Porque é que as flanges de aço de bitola fina desenvolvem ondulações nas arestas e como é que o controlo da folga de laminação corrige este problema

Quando um perfil de aço de bitola fina sai da última passagem de conformação, as flanges devem ficar planas. Em vez disso, por vezes observa-se uma borda ondulada ou irregular ao longo do comprimento da flange. Esta do aço de bitola fina ondulação na aresta não é, em muitos casos, um problema estético aleatório — é um sintoma recorrente de distribuição desigual de tensões e de alongamento diferencial gerados no interior do laminador. Para corrigir isto, é necessário analisar a da folga entre os cilindros , o balanceamento da sequência de conformação, a condição das ferramentas e as variáveis ​​da tira de entrada como um único sistema interativo.

Porque ocorre ondulação na borda de flanges de aço de calibre fino?

A conformação por rolos funciona dobrando uma tira plana através de uma série de passagens que moldam progressivamente a secção transversal. Num perfil de montante, a alma e as duas flanges não percorrem a mesma distância durante a transformação da tira. As arestas dos banzos devem estender-se ligeiramente mais do que a linha central da alma para acomodar a geometria, mas esta deformação diferencial deve ser controlada. Quando a deformação local excede a capacidade do material de distribuir a tensão uniformemente, a borda da flange desenvolve uma ruga ou ondulação.

Mecanicamente, isto ocorre quando a tira entra num passe ligeiramente fora do plano ou quando um dos lados da ferramenta força o material a mover-se mais do que o outro. Como o aço de baixa espessura — tipicamente na gama de 0,45 a 1,2 mm — tem uma baixa resistência à flexão, tende a sofrer flambagem elástica antes de ceder plasticamente. Mesmo uma pequena compressão indesejada na borda da flange resultará em ondulações visíveis em vez de um fluxo suave.

A física por detrás disto está bem documentada na conformação de chapas metálicas: a ondulação na borda do aço de baixa espessura surge quando a zona da borda sofre tensão residual compressiva após passar por uma estação de conformação. À medida que o perfil se desloca por estações subsequentes, esta tensão residual redistribui-se e torna-se visível como uma onda periódica ao longo do comprimento da flange.

Causas primárias e percurso diagnóstico

Antes de ajustar qualquer componente da máquina, deve distinguir entre as causas que têm origem na configuração das ferramentas e as que têm origem na tira de entrada. A sequência de diagnóstico mais rápida numa máquina de perfilagem de perfis e carris é a seguinte:

• Passe uma pequena tira de material pela fresadora sem as guias de bordo acionadas para verificar se a ondulação permanece simétrica ou se se desloca lateralmente — isto diferencia o desequilíbrio da ferramenta dos problemas de movimento lateral.
• Meça a largura da flange em várias posições ao longo do perfil: uma largura irregular indica que a tira não está a ser fixada de forma consistente entre as passagens.
• Verifique se existem marcas ou brunimentos na borda da flange: os pontos brilhantes indicam, geralmente, que a tira está em contacto excessivo com o ombro do rolo, o que cria a zona de compressão que provoca a deformação.
• Verifique se a folga entre os rolos é uniforme em toda a superfície utilizando calços ou um calibrador de folgas enquanto os rolos estão parados e, em seguida, verifique sob carga à velocidade de produção.

Uma vez que o processo de diagnóstico isola as variáveis ​​contribuintes, a correção enquadra-se geralmente numa de quatro áreas.

Assimetria da folga entre rolos e compressão da flange

A causa mais comum está relacionada com o de ondulações na borda da tira devido ao ajuste da folga entre os cilindros . Numa passagem bem alinhada, os cilindros superior e inferior devem entrar em contacto com a tira simetricamente, de modo a que a borda da flange seja dobrada gradualmente sem ser comprimida. Se a folga for menor num dos lados ou ajustada de forma geral muito pequena, a face do cilindro comprime ligeiramente o bordo da flange. Esta compressão empurra o material lateralmente e para trás, criando a mesma condição de compressão que resulta na ondulação da aresta em aços de baixa espessura.

Corrigir isto exige verificar a folga dos cilindros em incrementos ao longo da face do cilindro — não apenas no centro ou num dos ressaltos. Os aços de baixa espessura apresentarão ondulações nas arestas rapidamente, mesmo com uma diferença de alguns centésimos de milímetro, pelo que o ajuste deve ser feito com o laminador parado e o par de cilindros totalmente fechado. Em seguida, verifique novamente com a tira em movimento para medir se a folga aumenta sob carga de conformação, o que indicaria a deflexão do fuso ou o desgaste do rolamento, em vez de um ajuste estático.

Formação de equilíbrio de sequências

Um fator relacionado é a própria sequência de conformação. Se a dobra da flange for forçada de forma demasiado agressiva numa única passagem, o material no raio da dobra não consegue fluir para o interior com a rapidez suficiente, compensando com a flambagem na borda livre. Por outro lado, se a sequência conformar o perfil de forma demasiado gradual, as passadas posteriores podem não manter tensão suficiente na tira para manter a alma plana, permitindo que a flange se desloque lateralmente.

O objetivo é uma sequência equilibrada onde cada passagem contribui com uma quantidade aproximadamente igual de trabalho de conformação. Ao diagnosticar ondulações na borda, observe qual o passe que as introduz inicialmente. Se a ondulação aparecer imediatamente após um passe que execute mais de metade do ângulo total de dobra, o programa de conformação é demasiado agressivo nesse ponto. Como o aço de baixa espessura tem uma capacidade limitada de absorver dobras rápidas sem sofrer deformação plástica, a sequência pode necessitar de distribuir o incremento de dobra de forma mais uniforme ao longo de várias estações.

Condições das ferramentas e interação com o material

A condição das ferramentas é frequentemente negligenciada quando ocorre ondulação na aresta de aços de baixa espessura, especialmente em máquinas mais recentes, onde os operadores presumem que as ferramentas ainda estão afiadas. Na prática, mesmo um ligeiro desgaste no raio do cilindro inferior ou uma pequena quantidade de material retido na zona de conformação da flange podem alterar a geometria de contacto local. Esta geometria alterada pode criar um efeito de compressão que comprime a borda da tira e contribui para o mesmo sintoma de uma folga incorreta entre os cilindros.

Da mesma forma, devem ser consideradas as variáveis ​​da tira recebida. Uma tira com uma ligeira curvatura ou uma bobina com bordos enrolados apresenta características de alongamento de bordo diferentes de uma tira perfeitamente plana. O processo de conformação por rolos amplifica estes desvios de entrada; o que pode ser uma planura aceitável para uma tira genérica torna-se inaceitável após várias passagens de conformação. Quando a ondulação da aresta só aparece em determinadas bobinas, compare a consistência da largura da tira recebida e a condição da aresta com a sua especificação. A relação entre a conformação da flange e a flambagem da aresta é sensível a estas variáveis ​​a montante — documentadas na literatura comum sobre a conformação de metais a frio (consulte os fundamentos de engenharia sobre a mecânica da conformação por rolos). Dependendo do seu volume de produção, considere adicionar uma passagem de aplainamento leve ou um endireitador de entrada para normalizar o perfil da tira antes de entrar no laminador.

Ações corretivas e compensações práticas

Ao confirmar que a configuração da folga entre os rolos é a causa ativa, o processo corretivo é mecânico, mas deve ser realizado de forma sistemática. Comece pela passada onde surge a ondulação na borda do aço de bitola fina e trabalhe tanto a montante como a jusante desse ponto. Ajuste a folga entre os rolos em pequenos incrementos, verificando o efeito na planura transversal do perfil a cada passo, em vez de confiar apenas na avaliação visual. Uma régua transversal na largura da flange oferece uma forma prática de detetar se a ondulação na borda do aço de calibre fino está a diminuir ou a deslocar-se para a alma.

Há um equilíbrio prático a considerar: reduzir demasiado a folga entre os rolos elimina a ondulação da borda do aço de baixa espessura, forçando o material a ficar plano, mas também aumenta o desgaste dos rolos e pode causar endurecimento por trabalho na borda da flange a ponto de dificultar as operações subsequentes de puncionamento ou corte. O objetivo não é forçar a tira a ficar plana por compressão, mas sim ajustar a folga de forma a que o rolo dobre a flange sem comprimir o metal que não está a ser conformado. O controlo da folga entre rolos deve ser percebido como a correcção de uma condição de conformação, e não como a tentativa de eliminar um defeito.

Quando houver suspeita de desgaste da ferramenta, inspecione o raio de conformação da flange no rolo inferior para verificar o arredondamento das arestas ou o desgaste dos flancos. Se o raio tiver aumentado, mesmo que ligeiramente, em comparação com o desenho original da ferramenta, o ponto de contacto desloca-se para fora, em direção à borda da flange, e altera o local onde a força de conformação é aplicada. Esta é uma das razões pelas quais a ondulação na borda da flange do perno LGS persiste frequentemente após o ajuste da folga: a própria geometria da ferramenta pode estar suficientemente desgastada para compensar qualquer correção de folga realizada.

Dicas práticas para os gestores de produção

Num ambiente de produção, os perfis de aço de bitola fina são processados ​​a velocidades moderadas, e o sintoma de ondulação nas arestas aparece frequentemente após uma troca de ferramentas, um novo lote de bobinas ou uma troca de lubrificante. Este momento, por si só, já é um indício diagnóstico: aponta para uma alteração das variáveis ​​que interagem, e não para uma falha de design no perfil ou na laminadora. A resposta mais útil é tratar a planicidade do perfil de aço de calibre fino como um parâmetro de processo que responde à posição da folga entre os cilindros, ao equilíbrio da carga de conformação e à geometria de entrada da tira.

Para uma linha de perfilagem MTC, o princípio prático é o mesmo de qualquer operação de conformação de qualidade: a abertura dos rolos deve ser ajustada para permitir o fluxo natural do material na borda do flange sem compressão artificial, e a sequência de conformação deve ser suficientemente incremental para a espessura do material em questão. Quando estes parâmetros são cumpridos, a tensão residual no flange permanece abaixo do limite de flambagem, e defeitos comuns na perfilagem de pinos e carris, como ondulações na borda de aços de baixa espessura, permanecem ausentes durante toda a produção da bobina.