em V da matriz e ao curso do punção nodobramento em vazio. A Figura 8 - 15, a seguir, como exemplo, as variações de ânguloresultantes de pequenas variações no curso do punção para matrizes com aberturas em Vde 4 mm e de 32 mm. Figura 8 - 15: Operação de dobramento de chapa em vazio.II.3 EQUIPAMENTOS E TEMPERATURADE DOBRAMENTO O dobramento pode ser feito manualmente ou à máquina. Quando a operação éfeita manualmente, usam-se ferramentas e gabaritos. Na operação feita à máquina, usam-se as chamadas prensas dobradeiras ou dobradeiras. A escolha de utilização de um ououtro tipo de operação depende das necessidades de produção. A operação de dobramentoé feita, na maior parte das vezes, a frio, podendo ainda ser realizada a quente, em casosespeciais.II.3.1 Dobramento Manual No dobramento manual, o esforço de flexão é exercido manualmente, com o auxíliode ferramentas e dispositivos como: martelo, morsa, cantoneira e calços protetores, comomostra a Figura 8 - 16 ,a seguir. 15
  20. 20. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 16: Operação de dobramento manual. Numa operação desse tipo, a escolha da ferramenta de impacto, como o martelo,tem que ser adequada à espessura do material a ser dobrado. Além disso, para evitardeformações, devem ser usados calços protetores para a peça a ser dobrada. Existem ainda as dobradeiras manuais ou viradeiras (Figura 8 - 17), que sãomáquinas acionadas manualmente e de grande uso nas indústrias que produzem gabaritos,perfis, gabinetes de máquinas, armários, etc. Estas máquinas se movimentam pelaaplicação da força de um ou mais operadores. Para operar essas máquinas, o trabalhadorprecisa ter conhecimentos de cálculo de dobra, de preparação do material e de ajuste dadobradeira. Dependendo do trabalho a ser executado, as dobras são feitas com o auxílio dedispositivos especiais, existentes ou adaptados à dobradeira. Essa operação é amplamenteempregada na confecção de perfilados, abas, corpos de transformadores etc. Figura 8 - 17: Dobradeira manual. 16
  21. 21. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScII.3.2 Dobramento à Máquina O dobramento à máquina costuma ser executado numa prensa dobradeira. É umamáquina que executa operações de dobramento em chapas de diversas dimensões eespessuras, com medidas predeterminadas. É, geralmente, uma máquina de grandesdimensões, formada por uma barra de pressão à qual é acoplado o estampo commovimento vertical, e uma matriz localizada na mesa inferior da máquina. Grandenúmeros de prensas dobradeiras apresenta a mesa inferior fixa e a barra de pressãomóvel. Entretanto, podem-se encontrar modelos que têm a barra fixa e a mesa inferiormóvel. Muitas dobradeiras chegam a atingir mais de 6 metros de comprimento. Umexemplo de dobradeira pode ser observada na Figura 8 - 18, a seguir. Figura 8 - 18: Prensa dobradeira. O trabalho é feito por meio da seleção de punções e matrizes, de acordo com asmedidas e o formato que se deseja dar à chapa. A dobradeira é empregada na produção deprefilados, abas, corpos de transformadores etc. A prensa dobradeira pode se movimentar por energia mecânica ouhidráulica. Alguns modelos mais recentes têm comandos orientados por computador, quepermitem fazer uma série de dobras diferentes na mesma peça, reduzindo o manuseio e otempo de fabricação. A Figura 8 - 19 a seguir mostra diferentes tipos de dobra, feitos apartir da seleção de punções e matrizes correspondentes. 17
  22. 22. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScFigura 8 - 19: Representação esquemática de diferentes tipos de dobra. 18
  23. 23. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScII.3.3 Dobramento a Frio com Roletes E o nome dado ao processo de alta produção no qual se passa uma chapa por entreuma série de roletes e a conformação vai progredindo a medida que a peça vai passandopelos roletes. Inúmeras peças são produzidas por este processo, tais como, janelasmetálicas, rodas de bicicleta, portas de garagem etc. Um jogo de roletes para cada tipo depeça é montado numa máquina de tamanho adequado para a produção da peça. Cada parde roletes pode somente deformar o metal numa certa quantidade de modo que o númerode pares de roletes depende da deformação total que a peça deverá sofrer. Consegue-se dobrar chapas, tanto laminadas a frio ou a quente, até espessuras de ¾polegada e com acabamento polido galvanizado, com depósitos eletrolíticos e mesmopintadas. As velocidades de avanço vão até 30 m/min., perfazendo uma produção diária deaté 10 km lineares de chapa. Em alguns meses do ano milhares de quilômetros decomprimento de chapas podem ser dobradas, tornando o processo rentável. O valor dasmáquinas varia entre 10.000 a 60.000 dólares dependendo do tamanho. Os roletes, asmatrizes de corte e outras ferramentas são um custo adicional para cada tipo de peça. Atítulo ilustrativo, o ferramental para a confecção de palhetas de persianas custaaproximadamente 2.700 dólares e para a caixa superior da mesma, aproximadamente 8.000dólares em se tratando de ferramental para uma máquina pequena. A operação de dobramento com roletes, junto com a laminação e a extrusão, estáincluída entre as três operações de maior atividade. Cabe ressaltar que comparando com alaminação e a extrusão, o equipamento para o dobramento com roletes custa muito menos,porém a matéria-prima utilizada é mais cara. O mesmo não ocorre quando comparado como dobramento por prensa, neste caso o custo do equipamento é muito maior, porém o custoda matéria-prima permanece inalterado. Ou seja, comparativamente, por exemplo, um friso, caso dobrado em prensa comum comprimento útil razoável, somente seria econômico se produzido em quantidadesacima de algumas centenas de metros, e caso dobrado com roletes somente acima dealguns milhares de metros de comprimento e a extrusão seria mais econômica paraquantidades ainda maiores.II.3.4 Dobramento à Quente O dobramento a quente é sempre feito manualmente, quando a espessura domaterial a ser dobrado é grande, acima de 5 mm. Já quando se dobra à máquina, oprocesso é sempre frio, independentemente da espessura do material. 19
  24. 24. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Quando se dobra o material com aplicação do calor, acontece o mesmo fenômenoque ocorre quando se dobra a frio. As estruturas das fibras do lado externo da dobra sãoesticadas e as fibras do lado interno da dobra, comprimidas. As fontes de calor usadas parao aquecimento da peça são: a forja, o forno elétrico a gás ou a óleo e o maçarico. A temperatura de aquecimento varia, dependendo do material com que se vaitrabalhar. No caso de aço, cobre e latão, existe uma tabela de cores para comparação como material a ser trabalhado. Cada cor corresponde a uma temperatura. Conforme atemperatura, a cor do material muda, e assim é possível saber quando a chapa está prontapara a operação. Desse modo pode-se Ter mais controle sobre o trabalho que se faz. Para um bom resultado, é preciso observar tudo aquilo que o trabalho envolve,como: o metal de que a chapa é feita, a espessura da chapa, a quantidade de calornecessária, a pressão que vai ser dada na dobra, os dispositivos adequados etc.II.4 ENSAIOS DE DOBRAMENTO O ensaio de dobramento fornece uma indicação qualitativa da ductilidade domaterial. Por um ensaio de realização muito simples, ele é largamente utilizado nasindústrias e laboratórios, constando mesmo nas especificações de todos os países, onde sãoexigidos requisitos de ductilidade para um certo material. O ensaio de dobramento comumnão determina nenhum valor numérico, havendo porém variação do ensaio que permiteobter valores de certas propriedades mecânicas do material. O ensaio, de modo geral, consiste em dobrar um corpo de prova de eixo retilíneo esecção circular, tubular, retangular ou quadrada, assentando em dois apoios afastados auma distância especificada, de acordo com o tamanho do corpo de prova, por4 intermédiode um cutelo, que aplica um esforço de flexão no centro do corpo de prova até sejaatingido um ângulo de dobramento α especificado, conforme representado na Figura 8 -20, a seguir. A carga, na maioria das vezes, não importa no ensaio e não precisa ser medida; ocutelo tem um diâmetro, D, que varia conforme a severidade do ensaio, sendo tambémindicado nas especificações, geralmente em função do diâmetro ou espessura do corpo deprova. 20
  25. 25. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 20: Representação esquemática de diferentes tipos de dobra. O ângulo α é medido conforme a Figura 8 - 21, a seguir, também determina aseveridade do ensaio e é geralmente de 90°, 120° ou 180°. Atingindo esse ânguloexamina-se a olho nu a zona tracionada do corpo de prova, que não deve conter trincas,fissuras ou fendas. Caso ao contrário, o material não passou no ensaio. Se o corpo deprova apresentar esses defeitos ou romper antes ou quando atingir o ângulo especificado, omaterial também não atende à especificação do ensaio. Esse tipo de dobramento égeralmente o mais utilizado na prática e às vezes é denominado de dobramento guiado. Figura 8 - 21: Representação esquemática de diferentes tipos de dobra. Como o dobramento pode ser realizado em qualquer ponto e em qualquer direçãodo corpo de prova, ele é um ensaio localizado e orientado, fornecendo assim, umaindicação da ductilidade em qualquer região desejada do material. Há duas variantes do processo de dobramento, que são denominadas de dobramentolivre e dobramento semiguiado. Na primeira, a dobra é obtido pela aplicação de forças nasextremidades do corpo de prova, sem aplicação de força no ponto de máximo dobramento(zona tracionada). Na Segunda, uma extremidade é engastada de algum modo e odobramento é efetuado na outra extremidade ou em outro local do corpo de prova. 21
  26. 26. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScIII CURVAMENTO Curvamento é o processo que consiste em uma ou mais operações que conferem àchapa uma nova forma, deformando, permanente, a mesma, em torno de raios, onde aprincipal diferença do dobramento é que a relação R dobr e chapa é muito elevada. Assim como no dobramento, neste processo ocorre o fenômeno do retornoelástico. Podendo o curvamento ser empregado para curvar chapas, placas, barras, tubos eperfis, com o emprego de equipamentos específicos.III.1 CURVAMENTO DE CHAPAS E PERFIS As operações de curvamento de chapas e placas podem ser feitas manualmente, pormeio de dispositivos e ferramentas, ou através de máquinas, como por exemplo ascalandras.III.1.1 Curvamento Manual O esforço de flexão que produzirá o curvamento é feito manualmente, com oauxilio de martelo, grifa e gabaritos. A escolha do ferramental dependerá primordialmetnedo raio de curvatura que se deseja obter. Esta operação permite fazer cilindros depequenas dimensões, suportes, flanges para tubulações etc. Na Figura 8 - 22, a seguir, érepresentado o curvamento de uma barra com auxílio da grifa fixa, presa à morsa, onde ocurvamento desejado é obtido através de esforços que são aplicados de forma gradativa achapa com o auxílio de uma grifa móvel, para se conseguir a curvatura desejada. 22
  27. 27. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 22: Representação o curvamento manual de uma chapa. Em geral o curvamento manual é realizado à frio, porém quando se curva peças degrandes dimensões e espessuras o mesmo normalmente é realizado à quente. Neste caso aoperação de curvar barras torna-se mais fácil após o aquecimento da peça, peças comoanéis, flanges, elos etc. são fabricados facilmente à quente. Ao se realizar o curvamento àquente, alguns aspectos devem ser levados em consideração, tais como: sempre aplicar ocalor no local correto por meio de maçarico ou forja, levando em consideração a espessurada peça; a pressão exercida durante o curvamento deve ser suficiente para deformar a peçasem danificá-la; e deve se fazer uso de dispositivos adequados a cada tipo de operação.III.1.2 Curvamento à Máquina Para a execução de curvaturas parciais em chapas ou em tiras metálicas, de grandedimensão, são utilizadas prensas ou calandras. Quando o curvamento de chapas, barras ouperfis efetua-se com roletes conforme indicado na Figura 8 - 23, a seguir, onde o roletecentral geralmente é móvel para que se possa regular a curvatura desejada, e, os outros doissão fixos com acionamento para dar avanço na peça, esta operação chama-se calandragem,ou curvamento por calandra. Figura 8 - 23: Representação o curvamento em roletes ou por calandra. 23
  28. 28. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MScCURVAMENTO POR PRENSAS Neste caso para realizar ao curvamento se faz uso de prensas, na produção de peçasde pequenas dimensões ou prensas viradeiras (press-brakes) para peças maiores. Em geralas matrizes de curvar são articuladas ou utilizam mandris intermediários, conforme podeser observado na Figura 8 - 24, a seguir. Figura 8 - 24: Representação do curvamento parcial em prensa.CURVAMENTO POR ROLETES OU CALANDRA Pela calandragem, podem ser obtidas chapas curvas com raios de curvamento pré-determinados como cilindros, cones, troncos de cones, assim como qualquer outrasuperfície de revolução. É também neste tipo de processo que se fabricam corpos detanques, caldeiras, trocadores de calor, colunas de destilação etc.A. ELEMENTOS DA CALANDRA A calandra é constituída por um conjunto de rolos ou cilindros, com movimentogiratório e pressão regulável, sendo alguns dotados de dispositivos de comando dadistância horizontal e vertical entre os mesmos. Por isso os rolos são classificados emfixos e móveis, uma representação do processo de curvamento por calandra pode émostrado na Figura 8 - 25, a seguir.– Rolo Fixo é aquele que tem apenas o movimento giratório.– Rolo Móvel é aquele que além de girar também pode ser movimentado na horizontal e vertical. A distância entre os rolos, ou seja a variação dos afastamentos entre eles, é que levará a variação do raio de curvatura da peça que está sendo calandrada. 24
  29. 29. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 25: Representação do curvamento parcial em prensa.B. TIPOS DE CALANDRA Os tipos de calandras mais comuns disponíveis no mercado são: a calandra depasso e a calandra piramidal. Na Calandra de Passo, conforme mostrado na Figura 8 -26, a seguir, a folga entre os rolos que estão alinhados é ajustável para várias espessuras eo rolo de trabalho pode se deslocar para obtenção de diferentes diâmetros, sendo que odiâmetro mínimo que pode ser obtido é igual ao diâmetro do rolo superior acrescido de50 mm. Este tipo de calandra é adequado para grandes volumes de produção de peças dediâmetros/raios menores. São mais precisas que a s calandras piramidais. Figura 8 - 26: Calandra de passo. Enquanto que na Calandra Piramidal, conforme mostrado na Figura 8 - 27, asguir,o rolo superior pode ser ajustado para exercer maior ou menor pressão, obtendo-sepeças de diâmetros/raios menores ou maiores. O diâmetro/raio mínimo obtido é de cercade duas vezes o diâmetro do rolo superior para os aços inoxidáveis e de uma vez e meiapara os aços carbono. O diâmetro máximo da peça é limitado pela estabilidade da peçadobrada. 25
  30. 30. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 27: Calandra piramidal. As calandras, em geral, possuem 3 ou 4 rolos, conformam chapas de até 50 mm deespessura por até 3.000 mm de comprimento. As de 3 rolos, mostradas na Figura 8 - 28, aseguir, são as mais usadas na indústria. Já as calandras de 4 rolos, mostradas na Figura 8 -29, a seguir apresentam a vantagem de facilitar o trabalho de pré-curvamento, pois nas de 3rolos o pré curvamento é feito manualmente. Figura 8 - 28: Representação esquemática da disposição de uma calandra de 3 rolos. Figura 8 - 29: Representação esquemática da disposição de uma calandra de 4 rolos. 26
  31. 31. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Quando se quer produzir um cone, cujos raios de curvatura são diferentes, recorre-se a um tipo especial de calandra. Ela possui rolos inferiores que se deslocam inclinadosentre si, no sentido vertical, conforme pode ser observado na Figura 8 - 30, a seguir. Figura 8 - 30: Representação esquemática da calandragem de um cone. Todos os tipos apresentam, em uma das extremidades, um dispositivo que permitesoltar o cilindro superior para retirar a peça calandrada. Já quando se deseja calandrartubos e perfis, utilizam-se calandras com conjuntos de rolos ou cilindros sobrepostos, feitosde aço temperado, com aproximadamente 200 mm de diâmetro, apresentando impresso norolo o negativo do perfil que se deseja curvar. Sendo assim, podem ser curvados qualquertipo de perfil: barras, quadrados, cantoneiras, em T etc.. Na Figura 8 - 31, a seguir sãomostrados dois modelos diferentes de calandra de curvamento de perfis, a primeira (a) deacionamento manual e a segunda (b) de acionamento elétrico. (a) (b) Figura 8 - 31: Calandras de curvamento de perfil. 27
  32. 32. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Sendo assim, quanto forma de acionamento dos rolos, as calandras podem serManuais ou Mecânicas. As Calandras Manuais possuem um volante ou uma manivela parafazer movimentar os rolos, conforme mostrado na Figura 8 - 31a, anterior, e Figura 8 - 32,a seguir. Figura 8 - 32: Calandra de acionamento manual. Já as de acionamento mecânico possuem um motor elétrico e um redutor paramovimentar os rolos, conforme mostrado na Figura 8 - 31b, anterior. Podem apresentaralém do motor elétrico, um sistema hidráulico que fornece maior ou menor pressão aosrolos, sendo este sistema usado para trabalhos de grande porte, conforme mostrado naFigura 8 - 33, a seguir. Figura 8 - 33: Calandra acionamento mecânico com sistema hidráulico. Porém todos os tipos destinados ao curvamento de chapas de grande largura, emgeral até 3.000 mm, apresentam em uma das extremidades, um dispositivo que permitesoltar o rolo, ou cilindro, superior para retirar a peça calandrada. Conforme mostrado naFigura 8 - 34, a seguir. 28
  33. 33. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 34: Calandra com dispositivo de retirada do rolo superior.III.2 FABRICAÇÃO DE TUBOS (Curvaturas Plenas) Certamente, a aplicação mais importante da curvatura total das tiras metálicas é aque objetiva a fabricação de tubos com costura ou tubos soldados. Embora este processode fabricação tenha sido inventado no século XIX, foi somente em 1925 que iniciou-se afabricação em larga escala de condutos para gás de iluminação, na Europa. O processobásico pode ser observado na Figura 8 - 35, a seguir. Figura 8 - 35: Calandra com dispositivo de retirada do rolo superior. Neste processo, uma tira metálica pré-aquecida é tracionada através de uma fieiraem forma de sino ou funil, sendo curvada formando um tubo com uma fendalongitudinal. Devido, entretanto, à progressiva redução do diâmetro da fieira, asextremidades são pressionadas uma de encontro à outra e se unem por caldeamento,formando um costura ou solda justaposta. Porém, com a necessidade de desenvolvimentode tubos mais resistentes, o processo foi sendo modificado e os tubos que eram trefilados afrio, passaram a ser aquecidos e levados a um laminador com um mandril, conforme érepresentado de forma esquemática na ,a seguir. 29
  34. 34. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 36: Representação esquemática da laminação de tubos com madril. Observa-se que o diâmetro do mandril é ligeiramente inferior ao diâmetro internodo tubo, a laminação promove a superposição de extremidades. Uma costura superposta éentão obtida, com a pressão dos cilindros contra o mandril e por caldeamento.III.2.1 Processo Fretz-Moon Este processo surgiu em 1920 e proporciona a curvatura e a posterior compressão,para caldeamento das extremidades justapostas, através do uso de roloscalibradores. Pode-se observar na Figura 8 - 37, a seguir, a seqüência de etapas parafabricação dos tubos, que são: pré-aquecimento, curvamento, e compressão paracaldeamento. Além disso, este processo faz uso de sopradores de ar frio antes da entradada tira no primeiro par de rolos, visando eliminar a camada de óxido, carepa, formada nosrebordos da tira, facilitando a união por caldeamento. 30
  35. 35. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Figura 8 - 37: Representação esquemática do Processo Fretz-Moon. O processo permite a obtenção de tubos para gás e água, com diâmetros externosentre 10 mm (espessura de 2,0 a 2,5 mm) e 100 mm (parede de 5,0 a 6,25 mm), avelocidade de fabricação pode ser de até 300 m/min.VARIANTES DO PROCESSO FRETZ-MOON Uma variante do processo seria o pré-aquecimento a gás, somente nos bordos datira, com economia de tempo e custo de fabricação. Conforme mostrado na Figura 8 - 38,a seguir. Figura 8 - 38: Variante do Processo Fretz-Moon – pré-aquecimento nas bordas. 31
  36. 36. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Outra variante do processo é a da soldagem por indução de médiafreqüência. Neste caso, o aquecimento e a união são obtidos através da bobina de induçãode freqüência entre 2 e 10 KHz. Conforme pode ser observado na Figura 8 - 39, a seguir. Figura 8 - 39: Variante do Processo Fretz-Moon – Bobinas de Indução.III.2.2 Processo Dos Rolos Calibradores Este processo adquiriu grande popularidade devido a apresentar costura resistente ede boa aparência, em função de manter da superfície da chapa limpa na região dasoldagem. Neste processo, a tira metálica é curvada pela passagem sucessiva entre paresde rolos calibradores. A união dos bordos é efetuada por soldagem a resistência elétrica,mediante costura produzida por um elemento circular rotativo. Conforme mostrado naFigura 8 - 40, a seguir. Figura 8 - 40: Representação esquemática do Processo de Rolos Calibradores. 32
  37. 37. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Existem alternativas deste processo, baseadas no processo de soldagem. Através daprática, foi verificado, que a s características mecânicas do tubo assim como a velocidadede produção, variando entre 35 e 50 m/min, podem ser melhoradas com o emprego de altafreqüência entre 400 e 500 KHz em lugar da freqüência normalmente usada, que variavaentre 50 e 60 Hz. Além desse fato, a alta ciclagem, alto valor da freqüência, permite aobtenção de tubos de aços especiais e de ligas não ferrosas, ampliando assim o campo deaplicação do processo. Logo, este tipo de variação de alta freqüência, vem ganhandoaplicações com o tempo, trabalhando com tubos de espessuras superiores a 6 mm ediâmetros entre 10 e 500 mm. A vista frontal deste processo é representadoesquematicamente na Figura 8 - 41, a seguir. Figura 8 - 41: Representação do Processo de Rolos Calibradores – Vista Frontal.III.3 PRODUÇÃO DE TUBOS ESPIRALADOS A fabricação de tubos espiralados foi iniciada e 1922, sendo que seu processo defabricação já era conhecido a mais de 50 anos. Mas foi somente na década de 60, que aprodução desse tipo de tubo, atingiu o pleno desenvolvimento. Tubos espiralados são hoje,empregados para condução e distribuição dos gases, óleo e água; irrigação, componentesde mísseis e muitas outras aplicações. 33
  38. 38. ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO IV Alexandre Alvarenga Palmeira, MSc Os diâmetros de tubos, obtidos por este processo, variam em uma faixa econômicacompreendida entre 150 e 3.000 mm. A matéria-prima utilizada, compreende açoscomuns, aços especiais de baixo ou alto teor de elementos de liga, ligas de alumínio, cobre,titânio e ligas soldáveis em geral. Na figura, a seguir, pode-se observar a repreentaçãoesquemática do princípio de fabricação desses tubos. Figura 8 - 42: Representação do processo de fabricação de tubos espirais. Neste processo, a bobina de tira metálica, é desenrolada e passa através de cilindrosdesempenadores e de calibradores da largura, cortadores, penetrando no cabeçote damáquina em uma direção tal, que o eixo da tira forme com o eixo da máquina um ânguloigual ao ângulo da espiral. À medida que o tubo é produzido, a espiral constituída pelosbordos da tira vai sendo soldada, seja por meio de arco submerso, arco formado no interiorde uma camada de fundente granulado, que protege os bordos e o eletrodo metálico contraoxidação, ou por indução de alta freqüência.VANTAGENS DESTE PROCESSO Em relação aos tubos com costura longitudinal, os tubos espiralados apresentam asseguintes vantagens técnicas:– Por ser um processo contínuo, a produção de tubos espiralados, permite a obtenção de maiores comprimentos por unidade;– Maior uniformidade do produto (quer na forma circular quer no alinhamento do tubo);– Menor efeito de pressões internas severas ou críticas sobre a solda em espiral, permitindo a redução da espessura do tubo;– Não requer a “fretagem”, ou seja, a expansão a frio para maior resistência;– O equipamento de produção pode ser instalado em viaturas motorizadas, permitindo a produção de elementos de maiores diâmetros no próprio local onde deseja-se colocar o tubo. 34

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