slides projeto de ferramentas em conformação de chapas

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Prof. Paulo Marcondes, PhD. DEMEC / UFPR Projeto de Ferramentas para Conformação de Chapas CORTE

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Page 1: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Prof. Paulo Marcondes, PhD.

DEMEC / UFPR

Projeto de Ferramentas

para Conformação de Chapas

CORTE

Page 2: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

NOMENCLATURA

Page 3: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

NOMENCLATURA

Page 4: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PROJETO DE FERRAMENTAS

Visualização geral (idéia do conjunto)

• tira, punções e matrizes

Page 5: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

COMPONENTES

A eficiência de uma ferramenta depende:

1°- De um bom projeto;

2°- Da escolha criteriosa dos materiais empregados na sua confecção.

3°- Do grau de acabamento e dos tratamentos dados aos seus elementos.

O projeto das etapas e formas de ligação entre as formas produzidas nas etapas da estampagem progressiva são extremamente importantes.

Page 6: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

COMPONENTES

Page 7: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

COMPONENTES

Page 8: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Estudo de caso

Luva do chumbador parabolt

EXEMPLO PROJETO DE FERRAMENTAS

Page 9: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Estudo do componente

PROJETO DE

FERRAMENTAS

Page 10: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

• Estudo das operações (tira) Etapa recortes e puncionamentos

PROJETO DE FERRAMENTAS

Page 11: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

• Estudo das operações (tira)

Etapa dobramento

PROJETO DE FERRAMENTAS

Page 12: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

VISUALIZAÇÃO DO DETALHAMENTO

DAS OPERAÇÕES

e outros estudos de distribuição da peça da tira

Page 13: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Levantamento de possíveis problemas

PROJETO DE FERRAMENTAS

Page 14: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Exemplo de

projeto final

da tira

PROJETO DE

FERRAMENTAS

Page 15: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Projeto de Ferramentas

Page 16: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 17: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 18: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 19: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Projeto da matriz de estampagem para a peça em estudo.

Page 20: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Peça escolhida

Page 21: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Comportamento da tira na

matriz

Page 22: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Comportamento da tira na

matriz

Page 23: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Comportamento da tira na

matriz

Page 24: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Comportamento da tira na

matriz

Page 25: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Comportamento da tira na

matriz

Page 26: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Comportamento da tira na

matriz

Page 27: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Comportamento da tira na

matriz

Page 28: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Projeto da matriz de estampagem para a peça em estudo.

Page 29: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DUREZA PARA PUNÇÕES E MATRIZES

A dureza dos punções e das matrizes depende dos

esforços a que estarão submetidos.

Maiores os esforços, menor a dureza.

Corte Dobra

Page 30: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DUREZA PARA PUNÇÕES E MATRIZES

Embutimento Cunhagem

Page 31: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE

PROJETO

Base inferior e

Base superior

Page 32: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE PROJETO

Page 33: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE PROJETO

Page 34: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE PROJETO

Page 35: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE PROJETO

F) C/2 OU 4 PINOS Série M/R

Área Livre

s1 s2 d1 d2 r m

b = 80-150

30 25 20 25 39 61

b=151-250

40 30 25 32 45 71

b = 251-400

45 40 32 40 54 84

A espessura s1deverá ser igual ou maior que o diâmetro do pino guia.

Page 36: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE PROJETO

COLUNAS DE GUIA

As COLUNAS DE GUIA com ou sem buchas, garantem o alinhamento da base e do cabeçote.

Podem ser de aço com alto teor de C (Aço 1040/50) temperadas e retificadas, ou Aço 1010/20, cementadas, temperadas e retificadas.

Em certos casos, as colunas de guia são substituídas por outros artifícios que também garantem o alinhamento entre as bases inferior e superior.

Page 37: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE PROJETO

As colunas devem ser:

no mínimo duas

possuir comprimento suficiente para impedir a separação do cabeçote da base durante o funcionamento

diâmetro bastante grande para dar rigidez ao conjunto e

encaixe na base ≥ 1 ,5

Page 38: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE PROJETO

As BUCHAS representam um aperfeiçoamento das ferramentas; são confeccionadas com material mais mole que as colunas: Aço 1010 cementado, temperado e retificado, ou bronze.

As buchas deslizam sobre as colunas por meio de gaiola de esferas.

Para evitar montagem errada das

ferramentas, costuma-se escolher

as duas colunas com ø diferentes.

BUCHAS

Material: Aço temperado 1020,

cementado e retificado.

Page 39: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

BUCHAS DESMONTÁVEIS

Page 40: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PARAFUSOS E PINOS DE FIXAÇÃO

Os PARAFUSOS E PINOS DE FIXAÇÃO servem para unir os vários

elementos entre si e às respectivas bases.

Os PINOS além de servirem como elementos de referência e

posicionamento, agüentam grande parte dos esforços provenientes dos

impactos operacionais.

Os PARAFUSOS absorvem apenas uma pequena parte destes esforços.

Os PINOS devem ser superdimensionados, feitos de aço 1010/20,

cementados e retificados e, nos casos de grande responsabilidade, devem

ser feitos de aço prata.

Em geral se escolhe os pinos e os parafusos com o mesmo diâmetro.

Page 41: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TECNICA DE PROJETO

PINOS DE GUIA

São fabricados em aço cementado com dureza 60 / 64 RC, retificados e montados à pressão.

Page 42: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PINOS CILÍNDRICOS

Série Métrica

Material: Aço 1010 cementado

– 1050 –VN 50 – Aço Prata.

Tipos de pinos de fixação

Page 43: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PINOS DE FIXAÇÃO

O ar localizado nos furos cegos, comprimido pelos pinos,

impedem uma montagem correta;

este inconveniente se resolve abrindo furos de respiro

ou plainando os pinos ao longo da geratriz.

Page 44: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PINOS DE FIXAÇÃO

Os pinos, afim de evitar trincas ou ruptura das matrizes, dever o ser

posicionados corretamente.

É aconselhável usar pinos cilíndricos para fixação da matriz à base afim de evitar que, com a afiação da matriz, aconteça o problema ilustrado na figura.

Page 45: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PARAFUSOS COM SEXTAVADO INTERNO

Tipo Allen (cap screw)

Material: Aço liga

temperado 36 – 43 RC

Page 46: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

ESPIGA

A espiga fixa o cabeçote ao cilindro da prensa.

feita em aço 1040 ou em aço 1020 cementado mas com a rosca ao natural.

As suas dimensões variam com o tipo de prensa.

A colocação da espiga é feita como mostram as figuras.

O simples rosqueamento sem trava, é deficiente.

Page 47: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

LOCALIZAÇÃO DA ESPIGA E DO EXTRATOR

A espiga deve localizar-se no centro das forças e não necessariamente no

centro da ferramenta.

Se isso não acontecer surgirá de um lado da espiga uma força maior que

do outro lado e ocasionará uma inclinação no punção motivada pela

folga das guias do cabeçote da prensa.

Esta inclinação tornará irregular a folga entre o punção e a matriz e a

peça apresentará rebarbas além de um desgaste da matriz no lado mais

justo.

Em piores condições pode ocasionar até a quebra da matriz ou do

punção.

A determinação do baricentro pode ser feita dividindo-se a peça em

várias figuras.

Page 48: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CÁLCULO DA LOCALIZAÇÃO DA ESPIGA

1-2-3 = Baricentro das áreas

de corte

X-Y = eixos arbitrários

Xe = abscissa do baricentro

da espiga

Ye = ordenada do baricentro

da espiga

S = símbolo de área

EXPRESSÃO GERAL:

=

notas:

1) na expressão em vez de “S” (área),

pode-se usar o valor de “P” (perímetro)

ou de Fc (força de corte)

2) para encontrar-se os baricentros 1-2-3

(quando em figuras mais complexas)

pode-se usar a mesma expressão geral;

depois de se dividir as áreas de corte em

figuras mais simples.

Page 49: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PUNÇÕES

Os punções e a matriz constituem os elementos fundamentais de uma ferramenta;

eles transformam a chapa plana em produtos desejados, conformando-os de uma vez ou em várias etapas.

Os punções e as matrizes so chamados também de machos e fêmeas

O diâmetro mínimo do punção é

determinado pela espessura da chapa:

Page 50: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PLACA DE CHOQUE

Para impedir que o punção penetre no cabeçote, coloca-se entre a

cabeça do punção e o cabeçote da ferramenta, uma placa de aço

temperado com espessura máxima de 5 mm.

A placa de choque é dimensionada para a pressão específica de:

p = 4 kg/mm²

Onde F é a força que atua no punção.

Page 51: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

ALIMENTADORES E DISPOSITIVOS

DE AVANÇO

Para melhorar a produção, é necessário que a prensa seja alimentada com continuidade e a chapa colocada em posição correta.

Para isto, existem dispositivos simples ou complexos, com funcionamento manual ou automático.

Eles regulam o avanço da fita a cada golpe da prensa.

1° - PINO de encosto, STOP ou TOPE.

2° - FACA de avanço.

Usada para chapas

com e ≤ 2m

Page 52: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

3° - ENCOSTO frontal ou lateral.

ALIMENTADORES E DISPOSITIVOS DE

AVANÇO

4° - Encosto inicial e dispositivo

para ferramentas progressivas.

Page 53: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CENTRADORES OU PINOS PILOTOS

Os pinos pilotos aumentam a precisão do produto, pois garantem a tira em posição centrada durante o corte.

Page 54: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Os pinos pilotos podem penetrar em furos ou rasgos da própria peça ou em furos praticados propositadamente fora da peça para esse fim.

CENTRADORES OU PINOS PILOTOS

Page 55: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FACAS DE

AVANÇO

A faca de avanço corta

da tira um retalho

lateral, igual ao

passo, e proporciona

um avanço exato.

Page 56: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

As saliências das facas cortam reentrâncias na tira, que permitem encosto perfeito, eliminando os defeitos que se verificam com facas lisas.

FACAS DE AVANÇO

A faca de avanço é usada para e ≤ 2 mm e p ≤ 100 mm.

As ferramentas de corte progressivo com facas de avanço,

dependendo do número de etapas, proporcionam ao produto

precisão de ± 0,08 a 0,15 mm.

Page 57: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Há casos em que as facas de avanço contribuem para a formação do produto.

FACAS DE AVANÇO

Page 58: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FERRAMENTAS DE CORTE

As ferramentas de corte guiado, com pino de encosto ou trinco, simples ou progressiva de uma etapa e centradores, conferem ao produto ma precisão de ± 0,08mm.

Page 59: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FERRAMENTAS DE CORTE

As ferramentas abertas permitem trabalhar chapas de diversas espessuras, proporcionando produto com precisão de ± 0,2mm.

Page 60: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

GUIAS PARA

CHAPA (TIRA)

A tira de

material deve

ser conduzida

para dentro da

ferramenta.

Page 61: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS

De acordo com os diferentes tipos de ferramentas, podemos utilizar as seguintes molas:

Molas helicoidais

Molas prato

Molas de borracha e molas de plastiprene

Page 62: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS HELICOIDAIS

São constituídas de várias espiras de fio de aço enrolado sobre um

cilindro, com a secção circular ou retangular.

Quando uma carga axial P é aplicada, a mola sofre, dependendo do sentido, uma deformação que tende a alongá-la ou a encurtá-la.

Esta deformação recebe o nome de flecha f.

Tais molas são chamadas respectivamente de tracionada e comprimida, apesar das espiras estarem em ambos os casos solicitadas à torção.

Page 63: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS HELICOIDAIS

A resistência e a flecha de um conjunto de mola podem ser alteradas, mudando a sua disposição:

série ou paralelo.

No caso de serem MONTADAS EM SÉRIE, podemos aumentar a flecha aumentando o número de molas ou o número de espiras.

Nestas condições, a carga máxima

que o conjunto pode suportar é a

correspondente à mola mais fraca.

Convém observar que uma mola é constituída de várias espiras

colocadas em série e que seu número não influi na capacidade de carga.

Page 64: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS HELICOIDAIS

No caso das molas serem MONTADAS EM PARALELO, podemos aumentar a capacidade de carga aumentando o número de molas.

A flecha máxima por espira do conjunto é a correspondente à mola mais fraca.

Page 65: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS EQUIVALENTES

Há casos em que é necessário substituir molas helicoidais de secção circular por retangular e vice-versa.

A equivalente (flechas de tensões iguais) é regulada pelas expressões:

A tabela abaixo fornece os valores dos coeficientes A e B em função de k = b/e.

Page 66: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO

Projetar uma mola de secção retangular equivalente a uma mola de

secção circular que tenha as seguintes características:

d = 13mm r = 40mm nc = 5 espiras dado: b = 2e

Page 67: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS HELICOIDAIS

A ESCOLHA DAS MOLAS

Page 68: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS HELICOIDAIS

Ganchos para as molas tradicionais:

Apoios para as molas comprimidas:

Page 69: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS

HELICOIDAIS

Aços usados para

a fabricação das molas.

Page 70: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS PARA FERRAMENTAS

As molas empregadas em ferramentas podem servir para a fixação da chapa (sujeitador) ou para movimentação do extrator.

Sua localização deve ser tal que o centro das forças da mola coincida com o centro de gravidade da superfície pressionada.

a) Força no sujeitador:

A força de sujeição é da ordem de 10% da força de corte, 20% da força de dobra e 30% da força de embutimento.

Page 71: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

b) Força no extrator:

A força de extração deve ser de 10% da força de estampagem F.

Quando o extrator tem dispositivo de regulagem é conveniente dimensionar a mola com um coeficiente de segurança igual a 3,

isto é,

Fex = 0,3F

MOLAS PARA FERRAMENTAS

Page 72: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

GRÁFICOS E TABELAS

Page 73: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

GRÁFICOS E TABELAS

Page 74: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS MÚLTIPLAS

Quando a carga é muito grande e o espaço é reduzido, empregam-se

molas múltiplas concêntricas.

Todas as molas devem apresentar a mesma flecha.

Page 75: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS PRATO

Estas molas são formadas por uma pilha de arruelas, denominadas de BELLEVILLE ou SCHNORR, montadas com as concavidades alternadamente opostas.

A grande vantagem destas molas é a possibilidade de variar a rigidez, a flexibilidade e a capacidade de carga, bastando para isto variar o número de arruelas ou mudar sua disposição (série ou paralelo, 2 a 2, 3 a 3, etc.)

Page 76: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS PRATO

Quando montadas em série valem as seguintes relações:

Page 77: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

As dimensões são expressas em mm e as forças em kg.

Tabela para

seleção.

MOLAS

PRATO

Page 78: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS DE PLASTIPRENE

Estas molas, apresentadas sob forma de tarugos de uretano sólido, estão substituindo com vantagens, as molas de aço convencionais usadas em ferramentaria.

Seu bom funcionamento deve-se à resistência aos óleos, à flexibilidade e à extraordinária capacidade de suportar cargas.

Vantagens:

Não quebram de imprevisto;

Possuem longa durabilidade;

Desenvolvem altas pressões mesmo com pequeno curso;

São de fácil montagem nas ferramentas;

Ocupam menos espaço (alojamento mais simples);

Diminuem o custo de manutenção;

Reduzem paradas na produção e

Prolongam a vida das ferramentas devido à possibilidade de distribuição regular.

Além disso, são facilmente usinadas (torneadas, furadas e serradas) para as medidas desejadas, permitindo ao construtor de ferramentas ter sempre disponível a medida exata para cada caso específico.

Page 79: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS DE PLASTIPRENE

Quando montadas em série valem as seguintes relações:

E quando montadas em paralelo valem as seguintes relações:

Page 80: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MOLAS DE PLASTIPRENE

Quando a compressão é máxima, o abaulamento é da ordem de

20% do diâmetro.

Page 81: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Tabela para a seleção das molas de plastiprene

Carga e flecha para cada dimensão dos tarugos.

Page 82: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SEPARAÇÃO DO PRODUTO E SOBRA LATERAL

Para ligas de cobre e análogos dobrar os valores do diagrama,

especialmente no caso de chapas finas.

Seja qual for a disposição, para se ter um bom produto e um

bom funcionamento, é necessário que a separação entre uma peça e outra, assim como a largura da sobra lateral, obedeça à condição:

Isto é necessário para que a sobra da tira seja rígida.

Diagrama para a

largura mínima

de retalho de aço

Page 83: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SEPARAÇÃO DO PRODUTO E SOBRA LATERAL

* Para e > 3mm

Para cortiças e afins:

Page 84: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CÁLCULO DE UTILIZAÇÃO E RETALHOS

Boa economia de material se obtém usando tiras mais estreitas possíveis e passos de avanços mínimos.

Porcentagem de retalhos:

Porcentagem de utilização do material:

S = superfície da peça [mm²]

M = L x p = material bruto por peça [mm²]

R = M – L = retalho por peça [mm²]

Page 85: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO

Estudar a tira para a obtenção da peça da figura.

(o sentido de laminação da chapa não influi)

Chapa de aço SAE 1010 à frio.

Dimensão da chapa: 1x 2m.

Espessura da chapa: e = 1,06mm

Pelo diagrama temos: t ≈ x ≈ 1mm

Adotaremos:

Page 86: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO

Disposição reta longitudinal:

Passo: 50 + 1 = 51mm larg. da tira: 35 + 2x1,5 = 38mm

Número de tiras por chapa: 1000/38 = 26

Número de peças por tira: 2000/51 = 39

Número de peças por chapa: 39 x 26 = 1014

Page 87: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO

Disposição reta transversal:

Passo: 335 + 1 = 36mm ; largura da tira: 50 + 3 = 53mm.

Número de tiras por chapa: 2000/53 = 37,

Número de peças por tira: 1000/36 = 27

Número de peças por chapa: 37 x 27 = 999

Page 88: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO

Disposição inclinada:

AB = 10 +1 =11mm

BC = 12,5 +10 + 1 = 23,5mm

tang. α = BC/AB = 23,5/11 = 2,13636

Page 89: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CICLO DE

OPERAÇÕES

Disposição progressiva de furos e cortes.

Produto pode ser obtido progressivamente após uma certa série de operações simples ou combinadas.

Page 90: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE CORTE

Para levar em conta os atritos

e a variação da espessura da

chapa, aconselha-se aumentar

o valor de Fc de 10 a 20%.

Em geral os catálogos de

materiais fornecem apenas a

tensão de ruptura à tração .

Quando τc for desconhecido,

usa-se:

τc = (75 a 80%)

Page 91: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

VALORES DE τc (kgf/mm²)

Page 92: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

VALORES DE τc (kgf/mm²)

O corte de chapa por meio de punção e matriz até

espessuras de 2 a 3mm não apresentam inconvenientes;

o corte é perfeito, limpo e sem rebarbas.

Com chapas grossas não acontece o mesmo;

o punção pratica o cisalhamento de ½ a 1/3 da

espessura e depois arranca o restante do material

deixando paredes ásperas e com rebarbas.

Page 93: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXEMPLO

Determinar a força de cisalhamento para obter uma peça de aço inoxidável

como laminado (cru) de chapa de 2mm de espessura, conforme a figura

Page 94: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

O esforço pode ser diminuído fazendo o punção ou a matriz com corte

inclinado (biselado ou côncavo)

Com punção reto, a energia de corte é dada por:

A mesma energia é gasta também com corte biselado ou côncavo.

FORÇA DE CORTE

Page 95: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE CORTE

A diferença é que enquanto a força de corte do punção reto

atua durante o percurso e no caso do punção inclinado ou

côncavo, atuará durante o percurso e + i.

Temos, portanto:

Maior inclinação do fio de corte, menor a força

Page 96: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

O fio inclinado facilita o corte, alivia os punções e silencia a operação, mas curva as peças.

Para evitar uma excessiva deformação das peças cortadas, é aconselhável que:

i ≤ 2e para chapas finas i ≤ e para chapas médias

Os punções com fio de corte inclinado diminuem a força de corte em até 60%,

porém curvam as peças cortadas (em alguns casos pode ser vantajoso).

FORÇA DE CORTE

Page 97: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXEMPLO

Calcular a força no exercício anterior supondo que o punção tenha fio de corte inclinado de 1mm.

Page 98: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Outro artifício que também diminui o esforço de corte consiste em escalonar os punções de forma a entrarem em ação por etapa.

Deverão atuar primeiro os esforços menores, pois prensas excêntricas fornecem esforços maiores nas proximidades do término do curso.

FORÇA DE CORTE

É importantíssimo que o escalonamento seja feito de forma a não desequilibrar a ferramenta.

Para isso é necessário que os centros de pressão (baricentros) das várias etapas coincidam ou quase.

Primeiro deixar atuar os punções 2-3 e depois 1-4.

Page 99: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TIPOS DE PUNÇÃO DE CORTE

O tipo mais usado é o retificado em esquadro (1); é o mais barato e sempre usado para corte de chapas com e < 2mm.

Os punções de ø relativamente grande, são comumente feitos côncavos ou com fio de corte inclinado (2, 3, 4, 5).

Page 100: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TIPOS DE PUNÇÃO DE CORTE

Quando a secção do punção é complicada, recomenda-se fazer o punção composto por segmentos.

Isto facilita a execução e em caso de quebra, é só substituir a parte danificada.

A fixação dos segmentos entre si e na placa porta-punção deverá ser bem rígida e seus encaixes bem executados.

Page 101: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TIPOS DE PUNÇÃO DE CORTE

Para aumentar a velocidade de corte,

manter as tolerâncias e diminuir o

numero de afiações,

recorre-se a matrizes e machos

enxertados com metal duro

(pastilhas de Widia).

Nas ferramentas progressivas é

muito usado o punção com pino

piloto (tipo bala).

O pino piloto permite

posicionar corretamente a tira

de chapa.

Page 102: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FIXAÇÃO DOS PUNÇÕES

Page 103: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DIMENSIONAMENTO DOS PUNÇÕES

Page 104: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DIMENSIONAMENTO DOS PUNÇÕES

O punção é comprimido axialmente.

É necessário, portanto, que seja dimensionado de

modo a resistir aos esforços de compressão.

1º - A tensão de trabalho do punção não deve

ultrapassar a tensão admissível do material com

que é confeccionado.

Page 105: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DIMENSIONAMENTO DOS PUNÇÕES

2º - Sendo o punção um elemento esbelto e carregado axialmente pode

flambar.

Para evitar a flambagem, limita-se o comprimento do punção ao

valor dado pela expressão de Euler:

Observe-se que os punções guiados

podem ter maior comprimento real

que os punções simples.

Eaço = 21500 kgf/mm2

mm4

viga bi-apoiada

viga engastada apoiada

Page 106: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Formulário para cálculo de Jmin – área – raio de inércia

mínimo – momento de inércia mínimo

Page 107: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Formulário para cálculo de Jmin – área – raio de inércia

mínimo – momento de inércia mínimo

Page 108: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 109: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Formulário para cálculo de Jmin – área – raio de inércia

mínimo – momento de inércia mínimo

Page 110: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DIMENSIONAMENTO DOS PUNÇÕES

Para λ ≥ 100 (punções muito esbeltos) o fenômeno de flambagem não

deverá preocupar tanto, pois este se verificaria depois da ruptura por

esmagamento.

Nestes casos o punção deverá ser dimensionado apenas à

compressão simples (caso 1).

Para se contornar os fenômenos de

flambagem é conveniente que os

punções sejam feitos com rebaixos

ou embuchados, deixando exposta a

parte fina o mínimo indispensável.

Evita-se o esmagamento do punção

fazendo: d ≥ e

e = espessura da chapa.

Page 111: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TIPOS DE PUNÇÃO DE CORTE

Para evitar o fenômeno de flambagem dos punções delgados, aumenta-se a sua robustez por meio de embuchamento.

Page 112: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXEMPLO

Determinar o comprimento de um

punção de secção retangular

6 x 3 mm destinado a furar

chapa de alpaca.

Dados: e = 2,5mm

τc = 35 kg/mm²

Se o punção for livre numa extremidade e engastado na outra(1º caso), o

seu comprimento real poderá ser:

mm

Se for guiado o punção poderá ter:

mm

Page 113: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

O comprimento teórico que o punção poderá atingir sem correr riscos de

flambagem é:

Se o punção for livre numa extremidade e engastado na outra (1º caso), o

seu comprimento real poderá ser:

Se for guiado o punção poderá ter:

EXEMPLO

Page 114: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MATRIZES

Matriz e punções constituem os elementos fundamentais das ferramentas.

Na matriz está recortado o formato negativo da peça a ser produzida.

A matriz é fixada rigidamente sobre a base inferior com parafusos,

porta-matriz ou outro meio, sempre de modo a formar um conjunto bem

sólido.

A matriz deverá ser confeccionada com material de ótima qualidade

e com excelente acabamento.

As características principais das matrizes de corte são:

- O ÂNGULO DE SAÍDA que facilita a saída do material cortado.

- A FOLGA entre o punção e a matriz que é responsável pelo perfeito corte

da peça desejada.

Page 115: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Para facilitar a saída das peças cortadas, é necessário que as matrizes

vazadas contenham paredes inclinadas mínimas de 0,5º de cada lado.

As matrizes de REPASSO não apresentam conicidade nos furos; as

paredes deverão ser perfeitamente cilíndricas, por uma profundidade de

pelo menos 25mm.

Por questões de economia e facilidade de trabalho geralmente limita-

se o paralelismo das paredes dos furos de repasso a apenas 5 - 8mm.

ÂNGULO DE SAÍDA NAS MATRIZES DE CORTE

Page 116: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MATRIZES COM ÂNGULOS DE SAÍDA

As matrizes de corte, sem extrator, deverão ser vazadas com conicidade de 0,5 a 10o, para a saída das peças cortadas.

Isto apesar de ser mais econômico acarreta complicações.

Á medida que a matriz passa a ser afiada, à parte vazada fica maior, aumentando conseqüentemente as medidas das peças e a folga entre o punção e a matriz.

A afiação retira em média uma camada de 0,3 a 0,5 mm.

Para se contornar os inconvenientes do ângulo de saída, a matriz é confeccionada com as mínimas dimensões toleráveis da peça.

O limite superior da tolerância da peça será atingido depois de um certo número de afiações.

Page 117: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

MAJORAÇÃO DO PRODUTO PELAS AFIAÇÕES

DAS MATRIZES

Usando matriz com extrator, não teremos ângulo de saída e, portanto o problema se limita a estabelecer apenas a folga em função do tipo e espessura do material.

A conicidade das matrizes representa um inconveniente

apenas nas ferramentas de corte; nas de furar a afiação da ferramenta não altera as dimensões dos furos, pois estes dependem dos punções.

Page 118: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

TIPOS DE MATRIZES DE CORTE

Matrizes de corte inclinado

Matrizes compostas

Page 119: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PUNÇÕES E MATRIZES DE SEGMENTOS

Para cortes de grandes dimensões usam-se punções e matrizes de

segmentos.

Os segmentos deverão apresentar:

- quase todos o mesmo comprimento

- para evitar a distorção de têmpera, não deverão ultrapassar o

comprimento de 300mm

- para evitar quebra durante o funcionamento da ferramenta não

deverão apresentar pontas agudas.

Cada segmento deverá ser fixado no suporte com pelo menos 2 pinos e

2 parafusos.

Page 120: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PUNÇÕES E MATRIZES DE SEGMENTOS

Page 121: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FIXAÇÃO DAS MATRIZES

A matriz deve ser montada no

“porta-matriz”.

As razões que levam ao uso do

porta-matriz são:

- economia de aços especiais

- possibilidade de regular o

alinhamento com punção

- troca rápida da matriz, seja para

substituição ou para afiação da

mesma.

Page 122: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

ESPESSURA DA MATRIZ

A força proveniente do

punção se distribui ao

longo dos gumes de

corte da matriz de forma

que se esta não tiver

espessura suficiente,

acabará estourando.

VALORES DE α

Em que: p = perímetro de corte em [mm]

e = espessura da chapa em [mm]

Page 123: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ

Punção e matriz podem cortar ou furar, isto é, podem produzir furos (puncionamentos) ou peças (recortes).

Ao descer, o punção comprime a chapa contra a matriz forçando-a para dentro.

Aparecem deformações elásticas

seguidas de deformações

plásticas em ambos os

lados da chapa e

Logo após aparecem as

trincas de ruptura que

ao se unirem, separam o

recorte da chapa.

Page 124: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ

Page 125: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ

Pata obtermos cortes de bom aspecto e sem rebarbas, é necessário que as trincas, que se iniciam nos fios de corte, se encontrem.

Isto acontece se existir uma certa folga entre punção e matriz

Esta folga varia em função do material e da espessura da chapa.

Terminada a operação de corte, as deformações elásticas desaparecem, isto é, as partes contraídas voltam ao normal.

As dimensões do punção e da matriz deverão ser convenientemente aumentadas ou diminuídas da folga.

Page 126: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ

Para a exatidão das dimensões dos punções e das matrizes, devem ser consideradas também as tolerâncias do próprio produto.

Para isto:

• as matrizes de corte terão as dimensões correspondentes ao

limite inferior da tolerância das peças.

• os punções de furação terão as dimensões correspondentes ao

limite superior da tolerância das peças.

Se as tolerâncias do produto não forem estabelecidas, ou indicadas,

• as matrizes de corte serão diminuídas de 0,1 mm;

• os punções de furar serão aumentados de 0,1 mm.

As tolerâncias do produto dependem da função a que se destina. Quanto mais apertada for a tolerância do produto, tanto mais cara será a ferramenta.

Page 127: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ

As dimensões exatas dos punções e das matrizes serão determinadas considerando:

1°) — tolerância do produto;

2°) — folga de corte;

3°) — tolerância de acabamento do próprio punção e matriz.

Page 128: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ

CORTE: se a peça tiver reentrâncias, a matriz nas partes reentrantes funcionará como punção de furação,

as reentrâncias do verdadeiro punção devem ter as

dimensões acrescidas da folga.

As medidas das partes reentrantes terão tolerâncias superiores

Page 129: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ

FURAÇÃO: se o furo tiver reentrâncias, o punção nas partes reentrantes funcionará como matriz de corte.

as reentrâncias da verdadeira matriz terão as dimensões diminuídas da folga.

As medidas das partes reentrantes terão tolerâncias inferiores

Page 130: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CLASSIFICAÇÃO

DOS MATERIAIS

EM FUNÇÃO DA

FOLGA E DA

RESISTÊNCIA

AO CORTE

Page 131: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

VALORES DAS FOLGAS ENTRE PUNÇÕES E

MATRIZES

A folga varia em função do material e da espessura da chapa.

Para peças pequenas e finas, praticamente, não há folga, porém para chapas grossas a folga é apreciável.

Em geral:

f = e/20 para aço doce, latão e similares

f = e/16 para aço médio

f = e/14 para aço duro

A folga é maior para chapas de aço duro.

e = espessura da chapa f = folga (em ambos os lados)

Page 132: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA EM FUNÇÃO DA RESISTÊNCIA AO CORTE

FOLGA EM FUNÇÃO DE τc E DA QUALIDADE DE TRABALHO

VALORES DAS FOLGAS ENTRE PUNÇÕES E

MATRIZES

Page 133: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

IT 01 ------ IT 16 (18 Qualidades) Eixos Furos IT 01 - 3 IT 01 – 4 Calibradores IT 4 - 11 IT 5 – 11 Associação de peças IT 12 - 16 IT 12 – 16 Peças isoladas (Grosseiras)

Furo Eixo H 7 m6 Campo (28 campos) Qualidade (Ajuste) (Tolerância)

AJUSTES RECOMEDADOS ABNT/ISO NBR 6158

Page 134: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

... ...

...

... G H X ZA

A

T ...

B C

D

furo

a b

c d

... h g

..

. ...

... ...

eixo

t x za

As letras convencionam o afastamento do campo de tolerância da linha zero

...

O sistema ISO define 28 campos de tolerâncias, identificados por letras

(minúsculas para eixos e maiúsculas para furos).

Letras usadas:

a, b, c, cd, d, e, ef, f, fg, g, h, j, ja, k, m, n, p, r, s, t, u, v, x, y, z, za, zb, zc.

a - g folga h deslizante j - n incerta p - zc interferência

Page 135: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 136: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 137: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO PARA RECORTAR

Page 138: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO PARA FURAR

Page 139: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO

Determine as dimensões dos punções e da matriz de corte para a obtenção da

peça abaixo (aplique os valores das tolerâncias e da folga).

Dados:

Material: chapa de alumínio duro

espessura de 2 mm

Puncionar = punção no máximo da tolerância da peça

Recortar = matriz no mínimo da tolerância da peça

Page 140: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SOLUÇÃO DIMENS. FOLGA

Campo e qualidade

de trabalho: h5/H6

Folga total:

3% x2mm=0,060mm

(60µm)

Page 141: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO

Determine as dimensões dos punções e da matriz de corte para a obtenção da

peça abaixo (aplique os valores das tolerâncias e da folga).

Dados:

Material: chapa de alumínio duro

espessura de 2 mm

Page 142: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Metrologia de superfície envolve a medição e avaliação da

geometria e da textura da superfície (acabamento).

O acabamento superficial é importante para a funcionalidade

de partes mecânicas, especialmente em casos de partes

acopladas, superfícies deslizantes, nas quais exige-se atrito

reduzido, ou submetidas a carregamentos elevados ou cíclicos

(possibilitando falhas por fadiga).

A rugosidade é também um erro percebido na superfície das

peças, mas de caráter microgeométrico. Consiste em

irregularidades formadas por pequenos vales e picos, que

podem ser avaliadas a partir de aparelhos eletrônicos sensíveis

a estas variações (rugosímetros).

RUGOSIDADE

Page 143: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Classe de

rugosidade

Desvio médio

aritmético (Ra)

N12 50

N11 25

N10 12,5

N9 6,3

N8 3,2

N7 1,6

N6 0,8

N5 0,4

N4 0,2

N3 0,1

N2 0,05

N1 0,025

A representação da

rugosidade no desenho atualmente

não segue o antigo triângulo

invertido. Existem 12 classes de

rugosidade segundo a norma, em

substituição às quatro antigas

representações. A norma NBR

8404/1984 (Estado de Superfícies

em Desenhos Técnicos) apresenta

o valor equivalente de Ra para

cada classe de rugosidade.

RUGOSIDADE

Page 144: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Símbolo básico

Quando a remoção de material é exigida

Quando a remoção de material não é permitida

Se for necessário indicar características especiais do

estado da superfície a

a1

a2

a - valor da rugosidade

a1 e a2 - valores dos limites máximo e mínimo da

rugosidade

RUGOSIDADE

Page 145: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

5 Valor de sobremetal para usinagem

a

e d

b

c(f)

a - valor da rugosidade Ra em m ou classe der rugosidade de N1 a N12

b - método de fabricação, tratamento ou revestimento

c - comprimento da amostra em mm

d - direção das estrias

e - sobre metal para usinagem, em mm

f - outros parâmetros de rugosidade (entre parênteses)

RUGOSIDADE

Page 146: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

RUGOSIDADE

Page 147: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

RUGOSIDADE

Page 148: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Outra questão importante refere-se à associação da rugosidade à tolerância

dimensional. Pequenas tolerâncias dimensionais exigem valores pequenos de

rugosidade.

Rt deve ser em torno de

1/3 -1/2 da tolerância.

RUGOSIDADE

Page 149: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

RUGOSIDADE

Page 150: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Prof. Paulo Marcondes, PhD.

DEMEC / UFPR

Projeto de Ferramentas

para Conformação de Chapas

DOBRAMENTO

Page 151: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

ABERTURA DA MATRIZ DA DOBRA

A força necessária para efetuar dobras em ângulo reto, em

prensas, depende de:

a – espessura e tipo do material

b – raio de curvatura e largura do V de apoio.

Page 152: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE DOBRA

CASO I

Page 153: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CASO II

A peça a ser dobrada se considera como uma viga engastada em

balanço

Page 154: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CASO III

Se o extrator for acionado por

molas a força de dobra deverá

ser aumentada de 0,1 Fd.

As bordas da matriz deverão

ser arredondadas para

permitirem o livre

escorregamento da chapa.

Isto proporciona um melhor

produto com menor esforço.

Page 155: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Calcular a força para dobrar em ângulo reto (90o) uma tira de

1m, com espessura e = 3mm, σr = 40kg/mm² e com abertura

do V de 50mm.

Fd =

EXERCÍCIO DOBRAMENTO – Caso I

Page 156: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO DOBRAMENTO – Caso II

Calcular a força para dobrar uma cantoneira de aço com σr = 40

kg/mm², 1m de comprimento e 3mm de espessura.

Fd =

Page 157: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO DOBRAMENTO – Caso III

Calcular a força necessária para dobrar em “U”, 1m de chapa de

aço com σr = 40kg/mm² e espessura e = 3mm. em ferramenta com

extarator de mola.

Fd (força de dobra) =

Fe (força do extrator) =

Ft (força total) =

Page 158: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

As partes mais solicitadas são: h e h1

A força de dobra origina sobre as

paredes laterais da matriz a força F1,

que se torna máxima quando a

dobra alcança 45°.

DIMENSIONAMENTO DA MATRIZ DE DOBRA

No projeto da ferramenta é necessário dimensionar

convenientemente os elementos destinados a suportar grandes

esforços (em particular a matriz).

Page 159: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Analogamente,

considerando a parte

inferior da base como viga

engastada, carregada

uniformemente com a força

total Ft, teremos:

A força Fd atua com intensidade dividida (metade de cada lado).

Teremos portanto:

Page 160: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXERCÍCIO DIMENSIONAMENTO

MATRIZ DE DOBRAMENTO

Dimensionar a base da ferramenta (h1 e h)

para a dobra a peça na figura, sendo:

Page 161: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SPRINGBACK (RETORNO ELÁSTICO,

MOLEJO DE RETORNO)

Springback é definido como a recuperação elástica do

material após descarregar as ferramentas.

Springback resulta em uma mudança dimensional na

peça curvada.

Page 162: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DOBRAMENTO EM MATRIZ TIPO V

RETORNO ELÁSTICO (V BENDING)

Page 163: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

A dobra em matriz dupla (Double die bending) pode ser vista

como duas operações de deslizamento (wiping operation) que

agem na chapa uma após a outra.

A dobra em matriz dupla pode aumentar o

endurecimento por deformação reduzindo o springback.

DOBRAMENTO EM FERRAMENTA DUPLA

(DOUBLE DIE BENDING)

Page 164: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Dobramento giratório (Rotary bending) é o processo de

dobramento usando um balancim ao invéz de um punção.

As vantagens são:

a) Não necessita de blankholder

b) Há uma compensação do springback pelo sobredobramento

c) Requer uma força menor

d) Pode dobrar com mais de 90 graus

DOBRAMENTO GIRATÓRIO

(ROTARY BENDING)

Page 165: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DOBRAMENTO GIRATÓRIO

(ROTARY BENDING)

Page 166: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Prof. Paulo Marcondes, PhD.

DEMEC / UFPR

Projeto de Ferramentas

para Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO

Page 167: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FERRAMENTAS DE EMBUTIMENTO

Embutimento é a operação de conformação que, em um ou mais estágios, transforma uma chapa plana em corpo côncavo.

O sujeitador mantém a

superfície da chapa

tensionada para impedir a

formação de rugas.

Page 168: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DESENVOLVIMENTO DAS PEÇAS

EMBUTIDAS

PEÇAS DE ROTAÇÃO

Um problema de fundamental importância no estudo do embutimento é a determinação do formato e das dimensões da chapa recortada.

Os cálculos para essa determinação são sempre aproximados, e baseiam-se na equivalência das superfícies (no caso de chapas finas) ou na igualdade dos volumes (no caso de chapas grossas).

O acabamento do produto se obtém com uma operação de refile.

Para embutimento cilíndrico, de chapas finas, pela equivalência das

superfícies, teremos:

Page 169: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DIÂMETROS DOS DISCOS DE EMBUTIMENTO

Page 170: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 171: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 172: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas
Page 173: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SUPERFÍCIES DE ALGUNS ELEMENTOS

Page 174: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SUPERFÍCIES DE ALGUNS ELEMENTOS

Page 175: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Exemplo

Podemos decompor a figura em:

Page 176: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DO

DESENVOLVIMENTO

A determinação analítica do desenvolvimento da peça embutida não é sempre possível.

Quando isto acontece, recorre-se ao artifício da chapa quadriculada.

Para termos uma visualização bastante exata de como recortar a chapa para um bom produto com poucos retalhos, traça-se um reticulado de 5 mm ou mais, sobre umas chapas recortadas intuitivamente, conforma-se e analizam-se os resultados fazendo-se as devidas correções.

Page 177: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

NÚMERO DE OPERAÇÕES PARA O EMBUTIMENTO DE UMA PEÇA

REPUXO CILÍNDRICO

A profundidade do embutimento em relação ao diâmetro é de fundamental importância para a determinação do número de operações necessárias para a conformação de uma peça.

Para se evitar alongamentos excessivos, rasgos e endurecimentos excessivos que levariam à rejeição do produto, é necessário embutir o material gradativamente até à conformação final.

A partir do diâmetro D do disco, com um 1o embutimento, temos um diâmetro d1:

d1 = k D com um 2o embutimento passaremos a:

d2 = k’ d1 com um 3o embutimento , passaremos a:

d3 = k’ d2 e assim por diante até chegarmos a um diâmetro:

dx ≤ d em que d= diâmetro da peça desejada.

Page 178: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

COEFICIENTES DE REPUXO

Exemplo

Page 179: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Exemplo

Determinar o diâmetro do disco e o número de operações necessarias para obtermos um recipiente cilindrico de chapa de aço.

Diâmetro do disco:

Com disco inicial de D = 140mm, temos:

Para obtermos o recipiente desejado serão necessárias duas operações

1ª operação:

d1 = k D = 0,6 * 140 = 84mm

A partir de teremos:

Nesta 1ª operação:

Page 180: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

2ª operação:

A altura de 56,38mm obtida é maior que os 56,00 mm de projeto.

Será necessário refilar a borda.

Page 181: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO CÔNICO

A forma cônica é obtida com uma última operação de conformação que segue uma série de embutimentos cilíndricos escalonados.

Para não sobrecarregar o material, a redução dos diâmetros no embutimento escalonado deverá ser menor do que no embutimento cilíndrico puro.

Em geral :

A altura das diferentes

partes cilíndricas da peça repuxada em cascata, pode ser obtida graficamente, ou ser calculada com:

ci = altura do chanfro, obtida graficamente após determinação de di.

Page 182: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO CÔNICO

A profundidade de embutimento em uma etapa qualquer é calculada pela expressão, expressa no formulário geral, para o

caso de repuxo cilíndrico com fundo de cantos chanfrados:

Deve-se considerar todos os chanfros e as partes retas que ficarão inalteradas

Exemplo:

A altura do repuxo para o 2º estagio é:

Obs.: Nos cálculos não se leva em conta os raios de concordância.

Page 183: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

PREVISÃO DO Nº.

DE ESTÁGIOS DE

EMBUTIMENTO

Page 184: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO PRISMÁTICO

O número de operações para embutimento de peças de secção retangular, depende, do formato, da espessura da chapa, das características do material e do arredondamento dos cantos.

A profundidade de embutimento por etapa é:

h ≈ 6r

Em que r é o raio de arredondamento dos cantos verticais.

Page 185: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO PRISMÁTICO

Em geral, na 1ª operação: Peças prismáticas embutidas com cantos vivos, podem ser

obtidas através várias operações, completadas por uma de conformação final de calibragem.

A profundidade do embutimento é determianda pela

redução dos diâmetros do recorte (blank). Razão crítica dos Diâmetros (β) = disco / copo

O formato elíptico inicial favorece a formação de secção retangular.

Page 186: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

ARREDONDAMENTO DA MATRIZ E DO

PUNÇÃO

O arredondamento da orla de entrada da matriz é de fundamental importância.

Se o arredondamento for pequeno, a chapa, é fortemente solicitada na quina de entrada, se estica além do necessário até romper,

Se o arredondamento for muito amplo, haverá formação de rugas.

Parta a 1ª operação:

Page 187: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

ARREDONDAMENTO DA MATRIZ E DO

PUNÇÃO

Page 188: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FUROS DE SAÍDA DE AR

Na operação de embutimento a chapa adere ao punção, aprisionando certa quantidade de ar que, dificulta a finalização da operação.

Na extração do punção, pode haver a formação de vácuo que dificulta a separação.

Estes inconvenientes se eliminam, com os furos de saída ou entrada de ar.

O ar comprimido deixaria o fundo abaulado.

Page 189: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ NO

EMBUTIMENTO

A folga entre punção e matriz das ferramentas de embutimento deverá permitir o escoamento uniforme da chapa sem formação de rugas ou diminuição da espessura.

Teoricamente a folga deverá ser igual à espessura. Isto é válido para as chapas finas.

Para as chapas grossas a folga deverá ser igual à espessura

máxima da chapa (+ 5% por lado), aumentada de 20% da tolerância máxima de laminação.

Exemplo: chapa de aço de 2 mm com tolerância de fabricação de ± 0,1.

folga = 2,1 + 0,20 * 0,1 = 2,12 mm Se a folga entre o punção e a matriz for pequena a chapa rasgará. Se a folga for grande haverá rugas ou descentralização da peça.

Page 190: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ NO

EMBUTIMENTO

Page 191: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE EMBUTIMENTO

Um elemento de superfície S, durante a operação de embutimento, é submetido a tensões radiais de tração (σt) e a tensões circunferenciais de compressão (σc) .

Page 192: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Para haver embutimento é necessário que σt ultrapasse a tensão de escoamento, mas não a tensão de ruptura do material da chapa pois, neste caso, a chapa rasgaria.

O valor que σt alcança aumenta com a relação D/d (β).

Controla-se o valor de σt realizando-se o embutimento em várias etapas, isto é, mantendo a relação D/d baixa.

Para peças cilíndricas, a força de embutimento é dada por:

Para o cálculo da força de embutimento para peças não cilíndricas, usar a expressão acima substituindo πd pelo valor do perímetro da seção da peça.

FORÇA DE EMBUTIMENTO

Page 193: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

É máxima para D = Do e nula para D = d

A força de embutimento é

máxima no início, diminui gradativamente durante a operação, e se anula no fim da operação (se a peça repuxada for sem flanges).

O contrário acontece com as forças de atrito: no início são nulas, mas no fim da operação, devido à pressão elástica que a peça embutida exerce contra as paredes da matriz, atinge o valor máximo.

FORÇA DE EMBUTIMENTO

A força de embutimento, sem considerar as perdas por atrito nem os esforços

da dobra, varia logaritmicamente durante a operação de embutimento.

Page 194: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXTRATORES E SUJEITADORES ou PRENSAS-

CHAPAS

Os punções tendem a arrastar a chapa na qual penetram, provocando às

vezes, a sua própria ruptura.

Este inconveniente se elimina por meio dos extratores ou

separadores que, na maioria dos casos, funcionam também como

prensa-chapa ou sujeitadores.

Page 195: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EXTRATORES E SUJEITADORES ou PRENSAS-

CHAPAS

Os extratores podem ser acionados por barras, alavancas, molas

(helicoidais, prato, borracha, etc.) ou ar comprimido, e podem ser

aplicados aos punções ou às matrizes.

Page 196: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE EXTRAÇÃO

A força de extração Fex deve ser 10% da força de estampagem F.

PRESSÃO DO SUJEITADOR

Os sujeitadores deverão ser dimensionados de forma a exercer a pressão

especifica de:

0,1 - 0,2 kg/mm² p/ chapas de aço

0,08 - 0,1 kg/mm² p/ chapas de Al

Page 197: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DO SUJEITADOR

Em primeira aproximação podemos dizer que:

A escolha da pressão do sujeitador é de fundamental importância, pois

uma pressão excessiva acabaria rasgando a chapa, enquanto uma pressão insuficiente favoreceria a formação de rugas.

A pressão específica varia com o material e com a espessura da chapa.

Quanto menor a espessura da chapa, maior deverá ser a pressão.

Escolha da prensa:

Devemos selecionar a prensa com uma margem de segurança de ±10 a 20%.

No caso de prensas de duplo efeito, a escolha deverá ser feita em função da força

de embutimento e força de sujeição separadamente.

Page 198: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

O cordão esticador deve proporcionar uma retenção regular e suficiente da chapa (sulcos e/ou saliências que funcionam como esticadores).

CORDÕES ESTICADORES (Drawbead)

Page 199: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO POR INVERSÃO

O embutimento por inversão, inverso ou negativo, é um processo de embutimento profundo que, vira pelo avesso a peça de transição em cada estágio, visando modificar o fluxo das linhas que o material adquiriu na operação precedente.

Desta forma, as fibras da chapa que em uma operação foram solicitadas por tração, na operação seguinte, serão solicitadas por compressão, evitando-se o aumento de tensão que levaria à ruptura.

Page 200: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO COM ESPESSURA VARIÁVEL —

TREFILAÇÃO

A trefilação de copo consiste na redução da espessura das paredes cilíndricas de uma cápsula previamente embutida, por meio de sucessivas passagens através de matrizes com dimensões menores do que o diâmetro extremo da cápsula.

• A redução máxima para os aços de boa qualidade é de 35%. • Para que o produto fique com o material bem homogêneo é aconselhável reduzir a espessura das paredes com mais operações. • A lubrificação é extremamente importante no processo e proporciona uma fácil extração da peça do punção.

Page 201: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO COM ESPESSURA VARIÁVEL —

TREFILAÇÃO

DIÃMETRO DO DISCO D

Para evitar rugas é necessário que e > (0,04 a 0,05) D.

Page 202: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO COM ESPESSURA VARIÁVEL —

TREFILAÇÃO

NÚMERO DE ESTÁGIOS

1° estágio: Para evitar rugas

d1 = k D em que k = 0,75 a 0,85

2° estágio: Se d1 não for bastante próximo do diâmetro interno da peça desejada,

recorre-se à um 2° estágio sem trefilar (reembutimento)

3° estágio: A redução da espessura da parede por estágio, deverá ser inferior a 25 a 35%.

É aconselhável diminuir esta porcentagem, estágio por estágio e recozer as peças, se possível.

O diâmetro do punção diminuirá de 0,2mm por estágio.

Page 203: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE TREFILAÇÃO

A força de trefilação é dada por:

Page 204: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE TREFILAÇÃO

Para que o fundo não se separe das paredes laterais, é

necessário que:

É necessário reduzir ao mínimo o atrito entre o cartucho e as paredes da matriz, lubrificando abundantemente as superfícies em contato com polimento do furo da matriz.

Page 205: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO POR EXTRUSÃO

Extrusão é sinônimo de expulsar.

O processo é expulsar da matriz, por meio de um punção, um material plástico ali colocado.

Page 206: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

EMBUTIMENTO POR EXTRUSÃO

O Pb, Sn, Al, Cu, Ni e suas ligas são ótimos materiais para extrusão.

Condição fundamental para se obter a extrusão é que a força seja aplicada rapidamente.

A espessura mínima alcançável é e = 0,1mm.

A secção dos cartuchos pode ser

também quadrada, retangular,

sextavada, elíptica, etc.

Page 207: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

DETERMINAÇÃO DO DISCO DE EXTRUSÃO

Pela igualdade de volumes teremos:

Page 208: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE EXTRUSÃO

Page 209: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

FORÇA DE EXTRUSÃO

Para cada material Rd não tem valor constante.

Varia com a intensidade da deformação, com a velocidade da deformação e com a temperatura alcançada pelo metal durante a deformação.

Page 210: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SEQUÊNCIA PARA A EXECUÇÃO DE PROJETOS

DE FERRAMENTAS DE ESTAMPAGEM

a) Dimensionar o produto com as especificações técnicas necessárias

(material, espessura, tolerâncias, eventual acabamento posterior);

b) Estudar o arranjo do produto na fita e do dispositivo de avanço,

definindo a esquematização do funcionamento do estampo (recortar,

puncionar, seccionar, etc.)

se necessário recortar em cartolina protótipos do produto;

c) Dimensionar a fita (quando necessário considerar a disposição de

avanço);

d) Calcular o rendimento global e o rendimento específico para 1m2 de

chapa.

Obs: Os itens c) e d) devem ser demonstrados para os dois melhores

arranjos do produto, destacando o considerado melhor;

Page 211: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SEQUÊNCIA PARA A EXECUÇÃO DE PROJETOS

DE FERRAMENTAS DE ESTAMPAGEM

e) Calcular a força de corte (kgf) e a capacidade da prensa (toneladas);

f) Calcular a folga de corte (prever o arredondamento quando necessário);

g) Determinar as dimensões do punção e da matriz para a confecção do (s) produto (s), levando em consideração:

1) tolerância do produto;

2) folga de corte;

3) tolerância de usinagem (confecção) para matrizes e punções;

Page 212: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

SEQUÊNCIA PARA A EXECUÇÃO DE PROJETOS

DE FERRAMENTAS DE ESTAMPAGEM

Obs: esboçar em linhas gerais (esquemático com resultados dos

cálculos) os punções e matriz, quanto à forma e dimensões básicas;

contato.

h) Calcular a força de extração, definindo tipo e funcionamento do

extrator;

i) Dimensionar guias da fita;

j) Dimensionar demais elementos e

k) Calcular localização da espiga quando pertinente (Xe, Ye).

Page 213: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CRITÉRIOS DE COMPOSIÇÃO E APRESENTAÇÃO

DOS PROJETOS DE FERRAMENTAS

Basicamente os projetos serão compostos por:

1) Memorial técnico

Obs.: o memorial técnico deve registrar os cálculos e esquemas de idealização (projeto) da ferramenta, como segue:

- em folha sulfite A4 lisa com legenda;

- com escrita técnica;

- desenhos esquemáticos (CAD) e

- seqüência de cálculos (dimensionamentos mínimos).

- tabelas e/ou normas usadas;

- pesquisas de complementarão realizadas;

- cronograma do tempo gasto para a realização do projeto e

- estimativa do custo de fabricação.

Page 214: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CRITÉRIOS DE COMPOSIÇÃO E APRESENTAÇÃO

DOS PROJETOS DE FERRAMENTAS

2) Desenhos para fabricação (croqui e/ou desenho a CAD)

Obs.: os desenhos para a fabricação devem ser compostos de:

Desenho de conjunto:

- Deve ser representado com o número de vistas e detalhes necessários a

correta e rápida identificação das pecas componentes do estampo, bem como ao entendimento do seu funcionamento e montagem;

- Deve ser representado em folha normalizada de tamanho mínimo A2;

- Deve ser respeitada a disposição das informações sugeridas, bem como estar acompanhado das informações complementares (tabelas/ desenhos);

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CRITÉRIOS DE COMPOSIÇÃO E APRESENTAÇÃO

DOS PROJETOS DE FERRAMENTAS

Desenhos dos componentes:

- Os componentes, matriz e punções, devem ser de preferência

desenhados na mesma folha, devendo esta ser de tamanho A3 e

- Os demais componentes ficam com distribuição segundo critérios do

projetista.

* o projeto deve ser preparado em pasta A devidamente identificada e as folhas dobradas conforme norma ABNT -NB8.

* deve ser respeitada as datas do cronograma.

Page 216: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

CRITÉRIOS DE

COMPOSIÇÃO E

APRESENTAÇÃO

DOS PROJETOS DE

FERRAMENTAS

Page 217: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Referências bibliográficas

1) Apostila do Projeto de ferramentas de Conformação de Chapas.

2) Wilson, Franck et alli; "DIE DESIGN HANDBOOK", Ed. McGraw Hill and ASTME, New

York, 1965.

3) Provenza, Francesco;" ESTAMPOS" Vol I, II e III, Editora PRO-TEC, S,o Paulo, 1986.

4) Rossi, Mário;" ESTAMPADO EN FRIO DE LA CHAPA", Ed. Dossat, Madrid, 1979.

5) Oehler - Kaiser; "HERRAMIENTAS DE TROQUELAR, ESTAMPAR Y EMBUTIR", 3a.

Ediçào, Ed. Gustavo Gilli, Barcelona, 1981.

6) Lopes Navarro, Tomás; "TROQUELADO Y ESTAMPACIÓN", 2a. edição, Ed.Gustavo

Gilli, Barcelona, 1976.

7) Carlson, Richard; "METAL STAMPING DESIGN", Prentice Hall, New Jersey, 1961.

8) Makelt, Heinrich; MECHANICAL PRESSES", 1a. edição, Carl Hanser Verlag, Munich,

1968

9) Spur, Günther & Stoeferle, Theodore- “HANDBUCH DER FERTIGUNGSTECHNICK” Vol.

1, 2/1 e 2/2, Carl Hanser Verlag, München, 1988.

10) Lange, Kurt - “FORMING HANDBOOK”, Ed. Mcgraw Hill and SME, New York, 1993;

11) Autores Coletivos; "MANUAL SCHUELLER- PRENSAS Y SUS APLICACIONES"- Ed.

Louis schueller, Goppingen, 1968.

12) Agostinho, O. L.; Rodrigues, A. C. S. e Lirani, J. - "Tolerâncias, ajustes, desvios e análise de

dimensões", Edgar Blütcher Ed., São Paulo.

Page 218: Slides Projeto de Ferramentas Em Conformação de Chapas

Paulo Victor Prestes Marcondes - Possui pós-doutorado pela

Universidade de Deakin, em Geelong, na Australia (2007) e Universidades

da California em San Diego (1996) e Pennsylvania (1996) nos EUA.

Obteve seu doutoramento em Engenharia Mecânica pela Universidade

Federal de Santa Catarina e Universidade de Birmingham na Inglaterra

(1995). Obteve o mestrado em Engenharia Mecânica (1991) e a graduação

em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa Catarina

(1989). Atualmente é professor associado I da Universidade Federal do

Paraná atuando na graduação e pós-graduação (mestrado e doutorado) do

Departamento de Engenharia Mecânica. Tem experiência na área de

Engenharia de Materiais e Metalúrgica, com ênfase em Conformação

Mecânica, atuando principalmente nas áreas de conformação de chapas,

ferramentas de conformação (matrizes e moldes) e simulação

computacional.