Calandragem de Chapas e Perfis

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Calandragem
Introdução
O processo de calandragem é um processo de conformação mecânica
utilizado para efetuar o curvamento de um determinado material, seja na forma
de chapas ou perfis metálicos (laminados ou trefilados).
Através do processo de calandragem podem ser obtidas chapas curvas com
raios de curvamento pré-determinados, como: cilindros, cones, troncos de
cones, assim como qualquer outra superfície de revolução.
Através deste processo são fabricados corpos de tanques, caldeiras,
trocadores de calor, vasos de pressão, etc.
Quanto ao tipo de operação, o curvamento pode ser efetuado por meio
manual, para obtenção de produtos de pequena dimensão, ou por meio
mecânico, efetuado por máquinas mecânicas chamadas de calandras.
Introdução
A calandra permite a obtenção de peças curvadas a partir de chapas, perfis e tubos, sendo
que estas peças podem ser curvadas de acordo com o raio desejado, formando arcos ou
lombadas (para curvamento parcial), ou formando um anel (para curvamento total).
Também podem ser obtidos outros perfis fechados, como elípticos.
Comumente, as peças obtidas por calandragem são chamadas de “virolas”.
Calandras – Principais componentes
Rolos
Uma calandra é composta, em geral, no mínimo por 3 rolos metálicos (de ferro fundido, aço
forjado, etc.) os quais podem apresentar perfis variados, de acordo com a necessidade,
porém, comumente são cilíndricos e lisos.
Estes rolos podem ter perfuração central para a passagem de fluído que faz o controle de
temperatura (para o caso da calandragem a quente).
Estrutura
Os rolos são montados em uma estrutura metálica, que pode apresentar diversas
configurações, de acordo com a necessidade da aplicação.
Calandras – Principais componentes
Sistema de acionamento dos rolos
Os modelos convencionais de calandras são equipados com jogos de engrenagens ou
redutores que permitem variar a velocidade dos rolos, de acordo com o tipo de operação a
ser efetuada. Modelos mais avançados e de grande capacidade podem utilizar acionamento
hidráulico.
Ajuste da distância entre rolos
Os rolos giram em velocidades controladas e a distância entre eles define os parâmetros do
processo, como o raio de curvamento e a pressão de contato. Esta distância pode ser
ajustada de forma manual ou automática.
Temperatura no processo de calandragem
Calandragem a quente
Na calandragem a quente, a calandra possui rolos de ferro fundido com perfuração central
para a passagem de água e vapor, ambos para controlar a temperatura do processo.
A aplicação da calandragem à quente se dá devido aos seguintes casos:
• A capacidade de calandragem da máquina é insuficiente para realizar o trabalho a frio
(devido especialmente ao efeito do encruamento);
• Não há possibilidade de produzir componentes sem que haja fissuração do material.
Temperatura no processo de calandragem
Calandragem a quente
Tipos de arrefecimento dos rolos de calandras
Temperatura no processo de calandragem
Calandragem a frio
A calandragem a frio é empregada na maioria dos casos, em relação à calandragem a
quente, pelo menor risco de segurança durante a operação.
O principal aspecto a considerar na calandragem a frio é a deformação máxima que a chapa
pode sofrer.
Estima-se deformações entre 5% para aços baixa liga e 3% para aços ferríticos temperados
e revenidos.
Quando há necessidade de tratamentos térmicos devido ao processo de calandragem a frio,
a calandragem a quente torna-se mais econômica, uma vez que o aquecimento prévio da
chapa em fornos apropriados a uma temperatura de 400 ºC (ou maiores) pode eliminar
tratamentos posteriores ao processo.
Calandras – Classificação
Quanto ao tipo de acionamento
As calandras são classificadas em 2 (dois) tipos básicos, quanto ao acionamento: 
• Calandras manuais: são utilizadas para efetuar o curvamento de chapas finas, até 1,8
mm, e são acionadas manualmente através de uma alavanca ou um volante;
• Calandras mecânicas: são utilizadas para curvamento de chapas e perfis com
espessuras a partir de 2,5 mm e atingindo espessuras que dependerão da capacidade da
própria calandra (chegando a centenas de milímetros). São acionadas por redutores de
engrenagens ou hidraulicamente.
Calandras – Classificação
Quanto ao formato ou perfil do material a ser conformado:
As calandras são classificadas em 2 (dois) modelos, quanto ao formato ou perfil do material a 
ser conformado: 
• Calandras de perfis;
• Calandras de chapas.
Características da calandragem de chapas
A força de calandragem define duas condições no 
processo de calandragem de chapas:
• Comprimento da parte reta da dobra inicial (aba);
• Espessura da chapa calandrada.
Quando maior a força de calandragem, mais curta é a 
aba.
A força de calandragem e o comprimento da aba são 
dois parâmetros muito importantes na definição do 
tamanho de uma calandra.
Outro parâmetro importante na definição do tamanho 
de uma calandra é o diâmetro do rolo superior.
Calandras de chapas
As calandras de chapas são ainda classificadas de acordo com a configuração dos rolos de 
conformação:
• Calandras de 3 rolos
• Tipo Piramidal (a)
• Com dispositivo de dobramento das abas (b);
• Calandras de 4 rolos (c).
Calandras de chapas de 3 Rolos Tipo Piramidal
Neste tipo, os rolos inferiores são fixos e são os motores do processo, com diâmetro igual ou
menores (entre 10 a 50%) em relação ao rolo superior.
Em geral são calandras de maior capacidade.
Os rolos tem diâmetros maiores e apresentam maior distância entre eixos nos rolos
inferiores.
Esta maior distância entre eixos resulta em menor força de flexão no processo.
Em alguns casos são utilizados rolos inferiores de suporte, para reduzir a deformação em
calandras de comprimento elevado (geralmente > 3m).
O ajuste do rolo superior, livre, define o diâmetro da calandragem e a força de calandragem
suficiente para arrastar por atrito o rolo superior.
Calandras de chapas de 3 Rolos Tipo Piramidal
Este tipo de calandra não é apropriado para calandragem de chapas finas com grandes
diâmetros.
Os extremos da chapa (abas) permanecem direitos (retos).
O diâmetro (ou raio) mínimo obtido é de cerca de duas vezes o diâmetro do rolo superior
para os aços inoxidáveis e de uma vez e meia para os aços carbono.
Calandras de chapas de 3 Rolos Com dispositivo de 
dobramento das abas 
Neste tipo de calandra, a folga entre os rolos que estão alinhados é ajustável para várias
espessuras.
O rolo de trabalho pode se deslocar para obtenção de diferentes diâmetros.
Em geral, o diâmetro mínimo que pode ser obtido é igual ao diâmetro do rolo superior,
acrescido de 50 mm.
Este tipo de calandra é adequado para grandes volumes de produção de peças de diâmetros
(ou raios) menores, e são mais precisas que as calandras piramidais.
Mesmo melhorado este aspecto, a dobragem das abas nunca é total (zona direita = (0,5 a
2).h; h - espessura da chapa).
Existem diferentes tipos de concepção (no essencial, diferentes movimentos dos rolos).
Calandras de chapas de 3 Rolos Com dispositivo de 
dobramento das abas 
Fases de operação de calandragem
numa calandra de 3 rolos com os
rolos inferiores simétricos e
possuindo movimento vertical
inclinado.
(a) Alimentação;
(b) Deformação de uma aba;
(c) Deformação da outra aba;
(d) Deformação da virola (região
calandrada).
Calandras de chapas de 3 Rolos Com dispositivo de 
dobramento das abas 
Calandras de chapas de 4 Rolos
Neste tipo de calandra, os rolos centrais são os rolos motores, e os rolos laterais, são os
rolos livres.
Os rolos laterais livres controlam o raio da calandragem e a dobragem ou deformação das
abas.
Uma das vantagens da calandra de 4 Rolos é a facilidade no manuseio e posicionamento da
chapa no equipamento, pois a mesma fica presa entre os rolos motores, sendo muitas vezes
necessário um único operador para o processo.
Outra vantagem é a de que a dobragem das abas é realizada sem a necessidade de voltar a
chapa.
Mais uma vantagemé a de que a solda, realizada nas extremidades da chapa calandrada
ainda no equipamento, é facilitada pela existência dos dois rolos livres, os quais servem de
suporte nestas situações.
Calandras de chapas de 4 Rolos
Fases de operação de calandragem
numa calandra de 4 Rolos.
(a) Alimentação;
(b) Prensagem e Deformação de uma
aba;
(c) Formação do raio de calandragem
na seção inicial da chapa;
(d) Formação do raio de calandragem
na seção final da chapa;
(e) Chapa calandrada finalizada.
Exemplos de calandras de chapas
Calandra Mecânica Chapas - 4 Rolos
https://www.youtube.com/watch?v=TG8pEDAXVQk
Exemplos de calandras de perfil
Calandra de Perfil - 4 Rolos
https://www.youtube.com/watch?v=ivNvZ4sNn_s
Análise da calandragem cilíndrica
O rolo superior, com um diâmetro (ds), maior que o diâmetro dos
rolos inferiores (di), é posicionado para se obter o raio de curvatura
exterior (Re) requerido para a chapa.
Admitindo que as reações nos rolos inferiores são verticais
(aproximação), pode considerar-se que a distribuição de momento
fletor é triangular, com o valor máximo na zona média do entre
eixos.
Parâmetros geométricos e sistemas de forças
característicos de uma operação de deformação
plástica de chapa realizada numa calandra de três
rolos do tipo piramidal.
Momento fletor aplicado durante a deformação 
de uma chapa numa calandra de 3 rolos. 
Análise da calandragem cilíndrica
As formas obtidas são planificáveis e tanto os raios de curvatura, como o comprimento de
calandragem são, geralmente, muito superiores à espessura da chapa.
As dimensões do planificado de uma virola cilíndrica serão obtidas considerando que a
largura de calandragem não varia (deformação plana) e que a largura do planificado é igual
ao perímetro da circunferência que passa na linha média da chapa (raio de curvatura muito
grande - linha neutra coincide com a linha média).
Relações básicas para os cálculos:
Análise da calandragem cilíndrica
Relação entre a distância de contato, “v”, e o entre-eixos, “a”
(𝑅𝑖+ℎ) +
𝑑𝑖
2
. 𝑠𝑒𝑛
𝛼
2
=
𝑎
2
(𝑅𝑖+ℎ). 𝑠𝑒𝑛
𝛼
2
=
𝑣
2
𝑣 =
𝑅𝑒
𝑅𝑒 +
𝑑𝑖
2
. 𝑎
Análise da calandragem cilíndrica
Profundidade de calandragem
𝑝𝑐 = − 𝑎 −
𝑑𝑖
2
− 𝑅𝑒 = 𝑅𝑒 +
𝑑𝑖
2
−
𝑎
2
.
1
tan
𝛼
2
𝑝𝑐 = 𝑅𝑒 +
𝑑𝑖
2
. 1 − 𝑐𝑜𝑠
𝛼
2
Deformação máxima em cada passagem
𝜀𝑚á𝑥 =
ℎ
2. 𝑅𝑒
. 1 −
𝑅𝑒
𝑅0
Onde:
Ro = raio de curvatura inicial
Re = raio de curvatura final
Análise da calandragem cilíndrica
Força de calandragem
Re > 100.h
Solicitação do tipo elasto-plástica
𝜀𝑚á𝑥 ≤ 0,005
Tensões tangenciais de carga numa calandragem em que Re> 100h 
𝐹 =
𝜎𝑒.𝑏.ℎ
2
𝑣
−
4
3.𝑣
.
𝑅𝑒
2
𝐸2
. 𝑏. 𝜎𝑒
3
Re < 100.h
Solicitação do tipo plástica
Ou:
𝐹 =
𝜎𝑒 . 𝑏. ℎ
2
𝑣
Tensões tangenciais de carga numa calandragem em que Re< 100h 
𝐹 =
0,7. 𝜎𝑅 . 𝑏. ℎ
2
𝑣
Análise da calandragem cilíndrica
Potência de calandragem
𝑃 = 2. 𝐹𝑎. 𝑉𝑅 = 𝜇. 𝐹. 𝑉𝑅
Onde:
Fa: Força de atrito
VR: Velocidade periférica dos rolos motores (3 a 7 m/min na calandragem a frio);
µ: coeficiente de atrito entre a chapa e os rolos
𝑃 = 𝐹. 𝑉𝑅 .
𝑅𝑒 −
1
2
. 4. 𝑅𝑒 − 𝑣
2
𝑣
Análise da calandragem cilíndrica
Recuperação Elástica
Se Re > 100.h:
𝑅𝑓 =
𝑅𝑒
1 − 3.
𝑅𝑒
ℎ
.
𝜎𝑒
𝐸
+ 4.
𝑅𝑒
ℎ
.
𝜎𝑒
𝐸
3
Relação entre o raio de calandragem (Re) e o final 
da chapa, (Rf), para vários valores de tensões de 
escoamento de materiais, considerando o modulo 
de Young, E=210.000 Mpa. 
Se Re < 100.h:
𝑅𝑒 =
𝑅𝑓
1 + 3.
𝑅𝑓
ℎ
.
𝜎𝑒
𝐸
Calandragem cônica
Quando se quer produzir um cone, cujos raios de curvatura são diferentes,
recorre-se a um tipo especial de calandra.
Trata-se de uma calandra do tipo piramidal, porém seus cilindros inferiores se
deslocam inclinados entre si, no sentido vertical, conforme pode ser observado na
imagem. Também pode ser do tipo 4 rolos.
Análise da calandragem cônica
Determinação da geometria e das dimensões da estampa plana 
(a)Dimensões características de uma chapa cônica, 
(b)Dimensões geométricas da estampa plana. 
Φ =
2. 𝜋. 𝑅𝑣𝑖
𝑅𝑖𝑛𝑡
=
2. 𝜋. 𝑅𝑣𝑠
𝑅𝑒𝑥𝑡
𝑅𝑣𝑖
𝑅𝑖𝑛𝑡
=
𝑅𝑣𝑠
𝑅𝑒𝑥𝑡
𝑅𝑒𝑥𝑡 = 𝑅𝑖𝑛𝑡 + 𝑏 = 𝑅𝑖𝑛𝑡 +
𝐻
cos 𝛾
𝑅𝑒𝑥𝑡 =
𝑅𝑣𝑠
𝑅𝑣𝑠 − 𝑅𝑣𝑖
. 𝑏 = 𝑅𝑖𝑛𝑡 + 𝑏
Análise da calandragem cônica
Cálculo do ângulo de inclinação dos rolos
𝑠𝑒𝑛𝜃 =
𝑝𝑐𝑖 − 𝑝𝑐𝑠
𝑏
=
𝑝𝑐𝑖 − 𝑝𝑐𝑠
𝐻
. 𝑐𝑜𝑠𝛾
Dobragem das abas
Um dos problemas principais da calandragem é o da
conformação das abas do planificado, com o raio de
curvatura desejado para a chapa.
O valor do momento fletor decresce linearmente, desde
um valor máximo na seção (B), até ser nulo na seção
(A).
A deformação vai evoluindo de totalmente plástica para
elástica, com zonas elasto-plásticas intermediárias.
Quando o raio de curvatura é cada vez maior, a
curvatura deixa de existir, de modo que a deformação é
totalmente recuperada pelo efeito de mola. Representação esquemática do problema da 
dobragem das abas 
Dobragem das abas
Abas direitas numa chapa produzida por 
calandragem em calandra de 3 rolos 
piramidal 
Utilização de um berço para a dobragem das abas
Soluções para o problema da dobragem das abas 
• Numa calandra sem capacidade para curvar as abas, o curvamento poderá ser
executado prévia ou posteriormente à calandragem, por algum outro processo.
• Pode-se também calandrar uma chapa com um comprimento superior ao pretendido e
cortar as abas direitas.
• Outra solução é a de curvar as abas na calandra com o auxílio de um gabarito, também
conhecido por “berço”, fabricado previamente em chapa espessa.
• Utilizar calandras preparadas para o curvamento das abas, as quais permitem
deslocamento dos rolos inferiores ou do superior.
• Efetuar a operação numa calandra de quatro rolos.