Lição 4.7DeformarCapítulo 4 · Conformação de chapas e tubos

Conformação superplástica

Gás quente sopra uma chapa superplástica em uma única matriz

A conformação superplástica (SPF) aquece uma chapa especial de grão fino até ela poder esticar várias vezes o seu comprimento, como chiclete quente. A pressão de gás então a sopra devagar em uma matriz de um só lado (um molde de aço com forma). Ela transforma uma chapa em painéis profundos e complexos, como portas de aviões e carrocerias de carros esportivos, que de outro modo exigiriam muitas peças.

Foto: San Diego Air & Space Museum Archives, Public domain, via Wikimedia Commons

conformação superplástica · prender e aquecer, soprar com gás, abrir e retirarLeia os painéis da esquerda para a direita; os números em círculo correspondem às etapas abaixo.

Como funciona

Prenda a chapa. Uma chapa plana de liga superplástica é colocada sobre uma matriz com uma cavidade (o vazio com a forma da peça). Uma tampa selada pressiona a borda, formando uma vedação estanque ao gás.
Aqueça tudo. Platôs aquecidos (placas quentes da prensa) levam a matriz e a chapa à temperatura de conformação: cerca de 450–520 °C para o alumínio 5083, cerca de 900 °C para o titânio Ti-6Al-4V.
Sopre o gás. O argônio (um gás inerte que impede o metal quente de reagir com o ar) entra acima da chapa em baixa pressão, geralmente cerca de 10–30 bar.
Deixe esticar devagar. A chapa infla como uma bolha de sabão enquanto o ar de baixo escapa pelos respiros. A pressão sobe aos poucos, então o metal estica devagar, ao longo de minutos a horas, sem rasgar. Seus minúsculos grãos (os cristais que formam um metal) deslizam uns sobre os outros, permitindo alongamentos de várias centenas por cento.
Preencha a matriz, depois abra. A chapa encontra as paredes da cavidade e chega aos cantos por último, então os cantos ficam mais finos. A prensa abre, a peça quente é retirada e seu flange (a borda presa) é aparado.

Dados-chave

Materiais: Ligas superplásticas de grão fino: titânio Ti-6Al-4V, alumínio 5083 e algumas ligas de alumínio-lítio, alguns aços inoxidáveis
Peças típicas: Portas de aviões, painéis de acesso e dutos, painéis de carroceria de carros em baixo volume, estruturas ocas enrijecidas
Tamanho da peça: De pequenos suportes a painéis de alguns metros de comprimento
Precisão: Próxima da forma da matriz, geralmente alguns décimos de milímetro no lado da matriz, com quase nenhum retorno elástico
Acabamento superficial: Lisa no lado da matriz; o titânio precisa de limpeza para remover uma pele superficial dura e rica em oxigênio
Tamanho de lote adequado: Séries pequenas a médias: de centenas a alguns milhares de peças por ano
Custo de ferramental e máquinas: Só uma matriz, em aço resistente ao calor ou cerâmica, mais barata que matrizes de estampagem casadas; a prensa aquecida é um grande investimento
Velocidade: Lenta: aproximadamente 15 minutos a algumas horas por peça, mais rápida para alumínio que para titânio

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Formas profundas e complexas em uma peça só, substituindo conjuntos de muitas peças
Só uma matriz é necessária, então o ferramental custa menos
Quase nenhum retorno elástico, então as formas são precisas
Com a união por difusão (chapas fundidas sob calor e pressão), faz estruturas ocas enrijecidas

Limites

Ciclos lentos: de minutos a horas por peça
Precisa de ligas especiais de grão fino, mais caras
Espessura irregular: cantos e bolsos profundos ficam mais finos
Processo quente e com alto consumo de energia; o titânio precisa de gás protetor e limpeza da superfície

Onde é usado

Estruturas de aviõesPortas, painéis de acesso e dutos de titânio e de alumínio
Motores a jatoPás de fan ocas de titânio, feitas combinando SPF com união por difusão
AutomotivoPainéis de carroceria de alumínio para carros esportivos e de luxo em baixo volume
ArquiteturaPainéis curvos de fachada e de revestimento de alumínio

Como reconhecê-lo

Formas profundas, lisas e de bordas suaves feitas de uma só chapa, sem soldas nem emendas.
Um lado nítido e liso (o lado da matriz); o outro lado mostra detalhes mais suaves e arredondados.
Espessura que varia: mais fina nos cantos e em bolsos profundos, visível em uma borda cortada.
Estampa mais fundo do que uma prensa comum conseguiria, sempre com raios generosos.

Compare com

Estampagem e embutimento profundo4.2a frio, rápida e com duas matrizes casadas, mas as formas precisam ser mais rasas e as matrizes custam mais.Hidroconformação4.5também pressão de fluido contra uma matriz, mas a frio, com água ou óleo a pressão muito maior.Termoformagem2.4o primo plástico: uma chapa de plástico aquecida puxada contra um molde por vácuo ou pressão de ar.

Assista

superformusa · O método principal: o gás sopra a chapa quente para dentro de uma cavidade de matriz fêmea

superformusa · Uma variante: a chapa é primeiro soprada em uma bolha, depois moldada sobre uma ferramenta macho

superformuk · Painéis reais de carroceria saindo da produção

David Kirkham · Imagens de chão de fábrica de uma peça conformada saindo da prensa quente

Veja fotos reais

Wikipédia: Conformação superplástica — princípio, temperaturas e exemplos em aviões; principalmente texto
Wikipédia: Superplasticidade — a ciência dos materiais por trás do alongamento extremo
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

Ligas superplásticas esticam várias centenas por cento quando quentes e puxadas devagar.
A pressão do gás empurra a chapa para uma única matriz de um só lado, então o ferramental continua simples.
Ideal para painéis profundos e complexos de uma peça só; o preço é ciclos lentos e cantos finos.