Apostila Estampagem.pdf

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEM

PROCESSOS DE ESTAMPAGEM DE MATERIAIS METÁLICOS

Prof. André Olah Neto Revisão Setembro/2010

UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO

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ÍNDICE PREFÁCIO:

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I) INTRODUÇÃO: 1) Definição de estampagem 2) Operações de estampagem 3) Classificação das operações de estampagem

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II) ESTAMPAGEM DE CORTE: 1) Operação 2) Ferramenta de corte 3) Características da ferramenta de corte 4) Tipos de ferramentas 5) Cálculo da folga da ferramenta de corte 6) Cálculo da força de corte

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III) ESTAMPAGEM DE REPUXO: 1) Operação de repuxo 2) Solicitações envolvidas 3) Ferramenta de repuxo

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IV) FERRAMENTA DE REPUXO: 1) Ferramentas de estampagem 2) Ferramenta com operações combinadas 3) Ferramentas específicas 4) Ferramenta para estampagem progressiva

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V) EQUIPAMENTOS DE ESTAMPAGEM: 1) Classificação dos equipamentos 2) Prensa de fricção 3) Prensa excêntrica 4) Prensa mecânica 5) Prensa hidráulica

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VI) PARÂMETROS DO PROCESSO DE ESTAMPAGEM: 1) Cálculo da folga da ferramenta de repuxo 2) Cálculo das forças de conformação 3) Determinação do tamanho do disco de repuxo 4) Determinação do número de operações de repuxo 5) Utilização racional da chapa 6) Defeitos típicos em peças estampadas

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ÍNDICE PREFÁCIO:

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I) INTRODUÇÃO: 1) Definição de estampagem 2) Operações de estampagem 3) Classificação das operações de estampagem

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II) ESTAMPAGEM DE CORTE: 1) Operação 2) Ferramenta de corte 3) Características da ferramenta de corte 4) Tipos de ferramentas 5) Cálculo da folga da ferramenta de corte 6) Cálculo da força de corte

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III) ESTAMPAGEM DE REPUXO: 1) Operação de repuxo 2) Solicitações envolvidas 3) Ferramenta de repuxo

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IV) FERRAMENTA DE REPUXO: 1) Ferramentas de estampagem 2) Ferramenta com operações combinadas 3) Ferramentas específicas 4) Ferramenta para estampagem progressiva

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V) EQUIPAMENTOS DE ESTAMPAGEM: 1) Classificação dos equipamentos 2) Prensa de fricção 3) Prensa excêntrica 4) Prensa mecânica 5) Prensa hidráulica

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VI) PARÂMETROS DO PROCESSO DE ESTAMPAGEM: 1) Cálculo da folga da ferramenta de repuxo 2) Cálculo das forças de conformação 3) Determinação do tamanho do disco de repuxo 4) Determinação do número de operações de repuxo 5) Utilização racional da chapa 6) Defeitos típicos em peças estampadas

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VII) MATERIAL DA FERRAMENTA: 1) Critérios de escolha e seleção do material 2) Componentes de uma ferramenta de estampagem 3) Materiais recomendados para confecção dos componentes 4) Tratamentos térmicos

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BIBLIOGRAFIA:

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PREFÁCIO Este trabalho foi elaborado com o propósito de atender as necessidades dos profissionais, como, por exemplo, os alunos de curso de engenharia e curso técnico, que estão tendo o primeiro contato com processos de conformação, procurando conhecimentos e informações básicas a respeito dos mesmos. Objetiva especificamente fornecer ao usuário as primeiras noções e informações envolvidas no processo de estampagem, de forma a lhe habilitar projetar ferramentas simples, sem grande complexidade, para obtenção de peças ou componentes metálicos, tanto de aço como de materiais não-ferrosos. Nos primeiros capítulos é feita uma abordagem geral a respeito dos diferentes processos de estampagem, tanto de corte como de repuxo, abordando-se os conceitos, as operações, a caracterização das ferramentas, as solicitações envolvidas e alguns parâmetros, como o cálculo das folgas e das forças envolvidas. Nos capítulos seguintes aborda-se, de uma forma mais detalhada e específica, os diferentes tipos de ferramentas utilizadas em cada um destes processos, discutindo-se detalhes construtivos e principalmente as diferentes aplicações em função do produto a ser produzido. Na seqüência discute-se a respeito dos tipos de equipamentos utilizados no processo de estampagem, suas características, recursos e aplicações. Como complemento dedica-se um capítulo para a abordagem dos parâmetros envolvidos no processo de estampagem, como as folgas necessárias, as forças envolvidas, o tamanho do disco, o número de operações necessárias, a utilização adequada da chapa e os defeitos típicos envolvidos. No último capítulo discute-se e a respeito dos critérios de escolha dos materiais mais adequados a serem utilizados na confecção da ferramenta, e faz-se algumas sugestões de uso em função do tipo de componente envolvido, sua aplicação e das solicitações envolvidas. Dentro deste item aborda-se a respeito dos recursos que podem ser utilizados para aumentar a performance ou o desempenho das ferramentas.


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CAPÍTULO I INTRODUÇÃO 1) DEFINIÇÃO DE ESTAMPAGEM: Estampagem consiste em todas as operações de corte e conformação de materiais metálicos planos, a fim de lhe conferir a forma e a precisão desejada, sem a presença de defeitos superficiais (Ex: rugosidades ou riscos) ou estruturais (Ex: trincas). A matéria-prima para a estampagem é sempre fornecida na forma de bobinas do material. A primeira operação consiste na preparação deste material para a estampagem, que envolve a segmentação da bobina em: •

•

CHAPAS PLANAS = onde as bobinas são cortadas transversalmente, através de guilhotinas ou tesouras planas, gerando os “fardos”; TIRAS = onde as bobinas são cortadas longitudinalmente através de tesouras rotativas, gerando os “sliters”.

Estas operações podem ser realizadas pela própria usina fabricante dos materiais, em centros de processamento ou eventualmente pelos próprios usuários finais, neste último caso quando os volumes se justificarem.

As chapas planas normalmente são utilizadas diretamente desta forma na prensa de estampagem, mas os “sliters” ainda podem sofrer mais uma operação que consiste na obtenção de “blanks”, que são peças planas geralmente com formatos redondos, obtidos por estampagem de cizalhamento ou corte. 2) OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM: As operações de estampagem podem ser classificadas em: •

•

•

ESTAMPAGEM DE CORTE OU PUNCIONAMENTO = neste caso o material é estampado em ferramentas de corte e é necessariamente rompida por cizalhamento (Ex: obtenção de uma arruela ou um disco plano); ESTAMPAGEM DE CONFORMAÇÃO = onde o material é conformado plasticamente a fim de se obter o formato da peça final e neste caso não pode absolutamente sofrer ruptura. Utilizado para produção de peças rasas (Ex: porta ou capo de um carro); ESTAMPAGEM DE REPUXO = é uma conformação mais intensa, onde o material sofre um estiramento, ou seja, tem sua espessura diminuída, a fim de se conseguir a forma desejada da peça. Nesta operação o material deve ter requisitos superiores, principalmente a ductilidade, para que não se rompa durante a operação.

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DOBRAMENTO = neste caso a matéria-prima, ou seja, a chapa plana, é simplesmente dobrada para se conseguir forma final da peça (Ex: carcaça de uma geladeira);

Dependendo do tipo de peça que está se produzindo e de sua complexidade, pode-se realizar primeiro a operação de estampagem, para se conseguir a sua forma, e após a operação de corte ou puncionamento de orifícios (Ex: porta de um carro, primeiro se estampa a peça e após se realiza o puncionamento para abertura das janelas e dos orifícios das fechaduras). Em algumas ferramentas mais complexas a operação de corte pode ser realizada junto com as demais operações de conformação e repuxo. Seqüência de obtenção de peças estampadas: • • • • • •

Fabricação da bobina; Endireitamento e corte da bobina em chapas ou sliters; Estampagem do “blank” (opcional); Estampagem da peça; Estampagem de orifícios (opcional); Estampagem (remoção) da rebarba (quando necessário);

As diferentes operações de estampagem podem assumir as seguintes denominações:

3) CLASSIFICAÇÃO DAS OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM: As operações que podem ser executadas através do processo de estampagem são: • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Furação; Corte; Dobra; Cunhagem; Recalcamento; Repuxamento; Endireitamento; Recorte; Puncionamento; Seccionamento; Cisalhamento; Aparamento; Rebarbamento; Curvamento; Enrolamento; Encravamento; Estiramento; Trefilamento;


Figura 1.1 – Operações típicas de estampagem.

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CAPÍTULO II ESTAMPAGEM DE CORTE 1) OPERAÇÃO: A estampagem de corte consiste na produção de um “blank” (disco plano) ou mesmo na operação de corte ou furação da peça. Neste processo uma lâmina (ou tira) metálica é intensamente deformada plasticamente até o ponto em que se rompe nas superfícies em contacto com a ferramenta (tesoura). A separação ocorre como resultado da propagação da fratura inicial provocada pela ferramenta. A espessura que deve ser penetrada pelo punção da ferramenta a fim de produzir o corte total está diretamente relacionada com a ductilidade do material, da seguinte forma: • •

MATERIAL FRÁGIL = uma pequena espessura deverá ser penetrada; MATERIAL DÚCTIL = a penetração pode ser ligeiramente superior à espessura da chapa.

2) FERRAMENTA DE CORTE: A ferramenta de estampagem por corte possui a seguinte forma:

Figura 2.2 – Ferramenta de estampagem por corte.


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Nota-se que tanto o punção como a matriz apresenta ângulos retos, formando justamente o efeito faca que irá permitir o corte do material. Uma ferramenta de corte, dependente de sua complexidade ou aplicação, é composta pelas seguintes partes: •

•

•

•

•

•

•

BASES = onde são montados e fixados os estampos e os demais componentes da ferramenta, no sentido de permitir sua correta centralização. Sempre existem dois estampos o superior que é móvel e o inferior que é fixo; COLUNAS GUIA = é por meio destas que é realizável o deslocamento da parte móvel do estampo e que ao mesmo tempo sustentam o conjunto de estampo; MACHOS OU PUNCÕES = são as partes móveis do estampo, com formatos diversos, que entram em contato com a peça, conformando-a. Define a parte interna da peça. FÊMEA OU MATRIZ = é onde se encontra entalhada a figura da peça que se quer formar e define a parte externa da peça. A matriz normalmente é fixa e faz a função de apoiar a peça. GUIAS = são utilizados para conduzir o material a ser estampado em direção a matriz. São constituídos por tiras de aços separados entre sí pela distância equivalente à largura do material a ser estampado EXTRATORES = são sistemas ou pinos que trabalham tanto internamente como externamente à matriz, que atuam no momento de retrocesso do martelo da prensa, com a função de extrair a peças da matriz; PLACA PORTA PUNÇÕES = tem a função fixar e posicionar os punções e ajudar a retirá-los da matriz quando o estampo abrir.


FORMA DA FERRAMENTA:

Figura 3.6 – Esboço de uma ferramenta de conformação por repuxo.

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DESENHO DA FERRAMENTA:

Figura 3.7 – Desenho mostrando detalhes de uma ferramenta de repuxo.

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3) CARACTERÍSTICAS DA FERRAMENTA: 3.1) BORDAS: No caso de ferramentas de conformação, as bordas tanto do punção como da matriz possuem os cantos arredondados, até para favorecer a conformação, enquanto nas ferramentas de corte as bordas dos punções e matrizes têm canto vivo e são afiados, para favorecer a ruptura do material;

3.2) FOLGAS: A folga entre as bordas cortantes da matriz e do punção é expressa por uma porcentagem da espessura da chapa como: Metais moles (latão e aço recozido) = 20 % • • Aço semi-duro = 16% Aço duro = 14% • A folga pode provocar: • • •

QUANDO CORRETA = produzirá cortes perfeitos; QUANDO EM EXCESSO = ocasionará rebarbas e distorções do material; QUANDO INSUFICIENTE = provocará a formação de degraus e exigirá elevadas pressões de corte, além de poder prejudicar a ferramenta;

A distância entre as lâminas ou entre o punção e a matriz na ferramenta de corte é importante pois: •

•

•

SE FOREM ADEQUADAS = as trincas de inicial nas bordas das lâminas (duas bordas – inferior e superior) e se propagam através da sua espessura encontrando-se uma com a outra próxima à região central, gerando uma superfície de corte lisa e bem acabada; SE FOR INSUFICIENTE = neste caso a superfície da fratura é áspera e a energia despendida no corte ser maior, além do maior risco de desgaste e lascamento da aresta de corte da ferramenta; SE FOR EXCESSIVA = maior será a distorção da aresta de corte e a energia envolvida na deformação será maior, pois maior a quantidade de metal que ira ser deformado antes de ocorrer a fratura. Adicionalmente também haverá uma maior propensão de formação de rebarbas, o que é crítico em algumas aplicações.


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Figura 2.3 – Início e propagação do corte.

Figura 2.4 – Ferramenta de corte mostrando folga: a)ideal, b)insuficiente e c)excessiva. 3.3) ANGULO DE DESPRENDIMENTO: Para evitar que a peça fique pressa dentro da matriz após o corte, todo o contorno interno da matriz deve aumentar, através de um ângulo de saída. Este ângulo deve variar de 0,25 a 2,5 graus.


3.4) UTILIZAÇÃO RACIONAL DA CHAPA:

Figura 2.5 – Disposição de esboço de estampagem, definido por dois pares de punções e matrizes, em posições invertidas. 4) TIPOS DE FERRAMENTAS: 4.1) ESTAMPO SIMPLES DE CORTE:

Figura 2.6 – Ferramenta de estampo simples de corte.

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4.2) ESTAMPO ABERTO COM GUIA PARA O PUNÇÃO:

Figura 2.7 – Ferramenta de estampo aberto com guia para punção.

4.3) ESTAMPO FECHADO COM GUIAS PARA O PUNÇÃO E PARA A CHAPA:

Figura 2.8 – Ferramenta de estampo com guias para punção e para a chapa.

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4.4) ESTAMPO ABERTO COM COLUNAS DE GUIA:

Figura 2.9 – Ferramenta de estampo aberta com colunas guia. 4.5) ESTAMPO PARA FURAR PEÇAS JÁ RECORTADAS:

Figura 2.10 – Ferramenta de estampo para furar peças já recortadas.

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4.6) ESTAMPO ABERTO COM SUJEITADOR GUIADO POR COLUNAS:

Figura 2.11 – Ferramenta de estampo aberto com sujeitador guiado por colunas. 4.7) ESTAMPO ABERTO COM SUJEITADOR E PORTA-PUNÇÃO GUIADO POR COLUNAS:

Figura 2.12 – Ferramenta de estampo aberto com sujeitador e porta-punção guiado por colunas.


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5) CÁLCULO DA FOLGA DA FERRAMENTA DE CORTE: Quando da operação de corte com ferramentas de estampagem deve-se considerar que o punção e a matriz fazem o trabalho semelhante à de uma tesoura. Para que o corte ocorra com a eficácia, acabamento e precisão desejada é necessário observar dois aspectos fundamentais entre os elementos cortantes, ou seja, entre o punção e a matriz: Afiação; • Folga. • Para entender um pouco mais este efeito devemos entender as etapas do processo de corte: •

•

•

• •

ETAPA I = ao descer o punção entra em contacto com a chapa e a comprime contra a matriz; ETAPA II = inicia-se a deformação elástica do material junto à região de contacto da ferramenta; ETAPA III = inicia-se a deformação elástica das regiões em contacto com as hastes cortantes da ferramenta; ETAPA IV = inicia-se a formação de trinca em ambos os lados da chapa; ETAPA V = com o movimento do punção as trincas se propagam e ocorre a ruptura total da seção.

Para obtermos cortes de aspecto bonito, sem rebarbas e com precisão é necessário que as trincas se iniciem junto ao fio de corte da ferramenta e se encontrem no centro da chapa. Isto só acontece se a ferramenta estiver afiada e a folga entre o punção e a matriz for adequada. A folga é determinada em função de: • •

•

ESPESSURA DA CHAPA = quanto maior a espessura maior a folga necessária; TIPO DE MATERIAL = materiais dúcteis exigem menor folga e materiais frágeis maior; TOLERÂNCIA DESEJADA NO PRODUTO = quanto menor as tolerâncias menores deverão ser as folgas envolvidas.

Figura 2.13 – Esquema mostrando a formação e a propagação da trina.


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É importante considerar que as matrizes determinam as dimensões externas de uma peça, enquanto o punção determina as dimensões internas dos furos; isto quer dizer que nas operações de corte os punções serão minorados da folga, enquanto nas operações de furação as matrizes serão majoradas da folga. Quando da determinação das dimensões do punção e da matriz, em relação à tolerância do produto, deve-se considerar que as matrizes de corte terão as dimensões correspondentes ao limite inferior da tolerância da peças, enquanto os punções de furação terão as dimensões correspondentes ao limite superior da tolerância da peça. Se as tolerâncias do produto não forem estabelecidas as matrizes de corte serão diminuídas de 0,1mm, enquanto os punções de furação serão aumentados de 0,1mm.

5.1) DETERMINAÇÃO DA FOLGA EM FUNÇÃO DA ESPESSURA: Para peças pequenas e chapas muito finas praticamente não existe folga entre o punção e a matriz, porém para chapas mais grossas a folga é apreciável e pode seguir a seguinte orientação em função da espessura (E) da chapa: • • •

E/20 = para aço carbono de baixo teor de carbono, latão e similares; E/16 = para aços de médio teor de carbono; E/14 = para aços mais duros.

Portanto a folga é maior para chapas de aços mais duros.

5.2) DETERMINAÇÃO DA FOLGA EM RELAÇÃO À RESISTÊNCIA AO CORTE: Tabela 2.I – Valores de folga em função do tipo de acabamento, da precisão desejada e da resistência ao cizalhamento do material. FOLGA EM % DA ESPESSURA QUALIDADE DE TRABALHO

EXATO NORMAL GROSSEIRO

RESISTÊNCIA AO CORTE (Kgf/mm2) 500 a 1500 1500 a 3000 > 3000 3,5 4,5 5,5 4,5 6,0 7,5 6,5 9,0 11,1


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Tabela 2.II - Classificação dos materiais em relação a folga e a resistência ao corte. GRUPO

FOLGA (% espessura)

MATERIAL

0

3,0

1

4,5

2

6,0

3

7,5

Especial

2 a 10

Alumínio duro Zinco macio Zinco duro Cobre macio Latão macio Duralumínio Cobre duro Latão duro Bronze laminado macio Prata macia Alpaca macia Chapa para repuxo Aço carbono 0,1% Aço carbono 0,2% Aço carbono 0,3% Aço carbono 0,4% Aço carbono 0,6% Aço silício Aço inoxidável Alpaca dura Bronze laminado duro Prata dura Aço carbono 0,8% Aço carbono 1,0% Aço inoxidável 18-8

RESISTÊNCIA AO. CIZALHAMENTO (Kgf/mm2) 13 a 16 12 20 18 a 22 22 a 30 38 25 a 36 35 a 40 32 a 40 28 a 36 28 a 36 30 a 35 25 a 32 32 a 40 36 a 48 45 a 56 56 a 72 45 a 56 52 a 56 46 a 50 40 a 60 45 a 60 72 a 90 80 a 105 70 a 80


Figura 2.14 – Determinação da folga em função da espessura da chapa.

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6) CÁLCULO DA FORÇA DE CORTE: A força necessária para promover o corte do material num processo de estampagem deve ser a suficiente para promover a ruptura do material e é calculada a partir da seguinte equação:

FC >= P . E . TR onde: FC = Força de corte (Kgf); P = Perímetro do material a ser cortado na operação (mm); E = Espessura da chapa a ser cortada (mm); TR = Tensão resistente de cizalhamento ou corte (Kgf/mm 2).

Figura 2.15 – Determinação do perímetro de corte. Quando o valor da tensão de cisalhamento (TC) não é conhecido pode ser estimada através do valor da tensão de ruptura (TR), a partir da seguinte fórmula:

TC = (3/4 a 4/5) TR O corte por estampagem de chapas de pequena espessura (2 a 3 mm) normalmente ocorre sem maiores inconvenientes e é perfeito sem rebarbas, desde que seje respeitado as folgas e a afiação da ferramenta, no entanto, o mesmo não ocorre em chapas mais grossas pois o punção promove o cisalhamento até 1/3 ou no máximo até 1/2 da espessura e depois arranca o restante do material, deixando as paredes do corte mais ásperas e com rebarbas.


Tabela 2.III – Valor da tensão de cisalhamento para diversos materiais metálicos. MATERIAL

CONDIÇÃO

Aço laminado

0,10% C 0,2% C 0,30% c 0,40% C 0,60% C 0,80% C 1,00 % C Inoxidável Silício

Alumínio Alpaca Prata Bronze fosforoso Duralumínio Latão Chumbo Cobre Estanho Zinco

Liga CU-Ni-Zn

TENSÁO CISALHAMENTO (Kgf/mm2) BRUTO RECOZIDO 32 25 40 32 48 36 56 45 72 56 90 72 105 80 60 52 56 45 13 a 16 7a9 45 a 46 28 a 36 23,5 40 a 60 32 a 40 38 22 35 a 40 22 a 30 2a3 25 a 30 18 a 22 3a4 20 12

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CAPÍTULO III ESTAMPAGEM DE REPUXO 1) OPERAÇÃO DE REPUXO: A operação de conformação e repuxo é utilizada para modelar chapas planas em artigos com as formas mais diversas. A estampagem é feita geralmente a partir do “blank” obtida na estampagem de corte abordada anteriormente. Este “blank”, de tamanho e forma adequada a peça que irá ser estampada, é comprimida para dentro de uma matriz através de um punção, adquirindo a sua forma.

Figura 3.1 – Operação de conformação por estampagem. As operações que podem ser realizadas através da conformação são mostradas na figura a seguir:


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Figura 3.2 – Operação de estampagem: a)peça simplesmente curvada, b)peça com flange estirado, c)peça com flange contraído, d)peça com seção curva, e)peça com embutimento profundo e f)peça corrugada. 2) SOLICITAÇÕES ENVOLVIDAS: Dependendo da peça que está sendo estampada, podem surgir diferentes tipos de esforços, que podem trazer resultados diversos tanto sobre a peça como sobre o comportamento da ferramenta.

Figura 3.3 – Operação de conformação, mostrando os tipos de solicitações envolvidas.


Figura 3.4 – Tipos de esforços envolvidos na peça durante a conformação.

Figura 3.5 – Variação do esforço de estampagem durante a conformação.

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3) FERRAMENTA DE REPUXO: 3.1) TIPOS DE FERRAMENTAS: A operação de repuxo consiste em transformar dimensionalmente uma chapa plana em um corpo, peça ou componente, com dimensões tridimensionais. As ferramentas de conformação podem ser classificadas em relação a:

a) COMPLEXIDADE: •

•

•

•

• •

SIMPLES = para pequenas seriações de peças ou itens pouco complexos para operações simples. São ferramentas baratas, facilmente amortizáveis; COMPLEXAS = ferramentas para conformação de peças com geometrias mais complexas ou grandes seriações de peça, com o objetivo de reduzir o tempo de operação e o custo; SERIADAS = conjunto de ferramentas, cada qual fazendo uma operação específica que trabalham de forma sincronizada e em série. Sistema “transfer”, para peças que envolvem um grande repuxo e seriações muito grandes. OPERAÇÕES MÚLTIPLAS = a operação de conformação pode ser feita em uma só operação em peças simples onde a relação altura diâmetro não for muito grande, no entanto, quando se tem uma peça muito complexa e principalmente quando a relação entre o diâmetro do corpo e sua altura for maior que 1/3, a operação de conformação deve ser realizada em diversas etapas. COMBINADAS = executam duas ou mais operações ao mesmo tempo; PROGRESSIVAS = executam operações que se sucedem com o avanço da fita;

b) RECURSOS TÉCNICOS DISPONÍVEIS: • • • • • •

Possuem guias para chapa; Possuem guias para os punções; Possuem guias para o cabeçote; Possui faca de avanço; Possui facas auxiliares para o corte de sobra; Possuem automatismo de alimentação.

c) PRODUÇÃO: Pequena; • Média; • Grande. • d) TIPO DE PEÇA: • Peças e componentes metálicos; Guarnições de amianto e cobre = arruelas, juntas, etc •


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3.2) CARACTERÍSTICAS DAS FERRAMENTAS: As ferramentas de conformação apresentam as seguintes particularidades: •

•

•

•

BORDAS = as bordas das ferramentas, tanto o punção como a matriz, possuem bordas arredondadas para facilitar a conformação sem ruptura do material. PRENSADOR DE CHAPAS = na operação na qual a chapa plana na forma de um disco é repuxada em um mesmo sentido a fim de assumir a forma de um cilindro, deve-se exerce pressão contra a borda do disco atreves de um anel. Isto é feito para garantir o repuxo adequado do material e principalmente se evitar a formação de rugas sobre o corpo estampado SAÍDAS DE AR = na operação de repuxo, em função das grandes pressões envolvidas, a chapa tende a aderir sobre o punção, aprisionando uma certa quantidade de ar que pode dificultar a finalização da operação. Por outro lado, também pode ocorrer a formação de vácuo entre o punção e a peça, o que dificulta a extração. Estes inconvenientes podem ser eliminados adicionando-se furos de saída de ar em posições adequadas do macho. ANTI-RUGA = geralmente é necessária uma pressão de fixação ou ação de grampos para comprimir as bordas do “blank” contra a matriz, a fim de evitar a formação de rugas na chapa ou na peça estampada, provocando acabamento superficial ruim. Isto é feito através de um dispositivo especial “anti-rugas” ou “anel de fixação”.

3.3) REQUISITOS ENVOLVIDOS NAS FERRAMENTAS: Os requisitos das ferramentas de estampagem, principalmente os punções e as matrizes são: •

•

•

RIGIDEZ = devem possuir resistência mecânica suficiente para resistir aos elevados esforços aplicados sem romper bem como não se deformarem, principalmente plasticamente, caso contrário podem prejudicar seu funcionamento e até levar à sua ruptura. ELEVADA RESISTÊNCIA AO DESGASTE = as ferramentas trabalham o tempo todo sob elevado atrito, devendo resistir ao desgaste, caso contrário, o arrancamento do material da superfície pode prejudicar tanto a precisão dimensional da ferramenta como a sua rugosidade, provocando a aderência do material que está sendo estampado, afetando a precisão dimensional, o acabamento e a qualidade da peça. Este aspecto é mais crítico nas ferramentas de corte as quais devem manter o fio nas arestas cortantes, caso contrária, perdem seu efeito de corte e a sua funcionalidade. RESISTÊNCIA AO IMPACTO = as ferramentas estão sujeitas a certos impactos durante sua operação e devem resisti-los para que não quebrem. Este aspecto também é mais crítico nas ferramentas de corte, pois a aresta de corte é formada por um canto vivo e pode se lascar facilmente, inutilizando a ferramenta.


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CAPÍTULO IV FERRAMENTAS DE REPUXO 1) FERRAMENTAS DE ESTAMPAGEM: 1.1) FERRAMENTA SIMPLES E COM SUJEITADOR:

Figura 4.1 – Ferramenta de repuxo simples, mostrando a aba corrugada e com sujeitador, com aba lisa.


1.2) REPUXO COM PRENSAS SIMPLES:

Figura 4.2 – Ferramenta de repuxo simples.

Figura 4.3 – Formação da aba com uma ferramenta simples

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1.3) REPUXO COM PRENSAS DE DUPLO EFEITO:

Figura 4.5 – Ferramenta de repuxo com sujeitador.

Figura 4.6 – Formação da aba com uma ferramenta dotada de sujeitador.

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1.4) FERRAMENTA DE REPUXO POR INVERSÃO: Este processo consiste num de repuxo profundo que vira de avesso a peça em cada estágio, visando modificar o fluxo de linhas de conformação adquirida na operação anterior. Com o processo de inversão as fibras muito solicitadas que, por exemplo, foram tracionadas em uma operação serão comprimidas na operação seguinte, evitando o aumento da tensão que poderia levar a ruptura. As peças obtidas por este processo apresentam espessura uniforme e podem ser obtidas em menos etapas que o repuxo normal além de dispensar recozimentos intermediários.

Figura 4.7 – Ferramenta de repuxo com inversão.


Figura 4.8 – Estampagem de repuxo com reembutimento.

Figura 4.9 – Estampagem de repuxo com embutimento com inversão.

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2) FERRAMENTA COM OPERAÇÕES COMBINADAS: 2.1) FERRAMENTA DE CORTE E REPUXO COMBINADAS:

Figura 4.10 – Ferramenta de repuxo com operações combinadas. Neste sentido podem existir: • • • • •

Ferramenta de simples repuxo; Ferramenta de corte e repuxo; Ferramenta de corte, repuxo e corte; Ferramenta de corte, repuxo e furação; Ferramenta de corte, repuxo, nervuramento e furação;

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2.2) FERRAMENTA PARA FURAÇÃO LATERAL:

Figura 4.11 - Ferramenta mostrando detalhe de furação lateral. 2.3) OPERAÇÃO DE DOBRA COM FERRAMENTA SIMPLES:

Figura 4.12 – Ferramenta de estampagem de dobramento simples.

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2.4) OPERAÇÃO DE DOBRA COM FERRAMENTA COMBINADA (corte e dobra):

Figura 4.13 – Ferramenta de operação combinada de corte e dobra. 2.5) FERRAMENTA PARA CORTAR, FORMAR E FURAR:

Figura 4.14 – Ferramenta de operação combinada de cortar, formar e fura.

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2.6) FERRAMENTA PARA ABAULAR:

Figura 4.15 – Ferramenta de abaulamento. 2.7) FERRAMENTA PARA NERVURAR:

Figura 4.16 – Ferramenta para nervurar.

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Reforços para dobra

Formato de nervuras

Figura 4.17 – Reforços para dobras e formato de nervuras. 3) FERRAMENTAS ESPECÍFICAS: E SPECÍFICAS: 3.1) ESTAMPAGEM DE GUARNIÇÃO DE ARRUELA OU JUNTA:

Figura 4.18 – Ferramenta de estampagem de uma arruela.

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3.2) ESTAMPAGEM DE GUARNIÇÃO UMA PEÇA DOBRADA:

Figura 4.19 – Ferramenta para estampagem de borda dobrada. 3.3) ESTAMPAGEM PARA CONFORMAÇÃO CÔNICA POR REPUXAMENTO:

Figura 4.20 – Ferramenta de estampagem cônica

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3.4) ESTAMPAGEM DE CONFORMAÇÃO CÔNICA POR REFILE E FURAÇÃO:

Figura 4.21 – Ferramenta de conformação cônica, refile e furação. 3.5) ESTAMPAGEM DE REPUXO E TREFILAÇÃO:

Figura 4.22 – Ferramenta de estampagem de repuxo e trefilação.

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40

A trefilação consiste no adelgaçamento da espessura das paredes cilíndricas de uma cápsula previamente repuxada, por meio de sucessivas passagens através de matrizes com furos menores do que o diâmetro externo da cápsula.A redução depende da espessura e da conformabilidade do material, mas pode chegar até 35%.

Figura 4.23 – Ferramenta mostrando o detalhe da trefilação. 3.6) ESTAMPAGEM POR EXTRUSÃO: O processo consiste em extrudir ou “expulsar” o material plástico contido dentro de uma matriz, por intermédio de um punção. Quanto maior a plasticidade do material mais fácil será a extrusão. Materiais dúcteis são mais indicados para este processo, como o Pb, Sn, Cu e Al e suas ligas. É possível com este processo obter peças com espessura de até 0,1mm.

Figura 4.24 – Ferramenta de estampagem por extrusão.


Figura 4.25 – Ferramenta mostrando o detalhe da conformação por extrusão.

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3.7) ESTAMPAGEM POR REPUXO PROFUNDO:

Figura 4.26 – Ferramenta de repuxo profundo.

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3.8) ESTAMPAGEM POR ABAULAMENTO:

Figura 4.27 – Ferramenta de estampagem por abaulamento.

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3.9) FERRAMENTA PARA FLANGEAR E AFUNILAR:

Figura 4.28 – Ferramenta para flangear e afunilar.

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4) FERRAMENTA PARA ESTAMPAGEM PROGRESSIVA:

Figura 4.29 – Ferramenta para estampagem progressiva.

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Figura 4.30 – Ferramenta de estampagem progressiva.

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CAPÍTULO V EQUIPAMENTOS DE ESTAMPAGEM 1) CLASSIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS: As operações de estampagem, tanto de corte como de conformação, são realizadas através de prensas, que podem ser classificadas da seguinte forma: • •

• •

• •

DE FRICÇÃO EXCENTRICAS = cada prensa, em função de seu tamanho, possui uma capacidade máxima de carregamento, que é aquela desenvolvida no final do percurso. Apesar disto a força útil fornecida pela prensa varia com a posição da manivela e depende do ângulo X. MECÂNICAS HIDRÁULICAS = são equipamentos de construção robusta, com movimentos precisos e guiamento perfeito para garantir o compartilhamento das forças com os rigores das tolerâncias envolvidas. São construídas com grande rigidez, movimentos exatos e velocidades ajustáveis, permitindo adequação ao tipo de peças e produção superior. Podem ser de simples efeito e de duplo efeito; MANIVELA; DE JOELHO;

2) PRENSA DE FRICÇÃO:

Figura 5.1 – Prensa de fricção.


3) PRENSA EXCÊNTRICA:

Figura 5.2 – Prensa excêntrica de pequena capacidade (10 a 100 t). 4) PRENSA MECÂNICA:

Figura 5.3 – Prensa mecânica de pequena capacidade.

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Figura 5.4 – Prensa mecânica de grande capacidade (500 a 1500 t). 5) PRENSA HIDRÁULICA:

Figura 5.5 – Prensa hidráulica tipo “C” (capacidade de 4 a 40 t).

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Figura 5.6 – Prensa hidráulica de repuxo.

Figura 5.7 – Prensa hidráulica de simples efeito (250 t).

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Figura 5.8 - Prensa hidráulica de duplo efeito (800 + 400 t).

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52

CAPÍTULO VI PARÂMETROS DO PROCESSO DE ESTAMPAGEM 1) CÁLCULO DA FOLGA DA FERRAMENTA DE REPUXO: A folga entre o punção e a matriz numa ferramenta de repuxo deverá permitir um escoamento adequado do material sem a formação de rugas ou diminuição da espessura. Pelo menos para chapas finas esta folga deverá ser igual a espessura do material. Para chapas grossas deverá ser igual a espessura da chapa mais 20% do valor da tolerância máxima de especificação. EXEMPLO = chapa com espessura 2,0 mm com uma tolerância de +- 0,1mm. A folga deve ser : 2,1 + 0,2 . 0,1 = 2,12 mm Deve-se considerar que Se a folga for pequena = a chapa rasgará; • Se a folga for muito grande = ocorrerá a formação de rugas ou descentralização do • repuxo; Na prática admite-se que: Para o Al, Ag e Cu................. f = 1,1 a 1,15 da espessura • Para o aço e o duralumínio.... f = 1,2 da espessura • A folga também é dada pela equação (F = espessura + z), onde “z” é dada pela curva a seguir em função da espessura.

Figura 6.1 – Gráfico mostrando a variação da constante “z” para cálculo da folga em função da espessura.


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2) CÁLCULO DAS FORÇAS DE CONFORMAÇÃO: 2.1) FORÇA DE CORTE DA CHAPA (Fc): Fc = p . e . Rc. Fs Onde: p = Perímetro da chapa (plana); e = Espessura da chapa; Rc = Resistência ao cisalhamento do material (cerca de ¾ a 4/5 da resistência à tração); Fs = Fator de segurança

2.2) FORÇA DE DOBRAMENTO DA CHAPA (Fd): Fd = ( 2 . Rd . b . e2 ) / 3 . L Rd = Resistência ao dobramento completo do material na ferramenta (cerca de duas vezes a resistência à tração); b = Largura da chapa; L = Distância entre apoios; 2.3) FORÇA MÁXIMA ESTAMPAGEM PROFUNDA (Fe max.): Embutimento de um corpo a partir de um disco:

Fe max. = 2 π r . e . Rm . ln (ro/r) onde: ro = raio do disco inicial; r = raio do copo; Rm = Resistência média à deformação Durante a operação de conformação o corpo é inicialmente deformado elasticamente e após plasticamente, até obter a formato final. Pode-se calcular a tensão radial de tração (TT) de um corpo “’S” durante a operação de repuxo através da seguinte equação:

TT = K . ln (D / d) Onde: TT = Tensão de tração; K = Resistência unitária real de repuxo; D = Diâmetro do disco; d = Diâmetro do punção; Deve-se considerar que a tensão necessária para promover a deformação varia de acordo com o tipo de secção e que para haver um repuxo ou uma deformação permanente é necessária que ela ultrapasse a tensão de escoamento do material, mas não a tensão de ruptura, pois neste caso


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haveria ruptura. Quanto maior a relação D/d maior a força necessária para se promover a conformação, por isto deve-se controlar o valor da tensão realizando-se o repuxo em várias etapas, mantendo-se a relação D/d baixa, para não se correr o risco de ruptura do material. Durante o repuxo deve-se considerar as seguintes forças: Força de repuxo; • Força para vencer o atrito; • Esforços de dobra. •

Figura 6.2 – Ferramenta de repuxo mostrando a relação entre o diâmetro do disco (D) e da pela estampada (d) 2.4) FORÇA DE REPUXO: As forças de repuxo, para peças cilíndricas, pode ser calcula a partir da seguinte fórmula:

FR = Pi . d . e . TT = Pi . d . e . k . ln (D/d) A força de repuxo é nula quando D=d e é máxima quando D=Do, por isto ela é máxima no início do ciclo, diminuindo gradativamente durante a operação e se anula no final da operação. Na prática a força de repuxo cilíndrica é dada pela fórmula abaixo

FR = K . Pi . d . e . TT Onde: FR = Força de repuxo; K = Fator de correção (ver tabela a seguir);


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d = Diâmetro do punção; e = Espessura da chapa; TT = Tensão de tração. Tabela 6.I – Valor do coeficiente “K” em função da relação “d/D”. d/D 0,550 0,575 0,600 0,625 0,760 0,675 0,700 0,725 0,750 0,775 0,800

K 1,00 0,93 0,86 0,79 0,72 0,66 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40

Para o cálculo da força de repuxo para peças não cilíndricas deve-se usar a mesma fórmula acima substituindo o Pi.d pelo valor do perímetro da seção da peças. A força de repuxo depende de muitos fatores. A fórmula acima nos dá apenas um valor aproximado, por isso, deve-se trabalhar dentro de um fator de segurança, aumentando-se o valor calculado entre 20 e 30%.

2.5) FORÇA DE ATRITO: A força de atrito age de forma contrária à força de repuxo, onde é nula no início, mas atinge um valor máximo no final da operação devido à pressão elástica que a peça repuxada exerce sobre as paredes da matriz. As perdas por atrito podem ser diminuídas através de: • • •

Fazendo-se sujeitadores e matrizes perfeitamente lisos; Dando uma folga adequada entre o punção e a matriz; Lubrificando-se as superfícies em contato da chapa e a matriz, por intermédio de lubrificantes apropriados, como mostrado na tabela a seguir.


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Tabela 6.II – Lubrificantes utilizados na conformação. MATERIAL DA CHAPA Aços Alumínio e sua ligas Zinco, estanho, chumbo e metal branco. Cobre, bronze e latão. Aço inox

LUBRIFICANTE Sabão em pasta – óleo de rícino talco – emulsões de óleos minerais. Querosene – óleo de coco – vaselina – sebo – óleo grafitado. Sebo. Óleo mineral grosso – pasta de sabão com água – petróleo grafitado. Água grafitada.

2.6) FORÇA DO SUJEITADOR DE UMA ABA CIRCULAR (Fs): Fs = π . ( ro2 - r2 ) . Os Onde: Os = pressão de sujeição (100/200 Mpa para o aço e 80/100 Mpa para o alumínio, em superfícies lubrificadas); A determinação da pressão ou força do sujeitador é importante, pois: • •

Uma força excessiva = favorece o rasgamento da chapa; Uma força insuficiente = favorece a formação de rugas.

Numa aproximação a força do sujeitado (FS) pode ser determinada em função da força de repuxo (FR), através da seguinte equação:

FS = 0,3 FR Deve-se considerar que quanto menor for a espessura da chapa maior deverá ser a pressão. A força do sujeitado também pode ser calculada por:

FS = SS . p Onde: SS = Seção da superfície de sujeitação; p = Pressão específica do sujeitador (ver tabela a seguir).


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Tabela 6.III – Tensões de ruptura e pressões específicas dos sujeitadores. MATERIAL Aço para repuxo profundo Aço para repuxo comum Cobre Latão Alumínio Ligas de Al-Mg Ligas de Al-Mg-Si

TENSÃO DE RUPTURA (Kg/cm2) 3400 a 4200 3700 a 4500 220 a 4000 2900 a 4100 1000 a 1200 1600 a 1800 1000 a 1100

PRESSÕES ESPECÍFICAS (Kg/cm2) 0,17 a 0,25 0,19 a 0,29 0,11 a 0,24 0,14 a 0,24 0,05 a 0,08 0,08 a 0,11 0,06 a 0,07

2.7) EXERCÍCIO: Considere que tenha que ser estampado um disco de 25 mm de diâmetro em uma chapa de um aço SAE 1010/20, com 1,5 mm de espessura e 2.000 mm de comprimento. Se a folga entre as figuras estampadas for de 2,5 mm, determinar: • • • •

A largura da chapa; A distribuição das peças na chapa; A força necessária de corte; O rendimento de estampagem.

DISTRIBUIÇÃO DE FIGURAS: 2,5 mm

2,5 mm

LARGURA DA CHAPA: NÚMERO DE PEÇAS:

L = 25 + 2,5 + 2,5 = 30 mm N = (2000 – 2,5) / (25,0 + 2,5) = 72 peças

FORÇA DE CORTE: FC = Tr x E x P x Fs = 40 x 1,5 x 3,14 x 25 x 1,2 = 5.659 Kg


FC = Força de corte (Kg) E = Espessura (mm) P = Perímetro (mm) Fs = Fator de segurança (tabelado) RENDIMENTO DA CHAPA:

Área do círculo : A = 3,14 x 25 2 / 4 = 491 mm 2 Área estampada : AE = 72 peças X 491 = 35.343 mm2 Área total da chapa : AT = 30 x 2000 = 60.000 mm2 Rendimento: R = 35.343 / 60.000 x 100% = 58,9 %

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3) DETERMINAÇÃO DO TAMANHO DO DISCO DE REPUXO: O tamanho do disco de repuxo pode ser calculado com auxílio das fórmulas contidas na tabela a seguir.

Tabela 6.IV – Fórmulas para cálculo dos discos de repuxo circulares.


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4) DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE OPERAÇÕES DE REPUXO: Para se evitar alongamentos excessivos, rasgos e fortes encruamentos que levariam à rejeição do produto, é necessário repuxar o material de forma gradativa, em etapas, até se atingir o formato final desejado. Para o repuxo de peças cilíndricas o número de operações necessárias para conformar a peça normalmente é definido em função da relação entre a profundidade de repuxo e o diâmetro Para o primeiro repuxo, partindo-se de um disco plano, tem-se:

D1 = K . D Onde: d1 = diâmetro da peça após o primeiro repuxo; D = diâmetro do disco plano; K = Coeficiente de repuxo. Para o segundo repuxo tem-se:

d2 = K´ d1 Onde: d2 = diâmetro da peça após o segundo repuxo; K´ = coeficiente para a segunda operação. Para o terceiro repuxo em diante tem-se:

d3 = K´ d2 Onde: d3 = diâmetro da peça após o segundo repuxo; K´ = coeficiente para a segunda operação.


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Tabela 6.V – Coeficientes de repuxo.

Para os repuxos com diâmetros maiores que 70 mm e espessura da chapa maior que 2 mm obtêmse mais facilmente por meio de repuxos cônicos intermediários.

Figura 6.3 – Repuxos cônicos intermediários.


ETAPAS DE REPUXOS CÔNICOS INTERMEDIÁRIOS:

Figura 6.4 – Etapas de estampagem para a obtenção de uma peça cônica a partir de um disco.

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5) UTILIZAÇÃO RACIONAL DA CHAPA: É necessário realizar-se um estudo preliminar para um aproveitamento racional da chapa de aço, no sentido que seje evitado desperdício de material, com sobras e aparas, o que certamente aumentará o custo do produto. Uma boa disposição também proporciona peças com um melhor acabamento, melhor qualidade e simplificação das operações de estampagem.

Figura 6.5 – Figura mostrando uma disposição menos (1) e mais econômica (2) da chapa.

Figura 6.6 – Exemplo de onde é conveniente cortar a tira primeiro de um lado e depois do outro.


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Figura 6.7 – Operação em que é necessário virar a tira de ponta cabeça ou operar com dois punções alternados.

Figura 6.8 – Casos em que é conveniente alterar levemente o formato ou as dimensões da peça. 6) DEFEITOS TÍPICOS EM PEÇAS ESTAMPADAS: Os defeitos típicos que podem surgir em peças estampadas, associado ao processo de fabricação, são: •

•

RUGAS = são estrias que se formam junto às paredes laterais. Podem ser evitadas ajustando-se a folga entre o punção e a matriz; RASGOS = são descontinuidades ou trinas no material. Podem ser evitadas utilizando-se pressões mais baixas, realizando-se repuxamento em etapas ou em último caso recozendose o material após cada etapa de conformação para se eliminar o encruamento e as tensões internas. A extração da peça também interfere, devendo-se colocar extratores em posições adequadas.


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CAPÍTULO VII MATERIAL DA FERRAMENTA 1) CRITÉRIOS DE ESCOLHA E SELEÇÃO DO MATERIAL: Na escolha do material para confecção da ferramenta de estampagem devem ser considerados os seguintes aspectos: • • • • •

Características e propriedades associadas ao desempenho da ferramenta; Características e propriedades associados a confecção da ferramentas; Disponibilidade e qualidade dos materiais disponíveis; Custo; Aspectos ambientais;

1.1) CARACTERÍSTICAS ASSOCIADAS AO DESEMPENHO DA FERRAMENTA: As características e propriedades associadas ao desempenho da ferramenta estão associados aos requisitos exigidos pela ferramenta e conseqüentemente pelos seus componentes, e estão relacionadas a: •

•

•

RESISTÊNCIA MECÂNICA = deseja-se que os componentes tenham a maior rigidez possível, o que é determinado pela tensão de escoamento do material, pois durante o funcionamento, quando submetidos a cargas, os componentes devem deformar o mínimo possível e que trabalhem estritamente dentro do campo elástico, ou seja, que não sofram qualquer tipo de deformação permanente, no sentido que não tenham a sua precisão dimensional alterada, fundamental para o funcionamento adequado da ferramenta. Quanto a este aspecto o característica normalmente media é a resistência à tração, no entanto, na maioria dos casos, as ferramentas estão muito mais sujeitas aos esforços de compressão; RESISTÊNCIA AO DESGASTE = deseja-se que os componentes tenham a maior vida útil possível, e para isto é fundamental que tenham dureza elevada; RESISTÊNCIA AO CHOQUE OU AO IMPACTO = alguns componentes da ferramenta estão sujeitos ao impacto, devendo portanto serem confeccionados por materiais com elevada tenacidade.

1.2) CARACTERÍSTICAS ASSOCIADAS A CONFECAÇÃO DA FERRAMENTA; As características e propriedades associadas a confecção dos componentes da ferramenta são determinadas por: • •

USINABILIDADE = os componentes necessitam ser usinados para adquirir sua forma; TEMPERABILIDADE = alguns componentes, no sentido de conseguirem dureza para resistir ao desgaste, necessitam ser temperados ou até cementados para obterem a


•

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resistência ao desgaste necessária. É importante que apresentem a maior dureza possível associada a menor deformação possível no tratamento térmico, para que não dificulte o acero final de suas dimensões; SOLDABILIDADE = alguns componentes da ferramenta necessitam ser recuperados, associado a erros durante sus confecção ou mesmo ao desgaste normal durante sua operação. Isto é feito através de solda e reusinagem.

1.3) ASPECTOS ASSOCIADOS A DISPONIBILIDADE: Quanto ao aspecto de disponibilidade devemos consideram os seguintes pontos: ACESSIBILIDADE = existe facilmente disponível no mercado o material especificado, • associado tanto ao tipo, forma e dimensões; QUALIDADE = existe disponível no mercado o material com a constância de qualidade • desejada; PRAZO = é possível adquirir no mercado o material desejado dentro do prazo, de forma • que não irá afetar o tempo para confecção da ferramenta;

1.4) ASPECTOS ASSOCIADOS AO CUSTO; Com relação ao custo deve-se sempre considerar: • •

•

AQUISIÇÃO = o custo de aquisição da matéria-prima dos componentes envolvidos; PROCESSAMENTO = o custo para processar os componentes envolvidos, como usinar, tratar, revestir, polir, etc; DESEMPENHO = o custo benefício associado a vida útil do molde, ou seja, a durabilidade ou o número de peças que seria possível produzir a partir do mesmo.

1.5) ASPECTOS AMBIENTAIS: Com relação aos aspectos ambientais deve-se ter em mente: •

•

RECICLAGEM = possibilidade de reutilização dos componentes do molde após o fim de sua vida útil; SEGURANÇA = não é recomendado a utilização de materiais perigosos que, de alguma forma possam, afetar a segurança ou a saúde das pessoas que irão fabricar ou mesmo utilizar a ferramenta;

2) COMPONENTES DE UMA FERRAMENTA DE ESTAMPAGEM: Uma ferramenta de estampagem é composta de diversos componentes, como mostrado na figura a seguir. Cada componente realiza uma determinada função e, portanto está sujeito a diferentes solicitações, alguma vezes associada a resistência mecânica, resistência ao desgaste ou resistência ao choque, e muitas vezes a todas ao mesmo tempo, o que obviamente dificulta a escolha adequada do material a ser utilizado na sua confecção.


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3) MATERIAIS RECOMENDADOS PARA CONFECÇÃO DOS COMPONENTES: 3.1) PUNÇÃO E MATRIZ: Os punções e as matrizes devem ser fabricados a partir de aços para trabalho a frio, tipo SAE D2, D-6, O-1, S-1 ou outros, que possuem elevado teor de carbono e elementos de liga para garantir a resistência mecânica e a resistência ao desgaste. O principal efeito do carbono é gerar uma grande quantidade de carbonetos completos muito duros, bem como aumentar a dureza da própria matriz martensítico, após tratamento térmico. O efeito dos elementos de liga é, além de possibilitar a formação de carbonetos juntamente com o carbono, melhorar a temperabilidade do material, de forma que possam ser tratados, adquirindo elevada dureza, sem grandes deformações. Depois de fabricadas as ferramentas devem ser necessariamente temperadas e revenidas, atingindo elevadas durezas, normalmente entre 55 e 60 Hrc. Por terem excelente temperabilidade, associada à presença de elementos de liga, quando da tempera os aços para trabalho a frio podem ser resfriados através de meios menos bruscos (óleo ou mesmo ao ar), o que geram menos tensões internas e menores deformações. Após a tempera as ferramentas são acabadas ou afiadas, por retífica, e em seguida ainda podem sofrer um revestimento superficial, através do processo PVD, que consiste na deposição sobre a sua superfície de finas camadas de nitretos de titânio, cromo, alumínio, etc, com o objetivo de elevar sua resistência ao desgaste, permitindo aumentar sua vida útil.

Tabela 7.1 - Requisitos e propriedades envolvidas em uma ferramenta de conformação. OPERA ÇÃO CORTE

CONFORMAÇÃO

REQUISITO OPERAÇÃO SOLICITAÇÃO PRINCIPAL E PRINCI SECUND RD TN DQ SECUND. PAL ÁRIA. Resistência ao Pedaço Percurso M B desgaste e fino curto tenacidade Percurso E B longo Segurança e Pedaço Percurso B E pequeno pesado curto empenamento na Percurso M E tempera longo Resistência ao A frio Percurso M B desgaste curto Percurso E B longo Usinabilidade e A quente Percurso M E E tenacidade curto Percurso M E E longo E = elevada / M = média / B = baixa RD = Resistências ao desgaste / TN = Tenacidade / DQ = Dureza a Quente

AÇO RECOM. W1/ O1/ A2 A2/ D2 / A7/ T1 W1/ S2 / H11 S1 / H11 W1/ O1/ A2 D2 / A7/ T1 W1/ H11 H11


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Tabela 7.II – Composição química típica dos aços ferramenta para trabalho a frio. TIPO (SAE/ABNT) D2 D6 O1 S1 S7 W2

C 1,50 2,10 0,95 0,45 0,50 1,00

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) Mn Cr Mo W 0,30 12,0 0,95 0,30 11,5 0,70 1,25 0,5 0,50 0,30 1,4 0,20 2,00 0,70 3,2 1,40 0,25

V 0,90 0,20 0,12 0,20 0,25

DUREZA (HRc) 56/60 56/62 56/60 54/58 54/58 58/65

Tabela 7.III – Composição química típica dos aços rápidos. TIPO (SAE/ABNT) M35 M42 M32 M2 M7

C 0,92 1,00 1,17 0,90 1,00

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) Cr Mo W V 4,15 5,00 6,30 1,85 3,75 9,50 1,50 1,15 4,25 5,00 6,00 2,80 4,25 5,00 6,00 1,90 3,80 8,70 1,80 2,00

Co 4,80 8,00

DUREZA (HRc) 63/67 64/68 65/67 62/65 63/65

3.2) COLUNAS GUIA E BUCHAS: Para estes tipos de peças normalmente é utilizado aços para cementação, que podem ser dos seguintes tipos:

a) AÇOS AO CARBONO: • • • •

• •

Não apresentam elementos de liga; O teor de carbono varia entre 0,10 e 0,20%; São mais baratos: A presença de manganês entre 0,70 e 1,00%, melhora a usinabilidade, a capacidade de cementar e endurecer, e diminui a tendência de formação de pontos moles; Possuem tenacidade e resistência mecânica razoáveis; Aplicações típicas = pinos, pequenas engrenagens, alavancas, eixos de comando de válvula, fusos, roletes, pequenos mecanismos, peças que não estão sujeitos a solicitações muito severas.


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Tabela 7.IV – Tipos e aplicações típicas dos aços ao carbono típicos para cementação, sem liga. TIPO DE AÇO 1006 1010 1020 1115 1213 12L14 1522

APLICAÇÃO Aplicação de componentes que requerem boa conformabilidade Para aplicação mais comum onde os requisitos envolvidos não são muito exigentes. Aço de baixa temperabilidade, resistência mecânica e tenacidade após TT. Fabricação de peças estruturais em geral. Também utilizada para cementação. Aplicado quando se requer certa usinabilidade. Aplicado quando se requer boa usinabilidade. Quando se requer excelente usinabilidade para fabricação de peças com seriações muito grandes. Aço de baixa temperabilidade, que atinge média tenacidade e elevada soldabilidade. Fabricação de rolos revestidos, eixos flangeados, buchas.

b) AÇOS DE BAIXA LIGA: • • • • • • • •

Apresentam baixo teor de liga, entre 1 a 2 %; Típico das classes ABNT 81XX, 86XX, 87XX, 88XX e 94XX Teor de carbono pode chegar até a 0,40%; Pode-se obter boa temperabilidade mesmo em resfriamento em óleo; Melhora a dureza; Possui apreciável ductilidade no núcleo; Possui boa resistência a tração; Aplicações típicas = engrenagens de transmissão, coroas, pinhões, engrenagens de diferenciais, parafusos, eixos de comandos de válvula, pinos de pistões. Peças da indústria automobilística, tratores, caminhões, aviões, máquinas operatrizes, etc.

Tabela 7.V – Composição química típica dos aços para cementação, com baixo teor de liga. TIPO (ABNT) 8115 8615 8620 8625 8720 8822 94B15

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) C Mn P S Si Ni Cr 0,13/0,18 0,7/0,9 0,35 0,40 0,2/0,4 0,2/0,4 0,3/0,5 0,13/0,18 0,4/0,6 0,4/0,6 0,18/0,23 0,4/0,7 0,20/0,23 0,18/0,23 0,20/0,25 0,8/1,0 0,13/0,18 0,3/0,6 0,3/0,5

Mo 0,08/0,15 0,5/0,20 0,20/0,30 0,30/0,40 0,08/0,15


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c) AÇOS DE MÉDIA LIGA: • • • •

•

•

• • • • • •

Apresentam teor de elemento de liga acima de 2%; Típico das classes ABNT 33XX, 43XX, 46XX e 48XX; Elementos de ligam melhora a temperabilidade do material; Os elementos de liga podem aumentar a dureza da camada cementada por permitir o aumento do teor de carbono nesta região, bem como permitir a formação de carbonetos mais complexos, associado à presença de carbono, molibdênio e manganês; Os carbonetos complexos, por serem mais duros, quando comparado com o carboneto de ferro (cementita – Fe3C), apresentam maior resistência ao desgaste; A presença de elementos de liga favorece a formação de austenita retida na camada que, embora reduza a dureza e a resistência ao desgaste, melhorara a tenacidade da camada; Apresenta elevada resistência mecânica e tenacidade no núcleo; Aplicação típica em peças cementadas com maiores seções; Maior dificuldade de fabricação; Maior dificuldade de tratamento térmico; Maior custo; Aplicações típicas = são as mesmas dos aços de baixa liga, em condições mais severas;

Tabela 7.VI – Composição química típica dos aços para cementação, com alto teor de liga. TIPO (ABNT) 3310 4320 4615 4620 4815 4820

C 0,08/0,13 0,17/0,22 0,13/0,18 0,17/0,20 0,13/0,18 0,18/0,23

Mn 0,4/0,6

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) P S Si Ni 3,25/3,75

Cr 1,4/1,8

Mo

0,035

0,4/0,6

0,2/0,3

0,40

0,2/0,4

1,65/2,00 3,25/3,75

0,5/0,7

3.3) DEMAIS COMPONENTES: Os demais componentes não apresentam elevados requisitos, podendo ser utilizado aços ao carbono, como mostrado na tabela a seguir.


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Tabela 7.VII – Aços ao carbono, tipos e aplicações. TIPO DE AÇO 1045 1060 4130 4140 4340 4350 8630/40

APLICAÇÃO Aço de baixa temperabilidade e tenacidade, que atinge média resistência após TT. Fabricação de peças de grande porte que necessitam boa resistência mecânica e soldabilidade, como eixos e tirantes. Aço de média temperabilidade e alta resistência mecânica após TT. Fabricação de peças que necessitam de boa resistência ao desgaste, como rolos corrugados. Aços de baixa temperabilidade. Combina média resistência com elevada tenacidade após TT. Fabricação de peças de menor tamanho e que exigem boa soldabilidade. Aço de média temperabilidade. Atinge média dureza, resistência e tenacidade após TT. Fabricação de peças de dimensões médias, como bielas, eixos e virabrequins. Aço de alta temperabilidade. Atinge elevada dureza, resistência e tenacidade após TT. Fabricações de componentes mecânicos e peças de uso geral, sob tensões dinâmicas. Aço de elevada temperabilidade. Atinge elevada dureza e resistência após TT. Fabricação de rolamentos e engrenagens de maior tamanho. Aços de média temperabilidade, que atinge média dureza, resistência e tenacidade. Fabricação de peças de dimensões média com boa soldabilidade submetidas a alta pressão.

4) TRATAMENTOS TÉRMICOS: Os tratamentos mais usuais realizados nos componentes de um molde são:

4.1) TEMPERA E REVENIMENTO: Aplicado quanto se deseja tanto elevada dureza, para aumento da resistência ao desgaste, como também elevada resistência mecânica, principalmente a compressão, para garantir a rigidez necessária ao componente, evitando que não se deforme quando da aplicação da forças envolvidas no processo.

4.2) CEMENTAÇÃO: Aplicado quando se deseja resistência ao desgaste, associado a camada externa rica em carbono, que adquire elevada dureza após a tempera, associado a um núcleo relativamente dúctil.

4.3) REVESTIMENTOS SUPERFICIAIS: No sentido de melhorar a resistência ao desgaste pode ser realizado um trabalho de engenharia de superfície sobre as peças, aplicando-se uma camada superficial dura. Estes revestimentos, de uma forma geral, apresentam as seguintes características:

UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO • • • • • •

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Apresentam uma grande resistência a abrasão; Possuem um baixo coeficiente de atrito; Resistem ao caldeamento a frio; Elevada dureza e ductilidade; Certa resistência a oxidação e corrosão; Muito finos;

Os processos de engenharia de superfície são divididos em dois grandes grupos: • •

CVD = Chemical Vapor Deposition – Deposição química de vapor; PVD = Physical Vapor Deposition – Deposição física de vapor;

O processo CVD consiste num método de síntese na qual os constituintes de fase vapor reagem para formar uma camada sólida em uma superfície, através de uma reação química. Sua utilização é restrita a ferramentas de metal duro pois sua temperatura de aplicação (850 a 1000 o C) são superiores a temperaturas de revenidos de qualquer aço rápido ou aço ferramenta, provocando seu amolecimento e a perda da resistência ao desgaste e do corte. O processo de CVD consiste numa deposição de camada sobre a superfície através de uma atmosfera de plasma ou iônica, realizado a baixa temperatura (200/600 oC). Portanto pode ser aplicado sobre uma série de aços ligados já temperados, sem perdas de dureza ou sem grandes distorções dimensionais da peça. Este processo consiste numa deposição de camada e não numa difusão, típica em processos como cementação e nitretação. Os tipos de substratos depositados podem ser: • • • • • •

Nitreto de titânio (TiN) Nitreto de alumínio (AlN) Nitreto de cromo (CrN); Nitreto de titânio alumínio (AlTiC); Carbonitreto de titânio (TiNC); Carbonitreto de cromo (CrNC), etc

Cada um destes substratos tem características diferentes, como pode ser observado a partir da tabela a seguir.


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Tabela 7.VIII – Características de camadas aplicadas através do processo PVD. CARACTERÍSTICA DUREZA (HV 0,05) TEMPERATURA DE OXIDAÇÃO (oC) TEMPERATURA DE REVESTIMENTO (oC) ESPESSURA DA CAMADA (microns) COLORAÇÃO

TiN 2500 550

TiNC 2700 450

CrN 2300 650

AlTiN 2600 800

200/500

200/500

200/500

200/500

1a4

1a4

3 a 12

1 a 10

Dourado

Cinza escuro

Cinza metálico

Cinza antracito

Em função da características do revestimento, são sugeridas aplicações nos seguintes tipos de itens: •

• •

FERRAMENTAS DE USINAGEM = para utilização em operações de torneamento, fresamento, furação, mandrilhamento, brochamento e plainamento; FERRAMENTAS DE CONFORMAÇÃO = punção e matrizes de estampagem; FERRAMENTAS DE CORTE = punções e matrizes de corte, tesouras, etc; Tabela 7.IX – Recomendação de camadas em função do tipo de operação. MATERIAL Aço não-ligado Aço ligado Aço inoxidável

TIPO DE CAMADA TiN TiCN TiN TiCN TiN TiCN

Ferro fundido Alumínio forjado Alumínio fundido Cobre Latão Bronze

TiAlN TiAlN TiAlN CrN CrN CrN

4.3) ENGENHARIA DE SUPERFÍCIE: Consiste em se aplicar inicialmente uma nitretação (camada de difusão) seguida de um revestimento (camada de deposição), onde se consegue excelente combinação de resultados e a promoção sensível da resistência ao desgaste, como mostrado na figura a seguir.


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AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE ENGENHARIA DE SUPERFÍCIE PASSO I Aço ligado, temperado (1000/1200 oC) e revenido (550/600oC)

PASSO II Nitretação a plasma (550oC camada de difusão).

PASSO III Aplicação de PVD (550oC camada de deposição).

CAMADA DEPOSITADA 5 a 20 mi – 1000 a 3000 HV

CAMADA BRANCA 10 a 30 mi - 800/1000 HV

CAMADA DE DIFUSÃO 200 a 500 mi – 500 a 1000 HV

NÚCLEO 500 a 800 HV

CAMADA DE DEPOSIÇÃO = muito dura e resistente ao desgaste, mas muito frágil. CAMADA BRANCA = dura e resistente ao desgaste. Dá suporte a camada depositada. CAMADA DE DIFUSÃO = promove uma boa transição entre as camadas muito duras externas e o núcleo. NÚCLEO = deve ter boa resistência à compressão para resistir a deformação e o lascamento das camadas duras externas.

Figura 7.2 – Engenharia de superfície.

Apostila Estampagem.pdf

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