Um único processo que incorpora essas duas qualidades, além de ser versátil, é o processo de fiação de alumínio metálico. A precisão e a longevidade são primordiais no setor de fabricação moderno. Pouco conhecido além dos setores que o utilizam, o processo pode transformar discos de alumínio simples em formas simétricas complicadas de resistência estrutural e estética por meio da fiação dos discos. A técnica combina artesanato com tecnologia, produzindo peças encontradas em móveis domésticos e trabalhos aeroespaciais para produtos de consumo. 

Com os investimentos em mão de obra qualificada, equipamentos altamente desenvolvidos e consciência ambiental, as indústrias estão se assegurando do fato de que a fiação de alumínio não apenas existe, mas também prosperará nos próximos anos. Para engenheiros, projetistas e fabricantes, o termo peças de fiação de alumínio é o que eles chamam de uma mistura de prática antiga e nova tecnologia - é fácil de conceituar, mas difícil de colocar em prática.

Este artigo descreve o processo de fiação de alumínio metálico, as vantagens, os desafios e as aplicações, e apresenta fortes evidências sobre por que ele se tornou uma parte crucial da fabricação contemporânea. 

O que é fiação de metal?

A conformação por rotação (às vezes chamada de fiação de metal ou trabalho em torno giratório) é um processo de usinagem de metais para moldar elementos redondos ocos, geralmente discos de metal. É um processo de conformação a frio, ou seja, não derrete o metal, apenas o forma. É feito fixando-se um disco de metal (geralmente chamado de blank) em um mandril giratório em um torno. A peça bruta é pressionada contra o mandril giratório (à medida que gira) e, assim, é moldada gradualmente pela ferramenta para obter uma determinada forma.

Peças simétricas, circulares ou cônicas, como cúpulas, funis, refletores de lâmpadas, utensílios de cozinha e peças industriais, são fabricadas por fiação de metal. A técnica apresentada não se aplica somente ao alumínio. Ela pode ser aplicada ao aço inoxidável, cobre, latão, entre outros metais. No entanto, outro método popular é chamado de fiação de metal em alumínio, devido ao fato de o alumínio ser leve e resistente à corrosão, além de ser fácil de trabalhar. 

A fiação é de dois tipos:

• A fiação manual se baseia no talento de um artesão habilidoso.
• A fiação CNC (Controle Numérico Computadorizado) envolve o uso de máquinas automatizadas na produção de precisão e na produção de grandes volumes.

A fiação de metais permite que os projetistas e fabricantes criem peças perfeitas, robustas, sem solda e sem união. Também é possível economizar desperdício e despesas com ferramentas, em comparação com a estampagem ou a fundição.

O significado do termo fiação de metal em alumínio

A fiação de alumínio metálico, em sua forma mais básica, pode ser interpretada como um método de martelar ou comprimir uma peça bruta de alumínio na forma de um disco ou tubo (ou, em outras palavras, o que foi batido com um martelo) em torno de um mandril ou forma, para dar a ela sua forma circular; tudo isso é feito em alta velocidade de rotação. O resultado é uma forma simétrica e suave, com o formato de um espelho do mandril. Esse processo pode ser realizado manualmente por um operador experiente ou por máquinas CNC (controle numérico computadorizado), em que a alta precisão e a repetição podem ser necessárias.

Essa técnica não é confundida com fundição ou estampagem. A fiação difere desses métodos pelo fato de não envolver a remoção ou o corte do material. Em vez disso, ela enrola o alumínio de volta à forma desejada, exercendo pressão constante sobre ele, de modo que o desperdício excessivo resulta em menos matérias-primas e espessura de parede consistente. Isso é o que torna a fiação de metal em alumínio eficiente e ecologicamente correta.

Processo de fiação de alumínio

Um método próximo aplicado para moldar o alumínio em uma peça redonda e simétrica é conhecido como fiação de alumínio. Isso é feito girando rapidamente um disco plano de alumínio e moldando-o em um molde conhecido como mandril sob pressão.

1. Preparação do material

A primeira etapa é escolher a liga de alumínio adequada; as ligas mais populares são 1100, 3003 ou 6061. A seleção dessas ligas se baseia na flexibilidade, força e resistência à corrosão. As peças de alumínio são retiradas em pedaços redondos de acordo com a forma de acabamento desejada.

2. Preparação e montagem do bloco

Um torno é fixado no disco de alumínio. Há também a montagem de um mandril com o formato desejado. O disco é mantido firmemente de modo a evitar qualquer movimento no processo de fiação.

3. O lançamento do Spin

O disco de alumínio gira em torno do torno em grandes velocidades. O metal giratório é então pressionado por uma ferramenta de moldagem e manobrado gradualmente contra o mandril abaixo até que seja finalmente pressionado no formato do mandril.

4. Modelagem em etapas

O alumínio é aplainado gradualmente, e são usadas várias passagens da ferramenta. Isso evita rasgos, rugas ou espessuras não uniformes. A cada passagem, o metal é empurrado ainda mais para sua forma de acabamento.

5. Aquecimento opcional

A maior parte da fiação do alumínio é feita a frio, embora em itens mais difíceis ou mais grossos possa ser usado o calor. Isso torna o alumínio vulnerável, por isso é necessário que a brisa se misture ao leite (de coco) para suavizar o alumínio a ser dobrado.

6. Guarnição e acabamento

Quando a forma é finalizada, o material adicional no perímetro é removido. A seção também pode ser lixada ou de forma a ter uma aparência mais acabada, ou até mesmo ter proteção adicional.

7. Controle de qualidade e inspeção

A peça é visualizada após a fiação. Elas são medidas e a superfície é verificada quanto a defeitos. Somente as peças que atendem a todos os requisitos seguem para uso ou montagem adicional.

Materiais utilizados

O material usado no processo de fiação de alumínio metálico é muito importante. A liga de alumínio adequada ajuda a criar um bom formato em que a peça pode ser criada sem rachar, rasgar ou enfraquecer.

1. Alumínio 1100

Essa é a liga de alumínio mais fraca usada comercialmente. É alumínio quase puro, que se caracteriza pela excelente conformabilidade. É ideal quando se trata de formas baixas e peças que não precisam de resistência excepcional. É decorativa e, por isso, é usada para fazer peças de acabamento suave e equipamentos de cozinha.

2. Alumínio 3003

A liga 3003 é comumente usada no processo de fiação de alumínio devido à combinação de resistência/formabilidade. Ela tem manganês que aumenta a durabilidade sem comprometer a ductilidade. É uma fonte comum de material em refletores de luz, telhados e outros materiais de construção.

3. Alumínio 5052

Essa liga é mais forte e apresenta grande resistência à corrosão, principalmente em ambientes marinhos. Não é tão fácil de moldar como a 1100 ou a 3003, mas tem sido usada em aplicações mais difíceis em que a resistência da peça é um problema.

4. Alumínio 6061

Uma liga que tem boas propriedades mecânicas é a 6061, que pode ser tratada termicamente. É muito mais forte e mais dura em comparação com a 1100 ou 3003. É adequada para aplicações aeroespaciais, automotivas e estruturais, sendo seu uso ideal em peças de fiação feitas de alumínio. No entanto, ele pode ser aquecido e fiado devido à sua dureza.

5. Ligas de alumínio especiais

Ligas de alto desempenho. As ligas personalizadas de alumínio podem ser empregadas em aplicações de alto desempenho, como nos setores de defesa ou espacial. Todos esses são materiais de engenharia, que devem ser resistentes, leves ou relacionados à temperatura.

Metais na fiação de metais

Existem diferentes tipos de metal na fiação de metal. Eles diferem em resistência, peso e conformabilidade, dependendo do produto necessário.

Alumínio

Os metais mais comumente girados são o alumínio. Ele não é corrosivo, é leve e pode ser facilmente formado. A fiação de metais de alumínio é comum em utensílios de cozinha, no mercado aeroespacial e em iluminação.

Aço inoxidável

É um metal potente e resistente. É menos utilizável do que o alumínio, mas é usado na fabricação de equipamentos alimentícios, materiais médicos e componentes resistentes.

Cobre

O cobre é facilmente girável. É comumente aplicado em objetos ornamentais e peças elétricas. O produto final parece limpo e brilhante.

Latão

O latão é fiado e usado em produtos artísticos e musicais. Às vezes, ele é usado no lugar de peças de fiação de alumínio para dar uma aparência de alta qualidade.

Aço carbono

O aço-carbono é robusto e barato, mas requer potência adicional para girar. Ele tem aplicação em produtos industriais, mas não é de uso comum como a "fiação de alumínio".

Titânio

A fiação de titânio e metais exóticos é feita para atender a requisitos aeroespaciais e médicos. É mais difícil criá-los e é mais caro.

A chamada fiação de alumínio continua sendo a alternativa favorita da maioria dos setores, considerando seu aspecto leve e sua fácil usinabilidade.

Vantagens da fiação de metal em alumínio

São muitas as vantagens de selecionar o método de fabricação de componentes a serem feitos por meio do uso do método de fiação de alumínio metálico:

1. Potência e longa vida útil

As peças fiadas também são produzidas em partes e são temperadamente mais fortes devido ao endurecimento por trabalho que é ativado quando o alumínio é prensado. Isso torna o metal mais resistente à fadiga e à deformação.

2. Construção sem emendas

A fiação produz produtos sem costura que são de valor agregado para os setores que precisam de produtos à prova de ar ou água, como os setores aeroespacial, automotivo e de processamento de alimentos.

3. Custo-efetividade

Isso ocorre porque a fiação não remove o material, mas o remodela e, portanto, envolve um mínimo de resíduos. Isso serve não apenas para reduzir os custos com matérias-primas, mas também tem impactos ambientais menores.

4. Versatilidade

Usando o processo de fiação de alumínio, é possível obter uma grande variedade de formas com muita precisão. Seja uma grande antena parabólica ou uma pequena lâmpada em forma de domo, o procedimento pode ser ajustado para se adequar a diferentes formas.

5. Valor estético

O alumínio fiado tem uma aparência única e pode ser ativamente polido ou escovado em termos de aparência. Isso fez com que ele se tornasse popular em aplicações de consumo em que a aparência é importante, como abajures, utensílios de cozinha e componentes de móveis. 

Ferramentas utilizadas

O resultado da chamada fiação metálica de alumínio é determinado pelas ferramentas adequadas envolvidas na modelagem e no suporte, e até mesmo no acabamento do alumínio. Esses instrumentos diferem quanto à automação, sejam eles automatizados ou não.

1. Mandris

A modelagem do alumínio é feita em um mandril. Esse é o formato interno da peça final. Na maioria das vezes, os mandris são fabricados em aço endurecido ou alumínio, ou até mesmo em madeira, no caso de uma pequena tiragem.

Mandris usinados com precisão são necessários em operações CNC que existem para fornecer resultados repetitivos e precisos.

2. Tornos giratórios

A primeira máquina que gira e apóia o disco de alumínio é um torno giratório. Ele também segura o mandril e o descanso da ferramenta. Ele vem em duas categorias amplas:

• Tornos manuais: operados manualmente, geralmente por operadores experientes em produção personalizada ou pequena.
• Tornos giratórios CNC: podem ser controlados por computador e, portanto, usados na produção em massa e em componentes de alta precisão.

3. Ferramentas de formação

As ferramentas de fiação pressionam o alumínio contra o mandril de fiação para formar o formato. Elas estarão disponíveis em diferentes perfis, induzindo curvas e contornos distintos.

Os mais comuns são:

• Rolos: São ferramentas de aço ou latão que funcionam na superfície.
• Queimadores: eles fazem o polimento e o acabamento da superfície.
• Colheres e palitos: os meios de fiação manual conhecidos.
• Diferem em sua natureza: Essas ferramentas diferem em sua natureza, sendo que algumas são portáteis e outras são instaladas em robôs.

4. Ferramentas de corte e aparagem

Após a criação da forma, é possível remover o excesso de material usando um instrumento de corte. Essas são as ferramentas acopladas ao torno e são como ferramentas de torneamento de metal.

Eles têm bordas de corte limpas e precisas e são particularmente úteis quando uma determinada peça precisa ser fabricada em um diâmetro ou comprimento específico.

5. Ferramentas de resfriamento e lubrificação

Os lubrificantes são comumente usados para minimizar o atrito e o calor durante a fiação. Eles podem ser óleos, ceras ou compostos especiais. A aplicação direta de lubrificação é feita em sistemas CNC, nos quais aplicadores automatizados são usados para fornecer o lubrificante à área de formação.

Os ventiladores ou sistemas de resfriamento são, em outros casos, usados para controlar a temperatura quando há uma rotação prolongada.

6. Equipamento de aquecimento de fiação a quente

O calor pode ser necessário para o repuxo profundo ou em ligas duras. O alumínio é amolecido com maçaricos a gás ou por um aquecedor por indução e, em seguida, martelado para assumir qualquer formato sem rachaduras.

Isso ocorre principalmente em processos de fiação que lidam com alumínio 6061 ou blanks de paredes pesadas.

Usos das peças giratórias de alumínio

O escopo do produto ou da peça giratória é muito amplo no segmento de alumínio devido à resistência do material, ao peso leve e também à resistência à corrosão. Algumas das áreas de aplicação mais notáveis são as seguintes:

Defesa e aeroespacial

Cones de nariz, peças de motor e tanques de combustível no setor aeroespacial, em que o desempenho e o peso são fatores importantes, usam peças de fiação de alumínio. Elas são muito adequadas para voos e utilização espacial devido à sua estrutura sem emendas e à capacidade de resistir à pressurização sem falhas.

Setor automotivo

Aplicações em automóveis incluem guarnições e rodas decorativas, componentes de alto desempenho para manuseio de ar e fluidos e rodas giratórias. As peças giradas, leves, de alta resistência e resistentes ao calor, contribuem para a economia de combustível e para as rotações funcionais.

Produtos industriais e comerciais

As peças usadas em sistemas HVAC, em equipamentos de iluminação comercial, em equipamentos de processamento químico e em utensílios de cozinha industrial normalmente usam peças giratórias de alumínio. Elas são resistentes à corrosão e permanecem em sua forma após serem prensadas, tendo, portanto, uma longa vida útil.

Bens de consumo

Seja um equipamento de cozinha sofisticado, como uma tigela de mistura, caixas de alto-falantes de alta qualidade e até mesmo lâmpadas decorativas para ambientes externos, as peças giratórias de alumínio são incorporadas aos nossos produtos diários. Elas são uma das preferidas pelos designers, principalmente devido à sua beleza estética e funcionalidade para os fabricantes.

Dificuldades na fiação de metais de alumínio

Apesar dos inúmeros benefícios associados ao processo, a história é outra. Há alguns casos de ligas de alumínio, como as que racham facilmente quando não são recozidas o suficiente e fiadas. A precisão necessária para produzir tiras com a mesma espessura, especialmente em formas complicadas, também exige trabalhadores qualificados ou máquinas CNC caras. Além disso, o projeto de uma peça de fiação requer atenção especial à geometria da peça; uma geometria muito afiada ou muito abrupta pode ser um desafio para a fabricação bem-sucedida.

O outro problema é o desgaste da ferramenta. Embora o alumínio seja um pouco mais macio do que outros metais, o atrito surge quando há contato constante entre a ferramenta e o material que está sob o processo de fiação. Isso pode, em longo prazo, desgastar a ferramenta e exigir cuidados adequados ou substituição para garantir que a qualidade seja mantida.

Fiação manual vs. fiação CNC: A tradição e a inovação

Em algumas condições de artesanato ou de baixa produção, a fiação manual é preferencialmente adotada. Fiação manual Os artesãos especializados em fiação manual podem fabricar componentes sob encomenda, que frequentemente são produtos exclusivos ou pequenos lotes com mérito artístico.

A fiação CNC, ao contrário, é mais adequada para a produção em larga escala. Ela proporciona regularidade, repetição e rapidez. Usando um software altamente desenvolvido, as geometrias complicadas podem ser programadas e reproduzidas com a participação mínima de um trabalhador humano. Com os setores sendo automatizados, a fiação CNC é o novo normal na produção de alto volume das chamadas peças de fiação de alumínio. 

Tipos de fiação de alumínio metálico

A fiação metálica de alumínio existe em muitas variedades; cada tipo é usado de maneiras diferentes e para atender a várias finalidades. Dependendo da complexidade da peça, da espessura dos materiais e do volume de produção, o processo pode ser modificado.

1. Fiação manual

A fiação manual é a prática mais convencional da chamada fiação de alumínio. Durante esse processo, operadores experientes podem controlar ferramentas manuais para bater o alumínio em torno de um mandril de fiação. Esse processo é altamente delicado e exige muita experiência.

É perfeito para produções pouco práticas, como protótipos ou pequenos lotes, ou decorações. É mais rápido do que os processos automatizados, mas tem a vantagem de que o design pode ser adaptado às mudanças.

2. Fiação CNC (fiação com controle numérico computadorizado)

A fiação CNC é um processo moderno conhecido como fiação de alumínio metálico. Ele envolve máquinas operadas por computador que formam o alumínio com extrema precisão.

O design é inserido na máquina pelo operador por meio de um software, e a máquina realiza todo o processo de formação automaticamente. A fiação CNC é muito adequada para a produção de grandes quantidades e projetos complexos. Ela o torna consistente, repetível e tem um tempo de resposta curto.

3. Fiação de cisalhamento

Durante a fiação por cisalhamento, a espessura do alumínio é reduzida à medida que ele é moldado sobre o mandril. A peça também tem uma parede mais fina, mas o mesmo diâmetro da peça original é mantido. Essa técnica se aplica quando o objetivo pretendido é fabricar peças leves, porém duráveis peças fundidas de alumínio para fiação.

Ele tem aplicação comum no setor automotivo e aeroespacial, onde os fatores de peso e resistência são de grande importância.

4. Fiação a quente

A fiação a quente é um processo em que o aquecimento do alumínio é feito antes ou durante a fiação. Isso facilita a formação de materiais duros ou ásperos, incluindo a liga 6061.

O amolecimento do alumínio é feito por meio de uma tocha ou de um aquecedor por indução. Isso elimina rachaduras e melhora o acabamento da superfície de projetos mais profundos ou complexos do que é comumente conhecido como fiação de alumínio.

5. Formação de fluxo

A formação de fluxo é uma variante dedicada da fiação na qual o material é pressurizado para fluir contra o mandril, criando peças cujas paredes têm espessuras diferentes. Ela mescla os processos de fiação e extrusão.

Ele pode ser aplicado na criação de peças cilíndricas longas, como tubos, carcaças de mísseis ou carcaças de motores no uso das chamadas peças giratórias de alumínio.

O papel da China na fabricação de fiação de alumínio

A China é líder de mercado na fabricação de fiação metálica de alumínio no mundo. Nos últimos vinte anos, ela estabeleceu uma base industrial enorme e competitiva, caracterizada por baixos custos de produção e crescente conhecimento técnico.

Centro de fabricação chinês-global

Milhares de empresas de fabricação de metais podem ser encontradas na China, e muitas delas produzem contrapartes de alumínio na aplicação de fiação. O país tem soluções para praticamente qualquer setor: fabricação automotiva, aeroespacial, eletrônica, utensílios de cozinha e muitos outros, bem como pequenas oficinas e fábricas de usinagem CNC altamente equipadas.

Essa vasta infraestrutura permite que os fornecedores chineses ofereçam tempos de resposta rápidos, produção em massa e personalização.

Equipamentos e tecnologia

Vários fabricantes chineses investiram muito em máquinas de fiação modernas que são controladas por CNC. Essas oficinas de fabricação podem lidar com formas complexas, alta precisão e tolerâncias estreitas.

E tendo acesso ao nível avançado de automação, robótica e sistemas de controle de qualidade, a China pode ser considerada a fonte de peças de fiação de algoritmo de alta qualidade em todo o mundo.

Eficiência de custo

A relação custo-benefício é uma das maiores oportunidades para a China. Matérias-primas como o alumínio não representam um grande problema, e o custo de fabricação é menor em comparação com o do mundo ocidental.

Essa vantagem de custo permitirá que os clientes estrangeiros comprem peças fiadas a preços competitivos, sem comprometer a qualidade ou a consistência.

Liderança em exportação

A China é um dos principais exportadores de produtos fiados de alumínio. A maioria das grandes empresas dos Estados Unidos, da Europa e do Sudeste Asiático depende das empresas chinesas tanto para a criação de protótipos quanto para a produção em massa.

Os clientes dos setores de fabricação de utensílios de cozinha, bem como os fornecedores de componentes por satélite, obtêm seus serviços de precisão em fiação de alumínio metálico na China.

Inovação e desenvolvimento

A China agora está sendo reconhecida como uma força inovadora da época, embora tenha sido conhecida mais pela produção em volume no passado. Muitas empresas têm um departamento de P&D envolvido com ciências de materiais, ferramentas e otimização de design.

Com o aumento das demandas dos setores que precisam de peças mais baratas e mais resistentes, bem como de peças mais detalhadas, os fabricantes chineses são muito rápidos em responder a essas demandas.

O futuro e a sustentabilidade da fiação de metais

O alumínio está entre os metais que são facilmente reciclados na Terra. Há pouco desperdício no processo de fiação, portanto, esse processo se encaixa nos objetivos de sustentabilidade da manufatura. Eles podem ser reciclados para produzir peças de alumínio fiado que podem ser recicladas no final de sua vida útil, construídas a baixo custo usando material reciclado.

Com um foco cada vez maior em atividades ecologicamente corretas por parte dos setores, a importância do termo fiação de metal em alumínio continua aumentando. A combinação de inteligência artificial, automação e controle de qualidade baseado em dados está tornando os processos mais precisos e eficientes. Esses acréscimos estão permitindo que os fabricantes economizem dinheiro, aprimorem a uniformidade dos componentes e expandam a atividade sem se estenderem demais.

Conclusão

A fiação de alumínio metálico tem sido um processo muito importante no novo regime de fabricação. A eficiência, a resistência e a versatilidade o tornaram relevante mesmo muito tempo depois dos primeiros dias da aviação, até os projetos atuais da era espacial. A fiação também é uma alternativa eficaz para a fabricação de qualquer tipo de item decorativo doméstico ou de componentes aeroespaciais altamente exigentes.

As oportunidades da tecnologia de fiação continuam a se desenvolver a cada ano. As regras simples, no entanto, ainda são as mesmas: girar, empurrar, girar e formar. Escondida nessas etapas simples, está a forma de uma grande arte que transforma discos de metal comuns em elementos básicos que impulsionam nosso mundo.

Perguntas frequentes

1. Qual é a fiação metálica do alumínio?

A fiação de metal em alumínio envolve um torno giratório para formar uma forma redonda em uma peça plana de alumínio em um disco. Ela fabrica peças suaves e robustas, porém leves, para diferentes setores.

2. Quais são os benefícios da fiação de alumínio?

Acabamento suave, desperdício mínimo, alta relação resistência/peso e baixo custo de material representam algumas das vantagens do processo conhecido como fiação de alumínio. É um bom processo para a fabricação de peças duradouras e simétricas de forma direta e em alta velocidade.

3. Quais são os componentes da fiação de alumínio?

A aplicação de peças giratórias de alumínio energiza aplicações aeroespaciais, de iluminação, automotivas, de utensílios de cozinha e médicas. As peças típicas são cones, cúpulas, tigelas, carcaças e refletores.