A fabricação de chapas metálicas se refere a uma variedade de processos usados para montar ou fabricar peças a partir de chapas metálicas brutas. Dependendo do material e das especificações do projeto, um ou mais processos de chapa metálica can be utilized to achieve the desired result. Clients have options such as metal cutting, welding, bending, machining, punching, and stamping to create their products. In this guide, we’ll explore each sheet metal process in detail, helping you identify the most suitable method(s) for your specific application.
Overview of Sheet Metal Fabrication
Sheet metal fabrication is essential for various manufacturing processes, ranging from the manufacturing of toys to large-scale airplane parts. Despite its popularity, it is important to know how this manufacturing process works. Here’s a detailed overview of sheet metal fabrication.
O que é o processo de chapa metálica?
Sheet metal process fabrication is the process of turning flat sheets of steel or aluminium into metal structures or products, by cutting, punching, folding and assembling. Sheet metal can be cut, bent or stretched into nearly any shape, which is generally done by cutting and burning the metal.
Ferramentas especiais, como serras de fita e serras de corte, também podem ser usadas no processo de fabricação de chapas metálicas. Elas garantem um corte uniforme durante todo o processo. Os maçaricos de corte são capazes de cortar grandes seções de chapas metálicas com esforço mínimo.
Sheet metal fabrications use press brakes, which ease the process of sheet metal fabrication, by helping to create sharp bends and angles within the metal. There are a variety of different press brakes, which have different functions and are used for different purposes.
One of the other main factors in sheet metal fabrication is welding. Once all the components are formed, they are then assembled and tack welded into position. Many welding techniques can be used in sheet metal fabrication in order to prevent warping or any other abnormalities. These techniques include covering the metal with sand during the cooling process, special straightening process, welding in a staggered manner and using a stout fixture.
O endireitamento de metal defeituoso pode ser obtido usando um maçarico de oxi-acetileno. O calor é aplicado ao metal de forma lenta para remover quaisquer anormalidades.
O metal geralmente é finalizado por jateamento de areia, primer e pintura. Isso garante que o metal tenha uma aparência fantástica e esteja pronto para ser enviado ao cliente.
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Sheet Metal Cutting Techniques
As técnicas de corte são para separar material de chapa metálica aplicando alta força para fazer com que as bordas de corte falhem. Elas se dividem em dois grupos, corte sem cisalhamento: corte a laser, corte a plasma, corte a jato de água e corte com cisalhamento: cisalhamento, corte em blanking, puncionamento e serragem. Esta seção discutirá cada técnica em detalhes.
Corte a laser
O corte a laser é um processo de corte térmico que envolve a fusão de metais em áreas localizadas usando feixes de laser focalizados.
It involves two simultaneously running sub-processes. The first process involves focusing a high-powered laser beam on the sheet metal material. The laser beam is absorbed onto the material, causing it to vaporize. The second process occurs at the same time, where a cutting nozzle provides the process or blowing gas for laser cutting. This gas is typically nitrogen or oxygen, and it helps protect the processing head from vapors and splashes. It is also important for the removal of excess materials from the kerf.
Laser cutters can cut a wide range of metals, ranging from stainless steel to mild steel and non-ferrous metals. However, more reflective metals such as aluminum may be more challenging to cut. In such cases, fiber lasers are usually the better option. The thickness of the metal can range between 20mm to 40mm, with the maximum thickness depending on the laser’s power.
O processo de corte a laser é mais adequado para aplicações industriais. É altamente flexível, eficiente em termos de tempo e pode dar um alto grau de precisão. No entanto, o processo tem um alto consumo de energia e gás, traduzindo-se em altos custos de investimento e rigorosos requisitos de segurança.
Corte de Plasma
É um processo de corte térmico que envolve o corte de metal com gás ionizado (plasma). Conforme o processo acontece, há um suprimento substancial de calor no metal, e ele derrete gradualmente. O resultado final é um corte áspero com grandes rebarbas e uma zona oxidada ao redor da área de corte.
É importante notar que a ferramenta de corte de plasma só funcionará efetivamente em metais eletricamente condutores. É um dos melhores métodos para cortar alumínio de espessura média e aço inoxidável, cobre, latão e outros materiais condutores. Você pode usar este processo de corte para peças mais grossas de chapa metálica (até 50 mm) onde não há requisitos rigorosos para acabamento de superfície.
O corte a plasma garante um corte mais rápido, alta precisão e repetibilidade do que muitos outros processos de corte. Ele também garante automação, assegurando o corte eficaz de metais de alta resistência com menor entrada de calor. Uma desvantagem desse processo é que há um consumo de energia relativamente alto e possível desenvolvimento de ruído com o corte a seco.
Corte por jato de água
The waterjet cutting process involves using a high-pressure stream of water to cut metal sheets. The pressure is typically around 60,000 psi, supplying a velocity of about 610m/s to cut through almost any kind of metal sheet.
O corte por jato de água é versátil e pode cortar materiais duros e macios com abrasivos e água pressurizada. Para ser mais específico, o corte por jato de água puro é melhor para cortar metais macios como tecidos, borracha ou folhas de metal. O corte por jato de água abrasivo é mais adequado para materiais duros como aço carbono, aço inoxidável, alumínio e cobre.
O corte por jato de água é uma ótima alternativa ao processo de corte a laser. Ele fornece acabamentos de superfície extremamente bons, sem rebarbas ou distorções de calor. No entanto, altas pressões podem causar alguma curvatura perto da área de corte, então há uma necessidade de suporte adequado para o componente.
Tosquia
Shearing is a metal fabrication process that cuts straight lines on flat metal materials by applying a shearing force, causing the materials to separate at that point of cutting. It is ideal for high-volume applications and for cutting soft materials like aluminum, mild steel, and brass that don’t require clean finishes.
Se houver necessidade de obter bordas retas em chapas de metal com bordas ásperas ou irregulares, o cisalhamento é uma das melhores opções. É econômico para operações de alta produção quando você precisa produzir milhares de peças em um curto espaço de tempo. No entanto, a ação de cisalhamento cria rebarbas e deformações no material. Como tal, pode não ser uma ótima escolha para aplicações que exigem um acabamento final limpo.
Obturação
Blanking removes a piece of sheet metal from a larger piece of the stock material with the use of blanking punch and die. The die holds the sheet metal during the process while the punch delivers a “blanking force” through the metal. The material removed is the desired component, while the material that remains on the die is the blank stock left.
A estampagem de chapas metálicas produz componentes personalizados econômicos e garante excelente precisão, controle dimensional e repetibilidade. No entanto, é um pouco mais lento e incorre em custos de ferramentas mais altos do que a operação de puncionamento tradicional.
Socos
A perfuração também cria furos na chapa metálica usando força de cisalhamento. No entanto, neste caso, o material removido do furo é o material de sucata, enquanto o material deixado na matriz é o componente final. A perfuração ajuda a criar recortes e furos de vários tamanhos e formas.
Este processo é mais rápido do que o blanking, produzindo peças limpas e precisas em um curto espaço de tempo. Também não há risco de alterações térmicas na peça de trabalho porque não há calor envolvido. No entanto, a preparação para puncionamento pode ser demorada, pois as facas e matrizes de puncionamento precisam ser precisamente combinadas.
Serrar
Serrar funciona cortando progressivamente materiais metálicos com uma ferramenta dente de serra para fazer uma série de pequenos cortes no metal. Cada dente de serra usa fricção e força de cisalhamento para separar um pequeno pedaço de material do corpo do material.
Serras de fita de metal têm vários finos e dentes marginalmente dobrados, ideais para cortar alumínio, latão, cobre e outros metais não ferrosos. Serras de fita horizontais são configuradas para cortar barras mais longas para atender aos requisitos de dimensionamento. Por outro lado, serras de fita verticais ajudam a concluir cortes mais complexos que exigem contornos precisos na peça de metal.
As serras de fita têm a capacidade de criar cortes retos precisos. Elas também vêm com recursos avançados, como rolamento duplo, ajustes de rastreamento de lâmina e rolos guiados por lâmina. Esses recursos garantem ainda mais um corte consistentemente preciso. As serras de fita geram cortes menores do que muitos outros processos de corte, reduzindo substancialmente o desperdício. Portanto, é uma ótima opção para reduzir os custos de fabricação. No entanto, é difícil manter o contato necessário entre a superfície de peças planas e a ferramenta de corte. Isso pode causar instabilidade do material e inconsistências de corte.
Sheet Metal Forming Techniques
A conformação de chapas metálicas envolve remodelar materiais metálicos enquanto eles ainda estão em seus estados sólidos. Esta seção cobrirá os processos de conformação mais importantes para chapas metálicas. Esses processos são variados em suas aplicações para fazer peças fabricadas sob medida.
Dobrando
Dobramento é o processo que deforma o metal com força e dobra o metal no ângulo desejado para formar o formato necessário. É realizado com prensas dobradeiras e máquinas de laminação. Uma prensa dobradeira usa um punção e uma matriz para dobrar chapas metálicas. Existem diferentes tipos de máquinas de laminação, e elas podem laminar chapas metálicas em vários formatos dentro de faixas específicas.
There are various sheet metal bending methods, and the most common ones include:
- Dobra em V. Aqui, o punção de dobra fornece a força para dobrar materiais metálicos (colocados sobre a matriz V) em ângulos desejados. Este método dobra chapas de aço sem alterar sua posição.
- Dobramento de rolo. Este método dobra chapas de metal em formas curvas ou rolos. Ele usa uma prensa dobradeira, uma prensa hidráulica e três rolos para criar a dobra desejada. É preferível para componentes como tubos, cones e outros materiais de formato oco.
- Curva em U. Este processo de dobra é similar ao V-Bending. As únicas diferenças são que ele usa uma matriz U e os componentes finais são em formato de U.
- Dobramento rotativo. Este método dobra metais em cantos afiados. É uma ótima escolha para dobrar ângulos maiores que 90 graus.
- Dobra de limpeza. It uses a wipe die to determine the inner radius of the sheet metal’s bend.
Geralmente, a dobra é ideal para metais que são maleáveis, mas não quebradiços. Eles incluem aço macio e de mola, alumínio 5052 e cobre. Materiais como alumínio 6061, latão, bronze e titânio são mais difíceis de dobrar.
A dobra é econômica quando usada para produções de baixo a médio volume, dando peças com excelentes propriedades mecânicas. No entanto, há uma grande possibilidade de retorno elástico afetando o ângulo de dobra resultante.
Bainha
A bainha envolve enrolar uma borda de chapa metálica sobre si mesma para criar uma área com duas camadas. Geralmente ocorre em dois estágios. O primeiro estágio envolve dobrar a chapa metálica e colocá-la na base de uma matriz em V. O segundo estágio envolve a remoção do material e sua colocação em uma matriz de achatamento. Esse processo achata a bainha para dar o formato desejado.
Hemming is effective for reinforcing part edges and improving parts’ appearance. The accuracy of the process helps to get components with superior surface qualities. However, material deformation occurs during this process, leading to dimensional variations.
Rolando
Sheet metal rolling is the process in which a metal piece passes through a pair of rollers to reduce the material’s thickness or get a uniform thickness. The rollers are constantly spinning to create compressive forces that plastically deform the workpiece. If the rollers are directly perpendicular to the piece of sheet metal, flattening occurs.
There are two major rolling processes – hot rolling and cold rolling. Hot rolling occurs above the material’s recrystallization temperature, while cold rolling usually occurs at room temperature. The common applications of rolled sheet metal are found in pipes and tubes, stampings, discs, wheels and wheel rims, etc.
Rolling is a fast process with high efficiency, making it suitable for mass production. The process can be designed to create parts with tight tolerances and complex cross-section profiles. But metal rolling requires high initial investment, so it’s more suitable for mass production.
Estampagem
A estampagem de chapas metálicas é uma técnica de conformação a frio que usa prensas de estampagem e matrizes para transformar matérias-primas em vários formatos. Este processo é compatível com uma ampla gama de materiais de chapas metálicas, incluindo aço inoxidável, aço de baixo e alto carbono, alumínio, latão, cobre, etc.
A estampagem pode geralmente ser uma combinação de técnicas complexas de corte e conformação para obter componentes complexos com operações mais curtas. Ela abrange dobra, puncionamento, estampagem e flangeamento para criar uma ampla gama de produtos.
Metal stamping is cost-effective. The process is fast, requires lesser tools and reduced labor time, and it’s relatively cheap to maintain the stamping dies, which contributes to an overall drop in expenses. Automating metal stamping is also easy. Therefore, proper programming of metal stamping machines will ensure consistent delivery of high-quality precision parts and repeatability. But the disadvantage of stamping is the increased cost of presses. If there is a need to alter the design during production, it may be difficult to change dies.
Ondulação
A ondulação de chapas metálicas é o processo de adicionar rolos circulares e ocos às bordas de chapas metálicas. A maioria dos processos de ondulação ocorre em três estágios; os dois primeiros estágios criam as curvas para a ondulação, enquanto o terceiro estágio fecha a ondulação.
Os cachos ajudam a remover bordas afiadas não tratadas de uma peça de trabalho para torná-la mais segura para manuseio. Uma borda enrolada também fornece força à borda. O enrolamento também pode levar a rebarbas e deformações do material, portanto, deve-se tomar cuidado durante o processo.
Fiação de metal
A fiação envolve a formação de discos de metal em cavidades rotacionalmente simétricas. Durante o processo, o material é colocado entre o contraponto da máquina e um mandril de fiação moldado. Após a rotação, o rolo de fiação ajuda a moldar a folha no formato do mandril.
A fiação de metal é ideal para placas de metal suave, incluindo aço inoxidável, cobre, latão, alumínio, etc. A fiação de metal pode produzir várias peças ocas de vários formatos sem comprometer sua qualidade. Outros processos de conformação de chapas metálicas, como dobra e puncionamento, podem ser incorporados a um ciclo de fiação, tornando-o altamente flexível para produção em pequenos lotes e em grandes volumes. Limitações de tamanho e formato são a principal desvantagem desse processo. Ele produz apenas peças com formatos concêntricos e simétricos.
Sheet Metal Welding Techniques
Soldagem é um processo que une duas peças de chapas metálicas usando calor, pressão ou ambos. É um processo de alto calor que derrete o metal base, normalmente adicionando material de enchimento.
There are various welding techniques available for sheet metal fabrication, which function to join metal together through a melting process and the addition of a filler. These welding techniques include the following:
- Soldagem por eletrodo revestido ou soldagem por arco metálico blindado (SMAW). This welding process produces an electric current with an electrode stick to form an arc when it contacts the metal. The electric arc produces temperatures over 6300°F to melt metals. It is a process suitable for high-speed welding, and it can work on both AC and DC power sources. However, care must be taken when welding thin metals because the superior temperatures produced by this process may damage the material.
- Soldagem com gás inerte metálico (MIG). Isso também é conhecido como soldagem a arco de gás metálico (GMAW) e funciona com gás de proteção e um eletrodo de arame contínuo. O eletrodo de arame derretido facilita a união fácil das peças de metal, enquanto o gás de proteção protege a poça de solda da interação com a atmosfera. A soldagem MIG cria soldas de alta qualidade com excelente velocidade de soldagem. Também pode ser totalmente automatizada para evitar respingos de solda. No entanto, essa técnica de soldagem não é adequada para metais espessos e soldagem externa.
- Soldagem com gás inerte de tungstênio (TIG). This welding is a process of creating a short arc for welding heavier metals. with a tungsten electrode. There is also an inert shielding gas to protect the weld area and electrode from atmospheric contamination. A big advantage of this welding process is that it works adequately for non-ferrous metals such as aluminum, copper, titanium, etc. There is a high degree of weld control with this process, helping it create very clean and strong welds. Therefore, it is a suitable method for automotive and aerospace constructions. However, TIG welding requires a highly skilled professional because it is more challenging.
Tolerância de fabricação de chapas metálicas
Tolerâncias de fabricação de chapas metálicas referem-se aos desvios aceitáveis para características de peças de chapa metálica necessárias para instalação e integração precisas e consistentes.
Para peças de chapa metálica, a ISO 2768-mk é geralmente usada para garantir o controle adequado dos elementos de geometria e tamanho. A seguir, mostraremos 7 padrões de tolerância de dimensões lineares e angulares, planicidade e retidão, cilindricidade e circularidade.
Table 1 – Linear Dimensions
| Desvios admissíveis em mm para intervalos em comprimentos nominais | f (bem) | Designação de classe de tolerância (descrição) | v (muito grosseiro) | |
| m (médio) | c (grosso) | |||
| 0,5 até 3 | ±0.05 | ±0.1 | ±0.2 | – |
| mais de 3 até 6 | ±0.05 | ±0.1 | ±0.3 | ±0.5 |
| mais de 6 até 30 | ±0.1 | ±0.2 | ±0.5 | ±1.0 |
| mais de 30 até 120 | ±0.15 | ±0.3 | ±0.8 | ±1.5 |
| mais de 120 até 400 | ±0.2 | ±0.5 | ±1.2 | ±2.5 |
| mais de 400 até 1000 | ±0.3 | ±0.8 | ±2.0 | ±4.0 |
| mais de 1000 até 2000 | ±0.5 | ±1.2 | ±3.0 | ±6.0 |
| mais de 2000 até 4000 | – | ±2.0 | ±4.0 | ±8.0 |
Table 2 – External Radius and Chamfer Heights
| Desvios admissíveis em mm para intervalos em comprimentos nominais | f (bem) | Designação de classe de tolerância (descrição) | v (muito grosseiro) | |
| m (médio) | c (grosso) | |||
| 0,5 até 3 | ±0.2 | ±0.2 | ±0.4 | ±0.4 |
| mais de 3 até 6 | ±0.5 | ±0.5 | ±1.0 | ±1.0 |
| mais de 6 | ±1.0 | ±1.0 | ±2.0 | ±2.0 |
Table 3 – Angular Dimensions
| Desvios admissíveis em mm para intervalos em comprimentos nominais | f (bem) | Designação de classe de tolerância (descrição) | v (muito grosseiro) | |
| m (médio) | c (grosso) | |||
| até 10 | ±1º | ±1º | ±1º30′ | ±3º |
| mais de 10 até 50 | ±0º30′ | ±0º30′ | ±1º | ±2º |
| mais de 50 até 120 | ±0º20′ | ±0º20′ | ±0º30′ | ±1º |
| mais de 120 até 400 | ±0º10′ | ±0º10′ | ±0º15′ | ±0º30′ |
| mais de 400 | ±0º5′ | ±0º5′ | ±0º10′ | ±0º20′ |
Table 4 – Straightness and Flatness
| Intervalos em comprimentos nominais em mm | Classe de tolerância | |||
| E | E | eu | ||
| até 10 | 0.02 | 0.05 | 0.1 | |
| mais de 10 até 30 | 0.05 | 0.1 | 0.2 | |
| mais de 30 até 100 | 0.1 | 0.2 | 0.4 | |
| mais de 100 até 300 | 0.2 | 0.4 | 0.8 | |
| mais de 300 até 1000 | 0.3 | 0.6 | 1.2 | |
| mais de 1000 até 3000 | 0.4 | 0.8 | 1.6 | |
Table 5 – Perpendicularity
| Intervalos em comprimentos nominais em mm | Classe de tolerância | |||
| E | E | eu | ||
| até 100 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | |
| mais de 100 até 300 | 0.3 | 0.6 | 1.0 | |
| mais de 300 até 1000 | 0.4 | 0.8 | 1.5 | |
| mais de 1000 até 3000 | 0.5 | 1.0 | 2.0 | |
Table 6 – Symmetry (Position for ISO G&T Standard not-ASME or ANSI GD&T)
| Intervalos em comprimentos nominais em mm | Classe de tolerância | |||
| E | E | eu | ||
| até 100 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | |
| mais de 100 até 300 | 0.5 | 0.6 | 1.0 | |
| mais de 300 até 1000 | 0.5 | 0.8 | 1.5 | |
| mais de 1000 até 3000 | 0.5 | 1.0 | 2.0 | |
Aplicações da fabricação de chapas metálicas
Whether for structural purposes, decorative elements, or functional components within other products, many different industries rely on sheet metal fabrication.
Let’s take a closer look at its variety of common use cases.
Quiosques, máquinas de venda automática e gabinetes
Vending machines and kiosks bring in significant revenue for many customer-facing companies – for example, gyms and leisure centres. This is why care needs to be taken in their construction.
Há um grande número de componentes individuais necessários para construir esses tipos de máquinas, e é por isso que elas exigem a aplicação da fabricação de chapas metálicas.
Construção e Segurança
The construction and security sectors use the application of sheet metal fabrication for products such as security doors, guard rails, security grills and bespoke security enclosures.
Varejo
Creating appealing visual merchandise, as well as product displays, in the retail sector requires sheet metal fabrication.
A fabricação de chapas metálicas pode ajudar a criar uma ampla gama de unidades de exposição de varejo para diferentes clientes de varejo, espaços de varejo e exibições de lojas. Por exemplo, exibições de bar, cubos de exposição de varejo, exibições portáteis e estandes de ponto de venda. Esses produtos precisam ser atraentes e altamente funcionais.
Ciência, medicina e alimentação
Particularly the scientific, medical and food industries utilise sheet metal fabrication to create products found in commercial and industrial kitchens such as worktop surfaces, storage units, and sinks.
O aço inoxidável tende a ser o material escolhido para muitas aplicações nas indústrias de produção e preparação de alimentos.
Transporte
The transportation sector uses thousands of different products made using metal fabrication. For example, emergency vehicles rely on sheet metal fabrication for the construction of products such as glove-box enclosures, side steps, door-handle mounts, and steel surrounds for tail-lift doors.
A fabricação de chapas metálicas é um método excelente para criar peças grandes e pequenas que podem ser usadas na construção de veículos. Além disso, corrimãos de segurança em canteiros de obras, alçapões de escadas e produtos seguros para escadas são construídos por meio da fabricação de chapas metálicas.
Principais tipos de chapas metálicas
- Alumínio: Usado para peças automotivas, dispositivos elétricos e recipientes de cozinha. Oferecendo inúmeros benefícios, incluindo uma boa relação resistência-peso e alta condutividade.
- Aço aluminizado: This metal combines the high strength of carbon steel with aluminium’s superior corrosion resistance. Sheets of aluminised steel are used for products intended for high-temperature environments, such as kitchen appliances.
- Aço carbono: O aço carbono é usado nos mercados industrial e de consumo para uma variedade de produtos. É uma liga de aço que contém carbono, resultando no aumento da dureza e resistência do material quando ele passa por tratamento térmico.
- Cobre: Exemplos de produtos feitos de cobre são pias, telhados, calhas de chuva e portas. O cobre apresenta maior condutividade elétrica e térmica em comparação ao alumínio, mas pode ser mais caro.
- Aço galvanizado: Chapas de aço galvanizado tendem a ser usadas para fazer carrocerias de automóveis, canos de água, cercas, telhados e escadas. Elas são feitas revestindo o aço com zinco por meio de um processo de imersão a quente, ajudando a torná-lo mais resistente à corrosão.
- Aço de alta resistência: Placas de blindagem militar tendem a ser feitas de folhas de aço de alta resistência. O material é produzido pela liga de aço com uma variedade de elementos como carbono, manganês e cobre. Isso ajuda a melhorar sua dureza.
- Aço inoxidável: Usado para recipientes de cozinha, tanques de armazenamento para produtos químicos e máquinas de processamento de alimentos. O aço inoxidável oferece resistência superior à corrosão, resistência ao fogo e ao calor, relação resistência-peso e capacidade de fabricação.
- Titânio: Produtos típicos feitos de titânio incluem peças de aviação, equipamentos médicos e elementos de construção. É usado principalmente por sua alta relação resistência-peso e resistência à corrosão. Também é reciclável.
Conclusão
A fabricação de chapas metálicas oferece várias vantagens importantes, com os três principais benefícios sendo sua resistência, versatilidade e facilidade de manutenção. Peças metálicas criadas por meio de vários processos de chapa metálica são altamente duráveis e, com os devidos cuidados, podem durar muitos anos, tornando-as ideais para projetos de longo prazo. A versatilidade da chapa metálica permite que ela seja usada em uma ampla gama de aplicações, de projetos de pequena a grande escala, tornando-a um recurso valioso para empresas e indivíduos. Além disso, as fabricações de metal são fáceis de manter, pois resistem à ferrugem, corrosão, fogo e calor, tornando os processos de chapa metálica particularmente adequados para ambientes industriais e comerciais.
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