Estampagem ou Conformao de chapas

O que : Processo de transformao mecnica que consiste em conformar um disco plano ("blank") forma de uma matriz, pela aplicao de esforos transmitidos atravs de um puno.

Na operao ocorrem : alongamento e contrao das dimenses de todos os elementos de volume, em trs dimenses. A chapa , originalmente plana, adquire uma nova forma geomtrica

Classificao dos processos A Estampagem de chapas metlicas finas pode ser classificada atravs do tipo de operao empregada . Assim pode-se ter :

Estampagem profunda Corte em prensa, Estiramento Dobramento

Mtodos de Conformao- Mquinas e Ferramentas Mquinas: A maior parte da produo seriada de partes conformadas a partir de chapas finas realizada em prensas mecnicas ou hidrulicas. Ferramental Acessrio As ferramentas bsicas utilizadas em uma prensa de conformao de peas metlicas so o puno e a matriz.

O puno, normalmente o elemento mvel, a ferramenta convexa que se acopla com a matriz cncava. Como necessrio um alinhamento acurado entre a matriz e o puno, comum mant-los permanentemente montados em uma porta matriz, que pode ser rapidamente inserida na prensa.

Ferramental Acessrio Geralmente, para evitar a formao de rugas na chapa a conformar usam-se elementos de fixao ou a ao de grampos para comprimir o "blank" contra a matriz.

A fixao conseguida por meio de um dispositivo denominado anti-rugas ou prensa-chapas

Ferramental de estampagem profunda.

Ferramental para conformao progressiva Freqentemente, matrizes e punes so projetados para permitir que os estgios sucessivos de conformao de uma pea sejam efetuados na mesma matriz, a cada golpe da prensa. Este procedimento conhecido como conformao progressiva.

Um exemplo a matriz para recorte e perfurao de arruelas planas.

Ferramental para conformao progressiva A tira metlica alimentada, deslizando at a primeira posio de corte. O furo da arruela puncionado . Segue-se um segundo deslizamento, aps o que a arruela recortada. Durante o corte da arruela o puno executa o furo central da prxima pea.

Ferramental para repuxamento O repuxamento um mtodo empregado para a fabricao de fundos para tanques de ao e outras peas profundas de simetria circular.

O "blank" fixado contra um bloco de modelagem que gira em alta velocidade. O blank conformado progressivamente contra o bloco por intermdio de uma ferramenta manual ou atravs de roletes

Ferramental para repuxamento

Etapas do corte:1- Aparecimento de deformaes plsticas em ambos os lados da chapa

2- Com o aumento da presso, o material comea a trincar

3- As trincas se unem e separam a pea da chapa

Corte de ChapasCaractersticas Destina-se obteno de formas geomtricas, a partir de chapas submetidas ao de presso exercida por um puno ou cunha de corte contra o material e a matriz.

Quando o puno ou a lmina inicia a penetrao na chapa, o esforo de compresso converte-se em esforo cisalhante (esforo cortante) provocando a separao brusca de uma poro da chapa.

No processo, a chapa deformada plasticamente e levada at a ruptura nas superfcies em contato com as lminas

CaractersticasCorte de ChapasA aresta de corte apresenta em geral trs regies: uma rugosa (correspondente superfcie da trinca da fratura), uma lisa (formada pelo atrito da pea com as paredes da matriz) e uma regio arredondada (formada pela deformao plstica inicial).

Corte de ChapasCaractersticas A qualidade das arestas cortadas no a mesma das usinadas, entretanto quando as lminas so mantidas afiadas e ajustadas possvel obter arestas aceitveis para uma grande faixa de aplicaes.

A qualidade das bordas cortadas geralmente melhora com a reduo da espessura da chapa.

No corte por matriz e puno (piercing ou blanking) no existe uma regra geral para selecionar o valor da folga, pois so vrios os parmetros de influncia.

A folga pode ser estabelecida com base em atributos, como: aspecto superficial do corte, imprecises, operaes posteriores e aspectos funcionais.

Se no houver nenhum atributo especfico desejado para superfcie do blank, a folga selecionada em funo da fora mnima de corte. Corte de ChapasCaractersticas

- Na figura podem ser identificados os parmetros envolvidos no corte . Admite-se o clculo simples da fora pelo produto da rea pela tenso de ruptura em cisalhamento.

- Observe que a profundidade (s) adotada para este clculo representa a penetrao do puno na chapa no momento da ruptura.

- A potncia necessria para o corte calculada pelo produto entre a fora do puno e a velocidade da lmina. Fora e Potncia de Corte

Fora e Potncia de Corte OBSERVAO:

- A fora necessria para o corte pode ser bastante reduzida construindo-se as bordas da ferramenta em plano inclinado em relao ao plano da chapa, de maneira que apenas uma pequena frao do comprimento total do corte seja feita de uma s vez.

- Dependendo do tipo de corte, so definidos diversos grupos de operaes da prensa,conforme listagem abaixo: Tipos de Corte A operao de corte usada para preparar o material para posterior estampagem ("blank"). A parte desejada cortada (removida) da chapa original. A fabricao de furos em prensa (piercing ou punching) caracteriza uma operao de corte em que o metal removido descartado. A fabricao de entalhes (notching) nas bordas de uma chapa pode ser feita em prensa atravs do puncionamento destas regies. O corte por guilhotina uma operao que no retira material da chapa metlica. A rebarbao (trimming) uma operao que consiste em aparar o material em excesso (rebarbas) da borda de uma pea conformada. A remoo de rebarbas de forjamento em matriz fechada uma operao deste tipo.

Dobramento Caractersticas Nesta operao, a tira metlica submetida a esforos aplicados em duas direes opostas para provocar a flexo e a deformao plstica, mudando a forma de uma superfcie plana para duas superfcies concorrentes, em ngulo, com raio de concordncia em sua juno.

A figura mostra os esforos atuantes e a forma adquirida por uma tira submetida a dobramentoA fibra neutra no tracionada nem comprimida

A determinao de sua posio e do seu raio importante no desenvolvimento linear da pea

L = L1 + Ld + L2Comprimento do Blank

Raio de Dobramento Para a operao de dobramento existe um raio de dobramento abaixo do qual o metal trinca na superfcie externa. o raio mnimo de dobramento, expresso geralmente em mltiplos da espessura da chapa.

Um raio de dobramento de 3t indica que o metal pode ser dobrado formando um raio de trs vezes a espessura da chapa sem que haja o aparecimento de trincas. O raio mnimo de dobramento portanto um limite de conformao, que varia muito para os diversos metais e sempre aumenta com a prvia deformao a frio do metal.

Alguns metais muito dcteis apresentam raio mnimo de dobramento igual a zero. Isto significa que as peas podem ser achatadas sobre si mesmas, mas geralmente no se utiliza este procedimento para evitar danos no puno ou na matriz.

Retorno elstico -Efeito mola A operao de dobramento exige que se considere a recuperao elstica do material (efeito mola), para que se tenham as dimenses exatas na pea dobrada.

A recuperao elstica da pea ser tanto maior quanto maior for o limite de escoamento, menor o mdulo de elasticidade e maior a deformao plstica. Estabelecidos estes parmetros, a deformao aumenta com a razo entre as dimenses laterais da chapa e sua espessura.

O efeito mola ocorre em todos os processos de conformao, mas no dobramento mais facilmente detectado e estudado.

O raio de curvatura antes da liberao da carga ( Ro) menor do que aps a liberao ( Rf ). O efeito mola representado pelo smbolo K .

Caractersticas Estiramento a operao que consiste na aplicao de foras de trao, de modo a esticar o material sobre uma ferramenta ou bloco (matriz). Neste processo, o gradiente de tenses pequeno, o que garante a quase total eliminao do efeito mola.

Como predominam tenses de trao, grandes deformaes de estiramento podem ser aplicadas apenas para materiais muito dcteis.

Ferramental: O equipamento de estiramento consiste basicamente de um pisto hidrulico (usualmente vertical), que movimenta o puno. Duas garras prendem as extremidades da chapa.

Na operao, no existe uma matriz fmea. As garras podem ser mveis permitindo que a fora de trao esteja sempre em linha com as bordas da chapa (figura).

Garras fixas devem ser usadas somente para conformao de peas com grandes raios de curvatura, evitando-se com isto o risco de ruptura da chapa na regio das garras

Estampagem Profunda ou Embutimento Caractersticas o processo utilizado para fazer com que uma chapa plana (blank) adquira a forma de uma matriz (fmea), imposta pela ao de um puno (macho). O processo empregado na fabricao de peas de uso dirio (pra-lamas, portas de carros; banheiras, rodas, etc.). A operao de embutimento consiste em transformar uma chapa plana de espessura t num corpo cncavo. A Estampagem o processo de conformao que imprime sobre uma chapa plana formas diversas atravs de deformaes plsticas.

Catalisador - Ao Inox 409Tanque combustvel - Ao inox 304

Os aos inox austenticos se deformam basicamente por estiramento e os ferrticos por embutimento.Reduo generalizada da espessura

Estiramento

EmbutimentoObjetiva-se a menor variao possvel de espessura

No embutimento a espessura da chapa varia:

- No centro do fundo igual a espessura - prximos aos bordos do fundo, a espessura menor do que a do blank - a espessura da paredes laterais aumentam a partir do bordo do fundo e pode chegar a 1,25 da espessura do disco.

Estampagem Profunda ou Embutimento Caractersticas A distino entre estampagem rasa (shallow) e profunda arbitrria. A estampagem rasa geralmente se refere conformao de um copo com profundidade menor do que a metade do seu dimetro com pequena reduo de parede.

Na estampagem profunda o copo mais profundo do que a metade do seu dimetro.

Para melhorar o rendimento do processo, importante que se tenha boa lubrificao. Com isto reduzem-se os esforos de conformao e o desgaste do ferramental.

Os leos indicados normalmente so para extrema presso, devendo garantir boa proteo contra a corroso da chapa, ser de fcil desengraxe e no levar oxidao do material (devido s reaes de subprodutos dos gases formados no aquecimento do metal).

Geralmente, so leos minerais com uma srie de aditivos (Cl, Pb, P, gorduras orgnicas, etc.). Caractersticas

Estampos de RepuxoPrensa-chapas: - funo de manter a chapa sob presso para fazer com que esta deslize apenas para o interior da cavidade da matriz

Extrator que possibilita a sada da pea pela parte inferior do estampoExtrator que possibilita a sada da pea pela parte superior do estampo

Materiais para estamposAo Cr-W com altos teores de carbono e de cromo

Ao Mn-Cr-V com altos teores de carbono e mangans

Ao Cr-Mo-V com altos teores de carbono e de cromo

Variveis importantes Fora de sujeioDeve-se ainda estudar a presso a ser aplicada no prensa-chapas: se esta for muito pequena, surgem rugas nas laterais da pea;

se, por outro lado, for muito elevada, pode ocorrer a ruptura da pea na prensa.

Fora de sujeioA fora de sujeio regulada segundo o aspecto da pea embutida:

Pea sem rugas e com aspecto brilhante: fora correta Superfcie lisa e brilhante mas com traos/marcas no bordo da pea: fora pequena Estiramento do fundo antes de se completar o embutimento: fora excessiva Formao de rugas em um s lado do disco: fora distribuda irregularmente sendo menor na regio das rugas

Variveis importantes Folga entre puno e matriz Na fabricao de peas por embutimento, tem que se levar em conta uma folga suficiente entre a matriz e o puno que permita o escoamento do material para o interior da matriz, sem que surjam tenses cisalhantes ocasionadas pelo atrito e que levem ruptura do metal em prensa. A folga corresponde ao valor da espessura do material mais um coeficiente determinado empiricamente.

Folgas pequenas: o material repuxado tende a estirar-seFolgas grandesFolga mal distribuda

Variveis importantes Velocidade de embutimentoAo inoxidvel: 200 mm/s

Ao doce: 280 mm/s

Alumnio e ligas: 500 mm/s

Variveis importantes LubrificaoAo inoxidvel: gua grafitada

Ao doce: Mistura com 25% grafite, 25% de sebo de boi derretido e 50% de leo de toucinho

Alumnio e ligas: leo grafitado ou vaselina

Dimetro do blank - clculoPara calcular o dimetro do blank de peas cilndricas simples, sem aba, utilizamos a frmula:Para raio interno (ri) menor do que 10 mm

Para ri 10 mm Teorema de Guldin

Estgios de repuxo s vezes, o dimetro do "blank muito superior ao dimetro da pea a estampar , sendo que esta deve atingir uma profundidade de copo muito elevada.

Nestes casos, a fabricao poder exigir uma sequncia de operaes de estampagem, utilizando uma srie de ferramentas, com dimetros decrescentes (da matriz e do puno).

O nmero de operaes depende do material da chapa e das relaes entre o disco inicial (D) e os dimetros das peas estampadas (d)

s A relao entre o dimetro do blank (D) e o dimetro do puno (d) denominada Severidade do repuxo ou Grau Mximo de Embutimento (0) Estgios de repuxo A severidade mxima (0 mx.) a condio limite para determinar se o repuxo pode ser feito numa nica operao.

Se 0 0 mx. - Uma operao de repuxo

Se 0 > 0 mx. - Mais de uma operao de repuxo

Para se determinar o nmero de estgios, deve-se considerar uma reduo de 40% do dimetro do blank no primeiro estgio

Nos demais, a reduo deve ser de 20% at que se obtenha o dimetro desejado

Dimetro do blank - clculoPara calcular o dimetro do blank de peas cilndricas simples, sem aba, utilizamos a frmula:Para raio interno (ri) menor do que 10 mm

Para ri 10 mm Teorema de Guldin

Dimetro do blank - clculoPara ri 10 mm Teorema de Guldin

Posio do centro de gravidade de algumas curvas

Estampabilidade dos MetaisEstampabilidade a capacidade que a chapa metlica tem de adquirir forma de uma matriz, pelo processo de estampagem sem se romper ou apresentar qualquer outro tipo de defeito de superfcie ou de forma.

A capacidade de embutir est ligada diretamente textura cristalina do material e esta composio qumica, estrutura da placa e s condies de processamento termomecnico (laminao a quente e a frio).

A avaliao da estampabilidade de uma chapa metlica depende de muitos testes, tais como: ensaios simulativos (tipo Erichsen, Olsen, Fukui, etc.), ensaios de trao (obtendo-se o limite de escoamento e de resistncia, o alongamento total at a fratura, o coeficiente de encruamento, os coeficientes de anisotropia normal e planar), ensaios de dureza, medida da rugosidade do material, metalografia, etc.

TCNICAS DE AVALIAO DA ESTAMPAGEM H diferentes formas de se avaliar a capacidade de embutimento, sendo a mais usual e fcil via coeficiente de anisotropia normal mdio, RCoeficiente de AnisotropiaPor definio, o coeficiente de anisotropia ou coeficiente de Lankford ( R ) a razo entre a deformao verdadeira na largura (w) e na espessura (t) de um CP de trao, aps determinada deformao longitudinal pr-definidaR = ew / et

onde: r0o, r45o e r90o so os valores de r medidos a 0o , 45o e 90o com a direo de laminao. Este parmetro indica a habilidade de uma certa chapa metlica resistir ao afinamento, quando submetida a foras de trao e/ou compresso, no plano.Maior R, melhor embutimento

Uma forma mais representativa de avaliao o mtodo chamado LDR (Limit Drawing Ratio - Razo de Estampagem Crtica).LDRc = Dmax/dp

> LDR - > profundidade

Um material isotrpico tem r =1

Nos materiais para estampagem profunda um alto valor de r desejado (maior resistncia ao afinamento da chapa).

A relao entre R e o LDR mostrada no grfico. Essa definida como a mxima razo possvel entre o dimetro do blank e do copo embutido, sem que ocorra falha.

Estampos de corte

Partes do estampoConjunto superiorParte mvel do estampo(movimentos de sobe e desce)

Fixada na prensa pela espiga

Espiga Geralmente cilndrica de ao 1020 a 1040 presa no alojamento do cabeote da prensa e sustenta o conjunto superior Sua posio deve coincidir com o centro de todas as solicitaes a que est sujeito os punes, evitando o empuxo lateral

Placa superior Feita de ao 1020 a1030 Fixa a espiga e une, por meio de parafusos, a placa de choque e a placa porta puno

Placa de choque Feita de ao 1060, temperado e revenido Tem a funo de receber os choques produzidos pelas cabeas dos punes no momento da operao, evitando a penetrao dos mesmos na placa superior espessura varia conforme o material a ser cortado

Placa porta-punes Feita de ao 1020 a 1030 fixada por parafusos e tem a funo de sustentar punes, cortadores e cunhas

Puno Faca de avano Pea de ao com elevado teor de carbono Executa o corte quando introduzido nas cavidades da matriz, dando forma ao produto Pode ser simples ou com peas postias Puno cuja largura equivale ao passo da matriz Usados em estampos progressivos para obter maior rapidez no trabalho

Conjunto inferiorPartes do estampoParte imvel do estampoFixada na base da prensa

Placa- guiaFuno de guiar os punes e pilotos centradores nas cavidades cortantes da matriz Ao 1020 ou 1030

Guias laterais- Funo de guiar a tira de material a ser cortado

Placa matriz ou matriz Possui cavidades que tem a mesma seo dos punes Tem a funo de reproduzir peas pela ao dos punes Possui uma parte cnica nas arestas internas de corte para facilitar a passagem da pea Podem ser inteirias ou seccionadas

Placa matriz ou matriz Serve de apoio placa matriz e fixada a ela por meio de parafusos e pinos guias Possui cavidades com dimenso maior para facilitar a sada da pea j cortada pela parte inferior

Estampo misto

Prensa dobradeiraDobramento de perfis

Dobramento em prensas dobradeiras em vrias operaes

Dobramento em L - Estampo

Estampo paradobramento em U com ngulo

ESTAMPO MISTO

Anis ou discosPunoPr-forma

Exemplo:

Exemplo: conector eltrico