Guia para escolher os materiais de chapa metálica certos para seu projeto

A seleção do material da chapa metálica durante o projeto do produto afeta o design, o processo de fabricação, o custo e o desempenho das peças de chapa metálica. Este artigo analisará detalhadamente os diferentes materiais utilizados no processamento de chapas metálicas, com foco em suas características, benefícios e possíveis usos.

Fatores que afetam a seleção do material da chapa metálica

A seleção de materiais de chapa metálica é um processo iterativo. Após a seleção do material, ele precisa ser verificado e testado de acordo com os requisitos de projeto do produto.

Existe uma grande variedade de materiais no planeta. Cada material tem suas vantagens, limitações e campo de aplicação. Os requisitos funcionais e estéticos do produto e o custo afetarão a escolha dos materiais de chapa metálica. Ao escolher a espessura da chapa metálica e o tipo de material, você deve considerar os seguintes fatores.

A influência dos materiais na tecnologia de processamento de chapas metálicas

Existem três tipos principais de processamento de chapas metálicas: puncionamento, dobra e estiramento . Diferentes tecnologias de processamento têm diferentes requisitos para as chapas. A seleção dos materiais das chapas metálicas também deve considerar a seleção das chapas de acordo com o formato geral do produto e a tecnologia de processamento.

A influência dos materiais no processamento de puncionamento

A punção exige que a chapa tenha plasticidade suficiente para garantir que não rache durante a punção. Materiais macios (como alumínio puro, alumínio à prova de ferrugem, latão, cobre, aço de baixo carbono, etc.) apresentam bom desempenho de punção e, após a punção, podem ser obtidas peças com seção transversal lisa e pequena inclinação;

Materiais duros (como aço de alto carbono, aço inoxidável, alumínio duro, alumínio superduro, etc.) apresentam baixa qualidade após a punção, e a seção transversal é irregular, o que é particularmente grave para chapas grossas. Para materiais frágeis, é fácil ocorrer rasgos após a punção, especialmente quando a largura é muito pequena.

A influência dos materiais no processamento de dobra

As chapas a serem dobradas devem ter plasticidade suficiente e baixo limite de escoamento. Chapas com alta plasticidade não são fáceis de trincarem quando dobradas. Chapas com baixo limite de escoamento e baixo módulo de elasticidade apresentam pequena deformação por rebote após a dobra, sendo fácil obter uma forma de dobra com dimensões precisas. Materiais com boa plasticidade, como aço de baixo carbono, latão e alumínio com teor de carbono inferior a 0,2%, são fáceis de dobrar e conformar; materiais com maior fragilidade, como bronze fosforoso (QSn6,5~2,5), aço para molas (65Mn), alumínio duro, alumínio superduro, etc., devem ter um raio de curvatura relativo (r/t) maior durante a dobra, caso contrário, estarão sujeitos a trincas durante o processo de dobra.

Preste atenção especial à seleção do estado duro e macio do material, que tem grande influência no desempenho de flexão. Para muitos materiais frágeis, a flexão causará rachaduras nos cantos externos ou até mesmo fraturas por flexão. Para algumas chapas de aço com alto teor de carbono, se o estado duro for selecionado, a flexão também causará rachaduras nos cantos externos ou até mesmo fraturas por flexão. Essas situações devem ser evitadas ao máximo.

A influência dos materiais no processamento de estiramento

O estiramento da chapa, especialmente o estiramento profundo, é um dos processos de processamento de chapas metálicas mais difíceis. Ele não só requer que a profundidade do estiramento seja a menor possível, o formato seja o mais simples possível e a transição para uma transição suave, mas também requer que o material tenha boa plasticidade. Caso contrário, é muito fácil causar distorção e deformação geral das peças, enrugamento local e até mesmo rachaduras na peça estirada. O limite de escoamento é baixo e o coeficiente de diretividade da espessura da chapa é grande. Quanto menor a relação de resistência ao escoamento σs/σb do material da chapa, melhor o desempenho de estampagem e maior o limite de deformação única. Quando o coeficiente de diretividade da espessura da chapa é >1, a deformação na direção da largura é mais fácil do que a deformação na direção da espessura. Quanto maior o valor R do filete de tração, menor a probabilidade de produzir afinamento e fratura durante o processo de estiramento, e melhor o desempenho de tração.

Materiais comuns com boas propriedades de tração são: chapa de alumínio, 08Al, ST16, SPCD .

Exemplo 1 de seleção de material de chapa metálica

Por exemplo, se você selecionar uma chapa de aço galvanizado (GI) com 1 mm de espessura para uma aplicação, após a seleção do material, você deverá realizar cálculos de projeto estrutural e simulações estruturais para verificar o material. Se os resultados da verificação estiverem dentro de uma faixa aceitável, você poderá considerar o uso do material.

Mas se o peso da peça exceder o limite aceitável, o próximo passo é encontrar um material alternativo com maior resistência ao peso (alumínio, aço inoxidável, titânio, etc.). Depois disso, você deve realizar um teste de verificação no material recém-selecionado.

Se os resultados dos testes de verificação e o custo do material estiverem dentro de uma faixa aceitável, você poderá selecionar o material.

Exemplo 2 de seleção de material de chapa metálica

Por exemplo, se você selecionar o material aço GI. No entanto, durante o teste de validação, o produto não passou no teste de névoa salina. Você pode escolher outro material com maior resistência à corrosão (liga de alumínio-zinco, zinco galvanizado ou aço) ou alterar o tratamento de superfície.

Metais comumente usados ​​na fabricação de chapas metálicas

Na fabricação de chapas metálicas, diferentes metais são adequados para diferentes funções devido às suas diferentes propriedades. Alumínio, aço carbono, aço inoxidável, aço carbono e diversas ligas metálicas são os materiais mais comuns utilizados para essa finalidade. O aço carbono é frequentemente selecionado por sua soldabilidade e custo-benefício, tornando-se um material preferencial na construção e na manufatura. Estruturas leves e aplicações que exigem resistência à corrosão geralmente preferem o alumínio. O aço galvanizado é frequentemente utilizado em ambientes externos para maior resistência à corrosão. Equipamentos de cozinha e outros equipamentos que exigem altos padrões de higienização dependem do aço inoxidável, enquanto gabinetes e fios elétricos que exigem alta condutividade fazem uso extensivo do cobre. Compreender as propriedades desses metais ajuda os profissionais a fazer escolhas informadas durante a fabricação.

Abaixo estão alguns dos materiais de chapa metálica comumente usados ​​na indústria.

1. Chapa de aço laminada a frio

2. Chapa de aço galvanizada a quente

3. Aço inoxidável

4. Alumínio e ligas de alumínio

5. Cobre e ligas de cobre

Comparação de desempenho de diferentes painéis de chapa metálica

Comparação de materiais de chapa metálica: vantagens e desvantagens

Ao avaliar materiais de chapa metálica, é importante considerar suas respectivas vantagens e desvantagens para fazer uma escolha informada com base nas necessidades do projeto.

Chapa de aço laminada a frio

Trata-se de uma chapa de aço feita de tiras laminadas a quente de aço estrutural carbono comum, posteriormente laminadas a frio até uma espessura inferior a 4 mm. Como a laminação à temperatura ambiente não produz carepa de óxido de ferro, a chapa fria apresenta boa qualidade superficial e alta precisão dimensional. Além disso, após o recozimento, é amplamente utilizada na fabricação de eletrodomésticos. Classes aplicáveis: Q195, Q215, Q235, Q275

Vantagens: muito forte e durável, há uma variedade de qualidades disponíveis e o preço é baixo.

Desvantagens: enferruja facilmente sem revestimento; mais pesado que outras opções.

Chapa de aço galvanizada a quente

A chapa de revestimento metálico galvanizada a quente é composta por chapa de aço maciço laminado a frio com liga de ferro-zinco e revestimento de zinco puro, com espessura de 0,25 a 2,5 mm. O aço galvanizado é uma solução econômica que utiliza um revestimento protetor de zinco para proteger eficazmente o metal base contra elementos corrosivos, especialmente em condições úmidas. O aço galvanizado a quente tem uma vida útil mais longa do que o aço carbono não tratado.

Vantagens: Forte resistência à corrosão, o revestimento de zinco protege o aço subjacente da corrosão

Desvantagens: A aparência pode não ser tão lisa quanto a do aço inoxidável

Chapa de aço eletrogalvanizada

Chapa de aço eletrogalvanizada, ou "chapa eletrolítica", refere-se ao processo de deposição contínua de zinco de uma solução aquosa de sais de zinco em uma tira de aço pré-preparada sob a ação de um campo elétrico em uma linha de eletrogalvanização.

Vantagens: Alta resistência à corrosão e resistência, o revestimento de zinco pode adicionar anos de proteção à prova de intempéries

Desvantagens: Devido ao processo de galvanização, o custo inicial do aço galvanizado pode ser maior

Aço inoxidável

O aço inoxidável é indiscutivelmente o melhor material para chapas metálicas. Combina durabilidade e atratividade, figurando entre os melhores do mercado. O aço inoxidável contém 13% de cromo, níquel e molibdênio. Existem muitos tipos de aço inoxidável, incluindo o SS-304, o SS-304-L e o SS-304-H. Cada tipo possui propriedades específicas que o tornam adequado para diferentes aplicações.

Vantagens: A resistência à corrosão e a resistência atendem aos padrões de higiene, enquanto a bela superfície agrega valor estético

Desvantagens: A tenacidade costuma ser mais cara e diferentes graus são difíceis de usar, o que gera confusão na hora de escolher.

Alumínio e ligas de alumínio

Existem três tipos principais de placas de alumínio e liga de alumínio comumente usadas: alumínio resistente à ferrugem 3A21, alumínio resistente à ferrugem 5A02 e alumínio rígido 2A06.

Vantagens: Leveza, excelente resistência à corrosão, boa condutividade térmica e facilidade de fabricação são características essenciais do design de placas metálicas.

Desvantagens: Menor resistência que o aço, maior custo e pode exigir suporte adicional para aplicações estruturais.

Latão e ligas de latão

O latão H62, um latão com alto teor de zinco, tem alta resistência e excelente trabalhabilidade a frio e a quente, além de ser fácil de usar em diversas formas de prensagem e corte.

Vantagens: Melhor condutor de eletricidade e calor, além de prevenir ferrugem.

Desvantagens: Eles não são tão fortes quanto o aço, mas as formas mais puras são mais caras, por isso não são populares, especialmente quando usados ​​em canteiros de obras onde se espera que os edifícios sofram altas tensões.

Resumindo

Existem muitos tipos de materiais de chapa metálica, e a escolha final do material depende dos requisitos funcionais e das restrições de custo do produto. Clique neste link para saber mais sobre as diversas diretrizes de projeto de chapa metálica.

Continuaremos atualizando os detalhes sobre os materiais de chapa metálica. Deixe sua opinião ou dúvida sobre a seleção de materiais de chapa metálica na caixa de comentários.

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Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Quais materiais são comumente usados ​​na fabricação de chapas metálicas?

R: Alumínio, aço carbono, aço inoxidável, aço carbono e diversas ligas metálicas são os materiais mais comuns utilizados para essa finalidade. Esses materiais são selecionados com base em suas propriedades, como resistência mecânica ou à corrosão.

P: Como escolher uma chapa metálica para meu projeto?

R: Ao selecionar uma chapa metálica, fatores como resistência necessária, trabalhabilidade, resistência à corrosão e preço devem ser considerados. A aplicação específica e as condições ambientais também terão um grande impacto na sua escolha.

P: Quais são os tamanhos padrão das chapas de aço?

R: Os tamanhos padrão são aqueles que determinam a usabilidade do processo de fabricação de metal. Alguns tamanhos amplamente aceitos incluem, entre outros, 36 x 96 polegadas, 48 ​​x 120 polegadas e 60 x 144 polegadas. Tamanhos personalizados podem ser encomendados de fabricantes especializados nesses materiais.

P: Quando o aço laminado a frio deve ser usado?

R: Chapa laminada a frio refere-se à chapa que foi laminada à temperatura ambiente para não perder dureza ou resistência. Essa chapa é amplamente utilizada em áreas que exigem tolerâncias dimensionais de alta precisão, acabamentos superficiais lisos e propriedades mecânicas aprimoradas, como componentes elétricos automotivos. O corte também deve ser realizado aqui.

P: Por que a chapa de alumínio é popular em muitos setores?

R: Os setores aeroespacial e automotivo costumam usar esse material devido ao seu peso leve, alta resistência, excelente resistência à corrosão e fácil manuseio durante o processo de fabricação.

P: Quais fatores diferentes determinam a qualidade da fabricação de chapas metálicas?

R: O tipo de metal, a precisão dos cortes (como o corte a laser) e a experiência do processo de conformação usado pelo fabricante da chapa metálica afetarão muito a qualidade.

P: Como a espessura afeta a seleção do material para chapas metálicas?

R: A espessura afeta a escolha do material durante o processo de conformação de chapas metálicas, dependendo do uso pretendido. Peças estruturais que exigem alta resistência geralmente utilizam metal espesso, enquanto aplicações flexíveis que exigem conformação fácil podem exigir metal fino.

P: Qual o papel do revestimento de zinco na chapa metálica?

R: Um revestimento de zinco em chapas de aço previne a ferrugem, especialmente quando a umidade acelera a oxidação.

P: Diferentes tipos de ligas podem ser misturados em um projeto envolvendo chapas metálicas?

R: Sim, soldagem ou fixação podem incluir diferentes ligas em uma peça. Por exemplo, você pode usar aço inoxidável junto com alumínio, pois eles têm propriedades e resistências diferentes.

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