Lição 4.8DeformarCapítulo 4 · Conformação de chapas e tubos

Conformação eletromagnética

Um pulso magnético lança o metal sobre uma conexão, sem contato

A conformação eletromagnética (EMF) dá forma ao metal com um pulso de magnetismo em vez de uma ferramenta que o toca. Uma bobina alimentada por uma rajada de corrente de uma fração de segundo repele uma peça de alumínio ou cobre, com força suficiente para esmagar um tubo sobre uma conexão. A mesma física permite que hobbistas encolham uma moeda e que montadoras unam tubos de alumínio a peças de aço sem soldagem.

Foto: Bert Hickman, Stoneridge Engineering, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

crimpagem eletromagnética · circuito de pulso e corte da bobina, do tubo e da conexãoOs números circulados correspondem às etapas abaixo. O corte mostra só a metade superior da bobina redonda, do tubo e da conexão, logo após o pulso.

Como funciona

Carregue os capacitores. Um banco de capacitores (um reservatório de carga elétrica de descarga rápida) é carregado a vários quilovolts, armazenando normalmente de alguns a dezenas de quilojoules.
Dispare a chave. Uma chave rápida (um centelhador ou um tiristor de alta potência) liga o banco à bobina de trabalho, poucas espiras de cobre grosso e bem isolado.
Envie um pulso de corrente. De dezenas a centenas de milhares de amperes passam pela bobina durante cerca de 10–100 microssegundos. O campo magnético repentino induz correntes parasitas (correntes em redemoinho induzidas em um condutor) no tubo, circulando em sentido oposto.
Deixe o empurrão fazer o trabalho. Correntes opostas se repelem, então uma forte pressão magnética lança a parede do tubo para longe da bobina a cerca de 100–300 m/s. A bobina nunca toca a peça.
Impacto e travamento. A parede bate contra a conexão e entra em suas ranhuras, fazendo uma junta firme em microssegundos. Com velocidade suficiente, os dois metais podem até se soldar (soldagem por pulso magnético).

Dados-chave

Materiais: Bons condutores elétricos: alumínio, cobre, latão; aço e maus condutores precisam de adaptações ou de uma chapa condutora "propulsora"
Peças típicas: Tubos crimpados em conexões, terminais de cabo, eixos de transmissão com conexões nas pontas, detalhes de chapa pressionados em uma matriz de um só lado
Tamanho da peça: Principalmente tubos e áreas de chapa de até algumas centenas de milímetros, definidos pela bobina e pela energia armazenada
Precisão: Muito repetível; a forma é definida pela conexão ou pela matriz, muitas vezes dentro de cerca de ±0,1 mm nos diâmetros de crimpagem
Acabamento superficial: Sem marcas de ferramenta da bobina; a face conformada copia a conexão ou a matriz
Tamanho de lote adequado: Séries médias a altas depois que a bobina e os ajustes são calibrados
Custo de ferramental e máquinas: As máquinas de pulso normalmente custam centenas de milhares de dólares; as bobinas se desgastam e são substituídas
Velocidade: A conformação leva microssegundos; com o carregamento, um ciclo leva alguns segundos

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Sem contato: sem marcas de ferramenta e sem lubrificante
Extremamente rápida e muito repetível
Une materiais diferentes, como alumínio com aço, sem calor
A alta velocidade deixa o metal esticar mais, com pouco retorno elástico

Limites

Funciona melhor em bons condutores, como alumínio e cobre
A alta tensão exige rigorosa segurança elétrica
As bobinas sofrem forças enormes e se desgastam
Limitada a paredes bastante finas e peças de tamanho modesto

Onde é usado

AutomotivoEixos de transmissão, juntas de quadro, linhas de ar-condicionado
AeroespacialTubos de torque e hastes de controle unidos a conexões das pontas
ElétricaTerminais de cabo e conectores crimpados
Aquecimento e refrigeraçãoJuntas de tubos de fluido refrigerante de cobre com alumínio

Como reconhecê-lo

Um tubo contraído de forma lisa e uniforme nas ranhuras de uma conexão, em toda a volta.
Sem marcas de ferramenta, amassados nem marcas de mandíbulas onde está a crimpagem.
Muitas vezes alumínio ou cobre unidos a aço ou plástico, sem cordão de solda nem adesivo.

Compare com

Conformação por explosão4.9também é uma conformação de alta velocidade, mas a energia vem de uma carga química sob a água, para peças muito grandes.Hidroconformação4.5empurra o metal com pressão de líquido, devagar e com vedações; a EMF usa um pulso magnético e nenhum contato.Soldagem por explosão7.8a mesma ideia de "colisão rápida une metais", impulsionada por explosivos.

Assista

Physics Girl · Uma explicação clara, com imagens em câmera lenta de uma moeda encolhida por uma bobina pulsada

Physics Girl · O quão violento é o empurrão magnético, visto em câmera lenta

Chaotic Good · O equipamento: capacitores, chave e bobina de uma máquina de pulso

Greg Benoit · Um uso aeroespacial antigo: tubos unidos a conexões das pontas por EMF

Veja fotos reais

Wikipedia: Conformação eletromagnética — princípio, materiais, crimpagem e soldagem; quase sem fotos
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

Um pulso de corrente em uma bobina afasta um condutor próximo: nenhuma ferramenta toca a peça.
A conformação inteira acontece em microssegundos, a velocidades de centenas de metros por segundo.
Ideal para tubos de alumínio e cobre crimpados em conexões, até de outro metal.