Estampagem ou Conformação de chapas

1. Estampagem ou Conformação de chapas

2. Processo de transformação mecânica que consiste em conformar um disco plano ("blank") à forma de uma matriz, pela aplicação de esforços transmitidos através de um punção. • Na operação ocorrem : alongamento e contração das dimensões de todos os elementos de volume, em três dimensões. A chapa , originalmente plana, adquire uma nova forma geométrica O que é:

3. Classificação dos processos • A Estampagem de chapas metálicas finas pode ser classificada através do tipo de operação empregada . Assim pode-se ter : • Estampagem profunda • Corte em prensa, • Estiramento • Dobramento

4. Métodos de Conformação- Máquinas e Ferramentas • Máquinas: A maior parte da produção seriada de partes conformadas a partir de chapas finas é realizada em prensas mecânicas ou hidráulicas. Ferramental Acessório • As ferramentas básicas utilizadas em uma prensa de conformação de peças metálicas são o punção e amatriz. • O punção, normalmente o elemento móvel, é a ferramenta convexa que se acopla com a matriz côncava. • Como é necessário um alinhamento acurado entre a matriz e o punção, é comum mantê-los permanentemente montados em uma porta matriz, que pode ser rapidamente inserida na prensa.

5. Ferramental Acessório • Geralmente, para evitar a formação de rugas na chapa a conformar usam-se elementos de fixação ou a ação de grampos para comprimir o "blank" contra a matriz. • A fixação é conseguida por meio de um dispositivo denominadoanti-rugas ou prensa-chapas

6. Ferramental de estampagem profunda.

7. Ferramental para conformação progressiva • Freqüentemente, matrizes e punções são projetados para permitir que os estágios sucessivos de conformação de uma peça sejam efetuados na mesma matriz, a cada golpe da prensa. Este procedimento é conhecido como conformação progressiva. • Um exemplo é a matriz para recorte e perfuração de arruelas planas.

8. Ferramental para conformação progressiva • A tira metálica é alimentada, deslizando até a primeira posição de corte. O furo da arruela é puncionado . Segue-se um segundo deslizamento, após o que a arruela é recortada. Durante o corte da arruela o punção executa o furo central da próxima peça.

9. Ferramental para repuxamento • O repuxamento é um método empregado para a fabricação de fundos para tanques de aço e outras peças profundas de simetria circular. • O "blank" é fixado contra um bloco de modelagem que gira em alta velocidade. O “blank” é conformado progressivamente contra o bloco por intermédio de uma ferramenta manual ou através de roletes

10. Ferramental para repuxamento

11. Etapas do corte: 1- Aparecimento de deformações plásticas em ambos os lados da chapa 2- Com o aumento da pressão, o material começa a trincar 3- As trincas se unem e separam a peça da chapa

12. Corte de Chapas Características • Destina-se à obtenção de formas geométricas, a partir de chapas submetidas à ação de pressão exercida por um punção ou cunha de corte contra o material e a matriz. • Quando o punção ou a lâmina inicia a penetração na chapa, o esforço de compressão converte-se em esforço cisalhante (esforço cortante) provocando a separação brusca de uma porção da chapa. • No processo, a chapa é deformada plasticamente e levada até a ruptura nas superfícies em contato com as lâminas

13. Corte de Chapas Características A aresta de corte apresenta em geral três regiões: uma rugosa (correspondente à superfície da trinca da fratura), uma lisa (formada pelo atrito da peça com as paredes da matriz) e uma região arredondada (formada pela deformação plástica inicial).

14. Corte de Chapas Características • A qualidade das arestas cortadas não é a mesma das usinadas, entretanto quando as lâminas são mantidas afiadas e ajustadas é possível obter arestas aceitáveis para uma grande faixa de aplicações. • A qualidade das bordas cortadas geralmente melhora com a redução da espessura da chapa.

15. Corte de Chapas Características • No corte por matriz e punção (“piercing” ou “blanking”) não existe uma regra geral para selecionar o valor da folga, pois são vários os parâmetros de influência. • A folga pode ser estabelecida com base em atributos, como: aspecto superficial do corte, imprecisões, operações posteriores e aspectos funcionais. • Se não houver nenhum atributo específico desejado para superfície do “blank”, a folga é selecionada em função da força mínima de corte.

16. Força e Potência de Corte - Na figura podem ser identificados os parâmetros envolvidos no corte . Admite-se o cálculo simples da força pelo produto da área pela tensão de ruptura em cisalhamento. - Observe que a profundidade (s) adotada para este cálculo representa a penetração do punção na chapa no momento da ruptura. - A potência necessária para o corte é calculada pelo produto entre a força do punção e a velocidade da lâmina.

17. Força e Potência de Corte OBSERVAÇÃO: - A força necessária para o corte pode ser bastante reduzida construindo-se as bordas da ferramenta em plano inclinado em relação ao plano da chapa, de maneira que apenas uma pequena fração do comprimento total do corte seja feita de uma só vez.

18. Tipos de Corte - Dependendo do tipo de corte, são definidos diversos grupos de operações da prensa,conforme listagem abaixo: • A operação de corte é usada para preparar o material para posterior estampagem ("blank"). A parte desejada é cortada (removida) da chapa original. • A fabricação de furos em prensa (piercing ou punching) caracteriza uma operação de corte em que o metal removido é descartado. • A fabricação de entalhes (notching) nas bordas de uma chapa pode ser feita em prensa através do puncionamento destas regiões. • O corte por guilhotina é uma operação que não retira material da chapa metálica. • A rebarbação (trimming) é uma operação que consiste em aparar o material em excesso (rebarbas) da borda de uma peça conformada. A remoção de rebarbas de forjamento em matriz fechada é uma operação deste tipo.

19. Dobramento Características • Nesta operação, a tira metálica é submetida a esforços aplicados em duas direções opostas para provocar a flexão e a deformação plástica, mudando a forma de uma superfície plana para duas superfícies concorrentes, em ângulo, com raio de concordância em sua junção.

20. A figura mostra os esforços atuantes e a forma adquirida por uma tira submetida a dobramento A fibra neutra não é tracionada nem comprimida A determinação de sua posição e do seu raio é importante no desenvolvimento linear da peça

21. Comprimento do Blank L = L1 + Ld + L2

22. Raio de Dobramento • Para a operação de dobramento existe um raio de dobramento abaixo do qual o metal trinca na superfície externa. É o raio mínimo de dobramento, expresso geralmente em múltiplos da espessura da chapa. • Um raio de dobramento de 3t indica que o metal pode ser dobrado formando um raio de três vezes a espessura da chapa sem que haja o aparecimento de trincas. O raio mínimo de dobramento é portanto um limite de conformação, que varia muito para os diversos metais e sempre aumenta com a prévia deformação a frio do metal. • Alguns metais muito dúcteis apresentam raio mínimo de dobramento igual a zero. Isto significa que as peças podem ser achatadas sobre si mesmas, mas geralmente não se utiliza este procedimento para evitar danos no punção ou na matriz.

23. Retorno elástico -Efeito mola • A operação de dobramento exige que se considere a recuperação elástica do material (efeito mola), para que se tenham as dimensões exatas na peça dobrada. • A recuperação elástica da peça será tanto maior quanto maior for o limite de escoamento, menor o módulo de elasticidade e maior a deformação plástica. Estabelecidos estes parâmetros, a deformação aumenta com a razão entre as dimensões laterais da chapa e sua espessura.

24. O efeito mola ocorre em todos os processos de conformação, mas no dobramento é mais facilmente detectado e estudado. • O raio de curvatura antes da liberação da carga ( Ro) é menor do que após a liberação ( Rf ). O efeito mola é representado pelo símbolo K .

25. Estiramento Características • É a operação que consiste na aplicação de forças de tração, de modo a esticar o material sobre uma ferramenta ou bloco (matriz). Neste processo, o gradiente de tensões é pequeno, o que garante a quase total eliminação do efeito mola. • Como predominam tensões de tração, grandes deformações de estiramento podem ser aplicadas apenas para materiais muito dúcteis.

26. Ferramental: O equipamento de estiramento consiste basicamente de um pistão hidráulico (usualmente vertical), que movimenta o punção. Duas garras prendem as extremidades da chapa. Na operação, não existe uma matriz fêmea. As garras podem ser móveis permitindo que a força de tração esteja sempre em linha com as bordas da chapa (figura). Garras fixas devem ser usadas somente para conformação de peças com grandes raios de curvatura, evitando-se com isto o risco de ruptura da chapa na região das garras

27. Estampagem Profunda ou Embutimento Características • É o processo utilizado para fazer com que uma chapa plana (“blank”) adquira a forma de uma matriz (fêmea), imposta pela ação de um punção (macho). O processo é empregado na fabricação de peças de uso diário (pára-lamas, portas de carros; banheiras, rodas, etc.). • A operação de embutimento consiste em transformar uma chapa plana de espessura “t” num corpo côncavo. A Estampagem é o processo de conformação que imprime sobre uma chapa plana formas diversas através de deformações plásticas.

28. Catalisador - Aço Inox 409 Tanque combustível - Aço inox 304

29. Os aços inox austeníticos se deformam basicamente por estiramento e os ferríticos por embutimento. Estiramento Redução generalizada da espessura

30. Embutimento Objetiva-se a menor variação possível de espessura

31. No embutimento a espessura da chapa varia: - No centro do fundo é igual a espessura - próximos aos bordos do fundo, a espessura é menor do que a do blank - a espessura da paredes laterais aumentam a partir do bordo do fundo e pode chegar a 1,25 da espessura do disco.

32. Estampagem Profunda ou Embutimento Características • A distinção entre estampagem rasa (shallow) e profunda é arbitrária. A estampagem rasa geralmente se refere à conformação de um copo com profundidade menor do que a metade do seu diâmetro com pequena redução de parede. • Na estampagem profunda o copo é mais profundo do que a metade do seu diâmetro.

33. Características • Para melhorar o rendimento do processo, é importante que se tenha boa lubrificação. Com isto reduzem-se os esforços de conformação e o desgaste do ferramental. • Os óleos indicados normalmente são para extrema pressão, devendo garantir boa proteção contra a corrosão da chapa, ser de fácil desengraxe e não levar à oxidação do material (devido às reações de subprodutos dos gases formados no aquecimento do metal). • Geralmente, são óleos minerais com uma série de aditivos (Cl, Pb, P, gorduras orgânicas, etc.).

34. Estampos de Repuxo Prensa-chapas: - função de manter a chapa sob pressão para fazer com que esta deslize apenas para o interior da cavidade da matriz

35. Extrator que possibilita a saída da peça pela parteinferior do estampo Extrator que possibilita a saída da peça pela parte superior do estampo

36. Materiais para estampos Aço Cr-W com altos teores de carbono e de cromo Aço Mn-Cr-V com altos teores de carbono e manganês Aço Cr-Mo-V com altos teores de carbono e de cromo

37. Variáveis importantes • Força de sujeição • Deve-se ainda estudar a pressão a ser aplicada no prensa-chapas: • se esta for muito pequena, surgem rugas nas laterais da peça; • se, por outro lado, for muito elevada, pode ocorrer a ruptura da peça na prensa.

38. Força de sujeição • A força de sujeição é regulada segundo o aspecto da peça embutida: • Peça sem rugas e com aspecto brilhante: força correta • Superfície lisa e brilhante mas com traços/marcas no bordo da peça: força pequena • Estiramento do fundo antes de se completar o embutimento: força excessiva • Formação de rugas em um só lado do disco: força distribuída irregularmente sendo menor na região das rugas

39. Variáveis importantes • Folga entre punção e matriz • Na fabricação de peças por embutimento, tem que se levar em conta uma folga suficiente entre a matriz e o punção que permita o escoamento do material para o interior da matriz, sem que surjam tensões cisalhantes ocasionadas pelo atrito e que levem à ruptura do metal em prensa. • A folga corresponde ao valor da espessura do material mais um coeficiente determinado empiricamente.

41. Folgas pequenas: o material repuxado tende a estirar-se Folgas grandes Folga mal distribuída

42. Variáveis importantes • Velocidade de embutimento Aço inoxidável: 200 mm/s Aço doce: 280 mm/s Alumínio e ligas: 500 mm/s

43. Variáveis importantes • Lubrificação Aço inoxidável: Água grafitada Aço doce: Mistura com 25% grafite, 25% de sebo de boi derretido e 50% de óleo de toucinho Alumínio e ligas: Óleo grafitado ou vaselina

44. Diâmetro do blank - cálculo Para calcular o diâmetro do blank de peças cilíndricas simples, sem aba, utilizamos a fórmula: Para raio interno (ri) menor do que 10 mm Para ri  10 mm – Teorema de Guldin

45. Estágios de repuxo • Às vezes, o diâmetro do "blank“ é muito superior ao diâmetro da peça a estampar , sendo que esta deve atingir uma profundidade de copo muito elevada. • Nestes casos, a fabricação poderá exigir uma sequência de operações de estampagem, utilizando uma série de ferramentas, com diâmetros decrescentes (da matriz e do punção). • O número de operações depende do material da chapa e das relações entre o disco inicial (D) e os diâmetros das peças estampadas (d)

46. Estágios de repuxo • Às A relação entre o diâmetro do blank (D) e o diâmetro do punção (d) é denominada Severidade do repuxo ou Grau Máximo de Embutimento (β0) • A severidade máxima (β0 máx.) é a condição limite para determinar se o repuxo pode ser feito numa única operação. Se β0≤ β0 máx. - Uma operação de repuxo Se β0> β0 máx. - Mais de uma operação de repuxo

48. Para se determinar o número de estágios, deve-se considerar uma redução de 40% do diâmetro do blank no primeiro estágio Nos demais, a redução deve ser de 20% até que se obtenha o diâmetro desejado

49. Diâmetro do blank - cálculo Para calcular o diâmetro do blank de peças cilíndricas simples, sem aba, utilizamos a fórmula: Para raio interno (ri) menor do que 10 mm Para ri  10 mm – Teorema de Guldin

50. Diâmetro do blank - cálculo Para ri  10 mm – Teorema de Guldin