Perfilagem de rolos de aço de alta resistência para peças automotivas

Formação de rolos de aço de alta resistência

A formação de rolos de aço de alta resistência (HSS) e aço avançado de alta resistência (AHSS) significa passar bobinas planas através de uma série de rolos de formato progressivo, cada um dobrando o material alguns graus mais, até atingir o perfil de seção transversal final. Como a deformação ocorre gradualmente em muitas estações de rolos, em vez de em um único golpe, a conformação por rolo mantém a tensão no material distribuída de maneira mais uniforme do que os métodos de conformação de golpe único, o que é um dos principais motivos pelos quais é o processo preferido para classes AHSS que quebram mais facilmente sob força repentina e concentrada.

Os graus HSS e AHSS — incluindo aços bifásicos (DP), plasticidade induzida por transformação (TRIP) e aços martensíticos — oferecem resistência à tração que varia de aproximadamente 440 MPa a 1.500 MPa, em comparação com 270-400 MPa para aço-carbono convencional. Essa resistência permite que as montadoras usem materiais de bitola mais fina para o mesmo desempenho estrutural, apoiando diretamente as metas de redução de peso do veículo sem sacrificar a segurança em colisões.

Processo de formação de rolo automotivo

Na fabricação automotiva, a linha de perfilagem normalmente segue esta sequência:

1. O estoque de bobinas é desenrolado e alimentado continuamente na linha, geralmente com um nivelador para remover a curvatura do conjunto de bobinas antes da formação.
2. A tira passa por uma série de estações de rolos, cada uma adicionando um pequeno incremento de curvatura, moldando gradualmente a tira plana no perfil alvo - um canal de chapéu, um tubo ou uma forma estrutural complexa de múltiplas dobras.
3. As estações de puncionamento ou chanfro em linha, se necessário, fazem furos de montagem ou apresentam recortes enquanto a tira ainda está plana ou parcialmente formada, uma vez que puncionar após a conformação completa é muito mais difícil.
4. O perfil formado passa por uma prensa de corte que o corta no comprimento certo sem parar a linha, usando um corte flutuante sincronizado com a velocidade da linha.
5. As peças acabadas podem passar por soldagem em linha ou secundária, revestimento ou tratamento térmico antes de serem preparadas para montagem.

Essa natureza contínua e de alto volume é o que torna a perfilagem particularmente adequada para a produção automotiva, onde o mesmo perfil estrutural – vigas de portas, reforços de pára-choques, trilhos de teto ou componentes de estrutura de assento – pode precisar percorrer dezenas ou centenas de milhares de pés lineares por ano.

Perfilagem vs Estampagem

A perfilagem e a estampagem moldam o aço plano em peças estruturais, mas se adequam a diferentes geometrias de peças e perfis de produção.

Perfilagem e estampagem comparadas para produção de peças estruturais automotivas.

Especificamente para AHSS, a flexão gradual e multiestações da perfilagem é uma grande vantagem sobre a deformação de impacto único da estampagem, uma vez que as classes AHSS geralmente têm menor alongamento antes da fratura e são mais sensíveis à taxa de deformação e à concentração de tensão que uma matriz de estampagem aplica em um movimento.

Projeto de ferramentas de perfilagem para AHSS

O projeto de ferramentas para perfilagem AHSS difere das ferramentas de aço-carbono de várias maneiras, impulsionado pelas forças de conformação mais altas e retorno elástico que o material gera:

• Mais estações de formação — Os perfis AHSS normalmente exigem passagens de rolo adicionais em comparação com um perfil de aço-carbono equivalente, espalhando o ângulo de curvatura em mais incrementos para reduzir a tensão por passagem.
• Materiais de rolo mais duros — normalmente são necessários rolos de aço para ferramentas com revestimentos resistentes ao desgaste ou superfícies endurecidas, uma vez que o AHSS acelera o desgaste dos rolos em comparação com o aço-carbono.
• Aumento das forças de separação dos rolos — as estruturas, eixos e rolamentos do moinho precisam ser classificados para cargas mais altas do que uma linha somente de aço macio, uma vez que o AHSS resiste mais fortemente à deformação em cada estação.
• Compensação de curvatura excessiva — os perfis de ferramentas são normalmente projetados com ângulos de curvatura calculados para neutralizar o retorno elástico e atingir os alvos dimensionais finais.

Springback em aço de alta resistência

Springback é a tendência do metal formado de retornar parcialmente à sua forma plana original após a remoção da força de conformação, causada pela porção de recuperação elástica da deformação do material. Aços de maior resistência geralmente têm um limite de escoamento mais alto em relação ao seu módulo de elasticidade, o que significa que uma parcela maior da deformação total é elástica (recuperável) em vez de plástica (permanente) - portanto, o AHSS retorna mais do que o aço macio dobrado no mesmo ângulo.

As linhas de perfilagem abordam o retorno elástico principalmente através da flexão excessiva: cada estação de rolos dobra o material ligeiramente além do ângulo alvo, antecipando a quantidade que ele irá relaxar depois de liberado. O ângulo exato de curvatura é normalmente determinado por meio de uma combinação de software de simulação de conformação e ensaios físicos, uma vez que o retorno elástico varia de acordo com o tipo de aço, a espessura do medidor e a geometria do perfil, e até mesmo pequenas alterações nas propriedades do material bobina a bobina podem alterar a quantidade de correção necessária.