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Apostila de projeto de ferramenta
Projetos de Ferramentas
Estampagem dos Aços
Estampagem é um conjunto de operações de
conformação a frio (corte, furação, dobramento e
repuxo), realizadas na região plástica de
deformação dos materiais, pela imposição de
uma deformação permanente de uma chapa,
com o objetivo de produzir peças com
determinada forma.
As ferramentas que permitem a obtenção da
forma desejada são denominadas estampos e
as máquinas que fornecem a energia e os
movimentos necessários para a conformação
são denominadas prensas.
De uma maneira geral, os aços inoxidáveis
podem ser estampados de forma semelhante
aos aços carbono. Pequenas adaptações no
processo são necessárias em função de
peculiaridades nas suas propriedades
mecânicas, conforme mencionado
anteriormente.
Comportamento Mecânico dos Aços.
Os processos de conformação dos diversos
metais são realizados a partir de suas
respectivas características mecânicas.
Particularidades relativas ao comportamento
estrutural de cada liga metálica definem os
esforços mínimos necessários para o
dimensionamento dos equipamentos e
ferramentas a serem utilizados.
Com o aço inox não é diferente: Os processos
de sua conformação mecânica são semelhantes
aos dos aços carbono, cuja tecnologia é de
domínio geral. As diferenças de comportamento
mecânico existentes entre as duas ligas, aço
carbono e aço inox, definem diferentes
parâmetros de utilização de equipamentos em
cada caso.
O comportamento estrutural dos aços
inoxidáveis, a exemplo dos aços carbono, é
definido pela curva tensão deformação. Um
corpo de prova do material com dimensões
padronizadas é submetido a um esforço de
tração crescente até a sua ruptura.
O ensaio revela dois domínios bem definidos:
O domínio elástico (0-A) onde as deformações
não são permanentes. Cada tensão corresponde
a uma deformação própria de cada aço.
Cessado o esforço, o corpo de prova retorna às
dimensões iniciais;
O domínio plástico (B-C) onde para cada tensão
corresponde uma deformação permanente.
Uma vez cessado o esforço, em qualquer
momento deste domínio, o corpo de prova não
retorna às dimensões iniciais;
Na transição entre os dois domínios (A-B), existe
um ponto para o qual o corpo de prova sofre
deformação sem nenhum acréscimo de tensão.
Diz-se que o material “escoa” neste ponto. Nos
aços inoxidáveis, esta transição não é tão visível
e define-se o limite de escoamento (LE) como
o ponto na curva determinado pela intersecção
de uma paralela à reta que define o domínio
elástico (0-A) a 0,2% de deformação
permanente.
O ponto C determina o fim do regime plástico e é
definido como limite de resistência (LR). A
curva tensão-deformação é típica para cada aço.
O LE dos aços carbono (1008) são ligeiramente
mais elevados do que os aços inox (tipos 430 e
304) para a condição de aços recozidos. Porém,
o LR dos aços inoxidáveis são superiores aos
dos aços carbono.
Aí reside uma diferença básica que vai influir em
todos os processos de conformação onde
ocorrem deformações permanentes: o ramo
plástico B-C para os aços inoxidáveis é muito
maior do que para os aços carbono. Isto significa
que eles suportam deformações maiores sem
ocorrer falha do componente.
Dentre os aços inoxidáveis, os aços austeníticos
(por exemplo o 304) apresentam este ramo
plástico maior do que os aços ferríticos (por
exemplo o 430) sendo especificados para
conformações profundas.
Nas operações de conformação onde ocorrem
corte e, no caso de dimensionamento de
parafusos, rebites e pinos de fixação, que são
submetidos a esforços cortantes, a tensão para
a qual ocorre a ruptura é chamada de tensão de
cisalhamento.
Esta tensão é cerca de 65 a 70% do LR para os
aços inox e de 55 a 60% do LR para os aços
carbono. Uma das diferenças marcantes de
comportamento às solicitações entre os vários
tipos de aço é o encruamento - aumento das
características (dureza, limites de escoamento,
de resistência e de cisalhamento) pelo efeito de
trabalho mecânico.
A figura a seguir mostra a evolução do LE e
do LR com a variação de deformações a frio
impostas a aços inoxidáveis tipos 301
(austenítico) , 409, 430 (ferríticos) e aço carbono
1008.
Comparação dos encruamentos de aços:
austenítico (301), ferríticos (430 e 409) e baixo
carbono (1008)
Essas diferenças de comportamento ao trabalho
mecânico a frio, que os esforços necessários
para a conformação dos aços inoxidáveis são
consideravelmente maiores que os exigidos para
os aços carbono.
Além dos aços inox apresentarem o LR superior
aos dos aços carbono em condições
equivalentes, tanto o LE quanto seuLR crescem
a uma taxa maior que o crescimento destes
parâmetros dos aços baixo carbono.
Dentre os aços inoxidáveis, os aços austeníticos
“aceitam” maiores deformações que os aços
ferríticos e assim diz-se que eles são mais
“dúcteis”. Este efeito é conferido pelo níquel
contido nos aços austeníticos e ausente nos
aços ferríticos.
Corte e Furação
Corte e furação por estampagem, são processos
semelhantes que fazem a separação de material
por cisalhamento utilizando um macho, uma
matriz e uma prensa para a produção em série
de peças.
A tensão de cisalhamento é uma das
características mais importantes na avaliação da
capacidade do material de ser cortado ou furado.
Para os aços inoxidáveis, a tensão de
cisalhamento é cerca de duas vezes maior que a
observada nos aços carbono. Por este motivo, a
força exigida para o corte ou furação de aços
inoxidáveis é de 50 a 100% maior que aquela
necessária para executar o mesmo serviço em
aço carbono.
A prática de aquecer a chapa a ser perfurada ou
cortada a uma temperatura de cerca de180ºC,
reduz a força de corte necessária e, por
conseguinte garante uma sobrevida tanto às
ferramentas quanto às prensas utilizadas. Em
contrapartida, esta prática exige investimentos
em operações complementares de aquecimento
e posterior polimento para a eliminação dos
óxidos produzidos pelo aquecimento. Sua
adoção exige um estudo econômico para atestar
sua viabilidade.
Os principais parâmetros a serem considerados
nas operações de corte e furações por
estampagem são:
Aproveitamento máximo da chapa (lay out de
tira)
Folgas entre punção (macho) e matriz
Forças envolvidas na operação de corte
Dimensionamento da matriz
Escolha de molas para prensa-chapas
Aproveitamento da chapa (Lay-out de Tira).
O estudo econômico, também chamado de
layout de tira, é o estudo que proporciona o
aproveitamento máximo da chapa ou, em outras
palavras, a obtenção da maior quantidade de
peças em uma mesma chapa. Este estudo visa
encontrar a melhor distribuição das peças na
chapa bem como calcular as distâncias ótimas
entre as várias peças. As distâncias mínimas
necessárias para um corte eficiente e correto
são apresentadas na tabela da Figura abaixo.
Tabela
Estudo do Aproveitamento.
Consideremos a peça mostrada na Figura
abaixo a ser produzida a partir de uma tira de
comprimento L e largura B
Solução 1
P = Passo da ferramenta = X + 1 x C
F = B = Fita = Y + 2 x b
Solução 2
P = Passo da ferramenta = X + Z + 2C
F = B = Fita = Y + 2 x b
O número de peças npara cada situação será:
L = a + (n - 1) x P (L =
comprimento da tira)
O rendimento η, para cada situação é medido
por:
L = 1000 mm
A solução 2 apresenta um rendimento de 71%
enquanto que a solução 1 apresenta um
rendimento de apenas 49%.
A seguir mostramos alguns exemplos para
vários tipos de geometria de peças.
Folga entre o Punção e a Matriz.
As folgas são definidas em função da espessura
das chapas a serem perfuradas. Recomenda-se,
para furos, que as folgas totais não superem a
10% da espessura (5% por face) para impedir
que um excesso de material resultante da
perfuração escoe para dentro da matriz,
acompanhando o movimento do punção.
Para espessuras inferiores a 1,00 mm, a folga
deve estar situada entre 0,03 e 0,04 mm do raio.
A seção dos furos é função das folgas adotadas
entre punção e matriz.
O gráfico a seguir, mostra o perfil do corte com
as três zonas bem distintas: região deformada,
região cisalhada e região fraturada.
Perfil de uma chapa cortada
O dimensionamento de punção e matriz deve
levar em conta as tolerâncias da peça a ser
obtida.
Exemplo aplicação:
Vamos dimensionar o ferramental para a
produção de uma arruela de aço inox com
diâmetro externo de 30 mm e diâmetro interno
de 10 mm, com uma espessura de 1,00 mm.
Considerando-se F (folga) de 5% da espessura
por face, tem-se:
½ x F = 1,00 x 0,05 = 0,05 mm
Para a determinação do diâmetro do macho
(punção), deve-se tomar a medida máxima do
furo. Para as dimensões externas, parte
recortada da peça, a medida da matriz deve
estar na faixa mínima da tolerância. Esta
precaução se deve ao fato de haver desgaste
tanto do macho como da matriz, à medida que
se estampam as arruelas.
Desta forma, as dimensões de macho (punção)
e matriz devem ser:
Forças envolvidas na Operação de Corte:
A força de corte depende diretamente do tipo de
material, da espessura da chapa e do perímetro
de corte. A espessura da chapa e o perímetro de
corte são grandezas facilmente conhecidas. A
influência do material na força de corte vem por
meio de um valor tabelado chamado “Pressão
Específica de Corte” (Kc), que é uma função da
tensão de ruptura (SR). O valor deKc foi
determinado experimentalmente em
Pressão Especifica Kc
Força de corte (Fc).
Desta forma, o cálculo da força de corte Fcpode
ser feito a partir da fórmula abaixo, que é função
da espessura da chapa, do perímetro de corte e
da pressão específica de corte:
Onde:
e = espessura da chapa em mm;
p = perímetro de corte em mm
kc = pressão específica de corte ( kgf / mm²
Também de forma experimental, foram
determinadas as expressões para o cálculo das:
Força do Prensa - Chapa (Fpc).
Força de prensa-chapa (Fpc), definida como
sendo a força necessária para manter a chapa
presa sobre a matriz durante a operação.
Força de extração (Fex).
Força de extração (Fex ), como sendo a força
necessária para retirar a chapa cortada ou
furada do macho no retorno da prensa, cujos
valores são obtidos por:
para (d/e) > 8
para 2 (d/e) 8
Usualmente =
A prática de se construir as arestas de corte
inclinadas, tanto para o punção como para a
matriz, diminui a força de corte necessária por
possibilitar um corte progressivo.
Conforme mostra a figura abaixo, podem-se
dispor arestas inclinadas tanto na matriz quanto
no punção. Quando a parte cortada é a peça
final, a inclinação deve ser feita na matriz (9-a).
Entretanto, quando a parte cortada é retalho, a
inclinação deve ser feita no punção (9-b).
Compara as forças envolvidas quando se
utilizam ou não arestas inclinadas.
Matrizes acima de 200 mm são necessariamente
construídas em partes (postiços), em função
tanto de distorções provenientes de tratamento
térmico quanto da diminuição da altura
necessária para suportar o esforço de corte. Isto
porque o dimensionamento da altura do postiço
é feito em função da força de corte incidente
sobre ele. Ou seja, cada postiço deverá suportar
os esforços correspondentes ao perímetro de
corte que ele possui.
A figura a seguir mostra alguns modelos de
postiços:
Escolha da Mola.
As molas utilizadas em estampos devem ser
escolhidas entre as molas comerciais de forma
criteriosa. Existem vários tipos e tamanhos de
molas para estampos que são comercializadas
de forma a atender a maioria das aplicações. As
molas possuem características específicas que
são:
Constante elástica;
Curso útil da mola.
A constante elástica mostra a força que esta
mola vai exercer em seus apoios quando
sofrer uma unidade de comprimento de
compressão. Esta característica pode ser
representada em gráficos. No gráfico, pode-se
determinar a força que a mola exerce quando se
encontra comprimida de um certo valor.
O curso total da mola é o valor que a mola pode
ser comprimida até que suas espiras se
encostem, curso que nunca deve ser atingido.
Toda a nomenclatura para as partes da mola e
dimensões específicas se encontra na figura
abaixo.
A escolha de uma mola pode ser obtida
seguindo-se o exemplo abaixo:
Exemplo de Aplicação.
Deseja-se estampar um furo de 4mm de
diâmetro em uma chapa de aço inox de 0,5 mm
de espessura com kc = 50 kgf / mm².
Solução:
1º. Cálculo das forças de corte e de extração:
Fc = .d.e.kc x 4 x 0,5 x 50 = 314 kgf
Fex = 5% Fc 314 x 0,050 = 15,7 kgf
2º. Calculo das forças de cortes e de extração:
O bom senso indica escolher uma mola com
carga útil de pelo menos 3 vezes a força de
extração. Seja a mola com as seguintes
características:
D = 30 mm
da = 6 mm
f = 0,5 mm por espira
F = 50 kgf (carga útil da mola para a flecha f
indicada)
Adota-se uma pré-tensão f1 para garantir a
extração da peça, cujo valor é definido por:
f1 / Fex = f / F f1 = (f . Fex) / F
f1 = (0,50 x 15,7) / 50 = 0,157 mm
Para garantia de que as espiras não se toquem,
impõe-se um curso útil por espira de:
fu = f - (f1 + f2) sendo f2 = 0,1 mm.
Nesta situação, fu = 0,5 - (0,157 + 0,1) =
0,245 mm
A distribuição dos cursos mencionados pode ser
vista no quadro abaixo, que apresenta o gráfico
de carga (força) x curso (compressão ou flecha).
Gráfico de distribuição dos cursos por espira
3º. Cálculo do número de espiras:
Supondo-se um curso de extração no estampo
de 1 mm, 0,5 mm de espessura da peça e 0,5
mm de penetração do punção na matriz, calcula-
se o número de espiras da mola para atender
este curso determinado, como se segue:
n = Curso de extração = 1,000
Δ Fu 0,245
N = 4 espiras
Com o valor do passo da mola p = da + f (figura
acima) = 6 + 0,5 = 6,5, calcula-se comprimento
livre da mola, através da fórmula a seguir:
L = (n – 1) p + 1,5 da
L = (4 – 1) x 6,4 + 1,5 x 6
L = 28,5mm
4º. Determinação do alojamento da mola no
estampo
O curso de pré-tensão para as 4 espiras da mola
é definido por:
Fpre = F1 x 4 = 0,157 x 4 Fpre = 0,628 mm
e o comprimento pré-tensionado da mola será:
Lpre = L - Fpre = 28,5 - 0,628 Lpre = 27,87
mm
O valor de Lpre deve ser a altura do alojamento
da mola no estampo. As molas podem ser
montadas de duas formas nos estampos:
montagem simples (fig 16-a) e montagem em
paralelo (fig 16-b), que permite a utilização de
um número maior de molas menores montadas
lado a lado.
Além das molas tradicionais, helicoidais de
arames de seção circular ou retangular, existem
molas de poliuretano e mola tipo prato que
podem ser utilizadas em estampos.
Para estes tipos de mola, o cálculo é semelhante
ao apresentado anteriormente, sendo as
particularidades de cada uma delas fornecidas
pelos fabricantes.
Dobramento
No dobramento, a chapa sofre uma deformação
por flexão em prensas que fornecem a energia e
os movimentos necessários para realizar a
operação. A forma é conferida mediante o
emprego de punção e matriz específicas até
atingir a forma desejada.
Para comprimentos de dobra considerados
pequenos, utilizam-se estampos que possuem a
forma a ser dobrada.
Para fabricação de perfis dobrados ou alguns
tipos de peças com comprimentos de dobras
considerados grandes, utilizam-se prensas
dobradeiras / viradeiras, com matrizes e machos
(punções) universais.
O dobramento pode ser conseguido em uma ou
mais operações, com uma ou mais peças por
vez, de forma progressiva ou em operações
individuais.
Na operação de dobramento devem-se levar em
conta quatro fatores importantes:
A capacidade elástica do material;
O raio interno mínimo da peça a ser dobrada;
Linha neutra ou Linha base;
O comprimento desenvolvido da peça;
As forças que atuam na operação de
dobramento.
Capacidade Elástica do Material.
O dobramento é uma operação onde ocorre uma
deformação por flexão. Quando um metal é
dobrado, a sua superfície externa fica tracionada
e a interna comprimida.
Estas tensões aumentam a partir de uma linha
interna neutra, chegando a valores máximos nas
camadas externa e interna.
Em outras palavras, em um dobramento a
tensão varia de um máximo negativo na camada
interna para zero na linha neutra e daí sobe a
um máximo positivo na camada externa.
Retorno elástico
Desta forma, uma parte da tensões atuantes na
seção dobrada estará abaixo do limite de
escoamento (LE) e a outra parte supera a este
limite, conferindo à peça uma deformação
plástica permanente. Uma vez cessado o
esforço de dobramento, a parte da seção que
ficou submetida a tensões inferiores ao LE por
ter permanecido no domínio elástico, tende a
retornar à posição inicial anterior ao dobramento.
Como resultado, o corpo dobrado apresenta um
pequeno “retorno elástico” ou efeito mola (spring
back) que deve ser compensado durante a
operação de dobramento.
Como indicação, a tabela da figura acima mostra
o retorno elástico de alguns tipos de aços
inoxidáveis austeníticos ( usado também para
aços carbonos) em relação ao raio interno de
dobra e à espessura da chapa.
Em alguns casos, é utilizada a prática de se
efetuar uma calibragem em estampo específico,
já compensado o retorno elástico, para dar as
dimensões finais da peça.
Este procedimento é viabilizado em produção
seriada onde o custo do estampo calibrador
pode ser diluído no preço do unitário da peça.
Raio Interno Mínimo.
Quanto menor o raio de dobramento, maiores
são as tensões desenvolvidas na região
tracionada. Um excessivo tracionamento
provocado por um pequeno raio de dobramento
pode vir a romper as fibras externas da chapa
dobrada. Define-se o raio interno mínimo de
dobra, como o menor valor admissível para o
raio para se evitar grande variação na espessura
da chapa na região dobrada. Este valor é função
do alongamento que o material sofre ao ser
tracionado e da espessura da chapa que está
sendo dobrada.
Para a determinação do raio mínimo, podemos
utilizar a relação:
onde
R min = Raio mínimo
Al% = Alongamento % da chapa
e = Espessura da chap
Por exemplo, o raio de dobramento mínimo para
uma chapa de 1,5 mm de aço inox 304 com
alongamento garantido de 60% é de:
R min = (50 x 1,5) / 60 - 1,5 / 2 = 0,94 mm
Comprimento Desenvolvido.
Perímetro.
A extensão da circunferência, ou seja, seu
perímetro, pode ser calculada através da
equação:
Perímetro = Diam . 3,14
Onde D é o diâmetro da circunferência, ou
seja, D = 2 x Raio. Também temos que 3,14 é a
constante pi.
De modo geral usaremos:
Perímetro = Diam .
3,14 .β° / 360° ou Perímetro = 2 . Raio .
3,14 .β° / 360°
Linha Neutra ou Linha Média (LLN).
Para obter uma chapa dobrada segundo um
determinado perfil, é necessário cortar a chapa
com tamanho certo. Para isto é necessário
conhecer as dimensões da peça desenvolvida.
Na conformação da dobra, todas as fibras do
material padecem solicitações de compressão
ou tração, sofrendo conseqüentemente
alongamento ou encurtamento.
As únicas fibras que permanecem inalteradas
são as que estão localizadas no plano neutro,
ou, tratando-se de elementos lineares, na linha
neutra. As fibras ali localizadas não sofrem
deformações, portanto o desenvolvimento desta
linha nos fornecerá o comprimento exato da
chapa ou da tira a ser cortada.
A Figura abaixo apresenta de forma
esquemática a posição da linha neutra em uma
peça dobrada.
A linha neutra não se encontra sempre na
metade da espessura da chapa. Através de
ensaios práticos, chegou-se a conclusão que:
A localização da linha neutra LLN será na
metade (1/2) da espessura da chapa quando for
até 1 mm;
Para espessura acima de 1 mm a localização da
linha neutra LLN será 1/3 da espessura
1/5 da curvatura interna quando a dobra é obtida
com ferramentas providas de sujeitadores ou
prensa-chapa.
Exemplo.
Calcular o comprimento desenvolvido da chapa
utilizada para fabricar o perfil U.
Material: aço chapa 1020
Alongamento = 37,5%
Espessura e = 3 mm
Largura b = 20 mm
Comprimentos C = 40 m;
Altura D = 20 mm
Raio mínimo (Rm):
Rm = (50 x 3 / 37,5) - (3 / 2) = 2,5 mm
Localização da Linha Neutra ( LLN):
LLN = 3 x 1 / 3 = 1 mm
Comprimento desenvolvido:
b-a = 20 mm
c-b = Raio
neutro = Raio interno + LLN = 2,5 + 1 = Rn 3,5
mm
b-c = 7 x 3,14 x 90 / 360 = 5,49 mm
d-c = 40 mm
e-d = c-b = 5,49 mm
f-e = 20 mm
Comprimento f-a = 20 + 5,49 + 40 + 5,49 + 20 =
90,98 mm
A largura da chapa onde o perfil vai ser dobrado
é b = 20 mm
Neste caso, especifica-se uma chapa de 3,0 x
20 x 90,98 mm de aço chapa 1020 para fabricar
o perfil da figura mostrada acima.
Forças que atuam na Operação de Dobra.
As principais forças que atuam na operação de
dobramento são:
Força de Dobramento (Fd);
Força de prensa-chapa (Fpc) e,
Força lateral (Flat)
Numa dobra simples em matriz, parte da chapa
fica presa pelo prensa chapa e a outra parte
permanece livre, todo o conjunto funcionando
como uma viga em balanço conforme figura a
seguir.
Dobra em L:
LLN = 1/5 . e
Fd = 1_ . 2 . σr . esp . larg
6
Flat = _Fd_
2
Fpc = 5,4 . e . p
Dobra em U:
A = 4,5 . e
Fd = 2 . ( 1_ . 2 . σr . esp . larg)
6
Flat = _Fd_
2
Fpc = 1,20 . Fd
______________ ______________
h1 = √ 1,5 . Fd . altura H = √ 0,75 . Fd . comp
larg . σf larg . σf
Dobra em V:
V ferr. = 20 . e
Fd = 2_ . 2. σr . (esp)² . larg
3 Av
Flat = _Fd_
2
Fpc = =1,20 . Fd
Exemplo:
1.Calcular as forças necessárias para fabricar o
perfil U (σr = 40 Kgf / mm²)
Fd = 1_ . 2 . 40 . 1,8 . 30 = 720 Kgf
6
Flat = _720_ = 360 Kgf
2
Fpc = 5,4 . 1,8 . 160 = 1555,2 Kgf
1.Calcular as forças necessárias para fabricar o
perfil L (σr = 35 Kgf / mm²)
A = 4,5 . 2,5 = 11,25 mm
Fd = 2 . (1. 2 . 35 . 2,5 . 30 ) = 1750 Kgf
6
Flat = _1750_ = 875 Kgf
2
Fpc = 1,20 . 1750 = 2100 Kgf
03- Calcular as forças necessárias para fabricar
o perfil L (σr = 45 Kgf / mm²)
V ferr. = 20 . 2,2 = 44 mm
Fd = 2 . 2. 45 . (2,2)² . 25 = 181,5 Kgf
3 . 40
Flat = _181,5_ = 90,75 Kgf
2
Fpc = =1,20 . 181,5 = 217,8 Kgf
O punção ao descer exerce a força de
dobramento (Fd) sobre a parte em balanço da
chapa, que começa a se deformar. Parte desta
força é transferida à parede lateral da matriz
(Flat) à medida que a chapa se deforma. A força
lateral é máxima quando a chapa atingir uma
posição de 45º com a horizontal conforme a
figura a seguir.
A tensão necessária para vencer o limite elástico
e o encruamento do material para que haja
deformação plástica (permanente) é a tensão de
dobramento , cujos valores são definidos pelas
relações da tabela da Figura abaixo, que levam
em consideração coeficientes de segurança para
garantir o sucesso do processo.
A calibragem corresponde ao endireitamento da
peça dobrada (fundo do U ou laterais de V, por
exemplo). A operação de dobramento com
calibragem minimiza o efeito do retorno elástico.
Para o calculo, consideram-se:
Comprimento da dobra (b);
Espessura da dobra (e);
Distância entre o ponto de aplicação da força até
a região engastada que, no caso é a própria
espessura da chapa (e)
Distância do centro da mola do prensa chapa até
a face da matriz (a) e definem-se:
Ferramenta de Corte
O estampo é a ferramenta usada nos processos
de corte e de dobra, compõe-se de um conjunto
de peças ou placas que, associado às prensas
ou balancins, executa operações de corte e de
dobra para produção de peças em série.
O corte é um processo de fabricação em que
uma ferramenta, com duas cunhas de corte, que
se movem uma contra a outra, provoca a
separação de um material por cisalhamento.
O cisalhamento é a deformação que um corpo
sofre devido à ação de forças cortantes opostas.
As cunhas de corte são também chamadas de
faca ou punção e matriz. O punção é
pressionado contra o material e a matriz, de tal
modo que para efetuar o corte é preciso aplicar
certa força. A essa força se dá o nome de
esforço de corte.
Um parâmetro importante de projeto de
ferramenta é a folga entre punção e matriz,
determinada em função da espessura e do
material da chapa.
As matrizes determinam as dimensões das
peças e os punções determinam as dimensões
dos furos.
A folga entre punções e matrizes no processo
de corte pode ser obtida de acordo com o
gráfico.
As matrizes de corte terão as dimensões
correspondentes ao limite inferior da tolerância
das peças.
Por outro lado, os punções de furação terão as
dimensões correspondentes ao limite superior
da tolerância das peças.
De modo geral, os estampos de corte são
formados por cinco conjuntos de peças:
Conjunto superior;
Conjunto inferior;
Elementos normalizados;
Elementos de fixação;
Dispositivos de alimentação automática.
Observe a figura abaixo à ferramenta e seus
respectivos elementos.
Durante o processo, o material é cortado de
acordo com as medidas das peças a serem
estampadas, a que se dá o nome detira.
Quando cortamos numa tira de material as
formas de que necessitamos, a parte útil obtida
recebe o nome de peça. O restante de material
que sobra chama-se retalho, como na figura a
seguir.
Conjunto Superior
O conjunto superior é a parte móvel do estampo.
É fixada à máquina, realiza movimentos de
“sobe-desce” e apresenta os seguintes
componentes: espiga, placa superior, placa de
choque, placa porta-punções , punções e faca
de avanço.
- Espiga é uma peça geralmente cilíndrica de
aço 1020 a 1045 que, introduzida e presa no
alojamento do cabeçote da prensa, sustenta o
conjunto superior.
Dimensionamento da espiga:
Diâm. Espiga = √ 4 x Prensa / 3,14 x σr
Para o exemplo usaremos: Aço 1020 trefilado ;
σr 9 kgf / mm² ; Fp 12500 Kgf;
Diâmetro Espiga = √ 4 x 12500 / 3,14 x 9 = 42
mm
(usaremos diâmetro de 50 mm, conforme tabela
dimensional).
Tabela dimensional da espiga
- Placa superior (Ps) é uma placa de aço 1020
a 1045 que tem por finalidade fixar a espiga e
unir, por meio de parafusos, a placa de choque e
a placa porta-punção.
Espessura mínima 20 mm
Dimensionamento da placa superior:
A experiência aconselha:
FORÇA DE CORTE DA PRENSAESPESSURA DA PLACA SUPERIOR
20 a 30 ton. 30 mm
30 a 50 ton. 45 mm
50 a 80 ton. 55 mm
- Placa de Choque (Pc) é uma placa de aço
1060 a 1070, temperada e retificada, que tem a
função de receber choques produzidos pelas
cabeças dos punções no momento em que eles
furam ou cortam a chapa, evitando sua
penetração na placa superior.
A espessura da placa de choque não pode ser
menor que cinco milímetros e varia conforme o
material a ser cortado.
Dimensionamento da Placa de Choque;
Placa de Choque = _√ 4 x Força corte__
Perímetro de corte
Para o exemplo usaremos:
Força de corte no punção crítico = 530 Kgf ;
Diâmetro do punção = 4 mm.
Placa de Choque = √ 4 x 530 / 3,14 x 4 = 13
mm
- Placa porta-punções (Ppp) é uma placa de
aço 1020 a 1045 situada logo abaixo da placa de
choque ou da placa superior. É fixada por
parafusos e tem como função sustentar
punções, cortadores, cunhas e pode ter as
mesmas dimensões da matriz.
Espessura mínima 20 mm
- Punção (Pu) é uma peça de aço com elevado
teor de carbono (Aço Rápido), temperada e
revenida, que faz o corte quando é introduzido
nas cavidades da placa-matriz, dando forma ao
produto.
O punção pode ser classificado em simples,
quando sua forma não apresenta dificuldade de
construção.
É classificado como punção com peças postiças
quando apresenta partes frágeis que serão
submetidas a grandes esforços.
- Faca de avanço (Fa) é um punção cuja largura
equivale ao passo da matriz. Deve ser usada em
estampos progressivos para obter maior rapidez
no trabalho. As facas podem ser simples ou
duplas.
A faca de avanço faz um corte lateral na tira com
a mesma medida do passo. Isso possibilita o
deslocamento da tira em passos constantes para
obtenção de peças padronizadas.
W = 0,08 x L Y = 0,10 x L
Tabela Módulo de Elasticidade: Me
AÇOS 22.000 Kgf / mm²
COBRE 10.000 Kgf / mm²
ALUMINIO6750 Kgf / mm²
BRONZE 9.000 Kgf / mm²
LATÃO 8.000 Kgf / mm²
Dimensionamento do punção.
O punção e comprimido axialmente, é
necessário, portanto, que seja dimensionado de
modo a resistir aos esforços de compressão.
Sendo o punção um elemento esbelto e
carregado axialmente, pode flambar. Para evitar
este inconveniente, limita-se o comprimento do
punção ao valor dado pela formula:
____________________
Altura do punção = L = (√ 9,85 x Me x Mi / F.
Corte) / 0,75
Momento de Inércia (Mi).
OMomento de Inércia (Mi) mede a distribuição
da massa de um corpo em torno de um eixo de
rotação, mede a sua rigidez, ou seja, a sua
resistência à flexão em relação a esse eixo.
Mi = 3,14 x (R²)² / 4
Mi = 0,1098 x (R²)²
Mi = (h²)² / 12
Mi = b x h³ / 12
Mi = 0,5413 x (R²)²
Para o exemplo usaremos:
Secção retangular de 6 x 3 mm destinado a furar
chapa de aço carbono;
Espessura de 2,5 mm;
Modulo de elasticidade 22.000 Kgf / mm²
Momento de inércia 13,5 mm4;
Força da prensa 1600 Kgf;
Resistência de corte 32 Kgf / mm²
Altura do punção = (√ 9,85 x 20.000 x 13,5 /
1600) / 0,75 = 54 mm
Baricentro (equilíbrio das forças).
Baricentro ou Centro de gravidade é
representado pela letra C.G. O baricentro de
uma figura é o ponto por onde passa a
resultante da força-peso.
Quando a peça a ser estampada apresentar
vários pontos de força (vários punções de corte),
devemos equilibrar essas forças, de maneira
que, cada punção receba força equivalente para
o corte. Exemplo:
Conjunto Inferior
O conjunto inferior é a parte imóvel do estampo.
É fixada à máquina e apresenta os seguintes
componentes: placa-guia, guias laterais, placa-
matriz e placa-base.
- Placa-guia (Pg) é uma placa de aço 1020 a
1045 que tem a função de guiar os punções e
pilotos centradores nas cavidades cortantes da
matriz. A espessura da guia varia conforme o
tamanho do estampo, o curso e a função dos
punções, em um projeto simples pode seguir as
mesmas dimensões da matriz, observe a figura
a seguir.
Espessura mínima 20 mm
- Guias laterais são duas peças de aço 1040 a
1060 colocadas na lateral da placa-matriz.
Podem ser temperadas e revenidas. Sua função
é guiar a tira de material a ser cortado.
Em geral:
A espessura “ H “
H = 6mm (e < 3mm)
H = 1,5 + e (e. 3,5 – 4 mm)
H = 2 + e (e. 5,0 – 6,5 mm)
H = 2,5 + e (e. 7,0 – 8,0 mm)
A abertura “ A “
A = a + 0,5 (e. > 1,0 – 1,5 mm)
A = a + 1,0 (e. 1,6 – 3 mm)
A = a + 1,5 (e. 3 – 5 mm)
- Placa-matriz (Pm) é uma placa de aço com
elevado teor de carbono, temperada, revenida e
retificada, com cavidades que têm a mesma
secção dos punções. A placa matriz, tem a
função de reproduzir peças pela ação dos
punções.
Observe que a matriz apresenta, nas arestas
internas de corte, uma parte cônica (ângulo de
saída de 0,30’ a 15°) para facilitar a passagem
da peça ou do retalho.
Espessura mínima 20 mm
O dimensionamento é a determinação da
espessura, comprimento e largurada matriz, que
é obtida pela relação a seguir.
A distância de uma aresta de corte com as
laterais da matriz depende do tipo de aresta:
Circular (raio ou circunferência);
Face paralela;
Encontro de arestas em ângulo.
Para as distâncias entre os furos de parafusos,
pinos de guia e arestas de corte, as diferentes
distâncias entre elementos da matriz conforme
desenhos abaixo.
M = 1,5 . Diam paraf
N = 2 . Diam paraf
_______
Em = ³√ F corte
Y = 1,2 . Em
Cm = N° de passos + (2 . Y)
Lm = B +(2 . t) + (2 . Y)
As placas-matrizes podem ser inteiriças, quando
constituídas de uma única peça, ou
seccionadas, quando constituídas de várias
peças utilizadas nos estampos de grandes
dimensões.
- Placa-base (Pb) é uma placa que serve de
apoio à placa-matriz e fixada a ela por meio de
parafusos e pinos de guia. É construída em aço
1020 a 1045 ou ferro fundido 26FF.
Quando a peça já cortada sai pela parte inferior
da matriz, a placa-base tem sempre uma
cavidade com dimensão maior para facilitar a
saída, conforme figura a seguir.
Dimensionamento da placa base:
Espessura mínima 25 mm
A experiência aconselha:
FORÇA DE CORTE DA PRENSA
ESPESSURA DA PLACA BASE
20 a 30 ton. 35 mm
30 a 50 ton. 50 mm
50 a 80 ton. 75 mm
ESTAMPO MISTO.
Existem estampos mistos cujas estruturas são o
resultado da união dos estampos de corte e de
dobra. Os estampos mistos realizam as duas
operações, tanto de corte como de dobra. Na
figura ao lado, vemos um estampo em corte e
seu produto correspondente.
Ferramenta de Dobra
A dobra é um processo de fabricação em que
uma ferramenta composta por um conjunto de
duas ou mais peças exerce uma força sobre
uma superfície, alterando-as. A figura ao lado
apresenta um conjunto de dobra. A chapa,
plana, é alterada, obtendo-se a mesma forma
encontrada tanto no punção quanto na matriz.
As operações de dobra são utilizadas para dar
forma a peças e a perfis.
Partes do Estampo de Dobra
O estampo de dobra é também conhecido como
dobrador . É formado de punção e matriz e,
geralmente, guiado pelo cabeçote da prensa ou
placa-guia. O punção È uma peça de aço,
temperada e revenida, cuja parte inferior tem um
perfil que corresponde a superfície interna da
peça. Pode ser fixado diretamente no cabeçote
da prensa ou por meio da espiga. A matriz é de
aço e sua parte superior tem a forma da parte
exterior da peça. Pode ser fixada diretamente
sobre a mesa da prensa. Geralmente, È sobre a
matriz que se fixam as guias do material da
peça, que s„o elementos adaptados ao estampo
para dar uma posição adequada de trabalho.
Ferramenta de Corte e de Dobra
O estampo é a ferramenta usada nos processos
de corte e pode ser acompanhado com o
processo de dobra. Compõe-se de um conjunto
de peças ou placas que, associado às prensas
ou balancins, executa operações de corte e de
dobra para produção de peças em série.
Bases Normalizadas
BASE NORMALIZADA (BE1).
BASE NORMALIZADA (BE2).
BASE NORMALIZADA (BE3).
BASE NORMALIZADA (BE4).
BASE NORMALIZADA (BE5).
PROJETO 01: Projetar a ferramenta para corte
e dobra conforme desenho.
PROJETO 02: Projetar a ferramenta para corte
conforme desenho.
PROJETO 03: Projetar a ferramenta para dobra
conforme desenho.
PROJETO 04: Projetar a ferramenta para corte
e dobra conforme desenho.
PROJETO 05: Projetar a ferramenta para corte
e dobra conforme desenho.
Questões
Pesquise a respeito e responda o
questionário a seguir.
1- O que você entende pelo processo de
estampagem? Quais suas principais operações?
2- Quais as principais vantagens e desvantagem
do processo de estampagem?
3- Descreva a nomenclatura básica da
ferramenta de estampagem.
4- Descreva a operação de corte no processo de
estampagem.
5- Qual a função da folga entre o punção e a
matriz no processo de estampagem. Quais suas
implicações?
6- Como consigo calcular a força necessária
para o corte (estampo)?
7 - Como reduzir a força de corte no processo de
estampo? Quais as principais características do
artifício?
8- Por que é importante o estudo do "layout" das
chapas ou matéria prima?
9 - No processo de estampo muitas vezes, as
peças devem ser separadas umas das outras,
descreva as principais características.
10 - Descreva a operação de dobramento.
11 - Qual a principal característica da operação
de dobramento.
12- Porque é importante a linha neutra da peça
no processo de dobramento?
13- Qual a influencia do raio para o dobramento
14- O que você entende por retorno elástico
(Spring-back) nas operações de dobramento?
15- Nos processos de estampagem quais as
características das prensas excêntricas, prensas
de fricção ou parafusos e hidráulicas.
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