Por Ajay Yadav, Michael Mirtsch e Taylan Altan*

Publicado em Corte & Conformação de Metais, edição de novembro de 2008.

 

As chapas com superfície estruturada possuem propriedades mecânicas melhoradas como, por exemplo, alta rigidez. Dessa forma, frequentemente elas são usadas em componentes estruturais de baixo peso. As chapas com superfície estruturada também encontram uma variedade de aplicações em razão de suas propriedades térmicas melhoradas, desempenho acústico, capacidade de reflexão de luz sem ofuscamento e características estéticas.

 

A técnica de estruturação em abóbada (Vault-structuring) não altera a qualidade superficial da chapa porque não há contato direto entre ela e a superfície do ferramental. As chapas com estruturação em abóbada sofrem um grau muito pequeno de encruamento durante a estruturação, de forma que elas podem ser conformadas posteriormente nos formatos desejados.

 

Aplicações estruturais – latas e recipientes

A estruturação ou o nervuramento da parede das latas aumenta sua rigidez, permitindo a redução da sua espessura de parede, diminuindo seu peso e promovendo a economia de material. O uso de materiais estruturados com alta resistência ajudou a reduzir a espessura de parede em 29% ao longo dos últimos 24 anos.

 

Com a técnica de estruturação em abóbada pode-se conseguir uma redução adicional de 24% na espessura da chapa. Latas com estrutura em colmeia aplicada em seu corpo, denominadas “Hexacan”, apresentam rigidez axial superior em aproximadamente 15% e rigidez radial cerca de 50% maior em comparação com latas reforçadas com vincos (figura 1).

 

Fig. 1 – Uma lata com estruturação em colméia, denominada “Hexacan”, possui rigidez axial cerca de 15% maior e rigidez radial aproximadamente 50% superior em comparação com latas reforçadas com vincos (fonte: F. Mirtsch; Bionic-Method of Efficient Light-Weight Production; in: proceedings from Global Conference Sustainable Products; 29/09/2004-1/10/2004; p. 97).

 

 

Os materiais de alta resistência que não podem ser estruturados de forma convencional devido à sua baixa conformabilidade podem ser estruturados em abóbada, o que induz graus relativamente baixos de deformação plástica.

 

Tambores de máquinas de lavar

Os tambores usados em máquinas de lavar são projetados para serem submetidos a velocidades de até 1.800 rotações por minuto. A estruturação da superfície do tambor aumenta sua rigidez. A figura 2 mostra um tambor de máquina de lavar feito com aço inoxidável estruturado hexagonalmente para aumentar sua rigidez. A estrutura hexagonal escalonada e com curvas suaves é projetada para melhorar o comportamento do fluxo de fluido de forma a proporcionar uma lavagem rápida e suave.

 

Fig. 2 – A estruturação em abóbada de um tambor para máquina de lavar melhora o fluxo e a rigidez, além de proporcionar um design atraente (fonte: Miele press release Nº 057/2002; www.miele.de).

 

Tubos detectores com paredes finas em aceleradores de partículas

Os tubos detectores de alumínio usados em aceleradores de partículas precisam ser tão finos quanto possível para garantir alta precisão. Esses tubos são mantidos sob alto vácuo interno. Logo, uma vez que possuem paredes muito finas, eles precisam ser muito rígidos para que não entrem em colapso sob a pressão atmosférica.

 

Além disso, esses tubos são submetidos a tensões térmicas causadas por alterações de temperatura. As paredes dos tubos detectores podem ser reforçadas com a estruturação em abóbada, a qual assegura rigidez suficiente para evitar o colapso sob vácuo e alta flexibilidade axial para acomodar a expansão térmica.

 

Aplicações térmicas

Em muitas aplicações automotivas, aeroespaciais e de construção civil torna-se necessário soldar chapas de metal sobre estruturas. O calor induzido pela soldagem faz com que a chapa se expanda termicamente. Em consequência disso, ocorre a formação de rugas na chapa soldada na medida em que ela se resfria.

 

A chapa estruturada não enruga sob tensões térmicas. Isso ocorre porque ela apresenta bom comportamento elástico no plano da chapa. Um absorvedor de calor solar pode ser manufaturado por meio da soldagem de duas chapas de metal estruturadas em abóbada sobre um condutor (absorvedor).

 

O fluxo de fluido que ocorre no interior do condutor é turbulento devido à presença das estruturas nas paredes do trocador. O mesmo efeito pode ser obtido por várias técnicas de laminação ou aplicação de relevo usadas na manufatura de aletas. A turbulência melhora a transferência convectiva, aumentando assim a eficiência do trocador de calor.

 

Chapas estruturadas de ligas de alumínio também podem ser usadas como escudos térmicos para reduzir o fluxo de calor através da estrutura(2).

 

Aplicação em refletor de luz

Uma camada refletora é inicialmente aplicada sobre a superfície da chapa metálica por meio de anodização. A seguir esta chapa é estruturada em abóbada. O processo de estruturação não influencia o acabamento superficial da chapa. Cada estrutura hexagonal sobre a superfície da chapa atua como se fosse um espelho isolado. Este espalhamento da luz reduz o ofuscamento. A maior rigidez elimina a necessidade de um gabinete ou armação adicional.

 

Referências

1) Robinson Fins, www.robfin.com.

2) Rieter-ALUX Technology, www.rieter.com.

 

*Este estudo foi preparado por Michael Mirstch e Ajay Yadav, do Centro de Pesquisa em Engenharia para a Manufatura Próxima ao Formato Final (Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing – ERC/NSM) da Universidade do Estado de Ohio (EUA), e por Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor da mesma instituição. Este artigo foi publicado originalmente na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de novembro de 2008 da revista Corte & Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

Tecnologia em conformação

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