Na verdade, esta peça não parece ser feita de chapa metálica. Alguns perfis possuem uma série de entalhes ou ranhuras que fazem com que a peça pareça ter sido forjada a quente ou extrudada, mas não é o caso. Trata-se de um perfil fabricado através de um processo de conformação a frio em uma máquina perfiladeira, tecnologia que as empresas europeias da Welser Profile aperfeiçoaram e patentearam nos EUA e em outros países. Ele solicitou sua primeira patente em 2007.
“Welser detém patentes para espessamento, desbaste e formação de ranhuras a frio em perfis”, disse Johnson. “Não é usinagem, não é termoformação. Muito poucas pessoas nos EUA fazem isso, ou mesmo tentam.”
Como a criação de perfis é uma tecnologia muito madura, muitos não esperam ver surpresas nesta área. Na FABTECH®, as pessoas sorriem e balançam a cabeça quando veem lasers de fibra extremamente potentes cortando em velocidade vertiginosa ou sistemas de dobra automatizados corrigindo incompatibilidades de materiais. Com todos os avanços nestas tecnologias de produção nos últimos anos, eles esperavam uma surpresa agradável. Eles não esperavam que a perfilagem os surpreendesse. Mas, como sugere a declaração dos engenheiros “mostre-me flores”, o perfil ainda excede as expectativas.
Em 2018, a Welser entrou no mercado dos EUA com a aquisição da Superior Roll Forming em Valley City, Ohio. Johnson disse que a mudança é estratégica, não apenas para expandir a presença da Welser na América do Norte, mas também porque a Superior Roll Forming compartilha muitas das visões culturais e estratégicas da Welser.
Ambas as empresas pretendem conquistar áreas especializadas do mercado de laminação a frio com poucos concorrentes. Ambas as organizações também estão trabalhando para atender à necessidade da indústria por peso mais leve. As peças precisam fazer mais, ser mais fortes e pesar menos.
Superior foca no setor automotivo; embora ambas as empresas atendam uma ampla gama de clientes, a Welser se concentra em outros setores, como construção, agricultura, energia solar e estantes. A leveza na indústria automotiva sempre focou em materiais de alta resistência, o que também é uma vantagem do Superior. A geometria relativamente simples de um perfil dobrado passa despercebida até que os engenheiros vejam a resistência do material dobrado. Engenheiros superiores geralmente desenvolvem programas de peças usando materiais com resistência à tração de 1.400 ou até 1.700 MPa. Isso é quase 250 KSI. Na Europa, os engenheiros da Welser Profile também abordaram a questão da leveza, mas além de utilizarem materiais de alta resistência, também abordaram a questão com moldagem complexa.
O processo de conformação a frio patenteado da Welser Profile é adequado para materiais de baixa resistência, mas a geometria criada pela máquina perfiladeira ajuda a reduzir o peso de todo o conjunto. A geometria pode permitir que o perfil desempenhe múltiplas funções enquanto reduz o número de peças (sem falar no dinheiro gasto na produção). Por exemplo, ranhuras perfiladas podem criar conexões interligadas que eliminam soldagem ou fixadores. Ou o formato do perfil pode tornar toda a estrutura mais rígida. Talvez o mais importante seja que Welser pode criar perfis mais grossos em alguns lugares e mais finos em outros, proporcionando resistência onde necessário e reduzindo o peso total.
Os engenheiros e projetistas de modelagem tradicional seguem uma regra de processabilidade de uma década: evite raios pequenos, ramificações curtas, curvas de 90 graus, geometrias internas profundas, etc. “É claro que sempre tivemos anos 90 difíceis”, disse Johnson.
O perfil parece uma extrusão, mas na verdade é formado a frio pela Welser Profile.
É claro que os engenheiros exigem que as máquinas formadoras de rolos quebrem essas regras de capacidade de fabricação, e é aqui que as ferramentas e as capacidades de engenharia da oficina de rolos entram em ação. Quanto mais engenheiros puderem avançar no processo (formando geometrias internas mais densas e profundas de 90 graus), minimizando os custos de ferramentas e a variabilidade do processo, mais competitiva será a máquina formadora de rolos.
Mas, como explica Johnson, a conformação a frio em uma laminadora é muito mais do que isso. Esse processo permite obter perfis de peças que a maioria dos engenheiros nem consideraria usar o perfilamento. “Imagine uma tira de chapa metálica que passou pelo processo de laminação, com talvez 0,100 polegadas de espessura. Podemos fazer uma ranhura em T na parte inferior central deste perfil. deve ser laminado a quente ou usinado dependendo das tolerâncias e outros requisitos da peça, mas podemos laminar facilmente essa geometria.”
Os detalhes do processo são de propriedade da empresa e Welser não divulga o padrão floral. Mas Johnson descreve a lógica de vários processos.
Consideremos primeiro a operação de gravação em relevo em uma prensa de estampagem. “Quando você comprime, você também estica ou comprime. Então você estica o material e o move para diferentes áreas da ferramenta [superfície], assim como preenche os raios de uma ferramenta. Mas [na criação de perfil] este processo de conformação a frio] é como preencher raios com esteróides.”
O trabalho a frio fortalece o material em certas áreas, o que pode ser projetado para vantagem do projetista. No entanto, a máquina de perfilar também deve levar em conta estas mudanças nas propriedades do material. “Você pode ver um aumento significativo no desempenho, às vezes até 30%”, diz Johnson, acrescentando que esse aumento deve ser incorporado ao aplicativo desde o início.
No entanto, a conformação a frio do Perfil Welser pode envolver operações adicionais, como costura e soldagem. Tal como acontece com o perfilamento convencional, a perfuração pode ser feita antes, durante ou depois do perfilamento, mas as ferramentas utilizadas devem levar em consideração os efeitos do trabalho a frio durante todo o processo.
O material formado a frio nas instalações europeias da Welser Profile não é nem de longe tão resistente quanto o material laminado de alta resistência nas instalações de Superior, Ohio. Dependendo da aplicação, a empresa pode produzir material conformado a frio em pressões de até 450 MPa. Mas não se trata apenas de escolher um material com certa resistência à tração.
“Você não pode fazer isso com materiais de alta resistência e baixa liga”, disse Johnson, acrescentando: “Muitas vezes gostamos de usar materiais microligados, que ajudam a evitar quebras. Obviamente, a seleção do material é uma parte importante.”
Para ilustrar os fundamentos do processo, Johnson descreve o projeto do tubo telescópico. Um tubo é inserido dentro do outro e não pode girar, portanto cada tubo possui uma ranhura com nervuras em um local específico ao redor da circunferência. Estes não são apenas reforços com raios, eles causam alguma folga rotacional quando um tubo entra em outro. Esses tubos de tolerância estreita devem ser inseridos e retraídos com precisão e suavemente, com pouca folga rotacional. Além disso, o diâmetro externo do tubo externo deve ser exatamente o mesmo, sem saliências de fôrma no diâmetro interno. Para isso, esses tubos possuem ranhuras reais que à primeira vista parecem extrudadas, mas não são. Eles são produzidos por conformação a frio em máquinas formadoras de rolos.
Para formar ranhuras, a ferramenta de laminação afina o material em pontos específicos ao longo da circunferência do tubo. Os engenheiros projetaram o processo para que pudessem prever com precisão o fluxo de material dessas ranhuras “finas” para o restante da circunferência do tubo. O fluxo de material deve ser controlado com precisão para garantir uma espessura constante da parede do tubo entre essas ranhuras. Se a espessura da parede do tubo não for constante, os componentes não se encaixarão adequadamente.
O processo de conformação a frio nas fábricas europeias de perfilagem da Welser Profile permite que algumas peças sejam feitas mais finas, outras mais espessas, e as ranhuras sejam colocadas em outros lugares.
Novamente, um engenheiro olha para uma peça e pode pensar que é extrusão ou forjamento a quente, e isso é um problema com qualquer tecnologia de fabricação que desafie a sabedoria convencional. Muitos engenheiros não consideraram desenvolver tal peça, acreditando que seria muito caro ou impossível de fabricar. Dessa forma, Johnson e sua equipe estão divulgando não apenas os recursos do processo, mas também os benefícios de envolver os engenheiros da Welser Profile na criação de perfis no início do processo de projeto.
Os engenheiros de projeto e de laminação trabalham juntos na seleção do material, selecionando estrategicamente a espessura e melhorando a estrutura do grão, parcialmente impulsionado pelas ferramentas, e exatamente onde ocorre a conformação a frio (ou seja, espessamento e desbaste) na formação da flor. perfil completo. Esta é uma tarefa muito mais complexa do que simplesmente conectar as peças modulares de uma ferramenta rolante (o perfil Welser utiliza quase exclusivamente ferramentas modulares).
Com mais de 2.500 funcionários e mais de 90 linhas de perfilagem, a Welser é uma das maiores empresas familiares de perfilagem do mundo, com uma grande força de trabalho dedicada a ferramentas e engenheiros que utilizam as mesmas ferramentas que têm sido utilizadas até agora. por muitos anos Morre biblioteca. Criando perfis de mais de 22.500 perfis diferentes.
“Atualmente temos mais de 700.000 ferramentas [modulares] de rolos em estoque”, disse Johnson.
“Os construtores da fábrica não sabiam por que estávamos solicitando determinadas especificações, mas eles atenderam aos nossos requisitos”, disse Johnson, acrescentando que esses “ajustes incomuns” na fábrica ajudaram a Welser a melhorar seu processo de conformação a frio.
Então, há quanto tempo Welzer está no ramo siderúrgico? Johnson sorriu. “Ah, quase sempre.” Ele estava apenas meio brincando. A fundação da empresa remonta a 1664. “Sinceramente, a empresa atua no ramo siderúrgico. Começou como uma fundição e começou a laminação e conformação no final da década de 1950 e vem crescendo desde então.”
A família Welser dirige o negócio há 11 gerações. “O CEO é Thomas Welser”, disse Johnson. “Seu avô abriu uma empresa de criação de perfis e seu pai era na verdade um empresário que expandiu o tamanho e o escopo do negócio.” Hoje, a renda anual em todo o mundo ultrapassa os US$ 700 milhões.
Johnson continuou: “Enquanto o pai de Thomas construía a empresa na Europa, Thomas estava realmente interessado em vendas internacionais e desenvolvimento de negócios. Ele sente que esta é a sua geração e que é hora de tornar a empresa global.”
A aquisição da Superior fez parte desta estratégia, a outra parte foi a introdução da tecnologia de laminação a frio nos EUA. No momento em que este artigo foi escrito, o processo de conformação a frio ocorre nas instalações europeias da Welser Profile, de onde a empresa exporta produtos para mercados globais. Nenhum plano para trazer a tecnologia para os EUA foi anunciado, pelo menos ainda não. Johnson disse que, como tudo mais, a laminadora planeja expandir a capacidade com base na demanda.
O padrão floral do perfil de rolo tradicional mostra as etapas de formação do material à medida que ele passa pela estação de laminação. Como os detalhes por trás do processo de conformação a frio da Welser Profile são proprietários, ela não produz desenhos florais.
A Welser Profile e sua subsidiária Superior oferecem perfis tradicionais, mas ambas são especializadas em áreas onde a especificação não é necessária. Para a Superior, este é um material de alta resistência, para a Welser Profile, a moldagem é uma forma complexa que em muitos casos compete não com outras laminadoras, mas com extrusoras e outros equipamentos especiais de produção.
Na verdade, Johnson disse que sua equipe está buscando uma estratégia de extrusora de alumínio. “No início da década de 1980, as empresas de alumínio entraram no mercado e disseram: 'Se você pode sonhar, nós podemos concretizar.' Eles foram muito bons em dar opções aos engenheiros. Se você puder apenas sonhar com isso, você paga uma pequena taxa pelas ferramentas. Podemos produzi-lo mediante o pagamento de uma taxa. Isso libera os engenheiros porque eles podem literalmente desenhar qualquer coisa. Agora estamos fazendo algo semelhante – só que agora com criação de perfil.
Tim Heston é editor sênior da revista FABRICATOR e atua na indústria de fabricação de metal desde 1998, iniciando sua carreira na revista Welding Magazine da American Welding Society. Desde então, ele cuida de todo o processo de fabricação de metal, desde estampagem, dobra e corte até retificação e polimento. Juntou-se ao FABRICADOR em outubro de 2007.
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Horário da postagem: 22 de agosto de 2023