O que é hidroformação – um guia definitivo para iniciantes e especialistas
Qual é o significado de hidroformação? A hidroformação é uma técnica de fabricação usada para manipular metais maleáveis em várias peças complexas. Neste artigo, mergulharemos profundamente nas complexidades do processo de hidroformação para sua compreensão.
O que é hidroformação?
Meio de hidroformação também conhecido como formador de fluido é uma técnica de fabricação moderna que utiliza fluido de alta pressão e matriz de moldagem para fabricar metais flexíveis. Os materiais metálicos comuns com esta técnica incluem; alumínio, aço, latão, aço inoxidável, etc.
O tubo ou folha de metal é colocado em uma matriz e a pressão do fluido é aplicada. Isso força o metal a assumir a forma da cavidade da matriz.
Hidroconformação
Como funciona a hidroconformação? Para hidroconformação de chapas processe uma chapa metálica e apenas uma matriz; a cavidade ou punção é usada. O fluido hidráulico pressurizado pressiona a chapa metálica forçando-a a adotar o contorno da cavidade.
Enquanto no método de formação de fluido de tubo, o metal do tubo é posicionado entre duas matrizes e a pressão hidráulica é forçada para dentro do tubo. Esta pressão empurra o tubo para fora, forçando-o para dentro da cavidade da matriz, assumindo sua forma.
Em ambas as técnicas de hidroformação, a soldagem das peças é eliminada, resultando em acabamento superficial de alta qualidade das peças.
Vantagens do Processo de Hidroformação
Há benefícios em usar o processo de formação de fluido como processo de fabricação de metal e eles incluem;
- A hidroformação é ideal para formar peças metálicas complexas com padrões e contornos irregulares.
- Não necessita de soldagem de duas metades como nos métodos antigos, o que garante que as formas resultantes tenham acabamento superficial liso. Isso mantém a qualidade do material metálico utilizado.
- Elimina as chances de as peças fabricadas voltarem à forma original.
- A hidroformação é altamente específica, resultando em peças que se ligam perfeitamente a outras peças metálicas.
- O desbaste do material é reduzido no processo de hidroformação devido à sua alta precisão no dimensionamento e no processo de conformação.
- As peças metálicas formadas através deste método têm seu peso reduzido e com maior resistência do metal.
- Geralmente é uma técnica de economia de custos, pois reduz casos de desperdício de material, etapas adicionais e reduz custos de mão de obra.
Limitações da Hidroformação
Como qualquer outra técnica de conformação de metal, a hidroformação também tem suas desvantagens, embora mínimas.
- Requer alto capital inicial para aquisição do equipamento de hidroformação.
- O tempo de ciclo é mais lento no processo de hidroformação limitando o número de peças produzidas em um determinado período.
Hidroformação de Tubos vs Hidroformação de Chapas Metálicas
A hidroformação de tubos e chapas metálicas é um tipo de processo de fabricação aplicado em diferentes indústrias.
Hidroformação de Tubos
A hidroformação de tubos também é conhecida como 'formação interna de alta pressão ou IHPF. Este processo de fabricação de metal utiliza um tubo de metal como matéria-prima ou peça bruta colocada entre duas matrizes.
Antes do início do processo de hidroformação, o tubo de metal passa por um processo de dobra de tubo. Esta etapa de pré-fabricação garante que o metal bruto seja devidamente curvado para permitir seu encaixe entre os moldes.
Hidroformação de Tubos
Uma vez encaixado entre as matrizes e as extremidades seladas, um fluido hidráulico de alta pressão é passado dentro do tubo. Isso força o tubo a se projetar para fora da cavidade do molde, assumindo sua forma.
A fabricação de tubos metálicos é comumente aplicada nas indústrias aeroespacial, hidráulica e automotiva, onde peças leves de tubos são componentes essenciais.
Hidroformação de Chapas
Como o nome indica, esse tipo de fabricação utiliza chapa metálica como matéria-prima ou blank. Ele usa uma matriz, ao contrário da hidroformação de tubos, que requer duas matrizes, o que a torna cara.
A hidroconformação de chapa coloca o material da chapa metálica em uma prensa de hidroconformação e aplica pressão de fluido contra ela. Essa pressão força a folha de metal a se conformar ao formato da matriz que ela pressiona.
Algumas das áreas onde este processo é aplicável incluem; dispositivos médicos, defesa, aeroespacial entre outros.
Hidroformação de Chapas
Comparando Empate Profundo Processo de Estampagem e Hidroformação
A estampagem profunda é uma técnica de fabricação de metal que usa força de compressão para formar cavidades, cilindros ou copos a partir de metal em bruto.
O processo de hidroformação, por outro lado, transforma peças metálicas em formato de molde com o auxílio da pressão do fluido hidráulico.
As ferramentas de hidroformação são feitas de ferro fundido, enquanto as ferramentas de repuxo profundo são feitas de aço temperado. O aço é mais caro que o ferro fundido.
Normalmente, o processo de hidroformação é simples e produz peças resistentes de alta qualidade, utilizadas preferencialmente nas indústrias automotiva e aeroespacial.
Estampagem Profunda
Enquanto a hidroformação reduz o afinamento do material, a estampagem profunda leva ao afinamento do material.
A hidroconformação é mais barata do que a estampagem profunda em termos de custo de desenvolvimento porque não precisa de novas ferramentas todas as vezes. Em vez disso, apenas o tipo de material e as dimensões da espessura da parede podem ser alterados para obter novas formas ou peças.
O custo do processamento de estampagem profunda só é eficaz na produção em grande escala devido à experiência necessária e aos custos de ferramentas. Isto é contrário ao processo de hidroformação, que geralmente é mais barato, desde o custo inicial da ferramenta até o custo de processamento.
O método de estampagem profunda é rígido no design, pois requer a criação de novas ferramentas a cada novo design. O processo de hidroformação permite uma série de alterações de design, tornando-o mais flexível do que a estampagem profunda.
A hidroformação é altamente precisa, levando a pouca ou nenhuma perda de material, a estampagem profunda apresenta maior desperdício de material.
O processo de hidroformação leva um tempo de ciclo mais curto na produção em larga escala de padrões complexos. A estampagem profunda leva tempos de ciclo de produção mais longos para configurações de design complicadas.
A hidroformação produz acabamentos suaves de alta qualidade em comparação com a estampagem profunda que deixa arranhões nas superfícies do produto. Isto reduz custos para indústrias como a aeroespacial, que exigem padrões de acabamento polido.
Fator a considerar na hidroformação
Como qualquer outro processo de fabricação, existem fatores que afetam o processo de hidroconformação e seu resultado. Algumas das principais variáveis a serem observadas ao considerar a técnica de hidroformação são:
Temperatura
A temperatura afeta a quantidade de força a ser aplicada durante o processo de hidroformação do metal e até que ponto uma peça bruta é maleável. Algumas peças metálicas perdem sua formidabilidade além de certos níveis de temperatura.
Pressão
O processo de hidroformação aplica pressão de fluido para obter a formação da peça. A pressão aplicada é predeterminada dependendo da resistência à tração do material bruto. Quanto mais forte for o metal, maior será a pressão aplicada.
Além disso, a formação de diferentes peças requer níveis variados de pressão e tempo de exposição à pressão para formá-las.
Material
A escolha do material é crítica na hidroconformação, uma vez que é restrita a materiais dúcteis e também afeta as características dos requisitos dos componentes.
Período de processo e caminho de carregamento
Conhecer os parâmetros do processo, como valores de pressão hidráulica a serem acionados e caminho de carga a seguir, é fundamental para uma formação precisa. Esses valores podem ser determinados realizando previamente o processo de simulação do tipo de material e projeto de peças desejado.
Os valores gerados a partir do processo experimental e o caminho de carga determinado auxiliarão no processo de hidroconformação real.
Lubrificantes
A lubrificação da superfície é importante neste processo, pois minimiza o atrito e estimula o fluxo do material, o que afeta o desempenho geral do processo. Pelo contrário, o atrito também é necessário para atuar como controle do fluxo de material para evitar o nível de adelgaçamento do material.
Processo de hidroformação passo a passo
Passo 1: O processo de hidroconformação começa com a configuração do ferramental que consiste em:
- Câmara fêmea ou superior composta por câmara de fluido pressurizado, diafragma de borracha e coxim de desgaste
- A matriz inferior ou a câmara macho podem ser trocadas por um anel e punção. O punção é conectado a um pistão hidráulico, suporte em branco ou um anel
Passo 2: O próximo passo é colocar com segurança a peça metálica na câmara de hidroformação para que o processo comece.
A câmara é fechada baixando o sistema de pressão hidráulica. A pressão é então aplicada levantando o punção no anel fêmea da matriz.
A peça bruta se adapta ao formato e aos padrões dos elementos da matriz que formam a peça desejada.
Em seguida, a pressão é retirada da peça bruta, encerrando um ciclo do processo de hidroformação.
A parte final possui superfície lisa devido ao diafragma de borracha na câmara superior que sustenta o metal bruto.
Etapa 3: Esta é a etapa final do processo de hidroformação e é caracterizada pela remoção da câmara superior e inferior após a despressurização. A peça resultante pode ser submetida a outras etapas como corte a laser dependendo da sua área de aplicação.
Geralmente, o desperdício de material é mínimo neste processo porque ele começa com uma peça metálica do tamanho necessário.
Processo de Hidroformação
Fatores que determinam o custo da hidroformação
Estabelecer o custo geral do processo de hidroformação pode ajudá-lo a avaliar sua viabilidade em comparação com outros processos de fabricação.
Custo de ferramentas de hidroformação
A câmara de hidroformação é composta por câmaras de matriz fêmea e macho. A câmara fêmea possui fluido pressurizado e diafragma de borracha responsável pela redução de aproximadamente 50% no custo do processo como veremos mais adiante.
Além disso, as ferramentas de hidroconformação são feitas de ferro fundido, que é menos dispendioso em comparação com o aço endurecido na estampagem profunda. As ferramentas de hidroformação são fáceis de usar e, portanto, não precisam de experiência para serem instaladas.
Custo do Processo
Durante este processo de fabricação de metal, a manipulação do projeto é simplesmente alcançada pela mudança do tipo de material e pelas alterações nas dimensões da espessura da parede. O mesmo não se aplica à estampagem profunda, uma vez que uma nova ferramenta deve ser criada para um determinado desenho. Isto reduz significativamente o custo do processo de hidroformação.
Custo operacional
Para formar uma peça específica, a estampagem profunda requer vários ciclos de prensagem. A hidroformação, por outro lado, se adapta ao formato da matriz em um único ciclo de prensagem. Isto reduz o tempo de prensagem na hidroconformação em cerca de 65% em comparação com 40% no método de estampagem profunda.
Custo de acabamento
O diafragma de borracha na matriz fêmea garante que a peça metálica formada tenha um acabamento liso eliminando processos secundários como gravação em relevo. Isso reduz o custo do processo de hidroformação. Isto não é possível na estampagem profunda que deixa arranhões na superfície que precisam ser removidos por processos adicionais.
Como resultado, a hidroformação é preferida na produção de peças aeroespaciais, bem como em aplicações médicas.
Uma redução adicional de custos é obtida no processo de hidroformação devido à estrutura simples de ferramentas, custo do material usado, custo barato de mão de obra de instalação, etc.
Materiais adequados para processo de hidroformação
O processo de hidroformação utiliza metais dúcteis, como alumínio, aço, cobre, latão, etc. Nesta seção, examinamos detalhadamente por que eles são os materiais preferidos para o processo de hidroformação.
Alumínio: É um metal macio, leve e durável que é fácil de se adaptar a vários formatos de molde. Isso o torna um dos metais populares usados em muitas indústrias.
Latão: Fabricar latão é fácil porque é menos problemático e facilmente toma forma de molde com acabamento liso.
Cobre: O cobre é um metal maleável e versátil devido às suas outras características como condutividade elétrica e térmica, resistência à corrosão, etc. Seus tubos e chapas são componentes amplamente utilizados em diversas indústrias.
Inconel: Esta é uma liga especial conhecida pela sua excelente tolerância a condições extremas como temperatura, pressão ou carga mecânica. É moldado sob medida em peças que podem ser usadas em peças de motores em embarcações aeroespaciais onde as temperaturas são muito altas.
Aço inoxidável: Este é um metal de alta qualidade popular em vários setores devido às suas propriedades desejáveis. É conhecido pela sua resistência, durabilidade, livre de ferrugem, entre muitos outros. O material de aço inoxidável pode ser fabricado em peças complexas sem quebrar ou rachar.
Outros materiais que são usados para fins específicos, denominados materiais especiais, incluem:
Hastelloy: Esta superliga é feita da combinação de níquel-cromo-ferro-molibdênio, tornando-a excelente para condições extremamente corrosivas. Produz peças sem solda adequadas para uso em fábricas de produtos químicos que são altamente corrosivas, minimizando assim as chances de falha da peça.
Waspaloy: Esta forte superliga de níquel é dura o suficiente para ser usada na construção de turbinas, aeroespacial, etc.
Aplicações do Processo de Hidroformação
Você pode fabricar muitas peças e componentes através do processo de hidroformação. Praticamente todas as indústrias se beneficiaram com esta técnica de fabricação de chapas metálicas.
Aqui estão alguns exemplos:
| Indústria | Exemplos de peças |
| Indústria automobilística | · Capuzes
· Painéis · Peças de freio, · Escudos de motor · Tanques de Gás · Tampas de sensores, etc. |
| Indústria de cuidados de saúde | · Tampas de lixeira
· Equipamento cirúrgico · Bandejas de esterilização de instrumentos, etc. |
| Indústria alimentícia | · Bandejas
· Espremedores · Revestimentos, etc. |
| Indústria de defesa | · Alojamento de aeronaves
· Tampas do motor · Equipamentos de proteção, etc. |
| Indústria de iluminação | · Carcaça leve
· Caixas elétricas |
Conclusão
Concluindo, o processo de hidroformação é um método avançado de modelagem de metal que pode ser usado em diversas indústrias de manufatura. É evidentemente mais barato e mais eficiente do que as técnicas tradicionais de fabricação de metal.
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