Estampagem a - Exercicios Pag 23 Em Diante

PROJETO DE FERRAMENTAS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA

CORTE DOBRA EMBUTIMENTO

PARTE ARTE I—INTRODUÇÃO I—INTRO DUÇÃO NOTAS NOTAS DE AULA 2/2008 PROF. FERNANDO A. FLANDOLI

ESTAMPOS DE CORTE DOBRA E EMBUTIMENTO—PARTE I— INTRODUÇÃO

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ESTAMPAGEM I-) I-) Introdução: Introd ução: 1-) 1-) O Processo Proc esso de Estampagem Estamp agem 1.1-) Definição do Processo:

ESTAMPAGEM é o processo de fabricação onde o material utilizado para a produção de peças é a chapa metálica(ESPESSURA ATÉ 6,35 mm). Podemos através desse processo realizar as operações de Corte de chapas ( onde obtemos peças planas que possuam furos e rasgos ) , Dobra e Embutimento onde realizamos uma operação de conformação de chapas metálicas finas na forma desejada sem que ocorra fratura ou redução excessiva da espessura em regiões especificas. Obs. Nesta definição excluimos o processo de corte de chapas. 1.2-) Classificação dos processos de Estampagem:

Os processos de Estampagem são classificados de acordo com o tipo de peça a ser produzida ou pela movimentação do material dentro da ferramenta. Podemos classificar os processos de estampagem em 3 (tres) grandes grupos: 1-)CORTE 2-)DOBRAMENTO 3-)EMBUTIMENTO OU ESTAMPAGEM PROFUNDA

Corte - Consiste na obtenção de peças de chapas metálicas, pela atuação de tensões de cisalhamento no material. Exemplo: Chaves, arruelas, chapas


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Dobramento - Consiste na modificação da forma da chapa através da aplicação de força de que irá provocar tensões de flexão.Exemplos: Cantoneiras, tampas de caixas de microcomputadores.

Embutimento ou estampagem profunda: - É o processo de transformação de uma chapa plana em corpos ôcos, como copos metálicos, por exemplo. Exemplo: Panelas, Tampas de panelas, latas latas de refrigerante, etc.


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A fabricação de uma peça estampada pode exigir a utilização de um destes processos ou então a combinação de dois ou até dos três processos, como por exemplo a fabricação de um paralama de automóvel que exige as operações de corte dobra e embutimento.

1.3) Propriedades dos Materiais utilizados na estampagem. As chapas utilizadas na estampagem são muito variadas , sendo desde chapas de aço carbono com baixo teor de carbono até chapas de aço com alto teor de carbono, próprias para embutimento , que são cortadas já temperadas , como por exemplo para molas de diafragma de disco de embreagem , até chapas de alumínio , cobre , latão, aço inox, etc. De forma geral as chapas metálicas para estampagem devem ter propriedades como:  Boa capacidade para distribuição de Tensões  Alcançar altos níveis de deformação sem a ocorrência de fraturas ou estricção  Resistir á compressão sem enrugamento  Reter a forma final após a retirada da carga  Durante o processo de estampagem, manter a superfície lisa e resistir a formação de defeitos superficiais Alguns processos de estampagem só podem operar de forma satisfatória, quando os materiais de um lote para outro sofrem pequenas variações, já outros processos podem operar com grandes variações nas propriedades dos materiais que estão sendo empregados.

1.4) ENSAIOS EM CHAPAS METÁLICAS UTILIZADOS EM ESTAMPAGEM Os ensaios em chapas metálicas utilizadas em estampagem , variam de ensaios convencionais , como o Ensaio de tração , á ensaios aplicados sómente ao embutimento profundo como o ensaio Swift. Devido á grande variação dos tipos de ensaios utilizados podemos dividi-los em dois tipos: -Ensaios teóricos que servem para que sejam medidas as propriedades intrinsecas do material a ser estampado. -Ensaios simulados do processo que servem para podermos verificar o comportamento do material quando submetido ás condições do processo. Entre os testes teóricos podemos citar: -Ensaios de estiramento bi-axial que são: Ensaio de Marcinak


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Ensaio de abaulamento hidrostático -Ensaios de Torção que são: Ensaio de Torção de marcinak. Ensaio de Cisalhamento de Miyauchi -Ensaio de dureza -Ensaio de Tração Entre os ensaios simulados podemos citar Ensaios de Dobramento - Existem dois ensaios mais utilizados : -Ensaio de Dobramento simples que consiste em fazer um corpo de prova ser dobrado em um determinado angulo para verificar se o material irá fraturar ou não quando dobrado e o teste de Dobramento e Estiramento que verifica o comportamento do material quando submetido ao esforço combinado. -Ensaio de Estiramento - É o mais aplicado aos processos de Estampagem . Estes ensaios servem para quantificar as propriedades do material quando submetido ao estiramento. Os ensaios mais conhecidos são os Ensaios de Olsen e Erichsen. -Ensaios de Embutimento : O mais conhecido é o ensaio Swift onde “blanks” circulares são fixados entre duas partes da ferramenta, chamada de prensa chapa e submetidos á operação de embutimento , transformando esse corpo de prova em um corpo oco em forma de um copo. Neste ensaio podemos obter a relação limite de embutimento. Esta relação mostra qual o maximo diametro de blank pode ser embutido para um determinado diametro de punção. LDR =

Max. diametro − do − blank − antes − da − ruptura − (Do ) Diametro − do − Blank ( D )

Estes são os principais ensaios utilizados em estampagem e como estes existe ainda um grande número de outros ensaios que tem aplicação especifica e necessitariam mais tempo para discussão. Poderão ser encontrados dados para esses outros ensaios no “Metals Handbook “(vol 14) pag. 876 a 899.


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1.5) PRENSAS “ MAQUINAS PARA TRABALHO DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA” As prensas são maquinas destinadas ao trabalho com as ferramentas denominadas Estampos. São maquinas com a capacidade de produzir grandes esforços. As prensas podem ser classificadas em: PRENSAS MECÂNICAS: São as Prensas Excêntricas e as Prensas de Fricção PRENSAS EXCENTRICAS: O movimento de subida e descida do martelo é feito através de um eixo excêntrico que é preso ao martelo da prensa . O movimento de rotação do motor da prensa é transmitido ao excêntrico através de uma embreagem que quando acionada faz com que o martelo complete um ciclo. Normalmente estas prensas podem trabalhar de forma continua ou intermitente dependendo do tipo de operação a ser realizada. ( VIDE FIGURAS PAG. seguinte ) PRENSA DE FRICÇÃO: O martelo da prensa é acionado através de dois discos , colocados perpendicularmente a um terceiro disco que está preso ao fuso trapezoidal que faz a movimentação do martelo na vertical. Cada um desses discos entra em contato com o terceiro que está na vertical separadamente, um é resposavel pela subida do martelo e o outro pela descida. O disco do fuso do martelo é revestido em sua lateral com couro ou borracha para aumentar a eficiência da transmissão por atrito. Este tipo de prensa ainda pode ser encontrado nas industrias, mas normalmente são prensas antigas.(VIDE FIGURA PAG. seguinte ) PRENSAS HIDRAULICAS DE SIMPLES E DUPLO EFEITO: PRENSAS HIDRAULICAS: As prensas hidráulicas tem o sistema de movimentação do martelo acionado através de um ou varios cilindros hidraulicos. Estas prensas possuem a vantagem de variar a velocidade de acionamento do martelo, o que as tornam mais versáteis que as prensas mecânicas e também podem gerar um esforço muitas vezes maior que as prensas mecânicas com um tamanho de maquina bem menor. As prensas hidráulicas estão divididas em dois grupos: As prensas de simples efeito, que trabalham apenas com um cilindro hidraulico para acionamento do martelo, e as prensas de duplo efeito que trabalham com um cilindro hidraulico central e cilindros laterais, possibilitando sub dividir operações que necessitam de esforços combinados ou acionamento de extrator. Estas prensas de duplo efeito são muito utilizadas em operações de embutimenbto pois devido ao controle da variação da velocidade, conseguem uma boa uniformidade de distribuição de pressão do prensa chapa.(VIDE FIGURA PAG. seguinte )


FIGURA DA PRENSA EXCENTRICA

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Prensa Hidraulica acoplada a sistema de desbobinamento da chapa.

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Prensa Excentrica acoplada ao sistema de desbobinamento da chapa

Peças Produzidas por estampagem

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2.2) COMPONENTES CONTRUTIVOS DE UM ESTAMPO Todos os estampos independente do tipo da operação, terão os mesmos componentes construtivos. No projeto da mesma faremos a diferenciação de acordo com o tipo de operação. Os componentes construtivos de um estampo em geral são: 1- ESPIGA: Peça cilíndrica que fixa a parte superior da ferramenta ao martelo da prensa. O diâmetro da espiga é função do furo que existe no martelo da prensa. A espiga só é aplicada a prensas mecânicas ( excêntricas e de fricção ), em prensas hidráulicas a fixação da parte superior do estampo no martelo é feita através de parafusos e sapatas do tipo “T”. 2-) PORTA ESPIGA OU CABEÇOTE OU BASE SUPERIOR : Sua função é suportar a parte superior do estampo. Normalmente é adquirida junto com a parte inferior e colunas do mesmo fabricante, não sendo necessária sua fabricação ou projeto. 3- PLACA DE CHOQUE : Evita o contato direto entre os punções e a base superior. É utilizada sempre que existirem punções de pequeno diâmetro, que possam marcar a base superior. 4- PORTA PUNÇÃO: Tem por finalidade fixar os punções junto a placa de choque , evitando que ocorram movimento laterais. A fixação do punção ao porta punção tem os mais diversos tipos , sendo que o mais comum aplicados a estampos pequenos é fazer uma variação nas dimensões na cabeça do punção. 5- GUIA DA CHAPA OU DA TIRA - Tem a finalidade de guiar a tira da chapa no interior da matriz evitando que a mesma mude sua trajetória. Esta guia tem um papel importante na trajetoria da tira pois depende dela a precisão da peça. Para que a guia efetivamente tenha sua função exercida podemos melhorar seu rendimento através de colocação de molas laterais que forçam a tira de chapa a se deslocar com mais precisão dentro da ferramenta. 6- GUIA DO PUNÇÃO OU EXTRATOR DA CHAPA Evita que os punções mudem de trajetória na descida da prensa , evitando assim que os mesmos sejam danificados na lateral da furação da matriz. Outra função da guia do punção é evitar que a chapa fique presa ao punção no retorno da subida do mesmo. 7- PUNÇÕES - São responsaveis junto com a matriz pela fabricação da peça . 8- FACA DE AVANÇO: É um punção que tem a finalidade de controlar o avanço da tira dentro da ferramenta . 9- MATRIZ– É a peça mais importante da ferramenta, é responsável junto com os punções pela conformação da peça a ser produzida. 10- BASE INFERIOR- Sua função é de suportar toda a parte inferior da ferramenta , deve ter resistencia para suportar o peso do estampo e a força gerada durante a processo de conformação. 11- COLUNAS- Tem a finalidade de guiar a parte superior do estampo na direção da parte inferior, evitando que exista deslocamento transversal entre as partes.

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PROJETO DE FERRAMENTAS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA

CORTE DOBRA EMBUTIMENTO

PARTE II—CORTE I NOTAS DE AULA

2/2008 PROF. FERNANDO A. FLANDOLI

ESTAMPOS DE CORTE DOBRA E EMBUTIMENTO—PARTE II - CORTE I

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2-) APRESENTAÇÃO DA FERRAMENTA DE CORTE

FERRAMENTA DE CORTE PARA UMA ARRUELA DIAMETRO 30 mm COM UMA FACA DE AVANÇO


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PERSPECTIVA EXPLODIDA DA FERRAMENTA DE CORTE PARA ARRUELA MOSTRANDO OS COMPO NENTES DA FERRAMENTA


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ESQUEMA FERRAMENTA DE CORTE DA ARRUELA COM FACA DE AVANÇO


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3-) TEORIA DE CORTE DE CHAPAS METÁLICAS As chapas metálicas para serem cortadas passam por 3 (tres) fases distintas durante o processo: Primeira fase:

A chapa entrando em contato com o punção sofre um processo de

esmagamento,

Segunda fase : A chapa passa a sofrer o processo de cisalhamento puro.


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Terceira fase : Devido a processo ser continuo a chapa sofre o processo de ruptura.

O estado de tensões na chapa durante o processo de corte é representado a figura abaixo:


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Quando a lateral da chapa é observada podemos distinguir, nitidamente as regiões diferenciadas com relação ao tipo de esforço sofrido pela chapa, Primeiro temos cisalhamento em uma zona mais brilhante e depois tração em uma zona que parece mais opaca conforme figura abaixo.

3.1-) FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ Para que ocorra um corte adequado na chapa torna-se necessário que exista uma folga entre o Punção e a Matriz. Esta folga tem por finalidade: 1-) Evitar que a força de corte necessária ao corte aumente a valores extremos. 2-) Aumentar a durabilidade do estampo. 3-) Produzir peças que atendam a tolerâncias dimensionais. Folgas excessivamente grandes provocam um dobramento na chapa para dentro da matriz, aumentando o atrito entre a chapa e o punção, prejudicando o acabamento no corte. Folgas excessivamente pequenas prejudicam a fase de ruptura da chapa provocando os mesmos efeitos citados acima. A Folga entre Punção e Matriz é função : 1-) Da espessura da chapa que será cortada. 2-) Da resistência do material. Essa folga pode ser determinada de acordo com o diagrama na pagina seguinte.


Na determinação da folga podemos ter duas possibilidades: 1– Reduzir o dimensão do punção. 2– Aumentar o dimensão do furo da matriz .

Esquema da ferramenta de corte

Gráfico para determinação da folga entre Punção e Matriz

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As possibilidades dependem do produto a ser obtido. Vejamos um exemplo Obtenção de discos de diâmetro 50 mm de material com 3mm de espessura e resistência á tração de 25 Kgf?mm2 Solução: No diagrama retiramos a folga parcial de 0,048 mm. Como desejamos discos com diâmetro de 50 mm teremos: Diâmetro da matriz = 50 mm pois é a matriz que garante a dimensão da peça. Diâmetro do punção = 50 - 2 x 0,048 = 49,904 mm subtraio a folga do diâmetro da matriz para encontrar a dimensão do punção

Obter um furo em uma peça de diâmetro 50 mm em uma chapa de 3mm de 2 espessura e resistência á tração de 25 Kgf/mm . Do diagrama retiramos uma folga parcial de 0,049mm. Para este caso temos Diâmetro do punção =50 mm pois é o punção que garante o diâmetro do furo. Diâmetro da matriz = 50 + 2x 0,049 = 50, 096 mm.somo a folga ao diâmetro do punção

PROJETO DE FERRAMENTAS DE CONFORMAÇÃO PLASTICA CORTE DOBRA EMBUTIMENTO PARTE II –CORTE II NOTAS DE AULA

2/2008

PROF. FERNANDO A. FLANDOLI

ESTAMPOS DE CORTE DOBRA E EMBUTIMENTO— PARTE III —CORTE II

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4-) PROJETO DA FERRAMENTA. 4.1) ESTUDO DO APROVEITAMENTO DA CHAPA. O projeto da ferramenta tem início através de uma peça cuja materia prima é a chapa e que vamos produzir através do nosso projeto. É justamente para essa peça que vamos fazer um estudo para poder projetar uma ferramenta que irá por muito tempo produzir essa peça com precisão e baixo custo. Baseado na idéia de produzir uma peça com qualidade, inicialmente vamos fazer um estudo para melhor aproveitar a chapa que vamos utilizar na confecção das peças que a nossa ferramenta irá produzir, não podemos esquecer que a chapa será a matéria prima para a fabricação do nosso produto final. Este estudo está ligado ao “lay-out” dos punções na ferramenta.

Estas chapas para serem utilizadas em nossas ferramentas serão cortadas em tiras em uma guilhotina ou em tesouras rotativas . O ideal é que as tiras ocupassem sempre o total da largura da chapa, o que na maioria dos casos é impossivel devido a uma grande variação da dimensão das peças a serem produzidas por nossas ferramentas.Para que seja mais facil depois da ferramenta pronta e testada será utilizado uma bobina de chapa na respectiva largura (L) da tira. O número de peças a serem retiradas destas tiras deverá ser o maior possível prevendo-se a menor quantidade de retalhos para que as perdas sejam mínimas. Portanto com o objetivo de minimizar as perdas e maximizar o aproveitamento da chapa faremos um estudo para determinar o maior numero de peças a serem produzidas por chapa.


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TIRA DE MATERIAL ONDE SERÁ CORTADA A PEÇA E DIMENSÕES DO RETALHO

4.1.1 ESPAÇAMENTO ENTRE A BORDA DA TIRA E AS PEÇAS, E ESPAÇAMENTO ENTRE PEÇAS. Durante o processo de corte da chapa metálica, nas fases de esmagamento e ruptura da chapa surgem deformações plásticas na lateral da chapa. Estas deformações não são uniformes, prejudicando dimensionalmente o produto. Para se evitar tal problema, podemos prever um espaçamento entre as peças e entre as peças e a borda da tira de chapa. As dimensões existentes entre as peças e as dimensões entre as peças e a lateral da tira é função da maior dimensão da peça, do material da chapa e da espessura da chapa. Entre as bordas da tira e a peça chamamos a distancia “t” e entre as peças teremos a distancia “x”. Para podermos trabalhar com segurança, escolhemos os maiores valores do intervalo e depois fazemos um ajuste tentando melhorar o rendimento se possível.


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4.1.2) ESTUDO ECONÔMICO DA CHAPA Consideremos o produto desenhado abaixo :

Para determinarmos qual a melhor disposição para o máximo aproveitamento da chapa necessitamos fazer vários estudos de localização da peça na chapa e para isso teremos as seguintes possibilidades de localização da peça na tira: 1-) Disposição encaixada reta paralela: As peças são colocadas uma ao lado da outra com sentido de avanço da tira dentro da ferramenta como o indicado na figura.


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2-) Disposição paralela invertida: As peças são colocadas na tira invertidas e paralelas ( pode ser que tenhamos um melhor rendimento ) , serve para peças que se encaixem reduzindo as perdas em relação á disposição anterior.

3-) Disposição inclinada : As peças podem estar inclinadas na tira o que pode fazer com que o aproveitamento seja melhor, sendo que podemos ter duas formas de inclinar a peça na tira, com espaçamento “x “ entre as peças ou até sem o espaçamento o que pode causar um acabamento menos preciso na peça.


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4-) Disposição inclinada encaixada: Existem peças que tem a possibilidade de serem localizadas da forma como mostra a figura abaixo, essa peça tem uma forma que permite que se estude uma posição inclinada e além disso se faça o encaixe de uma peça na outra para melhorar o rendimento, obedecendo os valores de “x” e “t” poderemos ter uma peça com acabamento bom e um rendimento melhor.

Obs : O estudo das disposições não termina aqui, podemos ter outras disposições dependendo da peça a ser produzida, estas são as principais e as formas mais comuns de localização da peça na tira. Este estudo deve ser feito para podermos ter um aproveitamento melhor da matéria prima a ser utilizada resultando em custo menor para a ferramenta e para a produção. Na pagina seguinte é apresentada a tabela dos valores de x,t,z, em função da espessura da material da chapa.


Dimensões de retalhos para chapas estampadas

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5-)Calculo do Rendimento da chapa Vamos calcular N= 1000/L ; e N=2000/L (Número de tiras / chapa) n=2000/a ; e

n= 1000/a ( Número de peças / tira)

Q= N . n (Número de peças / chapa) OBS: O valor de Q dever ser determinado de acordo com a quantidade de peças em cada avanço ou seja depende da posição da peça a ser adotada na tira.

Rendimento:

= (Ap . Q / 2000x1000 ). 100 [%] Ap =Área aproveitada da peça (mm2) Q = quantidade de peças por chapa


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Exemplos: Faremos aqui alguns exemplos de estudo econômico

Exemplo 1 o

1 ) Estud o:

1-) Desenho da Peça: Da tabela (pag. 7) temos : Material da Peça Aço ABNT 1020 e = 1,5 mm x = 2,5 mm t = 3,5 mm a = avanço = 40 + x = 40 + 2,5 = 42,5mm L = largura da t ira = 30 + 2 x t = 3 0 + 2 x3,5 = 37 mm

Calculos : N = quantidade de tiras em uma chapa de 2000 x 1000 mm N = 1000 / L L = 30 + 2 . t = 30 + 2 . 3,5 = 37 mm N= 1000 / 37 = 27 tiras por chapa ( consideraremos N (inteiro)) n = quantidade de peças em uma tira ( 2000 x L) n = 2000 / a a = 40 + 2,5 = 42,5 mm n = 2000 / 42,5 = 47 peças em uma tira ( consideraremos n (inteiro)) Q = Quantidade de peças por chapa Q = N x n = 27 x 47 = 1269 peças por chapa( inteiro) Calculo do rendimento da chapa = ((Área da peça) x Q / Área da chapa ) . 100 = ( (30 . 40) . 1269)/ 2000000) .100 = 76.14 % (CONSIDERADO bom ) OBS: Cabe aqui lembrar que não foi considerado faca de avanço e a peça é muito simples.


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o

2 ) Estud o

L = 69,5 mm p = 42,5 mm N = 1000/69,5 = 143 tiras / chapa n = 2000/42,5 = 47,2 = 94 peças / tira Q = 14 . 94 = 1316 peças / chapa =

30.40. 1316.100/2000.1000 78,96 % sem faca de avanço

=

Vamos agora fazer alguns exemplos de estudo de aproveitamento

Dados: e=2 mm Material : Aço ABNT 1010 Área da peça= 3000 mm 2 t= 5 mm x=3,5 mm

Utilizamos neste caso a posição invertida


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L = 70 +2 x 5 = 80 mm a = 100+20+2x3,5 =127mm N = 1000/80 = 12 tiras / chapa n = 2000/ 127 = 15,2 x 2 = 30 peças / tira Q= 30 x 12 =360 peças / chapa = 3000x 360 x 100/ 2000 x 1000 = 54 % sem faca de avanço

Para este caso vamos realizar o estudo do final da tira para verificarmos se podemos obter uma peça a mais . De acordo com o desenho do final da tira não conseguimos mais uma peça.


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Estudo 2:

L = 100+2 x t = 100 + 10 = 110 mm a= 70 + 2 x 3,5 = 97 mm N = 1000/110 = 9 tiras / chapa n = 2000 / 97 = 20 x 2 = 40 peças / tira Teremos que executar o estudo do final da tira

Não será possível retirar mais uma peça portanto teremos apenas 40 peças / tira. Q = 9 x 40 = 360 peças / chapa = 3000 x 360 x 100 / 2000 x 1000 = 54 %

Estampagem a - Exercicios Pag 23 Em Diante

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