PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAISCurso de Engenharia Mecnica

Bruno Rodrigues CardosoCarlos Eduardo de Moura SoaresJonathan Lima de SouzaNvea Kenia PachecoRodrigo Mazzarolo Marcondes Vieira

PROJETO DE EMBUTIMENTO

Belo Horizonte2013Bruno Rodrigues CardosoCarlos Eduardo de Moura SoaresJonathan Lima de SouzaNvea Kenia PachecoRodrigo Mazarollo Marcondes Vieira

PROJETO DE EMBUTIMENTO

Trabalho prtico de desenvolvimento dos clculos para fabricao de uma pea pelo processo de embutimento, como requisito parcial para aprovao na disciplina de Conformao Mecnica da Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais, tendo como orientao as notas de aulas fornecidas durante o 1 semestre de 2013.

Orientador: Tarcsio Jos de Almeida

Belo Horizonte2013LISTA DE IMAGENS

Figura 1 Deformao no embutimento8Figura 2 Prensa Hidrulica9Figura 3 Curva Limite de Conformao11Figura 4 Desenho esquemtico da pea proposta14Figura 5 Desenho esquemtico para o clculo do dimetro do blank15

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Frmulas do Beta 012Tabela 2 Lubrificantes de acordo com o material13

SUMRIO

1 INTRODUO72 EMBUTIMENTO82.1 Equipamento92.2 Processo102.3 Curva CLC102.4 Folga na matriz112.5 Lubrificao122.6 Caractersticas e defeitos133 PROJETO DE EMBUTIMENTO143.1 Informaes adicionais143.2 Clculo do dimetro do blank153.3 Definio dos estgios atravs do clculo dos dimetros intermedirios164 SEQUNCIA DE EMBUTIMENTO175 CLCULO DOS ESTGIOS185.1 Primeiro estgio185.1.1 Folga185.1.2 Raio da matriz185.1.3 Raio do puno185.1.4 Dimetro do puno185.1.5 Fora do prensa chapa185.1.6 Fora mxima do puno195.1.7 Fora de embutimento195.2 Segundo estgio205.2.1 Folga205.2.2 Raio da matriz205.2.3 Raio do puno205.2.4 Dimetro do puno205.2.5 Fora do prensa chapa205.2.6 Fora mxima do puno215.2.7 Fora de embutimento215.3 Terceiro estgio225.3.1 Folga225.3.2 Raio da matriz225.3.3 Raio do puno225.3.4 Dimetro do puno225.3.5 Fora do prensa chapa225.3.6 Fora mxima do puno235.3.7 Fora de embutimento236 DESENHO DO FERRAMENTAL24

1 INTRODUO

A estampagem o processo de conformar finas chapas metlicas em peas ou produtos, utilizando chapas dcteis, para evitar a concentrao de tenses e a formao de trincas.Muitas das peas utilizadas no nosso cotidiano so oriundas do processo de conformao, como a trefilao ou laminao, seguidas por processos de usinagem, de forma a produzir objetos para o uso comum, como panelas, tubos, entre outros.A definio de conformao mecnica a deformao plstica das suas dimenses atravs da aplicao de esforos mecnicos, mudando a geometria da pea permanentemente. Essa conformao obtida com diversos processos dentro da conformao mecnica, tais como a laminao, trefilao, estampagem, forjamento e extruso, realizando um esforo de natureza mecnica sobre o material.Dois conceitos importantes na conformao mecnica so a plasticidade e a elasticidade. A plasticidade de um material refere-se propriedade de um corpo de mudar de forma permanente ao ser submetido por uma tenso, enquanto a elasticidade a capacidade de deformao de um material de forma reversvel.Outra definio importante em conformao mecnica o encruamento, este o resultado de uma mudana na estrutura do metal, associada a uma deformao permanente dos gros do material, quando este submetido deformao a frio. O encruamento aumenta a dureza e a resistncia mecnica.O trabalho a seguir consiste no desenvolvimento de um projeto de embutimento para a fabricao de uma pea, partindo de um blank,

2 EMBUTIMENTO

O embutimento acontece quando uma chapa plana conformada em um corpo oco, sem que haja o aparecimento de rugas e trincas. As ferramentas utilizadas para realizar o processo so chamadas de estampos, constitudos por uma puno, uma matriz e o prensa-chapas.Na operao, o puno obriga a chapa a penetrar na matriz atravs de uma fora de repuxo, com isso, o material flui para dentro da matriz, configurando as paredes laterais da pea.Na figura 1 abaixo, demonstrado a geometria da aplicao da deformao.Figura 1 Deformao no embutimento

Fonte: Telecurso 2000

A fora aplicada gera tenses diferentes para cada regio da pea, gerando variaes em sua espessura. possvel identificar quatro regies com deformaes distintas:Regio plana do fundo da pea cuja espessura final praticamente a mesma do blank, quase no apresentando deformao.O raio do fundo da pea onde ocorre significativa deformao na espessura.O raio da matriz onde se verifica um aumento de espessura pelas diferenas entre as tenses de trao, compresso e a componente tangencial.As paredes laterais onde ocorre um decrscimo gradual da espessura at o findo da pea.

A operao de repuxo leva em considerao os seguintes parmetros:1. A capacidade de alongamento do material.1. Capacidade de embutimento do material.1. A velocidade de conformao.1. As foras que atuam na operao de repuxo.1. A reduo percentual.1. Os lubrificantes utilizados.1. O ferramental (matriz, puno e folgas).

2.1 Equipamento

Nesse processo utilizado uma prensa hidrulica (ou prensa excntrica), cuja finalidade a fabricao de peas estampadas, atravs de operaes de dobra, repuxo, embutimento, extruso, entre outras. A prensa excntrica utiliza da inrcia do movimento do seu volante para a conformao de peas, dimensionando seu tamanho para a fora necessria, enquanto a prensa hidrulica est relacionada ao funcionamento de motobombas, fornecendo fora hidrulica aos cilindros e dispondo da fora necessria

Figura 2 Prensa Hidrulica

2.2 Processo

Para realizar o processo de embutimento necessrio conhecer as variveis do processo, como a presso do prensa-chapas, lubrificao e geometria da matriz, definindo assim a estampabilidade das chapas metlicas, podendo escolher ou variar certos parmetros, como o material utilizado ou a fora aplicada. Para fazer tal avaliao, utiliza-se de dados tabelados, curva CLC, anisotropia normal mdia, limites de embutimento e curvas tenso-deformao.No repuxo, so utilizadas ferramentas com as mesmas caractersticas dos estampos de corte e dobra, formados por um puno e uma matriz, formando uma forma volumtrica previamente definida. Esses estampos tambm possuem um prensa-chapas, cuja funo manter a chapa sob presso, fazendo com que ela deslize para dentro da matriz da maneira especificada pelo projeto, evitando a formao de rugas. Com a definio dos parmetros adequada, consegue-se evitar a formao de trincas ou fissuras, especificando corretamente o raio da matriz, a lubrificao, a folga entre o puno e a matriz e a fora de atrito no prensa-chapas.Ao final do processo, a pea fica grudada na matriz do estampo, devido recuperao elstica do material, ela ento deslocada da cavidade com um extrator, que remove a chapa conformada da matriz.

2.3 Curva CLC

A CLC (curva limite de conformao) representa o limite aceitvel de deformao de um material em forma de chapa, ela utilizada para solucionar problemas nas peas estampadas como na construo e manuteno das ferramentas usadas no processo. Pode-se observar na figura 3 a seguir um exemplo de curva CLC, onde qualquer deformao na rea vermelha ir resultar em uma falha.

Figura 3 Curva Limite de Conformao

2.4 Folga na matriz

Na fabricao, deve-se deixar uma folga entre o puno e a matriz para que o material deslize e forme a pea desejada. O clculo dessa folga (representada pela letra ) feito de em funo do tipo e espessura do material conformado, evitando o excesso de atrito e consequentemente as rugas e trincas na pea. Se a folga for menor do que o necessrio, o material ir sofrer um estiramento, podendo romper. As vezes no possvel realizar a estampagem em um nico passo, devido relao dos dimetros da chapa inicial e final ser muito grande. Nesses casos, divide-se a operao em etapas, at que a pea chegue na sua forma final, como especificada no projeto.O nmero de operaes necessrias para um repuxo depende da severidade do repuxo 0, que a relao entre o dimetro do blank (D) e o dimetro do puno (d). A severidade do repuxo calculada em funo do tipo de material, da sua espessura (e) e do dimetro interno (d) da pea a ser repuxada. Para calcular o 0 max usam-se as frmulas a seguir:Tabela 1 Frmulas do Beta 0

Em resumo:1. se 0 < 0 max - uma operao de repuxo2. se 0 > 0 max - mais de uma operao de repuxo

2.5 Lubrificao

A lubrificao no processo utilizada de forma a preservar o material dos equipamentos, levando em considerao as alteraes feitas no atrito das peas. Ela tambm feita para diminuir a resistncia do deslizamento na matriz, reduzir esforos desnecessrios e evitar peas defeituosas.A escolha do lubrificante feita de forma a no comprometer o processo de embutimento, utilizando produtos de qualidade comprovada e seguindo as indicaes do fabricante, podendo usar os produtos de forma pura ou diluda. Na tabela 2 a seguir h uma orientao do lubrificante a ser utilizado de acordo com o material utilizado no processo.

Tabela 2 Lubrificantes de acordo com o material

2.6 Caractersticas e defeitos

Os produtos estampados apresentam defeitos caractersticos estreitamente ligados s vrias etapas do processo de fabricao. A tabela 3 abaixo relaciona esses defeitos com a respectiva etapa dentro do processo e indica as maneiras de evit-los, muito importante para o profissional da rea industrial.

Tabela 3 Caractersticas e defeitos dos produtos estampados

3 PROJETO DE EMBUTIMENTO

Para projetar o processo de fabricao, fora do prensa chapas, raio das matrizes, raio do puno bem como a fora de embutimento, foi considerada a seguinte pea:

Figura 4 Desenho esquemtico da pea proposta

3.1 Informaes adicionais

LDR 1= 1,9LDR 2 = LDR 3 = 1,7Material Lato 70-30D=500 mmd= 300 mmH = 270 mmR1=R2 = 5 mmR3=3 mme = 4 mm

3.2 Clculo do dimetro do blank

Para o clculo do dimetro do Blank, dividimos a pea em duas partes iguais, devido a ser uma pea simtrica; e tambm separamos em regies, por causa de sua forma, como mostrado na figura 5.

Figura 5 Desenho esquemtico para o clculo do dimetro do blank

O dimetro do Blank ser o comprimento da seo da pea, calculado atravs da linha mdia. Fizemos o somatrio das regies e posteriormente multiplicamos por 2.Regio 1: [(500-300) / 2] 5 = 95 mmRegio 2: (xd) / 4 = [x(2x7)] / 4 = 10,99 mmRegio 3: H-e-R1-R3= 270 - 4 - 5 - 3 = 258 mmRegio 4: (xd) / 4 = [x(2x5)] / 4 = 7,85 mmRegio 5: (300 / 2) - 3 - 4 = 143 mmDblank = 2 x (Regio 1 +Regio 2 + Regio 3 + Regio 4 + Regio 5)Dblank = 2 x (95 + 10,99 + 258 + 7,85 + 143)Dblank = 1029,68 mm

3.3 Definio dos estgios atravs do clculo dos dimetros intermedirios

LDR1 = d1 = Dblank / LDR1 d1 = 1029,69 / 1,9 = 541,94 mmLDR2 = d2 = d1 / LDR2 d2 = 541,94 / 1,7 = 318,79 mm LDR3 = d3 =d2 / LDR3 d3 = 318,79 / 1,7 = 187, 52 mm

O dimetro d3 deve ser desconsiderado, pois ele menor que o dimetro final da pea aps o embutimento (300 mm). Por isso, o valor a ser considerado 300 mm.A partir desses clculos, conclumos que ao processo ter 3 estgios.

4 SEQUNCIA DE EMBUTIMENTO

1 Estgio: Dblank(1029,68mm) d1(541,94mm)

2 Estgio: d1(541,94mm) d2(318,79mm)

3 Estgio: d2(318,79mm) d3(300,00mm)

5 CLCULO DOS ESTGIOS 5.1 Primeiro estgio5.1.1 Folgaf = e x () f = 4x(1029,68 / 541,94)^0,25 f = 4,69 mm

5.1.2 Raio da matriz

Rm = 0,8 x Rm = 0,8x[(1029,68 541,94)x4]^(1/2)Rm = 35,33 mm

5.1.3 Raio do puno

Rp = 7 x e Rp = 7 x 4 Rp = 28 mm

5.1.4 Dimetro do puno

Dp = 541,94 2x4,69Dp = 532,56 mm 5.1.5 Fora do prensa chapa Fpc = x ( d1) x Fpc = ( / 4)x{ [1029,68^2] [541,94^2 ] }x[(38+19)/200]Fpc = 171581,57 kgfFpc = 171,581 ton

5.1.6 Fora mxima do puno

Fpmx = tenso de rup x seoFpmx = 38x(/4)x[(541,94^2) (532,56^2)]Fpmx = 300803,39 kgfFpmx = 300,803 ton

5.1.7 Fora de embutimento

Fe = Fpmx / 0,15Fe = 300803,39 kgf / 0,15Fe = 2005355 kgfFe = 2005,355 ton

5.2 Segundo estgio

5.2.1 Folga

f = e x () f = 4x( 541,94 / 318,79 )^0,25 f = 4,56 mm

5.2.2 Raio da matriz

Rm = 0,8 x Rm = 0,8x[(541,94 318,79)x4]^(1/2)Rm = 23,90 mm

5.2.3 Raio do puno

Rp = 7 x e Rp = 7 x 4 Rp = 28 mm

5.2.4 Dimetro do puno

Dp = 318,79 2x4,56Dp = 309,65 mm

5.2.5 Fora do prensa chapa Fpc = x ( d2) x Fpc = ( / 4)x{ [541,94^2] [318,79^2] }x[(38+19)/200]Fpc = 36958,96 kgfFpc = 36,958 ton

5.2.6 Fora mxima do puno

Fpmx = tenso de rup x seoFpmx = 38x(/4)x[(318,79^2) (309,65^2)]Fpmx = 171428,684 kgfFpmx = 171,428 ton 5.2.7 Fora de embutimento

Fe = Fpmx / 0,15Fe = 171428,684 kgf / 0,15Fe = 1142857,899 kgfFe = 1142,857 ton

5.3 Terceiro estgio

5.3.1 Folga

f= e x () f = 4x( 318,79 / 300 )^0,25 f = 4,06 mm

5.3.2 Raio da matriz

Rm = 0,8 x Rm = 0,8x[(318,79 300,00)x4]^(1/2)Rm = 6,93 mm

5.3.3 Raio do puno

Rp = 7 x e Rp = 7 x 4 Rp = 28 mm

5.3.4 Dimetro do puno

Dp = 300 2x4,06Dp = 291,88 mm

5.3.5 Fora do prensa chapa

Fpc = x ( d3) x Fpc = ( / 4)x{ [318,79^2] [300,00^2 ] }x[(38+19)/200]Fpc = 2602,584 kgfFpc = 2,602 ton

5.3.6 Fora mxima do puno

Fpmx = tenso de rup x seoFpmx = 38x(/4)x[(300^2) (291,88^2)]Fpmx = 143437,65 kgfFpmx = 143,437 ton

5.3.7 Fora de embutimento

Fe = Fpmx / 0,15Fe = 143437,65 kgf / 0,15Fe = 956251,02 kgfFe = 956,251 ton

6 DESENHO DO FERRAMENTAL

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