apostila aco inox gem

49
Estampagem dos aços inoxidáveis Eduardo Luiz Alvares Mesquita Engº Mecânico - ACESITA Léo Lucas Rugani Engº de Minas e Metalurgista - ACESITA Consultoria: Prof. José Angelo Bortoloto Prof. Titular disciplina Conformação a Frio de Chapas - Faculdade de Tecnologia de São Paulo - FATEC - SP DEZEMBRO - 1997

Upload: fabiano2pac

Post on 12-Jun-2015

4.398 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Apostila Aco Inox gem

Estampagem dos açosinoxidáveis

Eduardo Luiz Alvares MesquitaEngº Mecânico - ACESITA

Léo Lucas RuganiEngº de Minas e Metalurgista - ACESITA

Consultoria:Prof. José Angelo BortolotoProf. Titular disciplina Conformação a Friode Chapas - Faculdade de Tecnologia de São Paulo - FATEC - SP

DEZEMBRO - 1997

Page 2: Apostila Aco Inox gem

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. O AÇO INOX E OS CUIDADOS COM O SEU MANUSEIO . . . . . . . . . . . . . . 5

3. COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS INOXIDÁVEIS . . . . . . . . . . . . 8

4. ESTAMPAGEM DOS AÇOS INOXIDÁVEIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.1 - CORTE E FURAÇÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.2 - DOBRAMENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.3 - REPUXO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

6. BIBLIOGRAFIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Page 3: Apostila Aco Inox gem

1. INTRODUÇÃO

Esta apostila compõe com outras quatro: Manuseio - Transportes e Estocagem;Soldagem; Conformação e Acabamentos, o Curso básico e modulado “NoçõesBásicas de Caldeiraria e Serralheria em Aço Inox”.

Este curso foi estruturado para levar fundamentação teórico-operacional ao parquereprocessador do aço inox no Brasil, com o objetivo de promover a qualidade dos produtosconfeccionados em inox.

Neste módulo, “Estampagem dos Aços Inoxidáveis”, pretende-se fazer umaabordagem aos processos de corte, furação e dobramento por estampos, além do repuxo -parte central da estampagem, sem a pretensão de esgotar o assunto. O objetivo principal é deauxiliar as empresas já estabelecidas na busca do seu aperfeiçoamento e de introduzir outrasneste promissor segmento: o mercado dos produtos de aço inox.

2. O AÇO INOX E OS CUIDADOS COM O SEU MANUSEIO

Aço inox é o termo empregado para identificar famílias de aços contendo, no mínimo, 11% decromo, que lhes garantem elevada resistência à corrosão - conhecida popularmente com“ferrugem”. O cromo, disperso no aço de forma homogênea, em contato com o oxigênio doar forma uma fina camada, contínua e resistente (50 angstrongs; 1angstron = 10-8 cm) emtoda a sua superfície, que o protege contra ataques corrosivos do meio ambiente.

De uma maneira geral, esta resistência aumenta à medida que mais cromo é adicionado aoaço. Apesar de invisível, estável e finíssima, esta película (chamada de camada passiva) éaltamente aderente ao aço inox, defendendo-o contra a ação de meios agressivos.

Além do cromo, outros elementos podem ser adicionados ao aço inox (níquel, molibdênio,titânio, nióbio, etc.) com o objetivo de elevar sua resistência à corrosão e melhorar suaspropriedades físicas e mecânicas. De acordo com os elementos de liga contidos, os açosinoxidáveis são agrupados em famílias com características semelhantes e destinados aaplicações específicas. Basicamente, distinguem-se 3 famílias de aços inoxidáveis:

à Aços martensíticos;

à Aços ferríticos e;

à Aços austeníticos.

5Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 4: Apostila Aco Inox gem

Os aços inoxidáveis martensíticos são aços magnéticos que podem atingir altas durezas portratamento térmico, além de excelente resistência mecânica. São utilizados em cutelaria,instrumentos de medida, lâminas de corte, correntes para máquinas, discos de freio, etc. Estesaços, de aplicações específicas, não serão abordados nesta apostila.

Os aços inoxidáveis ferríticos também são aços magnéticos. Normalmente são endurecíveispor conformação a frio e são utilizados no estado recozido. São utilizados em baixelas,fogões, geladeiras, pias, sistemas de exaustão de gases em motores de explosão, recheio decolunas de destilação, moedas, etc.

Aços típicos: AISI 430 e AISI 409.

Os aços austeníticos são aços não-magnéticos que podem ser endurecidos por trabalhomecânico. Apresentam resistência à corrosão melhorada pela adição do níquel e sãofacilmente conformados a frio, devido uma combinação favorável de propriedadesmecânicas.

São utilizados para fins estruturais, equipamentos para indústria alimentícia, aeronáutica,ferroviária, petrolífera, química e petroquímica, papel e celulose, construção civil, etc. O açotípico desta família é o AISI 304.

A característica básica dos aços inoxidáveis é a sua elevada resistência à corrosão. São açosfáceis de serem trabalhados, aceitam deformações permanentes sem comprometimento desuas características, são versáteis e de fácil limpeza e manutenção por apresentaremsuperfície lisa e, em aplicações arquitetônicas e de decoração, apresentam aspecto estéticoatraente valorizando ambientes.

A grande maioria dos atributos dos aços inoxidáveis é conferida pela camada passivaanteriormente descrita. Ela apresenta um papel fundamental eliminando-se a necessidade derevestimentos protetivos externos como fosfatização e pintura, galvanização, bicromatização,etc, procedimentos largamente utilizados para melhorar a resistência à corrosão dos açoscarbono.

A camada passiva se auto-regenera em presença de oxigênio quando, por exemplo, édanificada por um risco ou arranhão.

Nesses casos, esta regeneração não garante a homogeneidade da camada passiva e, emsituações críticas e muito agressivas, pode se desenvolver o fenômeno de corrosão no pontoarranhado. Portanto recomenda-se cuidado extremo para a manutenção desta película.

A ACESITA garante a integridade da camada passiva em todos os aços inoxidáveis que saemda Usina. Recomenda-se aos reprocessadores e ao parque manufatureiro dos açosinoxidáveis adotar medidas adicionais para evitar danos à camada passiva durante omanuseio, processamento e estocagem de bobinas, chapas e produtos intermediários.

6 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 5: Apostila Aco Inox gem

No processamento na fábrica deve-se tomar uma série de cuidados adicionais:

à Proceder limpeza criteriosa dos equipamentos e ferramentas que processamsimultaneamente aços inoxidáveis e aços carbono. Neste caso, recomenda-se o usode ferramentas exclusivas para a conformação dos aços inoxidáveis (limas, serras,brocas, etc).Caso isto não seja economicamente viável, é imprescindível adotar a prática delimpar as ferramentas antes de se iniciar o serviço. Esta limpeza poderá ser feita comquerosene, que também é um bom lubrificante.

à Durante o fluxo de produção, devem ser tomados cuidados especiais para se evitardanos ao material, seja pelo manuseio inadequado, seja pelo uso de ferramentasdanificadas, impróprias ou desgastadas.

à Em qualquer situação, é uma boa prática conformar o aço inox com a películaprotetora de PVC ou polietileno que evita danos maiores à superfície do aço inox.As partículas metálicas e de poeira que porventura se depositarem na superfície daschapas podem causar riscos durante o processamento posterior do produto.O arraste de uma chapa sobre a outra causa arranhões de difícil remoção durante oprocessamento do produto. Para eliminá-los, o recurso é o lixamento da superfíciedanificada com lixas de granulometria cada vez mais finas, para manter oacabamento superficial especificado, com pesados reflexos no custo do final doproduto.

à Evitar contaminações da superfície do inox por graxas, óleos e líquidos corrosivosque danificam a camada passiva.

à Em caso de suspeita de contaminação por resíduos de aço carbono, existe anecessidade de se proceder a sua remoção e reestabelecer a camada passiva.

Neste caso, dois procedimentos são válidos:

ã tratar as partes afetadas por uma solução levemente aquecida (50 a 60 ºC) deácido nítrico a 20%. Na seqüência, a peça deve ser lavada e enxugada.

ã submeter a peça ao jateamento (com esferas de vidro) ou lixamento das partesafetadas para a remoção da contaminação. O oxigênio do ar deverá sersuficiente para recompor a camada passiva.

7Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 6: Apostila Aco Inox gem

De uma maneira resumida, os cuidados recomendados em todas as fases do processamento são:

Etapas Cuidados

1. Recebimento, manuseio

• Evitar amassados e arranhões oriundos degrampos, correntes e dispositivos de fixaçãopara manuseio. É recomendado revestir esteselementos com feltro ou plásticos.

2. Estocagem de bobinas e chapas

• Estocar sempre em lugar limpo, seco e longede aços carbono. O ideal é estocar o inoxem galpões sem goteiras e com piso deborracha.

• Usar equipamentos de estocagem emovimentação protegidos por plástico,madeira ou feltro, evitando marcar asuperfície do aço.

3 . Manuseio

• Evitar danos à superfície do material.• Usar luvas limpas durante o manuseio.• Evitar contato com substâncias externas,

graxas, óleos e gorduras.• Evitar o contato com aço carbono ou outros

aços para não contaminar o aço inox.

4. Fabricação

• Sempre que possível, utilizar ferramentas eequipamentos exclusivos para trabalhar oaço inox.

• Não sendo possível, todos os equipamentose ferramentas deverão ser limpos antes de suautilização para trabalhos com o aço inox.

3. COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS INOXIDÁVEIS

Os processos de conformação dos diversos metais são realizados a partir de suas respectivascaracterísticas mecânicas. Particularidades relativas ao comportamento estrutural de cadaliga metálica definem os esforços mínimos necessários para o dimensionamento dosequipamentos e ferramentas a serem utilizados.

Com o aço inox não é diferente: os processos de sua conformação mecânica são semelhantesaos dos aços carbono, cuja tecnologia é de domínio geral. As diferenças de comportamentomecânico existentes entre as duas ligas, aço carbono e aço inox, definem diferentesparâmetros de utilização de equipamentos em cada caso.

O comportamento estrutural dos aços inoxidáveis, a exemplo dos aços carbono, é definidopela curva tensão-deformação. Um corpo de prova do material com dimensões padronizadasé submetido a um esforço de tração crescente até a sua ruptura.

8 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 7: Apostila Aco Inox gem

Fig (1)

O ensaio revela dois domínios bem definidos:

à o domínio elástico (0-A) onde as deformações não são permanentes. Cada tensãocorresponde a uma deformação própria de cada aço. Cessado o esforço, o corpo deprova retorna às dimensões iniciais;

à o domínio plástico (B-C) onde para cada tensão corresponde uma deformaçãopermanente. Uma vez cessado o esforço, em qualquer momento deste domínio, ocorpo de prova não retorna às dimensões iniciais;

à na transição entre os dois domínios (A-B), existe um ponto para o qual o corpo deprova 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-seo limite de escoamento (LE) como o ponto na curva determinado pela intersecçãode uma paralela à reta que define o domínio elástico (0-A) a 0,2% de deformaçãopermanente.

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) sãoligeiramente mais elevados do que os aços inox (tipos 430 e 304) para a condição de açosrecozidos. 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 ondeocorrem deformações permanentes: o ramo plástico B-C para os aços inoxidáveis é muitomaior do que para os aços carbono. Isto significa que eles suportam deformações maioressem ocorrer falha do componente. Dentre os aços inoxidáveis, os aços austeníticos (por

9Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 8: Apostila Aco Inox gem

exemplo o 304) apresentam este ramo plástico maior do que os aços ferríticos (por exemplo o430) sendo especificados para conformações profundas.

Nas operações de conformação onde ocorrem corte e, no caso de dimensionamento deparafusos, rebites e pinos de fixação, que são submetidos a esforços cortantes, a tensão paraa qual ocorre a ruptura é chamada de tensão de cisalhamento. Esta tensão é cerca de 65a 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 açoé o encruamento - aumento das características (dureza, limites de escoamento, deresistência e de cisalhamento) pelo efeito de trabalho mecânico.

A fig (2) a seguir mostra a evolução do LE e do LR com a variação de deformações a frioimpostas 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)Fig (2)

Essas diferenças de comportamento ao trabalho mecânico a frio, figuras (1) e (2), demonstramque os esforços necessários para a conformação dos aços inoxidáveis são consideravelmentemaiores que os exigidos para os aços carbono.

Além dos aços inox apresentarem o LR superior aos dos aços carbono em condiçõesequivalentes, tanto o LE quanto seu LR crescem a uma taxa maior que o crescimento destesparâmetros dos aços baixo carbono.

Dentre os aços inoxidáveis, os aços austeníticos “aceitam” maiores deformações que os açosferríticos e assim diz-se que eles são mais “dúcteis”. Este efeito é conferido pelo níquel contidonos aços austeníticos e ausente nos aços ferríticos.

10 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 9: Apostila Aco Inox gem

4. ESTAMPAGEM DOS AÇOS INOXIDÁVEIS

Estampagem é um conjunto de operações de conformação a frio (corte, furação,dobramento e repuxo), realizadas na região plástica de deformação dos materiais, pelaimposição de uma deformação permanente de uma chapa, com o objetivo de produzir peçascom determinada forma.

As ferramentas que permitem a obtenção da forma desejada são denominadas estampos eas máquinas que fornecem a energia e os movimentos necessários para a conformação sãodenominadas prensas.

De uma maneira geral, os aços inoxidáveis podem ser estampados de forma semelhante aosaços carbono. Pequenas adaptações no processo são necessárias em função depeculiaridades nas suas propriedades mecânicas, conforme mencionado anteriormente.

4.1 - CORTE E FURAÇÃO

Corte e furação por estampagem, são processos semelhantes que fazem a separação dematerial por cisalhamento utilizando um macho, uma matriz e uma prensa para a produçãoem série de peças.

A tensão de cisalhamento é uma das características mais importantes na avaliação dacapacidade do material de ser cortado ou furado. Para os aços inoxidáveis, a tensão decisalhamento é cerca de duas vezes maior que a observada nos aços carbono. Por estemotivo, a força exigida para o corte ou furação de aços inoxidáveis é de 50 a 100% maiorque 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 cercade180ºC, reduz a força de corte necessária e por conseguinte garante uma sobrevida tanto àsferramentas quanto às prensas utilizadas. Em contrapartida, esta prática exige investimentosem operações complementares de aquecimento e posterior polimento para a eliminação dosóxidos produzidos pelo aquecimento. Sua adoção exige um estudo econômico para atestarsua viabilidade.

Os principais parâmetros a serem considerados nas operações de corte e furação porestampagem são:

à Aproveitamento máximo da chapa (lay out de tira)

à Folgas entre punção (macho) e matriz

à Forças envolvidas na operação de corte

à Dimensionamento da matriz

à Escolha de molas para prensa-chapas

11Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 10: Apostila Aco Inox gem

à Aproveitamento máximo da chapa (lay out de tira)O estudo econômico, também chamado de lay out de tira, é o estudo que proporcionao aproveitamento máximo da chapa ou, em outras palavras, a obtenção da maiorquantidade de peças em uma mesma chapa. Este estudo visa encontrar a melhordistribuição das peças na chapa bem como calcular as distâncias ótimas entre asvárias peças. As distâncias mínimas necessárias para um corte eficiente e correto sãoapresentadas na tabela da Fig (3).

Fig (3)

Material Espessura(mm)

A(mm)

B(mm)

C(mm)

D(mm)

E(mm)

F(mm)

e ≤ 0,5

Até 10 0.5 a 1.2 0.5 1 0.5 310 a 30 1.2 a 2 0.5 a 1 1 a 1.5 0.5 3

30 a 100 2 a 3 1.5 a 2 1.5 a 2 0.5 a 1 3.5100 a 300 3 a 5 2 a 2.5 2 a 2.5 1 a 2 4

0,5 < e ≤ 1

Até 10 1 a 1.5 1 1.5 1 310 a 30 1.5 a 2 1 a 1.5 1.5 a 2 1 3.5

30 a 100 2 a 3.5 1.5 a 2 2 a 2.5 1 a 2 4100 a 300 3.5 a 5.5 2 a 3.5 2.5 a 3 2 a 3 4

1 < e ≤ 1,5

Até 10 1.5 a 2 1.5 2 1.5 310 a 30 2 a 2.5 1.5 a 2 2 a 2.5 1.5 3.5

30 a 100 2.5 a 3.5 2 a 2.5 2.5 a 3 1.5 a 2.5 4100 a 300 3.5 a 6 2.5 a 3.5 3 a 3.5 2.5 a 3.5 5

1,5 < e ≤ 2

Até 10 2 a 2.5 2 2.5 2 3.510 a 30 2.5 a 3.5 2 a 2.5 2.5 2 4

30 a 100 3.5 a 5 2.5 a 3.5 2.5 a 3 2 a 3 4100 a 300 5 a 8 3.5 a 5 3 a 3.5 3 a 4 5

2 < e ≤ 3

Até 10 3 a 3.5 3 3.5 3 410 a 30 3.5 a 4 3 a 3.5 3.5 a 4 3 4

30 a 100 4 a 5 3.5 a 4.5 4 a 4.5 3 a 4.5 5100 a 300 5 a 8 4.5 a 6 4.5 a 5 4.5 a 6 6

3 < e ≤ 5

Até 10 5 a 5.5 5 5 5 510 a 30 5.5 a 6 5 a 5.5 5 a 6 6 5

30 a 100 6 a 8 5.5 a 6 6 a 7 6 a 8 6100 a 300 8 a 10 6 a 8 7 a 8 8 a 10 8

12 Estampagem dos aços inoxidáveis

O,F

ERRO

LATÃ

O,B

RON

ZEFO

SFO

ROSO

,A

LUM

ÍNIO

EA

ÇO

INO

XID

ÁVE

L

Page 11: Apostila Aco Inox gem

Estudo de aproveitamento: exemplo

Consideremos a peça mostrada na Fig (4) a ser produzida a partir de uma tira decomprimento L e largura B

Fig (4)

Neste exemplo, S =x.t + (y - t) . z (área da peça)B = y + 2b

Solução 1 Solução 2p = passo da ferramenta: p = x + c

a = p + 2cp = x + z + 2c

a = p + c

b e c dimensões aconselhadas para o corte correto, tiradas da fig (3).

O número de peças n para cada situação será:

L = a + (n-1).p ⇒ n = L - ap

+1 (L = comprimento da tira)

13Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 12: Apostila Aco Inox gem

O rendimento, para cada situação é medido por:

η = n.SLxB

x100

L = 1000 mm

A solução 2 apresentada na Fig (4-c) apresenta um rendimento de 71% enquanto que asolução 1 Fig (4-b) apresenta um rendimento de apenas 49%. A Fig (5) mostra algunsexemplos de “lay out de tiras” para vários tipos de geometria de peças.

Fig (5)

14 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 13: Apostila Aco Inox gem

à Folgas entre punção (macho) e matrizAs folgas são definidas em função da espessura das chapas a serem perfuradas. Omecanismo de perfuração por cisalhamento já foi abordado no Manual Técnico daACESITA “Conformação dos Aços inoxidáveis”, que sugerimos ler.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 escoepara dentro da matriz, acompanhando o movimento do punção. Para espessurasinferiores a 1,00 mm, a folga deve estar situada entre 0,03 e 0,04 mm do raio. Aseção dos furos é função das folgas adotadas entre punção e matriz. A Fig (6) mostrao perfil do corte com as três zonas bem distintas: região deformada, região cisalhadae região fraturada.

Perfil de uma chapa cortadaFig. (6)

O dimensionamento de punção e matriz deve levar em conta as tolerâncias da peça a ser obtida.

Como exemplo, vamos dimensionar o ferramental para a produção de uma arruela de aço inoxcom diâmetro externo de 30 mm e diâmetro interno de 10 mm, com uma espessura de 1,00 mm.

Fig (7)

15Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 14: Apostila Aco Inox gem

Considerando-se uma folga de 5% da espessura por face, tem-se:

½ f = 1,00 x 0,05 = 0,05 mm

Para a determinação do diâmetro do macho(punção), deve-se tomar a medida máxima dofuro. Para as dimensões externas, parte recortada da peça, a medida da matriz deve estar nafaixa mínima da tolerância. Esta precaução se deve ao fato de haver desgaste tanto do machocomo da matriz, à medida que se estampam as arruelas.

Desta forma, as dimensões de macho (punção) e matriz devem ser:

Operação DescriçãoMedidanominal

(mm)

Tolerânciamax (mm)

Folga(mm)

Final(mm)

Furação

Recorte

PunçãoMatriz

PunçãoMatriz

1010

3030

± 0,20± 0,20

± 0,20± 0,20

-+ 0,10

-+ 0,10

10,2010,30

29,7029,80

à Forças envolvidas na operação de corteA força de corte depende diretamente do tipo de material, da espessura da chapa edo perímetro de corte. A espessura da chapa e o perímetro de corte são grandezasfacilmente conhecidas. A influência do material na força de corte vem por meio de umvalor tabelado chamado “Pressão Específica de Corte” (kc), que é uma função datensão de ruptura (σR). O valor de kc foi determinado experimentalmente em

kc = 80%.σR

Materialkc (kgf / mm2)

Recozido Encruado

Aço Carbono até 0,1% C 24 32

Aço Inox 304 50 56

Fig. (8)

16 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 15: Apostila Aco Inox gem

Desta forma, o cálculo da força de corte Fc pode ser feito a partir da fórmula abaixo, que éfunção da espessura da chapa, do perímetro de corte e da pressão específica de corte:

Fc = e.p.kc

onde{e = espessura da chapa em mm;p = perímetro de corte em mmkc = pressão específica de corte (kgf / mm2)

Também de forma experimental, foram determinadas as expressões para o cálculo das:

à força de prensa-chapa (Fpc), definida como sendo a força necessária para manter achapa presa sobre a matriz durante a operação:

Fpc = 5,4 e.p e,

à força de extração (Fex ), como sendo a força necessária para retirar a chapa cortadaou furada do macho no retorno da prensa, cujos valores são obtidos por:

Fex = (3 - 5)% Fc para (d/e) > 8

Fex = (10 - 20)% Fc para 2 ≤ (d/e) ≤ 8

Usualmente, Fex = 10% Fc

A prática de se construir as arestas de corte inclinadas, tanto para o punção como para amatriz, diminui a força de corte necessária por possibilitar um corte progressivo.

Conforme mostra a Fig (9), pode-se dispor arestas inclinadas tanto na matriz quanto nopunção.

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).

17Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 16: Apostila Aco Inox gem

Fig (9)

O gráfico da Fig (10) compara as forças envolvidas quando se utilizam ou não arestasinclinadas.

Gráfico comparativo das forças de corteFig (10)

18 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 17: Apostila Aco Inox gem

à Dimensionamento da matrizA primeira etapa no dimensionamento é a determinação da altura (H) da matriz, queé obtida pela relação:

H ≥ Fc3

A distância de uma aresta de corte com as laterais da matriz depende do tipo de aresta:

à circular (raio ou circunferência);

à face paralela;

à encontro de arestas em ângulo.

Também existem valores orientativos para as distâncias entre os furos de parafusos, pinos deguia e arestas de corte. As diferentes distâncias entre elementos da matriz são apresentadasnos desenhos da Fig (11).

Fig. (11)

19Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 18: Apostila Aco Inox gem

Matrizes acima de 200 mm são necessariamente construídas em partes (postiços), emfunção tanto de distorções provenientes de tratamento térmico quanto da diminuiçãoda altura necessária para suportar o esforço de corte. Isto porque o dimensionamentoda 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 queele possui. A Fig (12) mostra exemplos de matrizes construídas com postiços.

Exemplo de construção de matrizesFig 12

A seguir, na Fig (13), mostramos vários exemplos de matrizes construídas com postiços

20 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 19: Apostila Aco Inox gem

Fig (13)

21Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 20: Apostila Aco Inox gem

à Escolha de molasAs molas utilizadas em estampos devem ser escolhidas entre as molas comerciais deforma criteriosa. Existem vários tipos e tamanhos de molas para estampos que sãocomercializadas de forma a atender a maioria das aplicações.As molas possuem características específicas que são:

ã constante elástica;

ã curso útil da mola.

A constante elástica mostra a força que esta mola vai exercer em seus apoios quandosofrer uma unidade de comprimento de compressão. Esta característica pode serrepresentada em gráficos. No gráfico, pode-se determinar a força que a mola exercequando se encontra comprimida de um certo valor.

O curso total da mola é o valor que a mola pode ser comprimida até que suas espirasse encostem, curso que nunca deve ser atingido.

Toda a nomenclatura para as partes da mola e dimensões específicas se encontra nafigura 14.

Fig. (14)

A escolha de uma mola pode ser obtida seguindo-se o exemplo abaixo:

Exemplo:Deseja-se estampar um furo de 4mm de diâmetro em uma chapa de aço inox de 0,5 mm deespessura com kc = 50 kgf/mm2.

22 Estampagem dos aços inoxidáveis

D - Diâmetro externodi - Diâmetro internoda - Diâmetro do aramef - Flexa ou Curso total da moladm - Diâmetro médioL - Comprimento livrep - Passo = da + fn - Número de espiras

Page 21: Apostila Aco Inox gem

Solução:1º. Cálculo das forças de corte e de extração:

Fc = π.d.e.kc ⇒ π x 4 x 0,5 x 50 = 314 kgf

Fex = 5% Fc ⇒ 314 x 0,050 = 15,7 kgf

2º. Escolha da mola:O bom senso indica escolher uma mola com carga útil de pelo menos 3 vezes a força deextração. Seja a mola com as seguintes características:

D = 30 mmda = 6 mmf = 0,5 mm por espiraF = 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 na figura 15, que apresenta o gráficode carga (força) x curso (compressão ou flecha)

Gráfico de distribuição dos cursos por espiraFig. (15)

23Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 22: Apostila Aco Inox gem

3º. Cálculo do número de espirasSupondo-se um curso de extração no estampo de 1 mm, 0,5 mm de espessura da peça e 0,5mm de penetração do punção na matriz, calcula-se o número de espiras da mola para atendereste curso determinado, como se segue:

nCurso de extração

fu=

∆=

10 245,

n = 4 espiras

Com o valor do passo da mola p = da + f (fig 14) = 6 + 0,5 = 6,5, calcula-se o comprimentolivre da mola, através da fórmula abaixo:

L ≈ (n-1) p + 1,5 da

L ≈ (4-1) x 6,4 + 1,5 x 6

L ≈ 28,5 mm

4º. Determinação do alojamento da mola no estampoO 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 sermontadas de duas formas nos estampos: montagem simples (fig 16-a) e montagem emparalelo (fig 16-b), que permite a utilização de um número maior de molas menores montadaslado a lado.

Fig (16)

24 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 23: Apostila Aco Inox gem

Além das molas tradicionais, helicoidais de arames de seção circular ou retangular, existemmolas de poliuretano e mola tipo prato que podem ser utilizadas em estampos. Para estes tiposde mola, o cálculo é semelhante ao apresentado anteriormente, sendo as particularidades decada uma delas fornecidas pelos fabricantes.

A seguir, ilustramos alguns equipamentos de corte e perfuração de chapas de açosinoxidáveis, bem como a concepção de matrizes de furação de chapas:

Fig. (17)

25Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 24: Apostila Aco Inox gem

4.2 - DOBRAMENTO

No dobramento, a chapa sofre uma deformação por flexão em prensas que fornecem aenergia e os movimentos necessários para realizar a operação. A forma é conferida medianteo emprego de punção e matriz específicas até atingir a forma desejada.

Prensa dobradeira e dobramento de perfisFig (18)

Para comprimentos de dobra considerados pequenos, utilizam-se estampos que possuem aforma a ser dobrada. Para fabricação de perfis dobrados ou alguns tipos de peças comcomprimentos de dobras considerados grandes, utilizam-se prensas dobradeiras/viradeiras

26 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 25: Apostila Aco Inox gem

com matrizes e machos (punções) universais (processo considerado no Manual Técnico deConformação da ACESITA). O dobramento pode ser conseguido em uma ou mais operações,com uma ou mais peças por vez, de forma progressiva ou em operações individuais.

Dobramento em prensas dobradeiras em várias operaçõesFig. (19)

Os estampos de dobra, em geral, recebem peças semiprocessadas vindas de outros estamposde corte ou simplesmente recortadas por guilhotinas.

Na operação de dobramento deve-se levar em conta quatro fatores importantes:

à a capacidade elástica do material;

à o raio interno mínimo da peça a ser dobrada;

à o comprimento desenvolvido da peça;

à as forças que atuam na operação de dobramento.

27Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 26: Apostila Aco Inox gem

à Capacidade elástica do materialO dobramento é uma operação onde ocorre uma deformação por flexão. Quandoum 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 valoresmáximos nas camadas externa e interna.Em outras palavras, em um dobramento a tensão varia de um máximo negativo nacamada interna para zero na linha neutra e daí sobe a um máximo positivo nacamada externa (fig 20).

Retorno elásticoFig (20)

Desta forma, uma parte da tensões atuantes na seção dobrada estará abaixo do limite deescoamento (LE) e a outra parte supera a este limite, conferindo à peça uma deformaçãoplástica permanente. Uma vez cessado o esforço de dobramento, a parte da seção que ficousubmetida a tensões inferiores ao LE por ter permanecido no domínio elástico, tende a retornarà posição inicial anterior ao dobramento. Como resultado, o corpo dobrado apresenta umpequeno “retorno elástico” ou efeito mola (spring back) que deve ser compensado durante aoperação de dobramento.

Como indicação, a tabela da figura 21 mostra o retorno elástico de alguns tipos de açosinoxidáveis austeníticos em relação ao raio interno de dobra e à espessura da chapa.

Retorno elástico para dobramento a 90º

Tipo doAço Inoxidável

Raio de dobramento (e = espessura da chapa)

1 e 6 e 20 e

302 e 304301

2°4°

4°13°

15°43°

Fig. (21)

28 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 27: Apostila Aco Inox gem

Em alguns casos, é utilizada a prática de se efetuar uma calibragem em estampo específico, jácompensado o retorno elástico, para dar as dimensões finais da peça. Este procedimento éviabilizado em produção seriada onde o custo do estampo calibrador pode ser diluído nopreço da unitário da peça (fig.22).

Fig. (22)

à Raio interno mínimoQuanto menor o raio de dobramento, maiores são as tensões desenvolvidas naregião tracionada. Um excessivo tracionamento provocado por um pequeno raio dedobramento 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 raiopara se evitar grande variação na espessura da chapa na região dobrada. Este valoré função do alongamento que o material sofre ao ser tracionado e da espessura dachapa que está sendo dobrada.

29Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 28: Apostila Aco Inox gem

Fig (23)

Para a determinação do raio mínimo, costuma-se utilizar a relação:

Rmin=50eAl%

e2

−onde Rmin = raio mínimo

Al% = alongamento % da chapae = espessura da chapa

Por exemplo, o raio de dobramento mínimo para uma chapa de 1,5 mm de aço inox 304 comalongamento garantido de 60% é de:

Rmin = (50 x 1,5) / 60 - 1,5/2 = 0,94 mm

à Comprimento desenvolvidoQuando se quer produzir uma peça dobrada, é necessário conhecer a dimensãoinicial da chapa a ser utilizada - o chamado comprimento desenvolvido da peça.

A variação da espessura da chapa na região da dobra impede que o comprimentodesenvolvido seja simplesmente a soma dos comprimentos retos e curvos da peça.Deve-se levar em conta esta variação de espessura da região dobrada, para se obtero exato comprimento da chapa que vai dar origem à peça.

O comprimento desenvolvido da região dobrada é obtido pela fórmula:

Onde, Le = 0,0175 α (Ri + t42)

30 Estampagem dos aços inoxidáveis

0,0175 = π / 180α = ângulo de dobramentoRi = raio de dobramentoe = espessuraf = fator de correção

Page 29: Apostila Aco Inox gem

A tabela da figura 24 mostra os valores de f (fator de correção) em função da relação do raiode dobramento com a espessura da chapa

Fator de correção da variação da espessura

Ri / e 5 3 2 1,2 0,8 0,5

f 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

Fig. (24)

Exemplo

Calcular o comprimento desenvolvido da chapa utilizada para fabricar o perfil U da fig.25

Fig 25

Material: aço inox 304

Alongamento: 37,5%

Espessura e = 3 mmLargura b = 20 mmComprimentos c = 40 m

d = 20 mm

31Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 30: Apostila Aco Inox gem

Cálculo do raio mínimo:

Ri = (50 x 3 37,5) - (3 2) = 2,5 mm

Cálculo do comprimento desenvolvido da região dobrada:

Ri /e = 2,5 3 = 0,833 ⇒ f = 0,65

Ld = 0,0175 x 90 x (2,5 + 0,65 x3÷2) = 5,47 mm

O comprimento desenvolvido da peça será:

L = 2 Ld + c + 2 d = 2 x 5,47 + 40 + 2 x 20 = 90,940 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 90,940 mm de aço inox 304 parafabricar o perfil da figura 25.

à Forças que atuam na operação de dobramentoAs principais forças que atuam na operação de dobramento são:

ã a força de dobramento (Fd);

ã a força de prensa-chapa (Fpc) e,

ã a força lateral (Flat)

Numa dobra simples em matriz, parte da chapa fica presa pelo prensa chapa e a outra partepermanece livre, todo o conjunto funcionando como uma viga em balanço (fig.26).

Forças, distâncias e momentos num processo de dobra simplesFig. (26)

32 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 31: Apostila Aco Inox gem

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 à medidaque a chapa se deforma. A força lateral é máxima quando a chapa atingir uma posição de45º com a horizontal (fig 27).

Fig.(27)

A tensão necessária para vencer o limite elástico e o encruamento do material para que hajadeformação plástica (permanente) é a tensão de dobramento σ, cujos valores são definidospelas relações da tabela da Fig (28), que levam em consideração coeficientes de segurançapara garantir o sucesso do processo.

Tipo de Processo sd

Sem calibragem 2 x σrup

Com calibragem 8 x σrup

Fig (28)

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 retornoelástico. Para se calcular as forças que atuam no dobramento, consideram-se:

ã o comprimento da dobra (b);

ã a espessura da dobra (e);

33Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 32: Apostila Aco Inox gem

ã a distância entre o ponto de aplicação da força até a região engastada que, nocaso é a própria espessura da chapa (e)

ã distância do centro da mola do prensa chapa até a face da matriz (a)

e definem-se:

Tipo de força Tipo de dobramento Valor da força

Força de dobramento (Fd)Dobramento simples (Fds) = bxe

6x dσ

x (Fdu) = bxe3

x dσ

Força de prensa chapa (Fpc)Dobramento em U (Fpc) = (15 a 20%) (Fdu)

Dobramento em L (Fpc) =F xe

ad

Força lateral (Flat) (Flat) =F2d

Dobras em LFig (30)

34 Estampagem dos aços inoxidáveis

A seguir, mostramos alguns tipos de estampos específicos para comprimentos de dobrapequenos para perfis tipo cantoneira (perfil em L), perfis em U e estampo para dobramentosem ângulos diferentes de 90° e/ou para correção de retorno elástico.

Page 33: Apostila Aco Inox gem

Duas formas distintas para o acionamentro do prensa chapaDobra em U

Fig (31)

35Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 34: Apostila Aco Inox gem

Estampo para dobramento em U com ângulos diferentes de 90° ou correção do retorno elásticoFig. (32)

36 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 35: Apostila Aco Inox gem

4.3 - REPUXO

O repuxo ou embutimento é uma operação de estampagem onde uma chapa, inicialmenteplana, é transformada em um corpo oco sem que haja aparecimento de rugas e trincas. Asferramentas que permitem a obtenção da forma desejada são chamadas de estampos,constituídos por um punção, uma matriz e um sujeitador chamado de prensa-chapa.

Durante a operação de repuxo, o punção obriga a chapa penetrar na matriz movido pelaação de uma força denominada de força de repuxo (FR). O material da chapa flui para dentroda matriz, configurando gradativamente as paredes laterais da peça.

A geometria da aplicação da deformação é mostrada na Fig (33).

Fig (33)

As tensões que atuam no processo, são diferentes em cada região da peça, gerandovariações na sua espessura.

Fig. (34)

37Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 36: Apostila Aco Inox gem

Basicamente, existem quatro regiões com deformações distintas:

à a parte plana do fundo da peça cuja espessura final é praticamente a mesma doblank, quase não apresentando deformação;

à o raio do fundo da peça onde ocorre significativa deformação na espessura;

à o raio da matriz onde se verifica um aumento de espessura pelas diferençasentre as tensões de tração, compressão e a componente tangencial;

à as paredes laterais onde ocorre um decréscimo gradual da espessura até o fundo dapeça.

Fig (35)

Os principais parâmetros envolvidos na operação de repuxo, são:

à a capacidade de alongamento do material;

à a capacidade de embutimento do material - relação de repuxo;

à a redução percentual;

à o ferramental (matriz, punção e folgas);

à a velocidade de conformação

à os lubrificantes utilizados

à as forças que atuam na operação de repuxo

38 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 37: Apostila Aco Inox gem

à Capacidade de alongamento do materialA capacidade de alongamento é função da velocidade de endurecimento pelotrabalho mecânico a frio de cada material. Esta capacidade é medida pelocoeficiente de encruamento n (tangente à sua curva tensão deformação).Em materiais com elevado coeficiente de encruamento, a deformação localizadacausa um incremento rápido da resistência mecânica e o material se torna capacitadoa resistir cada vez mais à deformação.Em materiais de pequeno coeficiente de encruamento, a deformação localizadacausa uma estricção (redução de seção) e uma perda da resistência mecânica.Comparativamente, os aços baixo carbono e o inox tipo 430 apresentam coeficientesn iguais a 0,22 enquanto que para o aço inox 304 este coeficiente atinge a n =0,48.

A capacidade de endurecimento de um aço é uma função que depende basicamentede sua composição química.

à Capacidade de embutimento do materialA capacidade de embutimento de um material depende da sua relação dedeformação plástica que é uma medida da resistência à estricção do material.

A severidade máxima de repuxo é a condição limite de repuxo para uma únicaoperação. É determinada para os aços inoxidáveis, a partir da relação prática,válida para o intervalo de 25 a 600 de d/e.

βοmax = 2,15 - 0,001 . de

onde d é o diâmetro do punção e “e” é a espessura da chapa.

A relação abaixo é chamada de relação de repuxo em função da geometria da peça,

βο = Dd

onde D é o diâmetro do blank e d o diâmetro do punção.

ã Se βο ≤ βοmax , a peça poderá ser repuxada em apenas uma operação.

ã Se βο > βοmax , a peça necessariamente deverá ser estampada em mais de umaoperação de repuxo.

39Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 38: Apostila Aco Inox gem

à Redução percentualA redução numa operação de repuxo é expressa por:

Redução % = 100 (D - d)D

A redução % varia de 40 a 60% para os aços inoxidáveis austeníticos e de 40 a 55%para os aços ferríticos. Em estampagem profunda, o grau de redução varia de acordocom o raio da matriz utilizada. À medida que os raios das matrizes decrescem,diminuem também a estampabilidade dos aços inoxidáveis. A tabela da figura 36,mostra as reduções dos aços inoxidáveis austeníticos em função dos raios dasmatrizes.

Raio da Matriz (*) Redução (%)

15 e10 e5 e2 e

50 a 6040 a 5030 a 400 a 10

(*) e = espessura do blankFig.(36)

Para o caso de βο > βοmax , empregam-se reduções sucessivas (repuxos sucessivos)que consistem em dividir a operação de repuxo em várias etapas para que, em cadauma delas, a condição limite não seja atingida. Para os aços inox é freqüente seestabelecer a seguinte relação de redução: 35, 30, 20 e10%. A relação de reduçãovai diminuindo em cada operação sucessiva, pelo aumento progressivo doencruamento.

à Ferramental - matriz, punção e folgasO ferramental deve ser projetado e construído levando-se em conta tanto a matéria-prima (aço inox, aço carbono, bronze, etc), quanto a quantidade de peças a seremproduzidas.O desgaste do conjunto matriz - punção é função do tipo de metal a ser embutido. Ummetal de alta dureza causa maior desgaste que um metal macio; um metal oxidadoaumenta a abrasão de duas a cinco vezes.Os aços inoxidáveis provocam alto desgaste por abrasão e tendem a aderir à matrize ao punção e, por este motivo, recomenda-se o uso de materiais que minimizem estaadesão: aços ferramentas de alta dureza tratados com cromo duro, punção e matrizendurecidas por tratamento de nitretação; matrizes compostas com a face de trabalhofabricadas com bronze alumínio.

40 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 39: Apostila Aco Inox gem

Existem tabelas de seleção de materiais para ferramental em diferentes aplicações que podemservir de referência. Como exemplo, a figura 37 mostra alguns materiais recomendados paraa confecção de punção e prensa-chapa para produção de pequenas, médias e grandesséries de peças.

Descrição / ferramenta 10.000peças

100.000peças

1.000.000peças

Peças de até 76 mm(seção cilíndrica e quadrada)

Punção W1 ou 4140cementado

W1 ou S1cementado A2 ou D2

Prensa-chapa W1 ou O1 W1 ou O1 W1 ou O1

Peças redondas(até 305 mm)

Punção Ferro fundidoligado O1 A2 ou D2

Prensa-chapa Ferro fundidoligado

Ferro fundidoligado O1 ou A2

Fig.(37)

A deformação da matéria-prima é levada a efeito, principalmente nos raios de curvatura damatriz, com as tolerâncias variando em função da espessura do blank.

Os parâmetros de embutimento que dependem da espessura da matéria-prima, que são:

ã raio da matriz;

ã raio do punção;

ã folgas matriz - punção

As relações utilizadas para definir os parâmetros acima mencionados são:

Rm = 0,8 (D d) x e−

onde Rm é o raio da matriz e,

δ = e + 0,07 10 x e

onde δ é a folga punção matriz.

41Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 40: Apostila Aco Inox gem

A Fig (38) apresenta, como referência, os intervalos recomendados para o raio da matriz Rm, oraio do punção r e a folga matriz - punção δ em função da espessura do blank.

Material Rm r folga (d)

Aço carbonoAço inox austeníticoAço inox ferríticoAço inox martensítico

4 a 8 e5 a 8 e

7 a 15 e7 a 15 e

2 e4 e5 e5 e

1,05 a 1,15 e1,20 a 1,40 e1,15 a 1,20 e1,15 a 1,20 e

e = espessura do materialFig. (38)

à Velocidade de conformaçãoA velocidade de embutimento é um fator crítico. Uma velocidade excessiva, podeconduzir a fraturas ou a uma redução excessiva de parede na peça repuxada,principalmente em metais de menor dutilidade (maleabilidade).A velocidade de conformação deve ser escolhida à luz das seguintes considerações:

ã uso de matéria prima de qualidade uniforme;

ã peças simétricas de baixa severidade de redução;

ã lubrificação adequada;

ã qualidade do ferramental;

ã pressão do prensa-chapa;

ã qualidade da prensa.

42 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 41: Apostila Aco Inox gem

Para os aços inoxidáveis austeníticos a velocidade máxima de conformação é daordem de 9 a 12 m/min. À medida que estas condições pioram, as velocidades deconformação se reduzem. Em condições piores, pode se estabelecer os valoresindicativos de 6 a 9 m/min. para os aços austeníticos e de 4 a 6 m/min. para os açosferríticos.

à LubrificantesEm geral, utiliza-se um lubrificante para evitar os contatos metal-metal que levam àadesão a frio entre eles. Com esta finalidade, o lubrificante deve ser aplicadouniformemente em toda a superfície metálica.

Freqüentemente, à medida que se aumenta a efetividade de um lubrificante, aumentatambém a dificuldade de sua remoção. No caso dos aços inox, devido ao seu apeloestético esta remoção deve ser considerada principalmente no caso de necessidadede recozimento posterior, onde a queima dos resíduos dos lubrificantes podemmanchar a peça.

Existem vários tipos de lubrificação:

ã lubrificação de película grossa, que evita totalmente o contato metal-metal;

ã lubrificação de película fina ou mista, que permite algum contato metal-metal;

ã lubrificação de fronteira, que permite uma aderência física entre o lubrificante ea superfície, o que reduz a espessura do filme;

ã lubrificação de pressão extrema, onde as superfícies metálicas mudam pelaação de uma reação química que forma compostos de baixa resistência ecedem facilmente à aplicação de uma deformação;

ã lubrificação de película sólida onde a separação metal-metal é feita pelainterposição de uma capa de substâncias sólidas. O mecanismo destalubrificação é idêntico ao da película grossa.

Alguns lubrificantes atacam determinados metais, inclusive aos aços inoxidáveis.Lubrificantes a base de chumbo e zinco promovem a corrosão intergranular nos açosinoxidáveis quando estes são submetidos a tratamento térmico ou trabalho a quente epor isso devem ser evitados.

A seleção de um lubrificante é tão crítica que algumas indústrias modificaram seusprocessos de fabricação somente para permitir o uso de lubrificante de mais fácilremoção.

A tabela da figura 39 relaciona os lubrificantes mais comumente utilizados,classificados pela facilidade de remoção por meio aquoso ou por desengraxantese/ou solventes.

43Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 42: Apostila Aco Inox gem

Reduçãor%

Lubrificante EliminaçãoEfetividade

deaplicaçãoBase Tipo

comVeículoAquoso

comDesengra-

xante/Solvente

r% ≤ 10 Aquosa Emulsão de óleo 5 - 20% 10 8 6

11 ≤ r% ≤ 20 Aquosa Solução de sabão 5 - 20% 10 3 6

21 ≤ r% ≤ 40 Aquosa

Pasta diluída de sabão egraxaEmulsão de óleo p/ usopesado, com Cl- e S=

610

58

87

% > 40 AquosaPasta pigmentadasabão/graxaPasta cera/sabão/borax

58

33

108

r% ≤ 10 OleosaÓleo residual de processoÓleo mineral

88

1010

66

11 ≤ r% ≤ 20 Oleosa

Óleo mineral c/ 10 - 30% deácido graxoIdem com 2 - 20% de óleoclorado ou sulfuradoi

87

108

87

21 ≤ r% ≤ 40 Oleosa

Ácidos graxosÓleo mineral com 5 - 50% de:

- óleo clorado nãoemulsionável

- óleo clorado emulsionávelÓleo fosfatado concentrado

6

586

6

886

8

667

% > 40 OleosaMistura de óleo mineral compastas pigmentadassabão/graxa

5 5 9

Fig (39)

Obs: Os lubrificantes foram classificados em notas de zero a dez, com o valor zerocorrespondendo ao pior comportamento e dez ao melhor comportamento.

A redução da coluna à esquerda se refere à porcentagem de redução de diâmetro de peçascilindricas.

44 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 43: Apostila Aco Inox gem

O pó de grafite e graxa de sulfeto de molibdênio só se recomendam em aplicações a altastemperaturas.

à Forças que atuam na operação de repuxoAs forças que atuam na operação de repuxo são as forças de repuxo e de prensa-chapa.

Considerando:

Resistência à tração do aço inox (σB) em kgf / mm2

Fator de correção da severidade de repuxo (s) s = 1,2 xβο− 1

βοmax −1

Área de atuação do prensa-chapa (Ac) Ac =π4

(D2 -d02) em cm2

Pressão do prensa-chapa (p) p = 0,25 [ (β0 - 1)2 +0,5d100e

] σ B em kgf / cm2

Definem-se:

Força de repuxo (FR) ⇒ FR = π .d . e .σ B. s

Força do perensa chapa (Fpc) ⇒ Fpc = p . Ac

à Cálculo dos blanksA seguir mostramos como calcular blanks de peças cilíndricas e não cilindricas.

ã Cálculo de blanks cilindricos:

Os diâmetros dos blanks cilindricos são calculados pelas fórmulas abaixo, de acordocom a forma da peça.

Fig (40)

45Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 44: Apostila Aco Inox gem

Exemplos:

Calcular os blanks das figuras acima, onde d = 50 mm; d1 = 50 mm; d2 = 55 mm e h = 100 mm

Cálculo do blank da fig (40-a) ⇒ D = 50 + 4 x 50 x 1002 = 150 mm

β0 =15050

= 3,00 sendo β0max = 2,15 - 0,001 x50

0 80,= 2,09

Como β0>β0max, a peça será estampada em mais de uma operação de repuxo.

Cálculo do blank da fig (40-b) ⇒ D = 55 + 4 x 50 x 1002 = 151,74 mm

β0 =15174

50,

= 3,03 sendo β0max = 2,15 - 0,001 x50

0 80,= 2,09

Também neste caso, a peça será estampada em mais de uma operação de repuxo.

ã Cálculo de blanks não cilindricos

Seja por exemplo, calcular o blank da cuba de pia de aço inox da figura 41.

Fig (41)

46 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 45: Apostila Aco Inox gem

As dimensões do blank vão ser o comprimento desenvolvido pela largura desenvolvida dacuba acrescidos de uma borda para o contato com o prensa chapa. As dimensõesdesenvolvidas são tomadas em relação à fibra média (metade de espessura). O comprimentodesenvolvido das regiões dobradas (·, ¹, » e ½) é calculado pela fórmula apresentada napágina 30:

Ld = 0,0175.α (Ri + fe2)

Comprimento Largura

¶ = ¾ = 10 - 5 - 0,80 = 4,20 mm· = ¹ = » = ½ = 0,0175 x 90 x (5 + ½ 0,8)

= 8,51 mm¸ = ¼ = 90 - 2 x 5,8 = 78,40 mmº = 480 - 2 x 5 = 470 mm

¶ = ¾ = 4,20 mm· = ¹ = » = ½ = 8,51 mm

¸ = ¼ = 78,40 mmº = 280 - 2 x 5 = 270 mm

Comprimento desenvolvido Largura desenvolvida

A = 2 x 4,2 + 4 x 8,51 + 2 x78,4 + 470A = 669,24 mm

A = 2 x 4,2 + 4 x 8,51 + 2 x78,4 + 270B = 469,24 mm

Portanto, o material necessário para recortar o blank teórico será:

0,8 x (669,24 x 469,24)

A nossa cuba é uma peça retangular com 4 raios de 60 mm formando a concordância dasparedes laterais. Na operação de repuxo de peças não cilindricas, os raios de repuxoapresentam um comportamento idêntico ao de uma peça cilindrica. Por esta razão, considera-se um cilindro imaginário em cada raio de repuxo, com raios e altura iguais aos do produto.

Os cantos devem ser recortados para aliviar o contato entre blank e prensa-chapa, parafacilitar o escoamento do metal.

Para se determinar o recorte do excesso de material do blank já calculado, calcula-se odiâmetro do cilindro imaginário (Dci) desenhando-o conforme o mostrado na figura 42.

47Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 46: Apostila Aco Inox gem

Fig. (42)

O valor de Dci é determinado por:

Dci = d d .h22

1+ 4. , onde

d2=2 x (60 + 10) = 140 mm (diâmetro correspondente ao raio externo da aba da cuba)

d1 = 2 x 60 = 120 mm (diâmetro correspondente ao raio de concordância dasparedes laterais)

h = 90 mm (profundidade da cuba

Dci = 140 02 + 4x120x9 = 250,66 mm

A cota da tangente ao Dci é dada por:

t =Dci

32=

250 6632

,= 7,83

Com estes valores, pode-se traçar o blank teórico para o primeiro teste (“try-out”) do estampocom o objetivo de se definir o blank real.

ˆ3ˆ2 = 7,83

β0 =250 66

120,

= 2,07 sendo β0max = 2,15 - 0,001 x1200 80,

= 2,00

Para calcularmos a força de repuxo, utiliza-se a fórmula da página 45,

FR = π.d . e . σB. s

48 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 47: Apostila Aco Inox gem

onde:

σB = 50 kgf/mm2,

s = 1,2 xβ

β0 1

10

−−max

= 1,2 x2 08 12 00 1,,

−−

= 1,31

o diâmetro d é substituído pelo diâmetro equivalente definido por:

deq = 1,13 S, S = área transversal do macho de repuxo.

No nosso caso, a área S é:

S = ¶ + 2 x · + 2 x ¸ + 4 x ¹ = 57.600 + 2 x 9.600 + 2 x 21.600 + 11.309,73S = 131.309,73

O valor da força de repuxo necessária é então:

FR = π x 1,13 x 131309 73. , x 0,80 x 50 x 1,31 = 67.407,47 ≅ 67 toneladas

49Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 48: Apostila Aco Inox gem

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este manual técnico contém as informações básicas para o desenvolvimento dosconhecimentos de profissionais interessados no assunto. As informações nele contidas, sãogerais e servem como uma primeira abordagem prática. Em nenhum momento se pretendeuesgotar o assunto tratado.

Diferenças de comportamento mecânico entre os aços inoxidáveis e aços carbono exigem,para a conformação do inox, equipamentos mais robustos para conformar as mesmasespessuras.

Porém, em grande parte dos casos, o maior grau de encruamento dos aços inoxidáveis podeser compensado pela sua excelente resistência à corrosão atmosférica, viabilizando oemprego de espessuras menores do que aquelas especificadas para os aços carbono. E, comespessuras reduzidas, os componentes e peças de aços inox ficam mais leves e os esforços deconformação podem se aproximar daqueles exigidos para a conformação dos aços carbono.

Vale a pena enfatizar a absoluta necessidade de se proceder a limpeza criteriosa dosequipamentos e ferramentas que processam simultaneamente aços inoxidáveis e açoscarbono. Neste caso, recomenda-se o uso de ferramentas exclusivas para a conformação dosaços inoxidáveis. Caso isto não seja economicamente viável, é imprescindível adotar aprática de limpar as ferramentas antes de iniciar o serviço. Em qualquer situação, é uma boaprática conformar o aço inox com a película protetora de PVC ou polietileno. Em suspeita decontaminação por resíduos de aço carbono, existe a necessidade de se proceder a suaremoção e restabelecer a camada passiva. O processo consiste em tratar as partes atingidaspor solução levemente aquecida (50 a 60 ºC) de ácido nítrico em concentração de 20%. Naseqüência, a peça deve ser lavada e enxugada. Uma solução alternativa é submeter a peçaao jateamento ou lixamento das partes afetadas para remoção da contaminação. O oxigêniodo ar deverá ser suficiente para recompor a camada passiva.

A tabela a seguir mostra o desempenho comparativo dos aços inoxidáveis produzidos pelaACESITA, disponíveis no mercado brasileiro

AçosLimite deEscoamento

(MPa)

Desempenho

Perfuração Dobramento Calandragem

Austeníticos

301304304L316316L

250 a 370240 a 350240 a 350250 a 370240 a 350

CBBBB

BAAAA

BAAAA

Ferríticos409430

180 a 320250 a 430

AA/B

AA

AA

Martensítico 420 250 a 450 B/C C C/D

A= excelente B = bom C = razoável D = não recomendado.

50 Estampagem dos aços inoxidáveis

Page 49: Apostila Aco Inox gem

6. BIBLIOGRAFIA

à Fabrication of Chromium - NickelStainless Steel - 300 Series - International Nickel Publication

à Forming of Stainlen Steel and heat resisting alloys - Metal Handbook vol 4

à Mexinox “El Embutido de Aceros Inoxidables” - MexicoElaborado por El Dr. Rafael R. Ruiz Vázquez

à Berruti Aldo - Stampi e Presse

à Oehler - Kaiser - Herramientas de Troquelar, Estampar y Embutir

à Bortoloto J. A. - Apostila de Estampagem.

As informações contidas nesta publicação, resultam de testes de laboratório e de consultas às referênciasbibliográficas tradicionais e respeitáveis.O desempenho dos aços inoxidáveis em serviço ou durante a fabricação de produtos, pode sofrer alteraçõescom mudanças de temperatura, PH, traços de elementos contaminantes, bem como em função do estado deconservação e correta ajustagem dos equipamentos de soldagem ou conformação, sendo ainda a adequadaqualificação de mão-de-obra operacional de grande importância no processo. Por estas razões, as informaçõescontidas nesta publicação, devem ser consideradas apenas como referência inicial para testes ou para umaespecificação mais precisa por parte do comprador. A Acesita não se responsabiliza por perdase/ou prejuízos decorrentes da utilização inadequada das informações aqui contidas.

51Estampagem dos aços inoxidáveis