Sebenta · Efetuar desenho de fabrico de peças e conjuntos mecânicos por processos de conformação plástica (UC02908)

Introdução

Esta sebenta ensina a preparar o desenho de fabrico de peças metálicas produzidas por conformação plástica: peças de chapa quinada, embutida, calandrada, e componentes laminados, extrudidos, trefilados ou forjados. Conformar plasticamente é dar forma ao metal sem retirar material: o metal deforma-se para além do seu limite elástico e fica com a nova forma, mantendo o volume.

O desenhador de fabrico não desenha só a peça acabada. Desenha também a chapa a plano antes de dobrar, calcula o comprimento do planificado, especifica o raio de quinagem, prevê o retorno elástico e escreve as notas de fabrico que o operador da quinadeira, da prensa ou do laminador vai seguir. É um trabalho onde um erro de cálculo ou de cotagem se traduz diretamente em peças rejeitadas, chapa desperdiçada e paragens de máquina.

Objetivos de aprendizagem (referencial): relacionar os processos de conformação plástica com os componentes a obter; desenhar croquis à mão livre; representar vistas, projeções e planificados; aplicar a cotagem nominal e de fabrico, a simbologia, as anotações e o toleranciamento geral; calcular o desenvolvimento (planificado) e as linhas de quinagem, com as respetivas compensações; e aplicar as normas de segurança e saúde no trabalho.

1. Conformação plástica: processos e desenho de fabrico

A indústria metalomecânica usa vários processos de fabrico por conformação plástica, cada um adequado a um tipo de componente:

O primeiro critério de desempenho desta UC é precisamente relacionar os processos de conformação plástica aos componentes a obter: antes de desenhar, o técnico decide que processo faz sentido para a peça pretendida.

O desenho de fabrico é o documento que liga o projeto à oficina. Difere do desenho de definição porque acrescenta:

• Cotagem de fabrico, incluindo o comprimento do planificado.
• Raio de ferramenta / raio de quinagem especificado.
• Notas de processo (sequência operatória, tratamentos, verificações).
• Simbologia e anotações próprias da conformação plástica.

2. Croquis e desenho à mão livre

O croquis é o desenho técnico à mão livre, sem instrumentos de precisão, mas respeitando as regras de projeção e proporção do desenho técnico. É a ferramenta do técnico junto da máquina ou da peça real, antes de passar ao CAD.

Técnica do croquis

1. Observar a peça e decidir as vistas mínimas necessárias.
2. Traçar linhas leves de construção, com as proporções relativas entre elementos.
3. Reforçar as arestas definitivas por cima das linhas de construção.
4. Anotar cotas aproximadas no local, incluindo a posição das linhas de quinagem.
5. Passar depois ao levantamento rigoroso ou diretamente ao CAD.

3. Vistas, cortes e secções para peças conformadas

As regras gerais do desenho técnico aplicam-se: vistas em projeção europeia (1.º diedro), alinhadas, com o mínimo de vistas que definam a peça sem ambiguidade.

Duas particularidades das peças conformadas:

• É frequente desenhar duas versões da peça: a vista da peça já conformada (quinada, embutida) e a vista do planificado (a chapa a plano, antes de conformar). Cada vista leva a cotagem que lhe corresponde (ver capítulo 4).
• Os cortes e secções seguem a norma (hachura a 45°, espaçamento constante), mas em chapa fina a hachura pode ser substituída por preenchimento sólido, prática corrente na indústria para não sobrecarregar o desenho.

Em peças extrudidas ou laminadas, a secção transversal é muitas vezes o próprio desenho principal, porque define a forma que a matriz ou os cilindros produzem ao longo de todo o comprimento.

4. Cotagem nominal e cotagem de fabrico

Esta distinção é o ponto onde mais se erra nesta UC, por isso fica isolada num capítulo próprio.

Uma peça conformada existe em dois estados físicos: a chapa plana (antes de conformar) e a peça acabada (depois). Cada estado tem a sua cotagem, e as duas nunca se misturam na mesma vista:

• Cotagem nominal: as medidas da peça já conformada. É a que interessa ao cliente e ao desenho de definição: alturas, larguras e ângulos exteriores da peça pronta.
• Cotagem de fabrico: as medidas necessárias para produzir a peça, incluindo o comprimento do planificado (a chapa a plano antes de quinar) e a posição das linhas de quinagem. É a que a guilhotina e a quinadeira seguem.

Como distinguir no desenho

• A vista da peça quinada leva uma nota "vista da peça conformada" e cota apenas medidas exteriores reais.
• A vista do planificado leva a nota "planificado, cotagem de fabrico" e cota o comprimento total desenvolvido.
• A linha de quinagem desenha-se a traço-ponto fino, distinta de uma aresta real (traço contínuo grosso).

5. Simbologia, anotações e toleranciamento geral

Simbologia normalizada

Regra de uso, sempre a mesma nesta UC: o R indica sempre o raio interior de quinagem, nunca o exterior. Definir este significado uma vez e mantê-lo em todos os desenhos de um mesmo conjunto evita peças fabricadas com o raio trocado.

Anotações e toleranciamento geral

• Anotações de processo: sequência de operações ("quinar antes de furar"), tratamento de superfície, material e espessura.
• Toleranciamento geral: uma nota única no desenho (ex.: "Tolerâncias gerais conforme ISO 2768-m") cobre todas as cotas sem tolerância explícita.
• Tolerâncias específicas: só nas cotas funcionais (furos de fixação, encaixes); tolerâncias apertadas em tudo encarecem o fabrico sem necessidade.
• O ângulo de dobragem tem tolerância própria, tipicamente ± 1°, por causa do retorno elástico (capítulo 8).

6. Legendas, balões e lista de peças

A legenda (cartucho) identifica o desenho: designação da peça, material, espessura, escala, norma de tolerâncias, autor e data.

Em desenhos de conjunto, cada peça recebe um balão de identificação (círculo numerado) ligado por uma linha fina à peça. A lista de peças (BOM) relaciona cada número a designação, material, quantidade e norma.

7. Laminagem, extrusão, trefilagem e forjamento

Laminagem

A laminagem reduz a espessura do metal passando-o entre cilindros rotativos, que o alongam no sentido da passagem.

• A quente: acima da temperatura de recristalização; grandes reduções, menor precisão.
• A frio: à temperatura ambiente; melhor acabamento e precisão dimensional, exige mais força.

A laminagem define o sentido de laminagem (fibra) da chapa, uma direção preferencial que condiciona todas as dobras que a peça vier a levar (capítulo 9).

Extrusão e trefilagem

• Extrusão: o metal é empurrado através de uma matriz (fieira) sob pressão, saindo com a secção da matriz. Produz perfis: tubos, cantoneiras, secções em T ou U.
• Trefilagem: o material (arame, barra) é puxado através de uma fieira, reduzindo a secção e aumentando o comprimento. Produz arames e varões calibrados.

A diferença chave está no sentido da força: empurrar (extrusão) contra puxar (trefilagem). Ambos os processos encruam o material, deixando-o mais duro e menos dúctil à saída.

Forjamento

O forjamento dá forma ao metal por impacto ou compressão, geralmente a quente, entre matrizes ou com martelo. Ao contrário da laminagem e da extrusão, que mantêm uma secção constante ou reduzem espessura uniformemente, o forjamento produz uma forma tridimensional complexa numa única peça, e alinha o fluxo do grão com essa forma, o que dá à peça forjada mais resistência mecânica do que uma peça maquinada a partir de barra.

8. Quinagem: sequência operatória, raio mínimo e sentido de laminagem

A quinadeira e a sequência de dobragem

A quinagem dobra a chapa entre um punção (ferramenta superior, com o raio de quinagem) e uma matriz (abertura em V inferior), numa quinadeira.

A abertura da matriz situa-se, como regra de referência, entre 6 e 8 vezes a espessura da chapa: uma abertura pequena de mais concentra o esforço e pode rasgar o material na dobra.

Numa peça com várias dobras, a sequência operatória não é arbitrária: planeia-se de fora para dentro, deixando para a última operação a dobra que ficaria "presa" pelas dobras já feitas, sem espaço para o punção descer.

Raio mínimo de quinagem

O raio interior mínimo (Rmin) é o menor raio que se pode dobrar sem fissurar a fibra exterior do material, a que mais estica durante a dobragem.

Regra de aplicação, sempre no mesmo sentido: antes de especificar Ri no desenho, confirma-se Ri ≥ Rmin da tabela, para o material da peça. Um raio abaixo do mínimo tabelado fissura a peça na dobra; esta regra não se inverte, nem se aplica ao contrário.

Sentido de laminagem: dobrar a favor ou contra a fibra

A orientação da linha de quinagem em relação ao sentido de laminagem (a direção da fibra, definida no capítulo 7) muda o risco de fissura:

• Dobra transversal à fibra (linha de quinagem perpendicular ao sentido de laminagem): a mais resistente à fissuração. É a orientação a preferir sempre que só há uma direção de dobra.
• Dobra a favor da fibra (linha de quinagem paralela ao sentido de laminagem): a fibra estica ao longo dos grãos já alongados pela laminagem, aumentando o risco de rachar, sobretudo com Ri próximo do mínimo.
• Quando a peça tem dobras em várias direções e não é possível pôr todas transversais à fibra, corta-se a chapa a 45° do sentido de laminagem: nenhuma dobra fica exatamente a favor da fibra, o que reduz o risco em todas.

Regra desta UC, aplicada sempre no mesmo sentido: orientar a linha de quinagem perpendicular à fibra quando há uma só direção de dobra; a 45° do sentido de laminagem quando há dobras em várias direções.

9. Retorno elástico e a sua compensação

Depois de o punção libertar a chapa, esta recupera parcialmente a forma que tinha antes de ser dobrada: é o retorno elástico. A peça fica com um ângulo mais aberto do que o ângulo com que a ferramenta a dobrou.

Isto acontece porque a deformação durante a quinagem tem uma componente elástica (que a chapa recupera ao sair da ferramenta) e uma componente plástica (que fica permanentemente). Quanto mais rígido e menos dúctil o material, maior o retorno elástico.

Como se compensa

Compensa-se sobreformando o ângulo na ferramenta: dobra-se um pouco além do ângulo pretendido, para que a peça assente exatamente no ângulo nominal depois de recuperar.

Regra desta UC: ângulo da ferramenta = ângulo nominal pretendido − Δα da tabela, com Δα tabelado por material (nunca no raio, que se mantém o Ri especificado no capítulo 8):

Exemplo resolvido

Uma peça em aço inoxidável AISI 304 precisa de uma dobra a 90° nominal. Pela tabela, Δα = 4°. Ângulo a programar na quinadeira: 90° − 4° = 86°. Ao libertar a chapa, o retorno elástico "abre" os 4° de diferença e a peça fica com os 90° pretendidos.

10. Cálculo do planificado: fibra neutra e fator K

Este é o cálculo central da UC, e usa-se sempre a mesma fórmula, sem exceções nem "regras práticas" alternativas.

A fórmula do desenvolvimento

Comprimento total do planificado = soma dos troços retos (medidos até à linha de tangência de cada dobra) + soma dos comprimentos de arco de cada dobra.

O comprimento de arco de cada dobra calcula-se na fibra neutra: a camada interna da chapa que, durante a dobragem, nem estica (como a face exterior) nem comprime (como a face interior), mantendo o seu comprimento original.

Comprimento do arco = (π × α / 180) × (Ri + K × t)

onde α é o ângulo de dobragem em graus, Ri o raio interior de quinagem, t a espessura da chapa e K o fator de posição da fibra neutra, tabelado em função de Ri/t:

Quanto maior a relação Ri/t, mais perto do meio da espessura fica a fibra neutra (K aproxima-se de 0,5); em raios apertados (Ri/t pequeno), a fibra neutra fica mais perto da face interior (K aproxima-se de 0,33).

Arredondamento desta UC, sempre o mesmo: valores intermédios (K, o raio da fibra neutra Rn, os arcos) arredondam-se a duas casas decimais; o comprimento total do planificado arredonda-se ao milímetro décimo (0,1 mm), a resolução usual da guilhotina e da quinadeira.

Exemplo resolvido passo a passo: suporte em U

Peça: suporte em U, chapa de aço macio, t = 2 mm, com duas dobras a 90° e raio interior Ri = 3 mm. Cotagem nominal (peça já quinada, medidas exteriores): altura de cada aba H = 20 mm; largura da base B = 40 mm.

Passo 1, raio exterior de cada dobra:

Ro = Ri + t = 3 + 2 = 5 mm.

Passo 2, troços retos até à linha de tangência (cotagem de fabrico):

• Cada aba: Ls = H − Ro = 20 − 5 = 15 mm (há duas abas iguais).
• Base: Ls = B − 2×Ro = 40 − 2×5 = 30 mm.

Passo 3, fator K e raio da fibra neutra:

Ri/t = 3/2 = 1,5 → pela tabela, K = 0,40 (intervalo "1 a < 2"). Rn = Ri + K×t = 3 + 0,40×2 = 3,80 mm.

Passo 4, comprimento de arco por dobra (90° cada):

Arco = (π × 90/180) × 3,80 = 1,5708 × 3,80 = 5,97 mm por dobra. Como há duas dobras iguais: 2 × 5,97 = 11,94 mm.

Passo 5, comprimento total do planificado:

Total = 15 + 15 + 30 + 11,94 = 71,94 mm → 71,9 mm (arredondado ao milímetro décimo).

A chapa corta-se, portanto, com 71,9 mm de comprimento (na direção das dobras) antes de ir à quinadeira.

Segundo exemplo: peça em L, uma só dobra

Chapa de alumínio macio, t = 1,5 mm, Ri = 2 mm, uma dobra a 90°. Cotagem nominal: perna 1 com 25 mm exteriores, perna 2 com 35 mm exteriores.

Ro = Ri + t = 2 + 1,5 = 3,5 mm. Troços retos: Ls1 = 25 − 3,5 = 21,5 mm; Ls2 = 35 − 3,5 = 31,5 mm. Ri/t = 2/1,5 = 1,33 → K = 0,40 (intervalo "1 a < 2"). Rn = 2 + 0,40×1,5 = 2,60 mm. Arco = (π × 90/180) × 2,60 = 4,08 mm.

Total = 21,5 + 31,5 + 4,08 = 57,08 mm → 57,1 mm.

11. Calandragem, estampagem, embutidura e corte por punção

Calandragem

A calandragem curva chapas ou perfis entre três (ou mais) rolos, produzindo raios grandes e curvaturas contínuas, ao contrário da quinagem (dobras retas e localizadas). Usa-se em virolas, arcos estruturais e chapas curvas de grande dimensão; o raio final ajusta-se pela distância entre rolos e pelo número de passagens.

Dobragem de tubos e perfis

Regras próprias, diferentes da quinagem de chapa plana: Rmin ≥ 2 × D (D = diâmetro exterior do tubo), regra prática desta UC para evitar ovalização e enrugamento. Em tubos de parede fina usa-se um mandril interior para manter a secção redonda durante a dobragem.

Estampagem e embutidura

A estampagem conforma a chapa entre punção e matriz que reproduzem a forma final, combinando muitas vezes corte, dobragem e conformação na mesma ferramenta (ferramenta progressiva). É o processo típico de grandes séries: carroçarias, eletrodomésticos, ferragens.

A embutidura (deep drawing) é a estampagem que transforma uma chapa plana numa peça oca e sem costura (um copo, uma panela). Regras de referência desta UC:

• Relação de embutidura (d0/dp): até 1,8 numa só operação, em aço macio; acima disso, é preciso reembutir em etapas.
• Folga entre punção e matriz: cerca de 1,1 × t, para acomodar o aumento de espessura na parede sem rasgar nem enrugar.

Riscos típicos: rasgar o fundo (esforço excessivo) ou enrugar a aba (folga insuficiente ou prensa-chapas fraco).

Corte por punção e folga de corte

O corte por punção separa material por cisalhamento entre punção e matriz de corte, sem retirar apara: blanking (a peça cortada é o produto) e piercing (o furo é o produto, a chapa à volta é o produto útil).

A folga de corte, regra de referência desta UC para aço macio: folga por lado = 0,06 × t (6% da espessura). Folga a menos exige mais força e desgasta a ferramenta; folga a mais aumenta a rebarba e a deformação junto ao corte.

12. Equipamentos, operação, manutenção e segurança

Equipamentos

A escolha do equipamento decorre do processo identificado no capítulo 1: define-se primeiro o processo pela peça a obter, só depois se escolhe a máquina.

Manutenção preventiva

• Verificação diária: estado da ferramenta (punção, matriz), fixação correta, ausência de resíduos na matriz.
• Manutenção calendarizada: lubrificação de guias e rolamentos, verificação do paralelismo do punção, aperto de fixações, com registo.
• Mudança de ferramenta: sempre com a máquina parada e travada, nunca com o sistema hidráulico ou pneumático sob pressão.
• Limpeza: no fim de cada turno, removendo aparas e óleo, sem os quais a precisão e a segurança se degradam.

Segurança e saúde no trabalho

As prensas e as quinadeiras estão entre as máquinas que mais amputam mãos na indústria. Regras sem exceção:

• Comando bimanual ou cortina ótica (barreira de luz), obrigatório em toda a operação: mantém as duas mãos do operador fora da zona de perigo, ou para a máquina se algo entra nessa zona.
• Nunca anular ou contornar estes dispositivos, mesmo "só por um instante".
• Consignação (lockout/tagout) antes de qualquer limpeza ou mudança de ferramenta: a máquina é desligada, bloqueada e etiquetada, para que ninguém a ligue por engano enquanto outra pessoa trabalha nela.
• Equipamento de proteção individual: óculos e calçado de segurança sempre; luvas apenas quando o risco o justifica e nunca junto a partes móveis em rotação.

Erros comuns

• Trocar a cotagem nominal pela de fabrico: cotar a peça já quinada com o comprimento total desenvolvido, uma medida que não existe na peça acabada.
• Usar o raio exterior em vez do interior na fórmula do desenvolvimento, ou esquecer de converter o ângulo para radianos.
• Aplicar a tabela de raio mínimo de chapa a um tubo, ou vice-versa; são regras de processos diferentes (espessura contra diâmetro).
• Orientar a linha de quinagem a favor da fibra "para poupar chapa", aumentando o risco de fissura, sobretudo com raios apertados.
• Esquecer o retorno elástico, programando a ferramenta exatamente no ângulo nominal e obtendo uma peça mais aberta do que o pretendido.
• Usar sempre K = 0,50 na fórmula do planificado, ignorando a tabela de Ri/t; erra visivelmente o desenvolvimento em raios apertados.
• Confundir a folga de corte com a folga de embutidura, que têm valores e propósitos opostos.
• Contornar o comando bimanual ou a cortina ótica da prensa ou da quinadeira, ou mudar ferramenta sem consignação.

Glossário

• Conformação plástica: dar forma ao metal por deformação permanente, sem retirar material.
• Croquis: desenho técnico à mão livre, com proporção e regras de projeção, sem instrumentos de precisão.
• Cotagem nominal: medidas da peça já conformada.
• Cotagem de fabrico: medidas necessárias para produzir a peça, incluindo o planificado.
• Planificado (desenvolvimento): a chapa a plano, antes de conformar.
• Fibra neutra: camada da chapa que não estica nem comprime durante a dobragem.
• Fator K: fator de posição da fibra neutra, tabelado em função de Ri/t.
• Raio de quinagem (Ri): raio interior da dobra, escolhido igual ao raio da ferramenta.
• Raio mínimo (Rmin): o menor raio interior admissível para um material, sem fissurar.
• Sentido de laminagem: direção da fibra do material, definida na laminagem.
• Retorno elástico: recuperação parcial da forma da chapa depois de a ferramenta a libertar.
• Laminagem: redução de espessura entre cilindros.
• Extrusão: conformação por compressão através de uma matriz, empurrando o material.
• Trefilagem: conformação por tração através de uma fieira, puxando o material.
• Forjamento: conformação por impacto ou compressão, geralmente a quente.
• Calandragem: curvatura contínua entre rolos.
• Estampagem: conformação de chapa entre punção e matriz, reproduzindo a forma final.
• Embutidura: estampagem que produz uma peça oca sem costura.
• Corte por punção: separação de material por cisalhamento, sem apara.
• Folga de corte: espaço entre punção e matriz de corte.
• Consignação (lockout/tagout): bloqueio e etiquetagem da máquina antes de uma intervenção.

Síntese

O desenho de fabrico de peças conformadas parte de um croquis e de vistas com cotagem nominal (peça acabada) e cotagem de fabrico (planificado), sempre distintas. A escolha do processo (laminagem, extrusão, trefilagem, forjamento, quinagem, calandragem, estampagem/embutidura, dobragem de tubos) decorre da peça a obter. Na quinagem, o raio mínimo por material e o sentido de laminagem protegem a peça de fissurar; o retorno elástico compensa-se sobreformando o ângulo. O cálculo do planificado segue sempre a mesma fórmula, com a fibra neutra e o fator K tabelado por Ri/t. Cada processo (embutidura, corte por punção) tem as suas próprias folgas e limites, que não se trocam entre si. E nenhuma peça se fabrica sem comando bimanual ou cortina ótica, e sem consignação antes de limpar ou mudar ferramenta.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça precisa de uma dobra a 90° com raio apertado, em aço inoxidável AISI 304, t = 2 mm. O desenho especifica Ri = 3 mm. Está correto?

Resolução: Rmin para inox = 2,0 × t = 2,0 × 2 = 4 mm. Como Ri = 3 mm < 4 mm, não está correto; o raio especificado é inferior ao mínimo admissível e a peça vai fissurar na dobra. Corrigir para Ri ≥ 4 mm.

2. Uma peça em aço macio vai levar uma dobra a 90° nominal. Que ângulo se programa na quinadeira?

Resolução: pela tabela de retorno elástico, Δα para aço macio = 2°. Ângulo a programar = 90° − 2° = 88°. A peça, ao ser libertada, recupera os 2° e fica com os 90° pretendidos.

3. Calcula o comprimento do planificado de uma peça em L, aço macio, t = 2,5 mm, Ri = 4 mm, uma dobra a 90°, pernas exteriores de 30 mm e 45 mm.

Resolução: Ro = Ri + t = 4 + 2,5 = 6,5 mm. Ls1 = 30 − 6,5 = 23,5 mm; Ls2 = 45 − 6,5 = 38,5 mm. Ri/t = 4/2,5 = 1,6 → K = 0,40 (intervalo "1 a < 2"). Rn = 4 + 0,40×2,5 = 5,00 mm. Arco = (π×90/180) × 5,00 = 7,85 mm. Total = 23,5 + 38,5 + 7,85 = 69,85 mm → 69,9 mm.

4. Uma peça precisa de dobras em duas direções perpendiculares entre si. Como se deve orientar a chapa em relação ao sentido de laminagem?

Resolução: como não é possível pôr as duas direções de dobra perpendiculares à fibra ao mesmo tempo, corta-se a chapa a 45° do sentido de laminagem. É um compromisso que reduz o risco de fissura em ambas as dobras, já que nenhuma fica exatamente a favor da fibra.

5. Que diferença há entre a folga de corte por punção e a folga de embutidura, e porque não se pode usar a mesma regra para as duas?

Resolução: a folga de corte (cerca de 0,06 × t) serve para separar material por cisalhamento, um punção mais estreito que a matriz para cortar limpo. A folga de embutidura (cerca de 1,1 × t) serve para acomodar o material sem o cortar, dando espaço ao aumento de espessura na parede da peça embutida. São propósitos opostos (cortar contra conformar sem cortar), por isso as regras não se trocam.