Por Taylan Altan*

 

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de julho de 2010.

 

O papel do modelamento por deposição de material fundido

 

A conformação de chapas metálicas com o uso de meios líquidos, ou hidroconformação, é um processo bem conhecido e já está sendo usado para a fabricação de peças sob baixos volumes de produção.

 

A hidroconformação envolve o embutimento da chapa sob pressão líquida contra uma matriz ou punção. Uma variação do processo de hidroconformação usa um diafragma que separa o líquido pressurizado da chapa de metal, de maneira que a possibilidade de vazamento fica eliminada (figura 1).

 

 

Fig. 1 – Na hidroconformação por diafragma (flexforming), a chapa é posicionada sobre um prensa-chapas que é parte integrante da metade do ferramental rígido (a). O óleo é pressurizado sobre um lado do diafragma, o qual então é comprimido contra o blanque. Este toma a forma do ferramental rígido (b). A pressão do fluido é aliviada para que a peça possa ser removida (c).

 

 

Com esta variação, conhecida pelo termo em inglês “flexforming”, ou hidroconformação por diafragma, a chapa de metal é pressionada contra uma superfície dividida em duas: metade dela é constituída por uma matriz rígida e a outra é um diafragma de borracha flexível sustentado por pressão hidráulica ⁽¹⁾.

 

O blanque assume o formato do ferramental rígido. Uma vez que se usa apenas a metade de um conjunto de matriz, com o diafragma atuando como a metade da matriz ou como um punção flexível, os custos associados ao ferramental são reduzidos.

 

O processo de hidroconformação por diafragma é usado na indústria automotiva para a produção de protótipos ou de peças em desenvolvimento. A indústria aeroespacial o usa para a produção de componentes para fuselagem e motor. No caso de pequenos volumes de produção, o tempo de ciclo relativamente baixo é justificado pelos custos reduzidos de ferramental.

 

 

Fig. 2 – Na hidroconformação no modo de diafragma-e-punção, o blanque é posicionado sobre a superfície da matriz inferior (a), o diafragma é comprimido contra o blanque sob pressão (b), o punção inferior é levantado contra o diafragma sustentado por pressão, conformando o blanque (c), a pressão é liberada e o punção inferior se retrai (d). A parte superior da prensa se move para cima e a peça está pronta para ser extraída (e). Essa figura é cortesia da Pryer Technology Group LLC, de Tulsa, EUA (www.pryertechgroup.com).

 

 

A hidroconformação por diafragma pode ser usada para conformar chapas de várias espessuras, feitas com ligas de alumínio e aço doce ou inoxidável. A pressão necessária para conformar uma peça aumenta à medida que se eleva a espessura da chapa, de 0,1 até 5,0 mm, e a resistência à tração do material, bem como com a diminuição dos ângulos dos cantos e filetes do componente ⁽¹⁾.

 

Outra variação da hidroconformação com diafragma é mostrada na figura 2. Nesse processo, o blanque é posicionado sobre a superfície inferior e comprimido contra o ferramental. O punção inferior se move para cima contra o diafragma, sustentado por pressão hidráulica, e conforma a peça. Esse conceito pode ser modificado e programado para funcionar nos modos “diafragma-isolado” ou “diafragma-e-punção”.

 

 

Modelamento por deposição de material fundido

 

A produtividade da hidroconformação por diafragma para a manufatura de peças aeroespaciais feitas com chapas de metal está sendo consideravelmente aumentada com o desenvolvimento de técnicas de manufatura rápida de ferramentas. Uma delas usa um método de prototipagem rápida denominado modelamento por deposição de material fundido (Fused Deposition Modeling – FDM) (figura 3).

 

 

 

Fig. 3 – Um sistema de modelamento por deposição de material fundido é usado para a manufatura rápida de ferramentas plásticas. Esta máquina, usando o modelo em CAD de uma peça, pode fabricar um componente sólido de forma totalmente automática sob controle de computador. Essa figura é cortesia da Stratasys Inc., de Eden Prairie, EUA (www.stratasys.com).

 

 

Um novelo de filamento plástico fornece material para um cabeçote de liquefação que funde a resina plástica por meio de um aquecedor por resistência. O plástico fundido é extrudado, formando uma fina camada que se solidifica, constituindo um laminado.

 

O trajeto da extrusão é determinado pela posição do cabeçote, o qual é controlado numericamente por computador (CNC). A próxima camada é depositada sobre o laminado anterior, de forma que ocorre fusão entre eles. Se necessário, também é possível construir uma estrutura de apoio para peças que possuam ranhuras e precisem de suporte.

 

As máquinas de modelamento por deposição de material fundido desenvolvidas recentemente podem processar polímeros que, quando solidificados, suportam pressões de, pelo menos, 69 MPa. Logo, pode-se fabricar rapidamente com esse método um bloco de matriz que pode ser usado na hidroconformação com diafragma de várias peças de alumínio.

 

 

Produção de peças de alumínio

 

A figura 4 mostra como a técnica de manufatura rápida de ferramental foi usada no Centro de Conformação de Precisão (Center for Precision Forming – CPF) da Ohio State University em combinação com a hidroconformação por diafragma para produzir uma peça-protótipo feita a partir de blanques de liga de alumínio 2024-O com espessuras de 1,6 e 2,3 mm.

 

Os blocos de conformação superior e inferior foram fabricados com o uso da tecnologia de modelamento por deposição de material fundido. O blanque, cortado na geometria desejada, foi posicionado entre os blocos de conformação e colocado na superfície inferior da máquina de hidroconformação. Foi aplicada pressão de 69 MPa (10.000 psi) sem ativar o punção inferior.

 

 

Fig. 4 – A manufatura rápida de ferramental foi usada em combinação com a hidroconformação por diafragma para fabricar peças a partir de blanques com espessuras de 1,6 e 2,3 mm feitos com liga de alumínio 2040-O. Os blocos de conformação superior e inferior foram manufaturados com a tecnologia de deposição de material fundido (a). O blanque, cortado na geometria desejada (b), foi posicionado entre os blocos de conformação e colocado na superfície inferior da máquina de hidroconformação. A peça conformada é vista com o bloco superior removido (c) e após ter sido extraída inteiramente para fora da prensa (d). Essas fotos são cortesia da Stratasys Inc.

 

 

Os ensaios preliminares indicaram que a manufatura rápida de ferramental, em combinação com a hidroconformação por diafragma, tem significativo potencial para a conformação de peças feitas em chapas de ligas de alumínio dentro da baixa escala de produção típica das indústrias aeroespaciais, bem como para reparos e aplicações de protótipos.

 

Entretanto, ainda são necessários trabalhos complementares de desenvolvimento para determinar a pressão que o material do ferramental pode suportar, a vida do ferramental e os parâmetros de projeto que podem ser conseguidos.

 

Referências

 

1) Pellier, D.: Flexform Presses for the Aerospace Industry. Columbus, EUA; Avure Technologies; http:\\www.avure.com.

 

*Taylan Altan (www.ercnsm.org) é professor e diretor do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF) da Ohio State University, em Columbus, EUA (www.cpforming.org). Este artigo foi publicado originalmente na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de julho de 2010 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

 

 

Tecnologia em conformação

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