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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.


- 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.


- 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.


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:


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).

PROJETO 01: Projetar a ferramenta para corte

e dobra conforme desenho.


conforme desenho.

PROJETO 03: Projetar a ferramenta para 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.

apostila de projeto de ferramenta_up

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