Evitar fissuras nas bordas durante a dobra de chapas metálicas

Abordando as variações de dureza e outras propriedades do material

FIGURA 1. O aparecimento de fissuras no raio externo da dobra, próximo à borda de corte, pode ser causado por variações na dureza resultantes da zona afetada pelo calor (ZAC) do corte. Variações nas propriedades do material também podem contribuir para o problema.

Pergunta: Detectamos fissuras nas bordas de diversas peças A36 com 0,25 polegadas de espessura após curvando (ver Figura 1Já dobramos essas mesmas peças anteriormente sem problemas, mas recentemente começaram a aparecer rachaduras. Os ângulos de dobra externos variam de 75 a 90 graus, e o raio de dobra interno especificado é de 0,25 polegadas. Estamos usando uma matriz em V de 2 polegadas e um punção com raio de 0,236 polegadas.

Notamos que o aparecimento de fissuras ocorre independentemente de dobrarmos o material no sentido ou contra o sentido das fibras, embora pareça ser mais pronunciado quando a dobra é feita no sentido das fibras. No entanto, isso por si só não explica o problema das fissuras, pois tivemos outros lotes de peças que não apresentaram fissuras, independentemente da orientação das fibras. Atualmente, estamos investigando se todas as peças fissuradas provêm das mesmas chapas. Também estamos verificando a direção das fibras através da análise dos padrões de corte a laser.

Uma possibilidade é que as partes trincadas tenham sido cortadas por engano do material errado, como o C-1010. No entanto, esperaríamos que a menor dureza do C-1010 o tornasse menos propenso a trincas em comparação com o A36. Além disso, como ambos são aços de baixo carbono, nenhum deles deveria trincar ao ser dobrado sobre uma matriz de 2 polegadas.

Gostaríamos de saber se vocês poderiam nos dar alguma informação sobre as causas desse tipo de fissura. Como a dureza afeta a capacidade de dobra? Que outros fatores podem ter mudado e levado ao surgimento dessas fissuras? Considerando que todas as fissuras se originaram na borda da peça, será que alterações nas condições de corte a laser podem ter afetado a dureza da borda e causado esse problema?

Responder: A dureza do aço pode impactar significativamente sua capacidade de ser dobrado sem fraturar. O aço com alta dureza, como o aço temperado ou revenido, será mais quebradiço e menos dúctil do que o aço mais macio. Consequentemente, torna-se mais difícil dobrá-lo sem o risco de rachaduras ou quebras. Além disso, quando uma chapa metálica é cortada a laser ou plasma, a zona termicamente afetada (ZTA) próxima ao corte endurece (ver Figura 2A extensão dessa zona pode variar dependendo da espessura e do tipo de metal (ver Figura 3).

De fato, o endurecimento da borda pode afetar a conformabilidade e a usinabilidade do material, visto que a região endurecida tende a ser mais quebradiça e menos dúctil em comparação com o restante do material. Consequentemente, a fissuração da borda torna-se uma possibilidade concreta, principalmente se a potência do laser e a velocidade de corte não forem otimizadas para minimizar a ZTA (Zona Termicamente Afetada). Para obter uma borda mais macia, processamento adicional ou tratamento térmico podem ser necessários para restaurar as propriedades desejadas do material.

Durante o processo de curvatura, Em aços mais duros, os grãos externos sofrem tensão, enquanto os grãos internos sofrem compressão. Aços mais duros são menos capazes de se deformar sob essas tensões, o que pode levar a fraturas ao longo dos grãos externos. Em contrapartida, aços mais macios são mais maleáveis e podem se deformar melhor sob tensão, permitindo a flexão sem quebrar.

A espessura da chapa também influencia sua capacidade de ser dobrada. O aço mais espesso exige mais força para ser dobrado, aumentando a probabilidade de rachaduras ou quebras, especialmente se já estiver temperado ou revenido.

Ao trabalhar com aço, é importante considerar sua dureza e espessura para determinar sua capacidade de ser dobrado sem fraturar. Metais mais macios e maleáveis geralmente são mais fáceis de trabalhar, enquanto metais mais duros exigem maior cuidado no manuseio para evitar danos.

Em relação à dureza

A faixa de dureza do aço A36 não é explicitamente definida por organizações de normas. No entanto, sabe-se geralmente que sua dureza Brinell (uma medida da resistência de um material à indentação) varia entre 119 e 159. A dureza do aço A36 pode variar dependendo de fatores como o tratamento térmico específico utilizado, a espessura do material e quaisquer processos de soldagem ou aquecimento empregados durante a fabricação.

FIGURA 2. O aparecimento de fissuras perto de uma borda cortada a laser pode ser causado por problemas de dureza resultantes de uma ZTA (Zona Termicamente Afetada) inadequada, combinados com variações nas características do material, especialmente considerando que lotes anteriores de peças foram dobrados com sucesso.

Se você necessita de uma classificação de tolerância de dureza específica para sua aplicação em aço A36, é aconselhável trabalhar com seu fornecedor para determinar o tratamento térmico e as medidas de controle de qualidade apropriadas necessárias para atingir a dureza desejada e evitar ou minimizar o aparecimento de fissuras.

O efeito da ZAH na formação

Durante corte a laser No aço A36, o calor gerado pelo laser pode causar aquecimento e resfriamento localizados, resultando potencialmente em uma borda endurecida. No entanto, o grau de endurecimento depende de diversos fatores, incluindo a potência do laser, a velocidade de corte e a espessura do material.

O controle insuficiente da potência do laser e da velocidade de corte pode fazer com que o material derreta e solidifique rapidamente, resultando em uma borda endurecida. Esse processo é conhecido como têmpera a laser. O grau de endurecimento também é influenciado pela espessura do material. Materiais mais finos resfriam mais rapidamente, levando a um maior grau de endurecimento na borda.

No entanto, se o processo de corte a laser for bem controlado, é possível minimizar o endurecimento. Por exemplo, o uso de menor potência do laser e menor velocidade de corte, dependendo do sistema a laser empregado, pode reduzir a ZTA (Zona Termicamente Afetada) e produzir menos endurecimento.

Uma ZTA extensa também pode afetar as propriedades mecânicas do material. Se a ZTA for muito grande, as propriedades do material nessa região podem ser comprometidas, tornando-o mais suscetível a fissuras ou outros defeitos durante a conformação subsequente. Tensões localizadas podem causar fissuras no material ao longo da borda, principalmente em materiais com alta dureza, como aço temperado ou revenido, que tendem a ser mais quebradiços e menos dúcteis do que o aço macio. Mesmo que você esteja dobrando aço macio, as fissuras que você está observando podem ser resultado de uma dureza aumentada ou inconsistente.

Inconsistências nas propriedades do material também podem ocorrer, pois é um problema inerente a qualquer metal. O próprio material se torna o ponto fraco em todo o processo de conformação, causando problemas que estão além do seu controle. Com base na descrição fornecida, sua análise inicial parece correta — a dureza provavelmente é o principal fator que causa dificuldades.