O processo de corte em chapa metálica O corte por cisalhamento é uma operação fundamental na área de metalurgia e manufatura, crucial para o corte preciso de diversos materiais, especialmente chapas metálicas. Consiste na remoção de material ao longo de uma linha predefinida, submetendo-o a forças de cisalhamento, resultando em um corte limpo e preciso.
Essencialmente, o cisalhamento baseia-se na aplicação de força para causar deformação plástica no material, separando-o ao longo de um caminho predeterminado. Esse processo é geralmente executado utilizando máquinas especializadas chamadas guilhotinas, que possuem lâminas afiadas dispostas de forma a facilitar um corte eficiente.
Os principais componentes do processo de cisalhamento incluem a peça de trabalho, que é o material a ser cortado, e as lâminas de cisalhamento, que executam a ação de corte. O material é posicionado entre as lâminas e, à medida que a força é aplicada, as lâminas exercem pressão suficiente para induzir deformação e separação ao longo da linha de corte.
Diversos fatores influenciam a eficácia do processo de corte, incluindo as propriedades do material, como espessura, dureza e ductilidade, bem como o fio da lâmina, a folga e o alinhamento. O controle adequado desses parâmetros é essencial para obter cortes precisos com distorção ou defeitos mínimos.
O uso de guilhotinas na produção de chapas metálicas diminuiu devido ao uso de ferramentas de corte em puncionamento CNC e à tecnologia de separação por desmoldagem para separar as peças da estrutura da chapa. As guilhotinas são usadas principalmente para cortar retângulos ou tiras para estampagem e matrizes de prensas CNC.
Nos casos em que o processo de corte é utilizado para obter as dimensões finais, a espessura do material e a dimensão XY da peça determinam o grau de precisão economicamente viável. Materiais mais espessos e dimensões XY maiores exigem tolerâncias mais amplas.
Na ampla gama de produção de chapas metálicas, as espessuras dos materiais variam de 0,13 mm (0,005 pol.) a 6,35 mm (0,25 pol.) em materiais ferrosos e não ferrosos. Os equipamentos de corte variam, consequentemente, de máquinas com capacidade de 6,0 mm (1/4 pol.) e comprimento de mesa de 3,5 m (12 pés) a pequenas tesouras manuais com capacidade de 0,8 mm (0,030 pol.) e comprimento de lâmina de 300 mm (12 pol.).
Na dimensão XY, utiliza-se uma tolerância de ±0,060 pol. (1,52 mm) para materiais mais espessos e de ±0,010 pol. (0,26 mm) para materiais mais finos. É recomendável consultar seu fornecedor de conformação de metais para verificar as capacidades dos equipamentos disponíveis.
Natureza das bordas cortadas
Sempre que uma chapa metálica é cortada, seja por punções e matrizes, cisalhamento ou corte longitudinal, as características das bordas cortadas são semelhantes (Figura 1).
A ação de corte ocorre em três estágios à medida que a aresta de corte se move através do material: deformação plástica inicial, penetração e fratura. Durante a deformação plástica inicial, forma-se o "raio da aresta" ou "rolamento". Durante a penetração, cria-se a "faixa de corte" ou "brunimento". E durante a fratura, desenvolve-se a "quebra" ou "desprendimento" e a rebarba.
Tesouras e outros dispositivos de corte de metal são normalmente mantidos e ajustados para proporcionar uma qualidade de corte aceitável, com rebarbas mínimas, e para limitar o desgaste das ferramentas e equipamentos. Isso produz um corte no qual a penetração ocorre a uma profundidade de aproximadamente 1/3 da espessura do material e a fratura ocorre no material restante. O ajuste adequado gera uma rebarba que raramente excede 101 µm da espessura do material.
Características do equipamento
Uma grande variedade de equipamentos de corte mecânico está em uso. Os principais elementos da máquina comuns à maioria das guilhotinas incluem a estrutura, a base, a mesa, o pistão, os dispositivos de fixação, os medidores, o mecanismo de acionamento e as lâminas (Figura 2). Os dispositivos de fixação, dispostos ao longo da base perto da lâmina, prendem a peça e a fixam firmemente na posição para o corte.
Os batentes traseiros servem para posicionar a peça sob a lâmina móvel em uma dimensão predeterminada. Eles podem variar de batentes mecânicos simples e fixos a uma série de sensores (interruptores de proximidade) que detectam a peça e ativam a máquina quando mais de um é acionado simultaneamente. Dependendo do tipo e da sofisticação, os batentes traseiros podem ser ajustados manualmente ou programados.
Os calibradores frontais são frequentemente usados para posicionar a peça bruta, especialmente quando se trata de peças grandes. Eles podem ser mecânicos ou programáveis.
Os calibradores laterais, também conhecidos como "braços de esquadrejamento", são montados perpendicularmente à lâmina, no lado esquerdo ou direito da base, e auxiliam no guiamento e esquadrejamento da peça em relação à lâmina.
Operação
Independentemente da construção, tamanho ou velocidade, todas as guilhotinas mecânicas funcionam de maneira semelhante. Uma chapa de material é avançada sobre a mesa até que os batentes traseiros entrem em contato e a linha de corte fique sob a lâmina (Figura 3). Quando a máquina é acionada, os dispositivos de fixação prendem o material e a lâmina móvel angulada corta progressivamente a chapa em um movimento semelhante ao de uma guilhotina.
Dependendo da aplicação, as tesouras mecânicas podem ser alimentadas pela frente ou por trás. A alimentação traseira pode reduzir o manuseio do material para cortes subsequentes, mas requer um operador adicional.
Manutenção da Qualidade
Durante a operação de corte, são realizadas verificações de qualidade importantes. Os fatores de controle de qualidade incluem a planicidade inicial do material, a condição geral da superfície e das bordas. Defeitos superficiais e marcas de arrasto são comuns em bobinas e chapas e geralmente são aceitáveis para o fabricante, a menos que tais marcas causem a rejeição estética do produto acabado. Delaminação, inclusões superficiais e outros defeitos graves no material também podem ser identificados e são motivo de rejeição.
Considerações de projeto
Para uma produção econômica, o projetista experiente reconhece diversos aspectos que afetam os custos e a qualidade durante o corte e nas operações subsequentes. A seguir, apresentamos algumas dessas considerações de projeto de produto.
● Utilização de Materiais: Os fornecedores de materiais geralmente disponibilizam chapas em tamanhos padrão — larguras de 30, 36, 48 e 60 polegadas. Economias significativas podem ser obtidas com o uso eficiente desses tamanhos padrão, evitando custos adicionais de corte ou preparação na usina. Consultar previamente o conformador de metais pode permitir a modificação das dimensões de flanges não visíveis no produto, resultando em um layout geral da peça um pouco menor do que o tamanho padrão da chapa. Isso pode evitar custos extras e reduzir o desperdício.
●Sentido da Fibra: O sentido da fibra em chapas laminadas planas (no sentido longitudinal da bobina) nem sempre é uma consideração significativa. No entanto, em algumas operações, como conformação e dobra, a orientação da fibra pode ser importante. Em peças muito grandes que possuem flanges ou detalhes conformados, o projetista deve consultar um fornecedor qualificado antes de especificar o sentido da fibra e o raio de dobra para determinar se as limitações de tamanho do material permitirão que os detalhes conformados sejam transversais à fibra. Este assunto é explorado com mais detalhes nos capítulos sobre Conformação em Prensa Dobradeira e Produção por Estampagem.
●Características do processo: Rebarbas, marcas de fixação e torção (Figura 4) são características do processo de cisalhamento.
1. Rebarbas estão presentes após o corte (como em qualquer operação de corte de metal) e são normalmente controladas dentro de limites aceitáveis por meio de práticas de corte adequadas.
2. Marcas de fixação, que aparecem como pequenas reentrâncias ao longo de um dos lados da borda cortada da peça, às vezes resultam da ação de aperto dos dispositivos de fixação. Essas marcas raramente representam um problema. Muitas vezes, podem ser acomodadas como parte de uma aba invisível no produto final ou podem ser eliminadas completamente durante o acabamento em operações posteriores.
Em aplicações críticas, podem ser utilizadas coberturas nos dispositivos de fixação para proteger o material. Materiais com revestimentos protetores removíveis são, por vezes, usados para ajudar a reduzir marcas e riscos inerentes ao processo de corte. Essas alternativas acarretam um custo adicional considerável.
3. A torção, uma curvatura em espiral do material, ocorre durante o corte de tiras estreitas. Ela é causada pela ação de tesoura da ferramenta de corte e é influenciada pela relação entre a largura cortada e a espessura e têmpera da tira.
A torção raramente é um fator importante, exceto no corte de tiras estreitas. Quando um trabalho exige tiras muito estreitas, bobinas cortadas por rolos (se o pedido for de quantidade suficiente) ou barras podem ser usadas como substitutas.
Vantagens do processo de corte em chapas metálicas
O corte geralmente faz parte de um processo de fabricação maior, usado para cortar chapas em tamanhos menores para uso na montagem de outros produtos.
O processo de corte na produção de chapas metálicas apresenta as seguintes vantagens:
- Capaz de cortar chapas metálicas de diversos diâmetros com facilidade.
- Método econômico para corte de metal, especialmente quando usado em operações de alta capacidade.
- Produz cortes limpos e com bordas suaves.
- Não produz cavacos metálicos e é um processo de corte de chapas metálicas praticamente sem desperdício.
- Corta chapas de metal rapidamente em segundos.
- Não requer aquecimento e pode ser feito à temperatura ambiente.
- Técnica versátil para corte de chapas metálicas, capaz de cortar metais como alumínio, bronze, cobre, ferro, aço e aço inoxidável.
Existem algumas desvantagens no uso do processo de corte por cisalhamento em chapas metálicas. O processo é menos ideal para produções de baixo volume, e metais muito duros – como o tungstênio – não podem ser cortados por cisalhamento. Em chapas metálicas, o processo também pode deformar as chapas quando as lâminas estão danificadas ou cegas, devido a folgas de corte mal posicionadas ou à aplicação de pressão excessiva ou insuficiente durante o manuseio.
Outro processo de corte de chapas metálicas muito semelhante é conhecido como corte por matriz. A principal diferença entre o corte por cisalhamento e o corte por matriz reside nos diferentes tipos de lâminas de corte que cada processo utiliza. Enquanto o corte por matriz usa lâminas curvas, o corte por cisalhamento usa lâminas retas. De resto, ambos os métodos de corte de chapas metálicas produzem linhas retas, processando as chapas com pouco ou nenhum desperdício.
Equipamentos utilizados no processo de corte de chapas metálicas
Existem diversas maneiras de obter um acabamento liso e preciso utilizando o processo de corte. Na produção de chapas metálicas, muitos tipos diferentes de máquinas podem realizar operações de corte. Embora certas máquinas ou ferramentas possam operar manualmente, outras utilizam mecanismos hidráulicos, pneumáticos ou elétricos. As máquinas de corte padrão geralmente incluem uma mesa com braços de apoio e guias para fixar a chapa metálica, além de lâminas retas posicionadas acima e abaixo das chapas.
O processo de corte de chapas metálicas envolve posicionar a chapa entre duas lâminas, que são então pressionadas uma contra a outra para cortar o metal. Na maioria das máquinas ou implementos de corte, a lâmina inferior permanece fixa enquanto a superior aplica uma força descendente sobre a chapa metálica. Frequentemente, a lâmina superior é angulada para garantir que a força necessária diminua continuamente à medida que o corte se move de um lado para o outro. Para o processo de corte de chapas metálicas, diversos equipamentos diferentes podem ser utilizados.
Tesouras de jacaré
Utilizando uma mandíbula articulada, como o próprio nome indica, as tesouras tipo jacaré são usadas em uma ampla gama de operações de corte de metal. Acionadas por sistema hidráulico, elas geralmente são usadas apenas para cortar peças menores de chapa metálica.
Tesouras de bancada
As guilhotinas de bancada utilizam um mecanismo composto, que oferece uma vantagem mecânica superior. São ideais para cortar peças de chapa metálica de tamanho médio em formatos aproximados. As guilhotinas de bancada são versáteis, capazes de realizar diversos tipos de cortes. Essas máquinas também estão disponíveis em vários tamanhos e com diferentes níveis de resistência, e podem produzir cortes limpos e sem rebarbas.
Guilhotinas de metal
Essas guilhotinas são compostas por lâminas de corte inferior e superior, uma mesa de corte, um dispositivo para fixação da peça e um mecanismo de medição. Elas podem ser acionadas mecanicamente, hidraulicamente ou manualmente por meio de pedal. Seu funcionamento consiste em segurar a chapa metálica com um pistão e mover a lâmina para baixo até que ela cruze uma lâmina fixa, que corta o metal. Para reduzir a força necessária no corte de peças grandes de metal, a lâmina móvel pode ser reta ou angulada.
O processo de corte de chapas metálicas com guilhotinas oferece rapidez e economia ao processo de cisalhamento. Na fabricação de chapas metálicas, a máquina é ideal para linhas de montagem de alta capacidade. Como tendem a produzir bordas mais ásperas do que outros instrumentos usados durante o processo de cisalhamento, na produção de chapas metálicas são normalmente utilizadas para fabricar componentes onde a estética não é importante, ou se forem soldados posteriormente.
Tesouras elétricas
Essas guilhotinas são ideais para produzir peças brutas a partir de grandes chapas metálicas. Os processos de corte com guilhotinas mecânicas utilizam eletricidade ou ar comprimido para acionar a máquina, embora a operação seja manual. A lâmina superior move-se em direção à lâmina inferior, que permanece fixa e exerce tensão para cortar a chapa metálica. Geralmente utilizadas para cortar linhas retas ou curvas com raios maiores, as guilhotinas mecânicas oferecem flexibilidade, precisão, durabilidade e eficiência.
Recortes
Tesouras de corte são ferramentas manuais projetadas especificamente para o processo de corte de chapas metálicas. Nesses processos, dois tipos gerais de tesouras são utilizados: as de ação composta e as de corte reto. A tesoura de ação composta oferece uma vantagem mecânica maior devido a um mecanismo de articulação específico e está disponível em diversos modelos. Essas tesouras são utilizadas para cortar aço inoxidável, aço carbono ou alumínio.
As tesouras de corte tipo tinner possuem lâminas curtas com cabos longos, sendo comumente usadas para cortar aço macio ou estanho com baixo teor de carbono. Existem diferentes modelos de tesouras de corte tipo tinner. Utilizadas pela sua precisão, são principalmente indicadas para processos de corte de chapas metálicas mais delicados. No entanto, por serem operadas manualmente, o corte com tesouras de corte tipo tinner é demorado.
Tesouras sem garganta
As tesouras sem garganta são projetadas para fazer cortes intrincados, curvos, irregulares ou retos. Ao contrário de muitas outras máquinas de corte, as tesouras sem garganta permitem que a peça de trabalho se mova livremente.
Indústrias e produtos que utilizam o processo de corte de chapas metálicas
Os processos de corte de chapas metálicas são utilizados em diversos setores industriais. De modo geral, a produção de chapas metálicas se divide em três tipos.
Essas categorias são:
Produção comercial de chapas metálicas Envolve a fabricação de bens de consumo, como carrocerias de automóveis, eletrodomésticos, capôs de veículos, tampas, latas, caixas de correio, armários, talheres e eletrônicos de consumo.
A produção industrial de chapas metálicas envolve a fabricação de componentes utilizados em outros produtos, muitos dos quais são usados na fabricação de produtos de consumo; a fabricação industrial também envolve a produção de diversos implementos, como serras de fita, furadeiras, sistemas hidráulicos e similares.
Produção de chapas metálicas estruturais Envolve a fabricação de componentes para construção, incluindo perfis estruturais para arranha-céus, sistemas de ventilação, guarda-corpos, suportes, calhas, elevadores, tubulações, portas, revestimento metálico e material para telhados.
Fabricação e modelagem de chapas metálicas É essencial para a fabricação de uma ampla gama de itens produzidos em massa, e um dos elementos mais importantes dessa prática envolve o corte. De fato, a chapa metálica torna possíveis restaurantes, indústrias de alimentos e bebidas, agricultura, eletrônica, automobilística e muitas outras.
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