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UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA-UNOESCREA DE CINCIAS EXATAS E DA TERRACURSO DE ENGENHARIA DE PRODUO MECNICADISCIPLINA: CONFORMAO MECNICA

PROJETO DE ESTAMPO

Juliano Paludo Jos Koehler Marcio Kirsten Samuel Wolf Althaus

Joaaba2013Juliano PaludoJos KoehlerMarcio KirstenSamuel Wolf Althaus

PROJETO DE ESTAMPO

Professor: Sergio Luis Marquezi

Joaaba2013SUMARIO

SUMARIO31 - INTRODUO32 - OBJETIVOS32.1 OBJETIVO GERAL32.2 OBJETIVOS ESPECFICOS33 - FUNDAMENTAO TERICA33.1 CONCEITUAO DE ESTAMPAGEM33.2 CONCEITUACAO DE ESTAMPOS DE CORTE33.3 FERRAMENTAS DE CORTE33.4 UTILIZAO RACIONAL DA CHAPA33.5 FORA DE CORTE34 - DIMENSIONAMENTO DA MATRIZ E DO PUNO34.1 BASE34.2 COLUNAS DE GUIA34.3 BUCHAS34.4 RABO DE ANDORINHA34.5 PARAFUSOS E PINOS DE FIXAO34.6 MATRIZES E PUNES34.7 PLACA DE CHOQUE34.8 ALIMENTADORES E DISPOSITIVOS DE AVANO34.9 CICLOS DE OPERAO34.10 FOLGA ENTRE PUNO E MATRIZ34.11 MATRIZ COM NGULO DE SADA35 - SELEO DOS MATERIAIS E TRATAMENTO TRMICO36 - ELABORAO DO PROCEDIMENTO DE USINAGEM37 - FUNCIONAMENTO38 - MEMORIAL DE CLCULO38.1 CLCULO DA FORA DE CORTE38.2 CLCULO DO COMPRIMENTO REAL DO PUNO39 - DESENHO DE MONTAGEM310 - CONCLUSO311 - REFERNCIAS3

1 - INTRODUO

Estampagem se refere a um conjunto de operaes executadas no material bruto, de forma que geralmente se obtm, ao final do processo, um produto acabado em termos de forma e dimenses. Emprega-se a estampagem de chapas para fabricarem-se peas com paredes finas feitas de chapa ou fita de diversos metais e ligas. Devido s suas caractersticas este processo de fabricao apropriado, preferencialmente, para as grandes sries de peas, obtendo-se grandes vantagens, tais como: alta produo; reduzido custo por pea; acabamento bom, no necessitando processamento posterior; maior resistncia das peas devido conformao, que causa o encruamento no material; baixo custo de controle de qualidade devido uniformidade da produo e a facilidade para a deteco de desvios. Como principal desvantagem deste processo, podemos destacar o alto custo do ferramental, que s pode ser amortizado se a quantidade de peas a produzir for elevada.

2 - OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Projetar uma matriz de estampagem adequada pea que se deseja fabricar.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

a) Reviso bibliogrfica quanto estampagem realizada por corte; b) Justificativa quanto escolha do material a ser estampado; c) Realizar o clculo dos componentes da matriz de estampagem;

3 - FUNDAMENTAO TERICA

3.1 CONCEITUAO DE ESTAMPAGEM

Segundo Bresciani (1991) os processos de conformao plstica podem ser classificados em dois grandes grupos:

Estampagem profunda ou embutimento; Conformao em geral.

Bresciani (1991) destaca que, na tcnica de fabricao de peas por conformao plstica a partir de chapas, contudo, o processo de corte da chapa sempre far parte deste processo. As operaes de conformao plstica da pea so sempre feitas a partir de um pedao de chapa cortada, que pode-se denominar como disco ou esboo. Chiaverini (1986) destaca que a estampagem um processo de conformao mecnica realizada geralmente a frio, que compreende um conjunto de operaes, por intermdio das quais uma chapa plana submetida a transformaes de modo a obter uma nova forma geomtrica, plana ou oca.

3.2 CONCEITUACAO DE ESTAMPOS DE CORTE

Chiaverini (1986) salienta que estampos de corte realizam o corte das chapas e o processo de obteno das formas geomtricas determinadas, a partir de chapas, submetidas a ao de uma ferramenta de corte ou puno, aplicada por intermdio de uma prensa que exerce presso sobre a chapa apoiada numa matriz. O processo de corte ocorre no instante em que o puno penetra na matriz, o esforo de compresso converte-se em esforo de cisalhamento e ento ocorre o corte, acontecendo o desprendimento repentino de um pedao de chapa.

3.3 FERRAMENTAS DE CORTE

Para Bresciani (1991) as ferramentas de corte por estampagem, ou comumente denominadas estampas de corte, so constitudas basicamente de uma matriz e um puno. A mquina de conformao mais usada uma prensa excntrica.Bresciani (1991) comenta que as formas de seces transversais do puno e da matriz determinam a forma da pea a ser cortada. O fio de corte constitudo pelos permetros externos do puno e pelo permetro interno do orifcio da matriz.Um estampo de corte pode produzir de vinte a trinta mil peas sem necessidade de retificao. Como normalmente possvel realizar at quarenta retificaes em um estampo, o numero mdio de peas produzidas por essa ferramenta um milho. (BRESCIANI, 1991).

Material: A nossa ferramenta de corte ser confeccionada em ao ferramenta indeformvel para trabalho a frio, denominada Ao D. Esses aos so os de mais alto carbono e cromo: 1,00 a 2,25% para o carbono e 12% para o cromo, alm de 1,00% de molibdnio e, eventualmente, 3% de cobalto e 1% de tungstnio. Geometria: A geometria da nossa ferramenta foi adotada em sala de aula para a realizao do nosso projeto de estampagem, conforme figura abaixo.

Figura 1: Pea Acabada.

Dureza: A dureza do material das matrizes e punes foi definido em sala de aula e foi definida que precisa ser de 62HRc.

3.4 UTILIZAO RACIONAL DA CHAPA

Para Bresciani (1991) a distribuio das peas a serem cortadas na chapa requer alguns cuidados, de modo a haver um maior aproveitamento do material, e a quantidade de peas produzidas numa nica operao de corte define uma maior ou menor complexidade da ferramenta. A utilizao racional da nossa chapa segue alguns parmetros, como os da tabela da pgina 3.02 do manual do projeto de estampagem, assim, a nossa chapa ficou com a seguinte configurao, mostrada na figura abaixo:

Figura 2: Chapa.

3.5 FORA DE CORTE a fora necessria para que ocorra o corte de uma pea do material que deseja ser cortada. A equao da fora de corte :

Onde: Fc: Fora de Corte [Kgf] p: Permetro da pea a ser cortada [mm] e: Espessura da chapa T: Tenso de Cisalhamento do material a ser cortado [Kgf/mm2]4 - DIMENSIONAMENTO DA MATRIZ E DO PUNO

Os dimensionamentos da matriz e do puno foram feitos em funo das dimenses finais da nossa pea.

Figura 3: Pea acabada.

4.1 BASE

Para a confeco da base, tanto inferior como superior (cabeote), foi utilizada como referencia a tabela que segue logo abaixo, a base no segue o mesmo modelo da tabela. As bases foram confeccionadas em Ao SAE 1020.

Figura 4: Bases Normalizadas

4.2 COLUNAS DE GUIA Sua funo guiar o conjunto superior e inferior do estampo para que no ocorra nenhum deslocamento entre si, seu clculo feito com relao base inferior. O material das colunas guia Ao AISI 420 e as suas dimenses obedecem tabela a seguir.

Figura 5: Medidas para a coluna guia.

4.3 BUCHAS

So utilizadas buchas na base superior onde as colunas guia se encaixam, para evitar o desgaste prematuro da coluna guia, devido a bucha ser de um material mais mole que as colunas. As buchas foram confeccionadas em PE de Alta Densidade.

4.4 RABO DE ANDORINHA

Para prover o encaixe da base superior (cabeote) na prensa, foi utilizado um encaixe trapezoidal do tipo rabo de andorinha, ao invs de uma espiga, como a metodologia sugeria.

4.5 PARAFUSOS E PINOS DE FIXAO

Todos os encaixes entre as partes da matriz foram feitos atravs de parafusos de fixao. Foram utilizados parafusos Allen de diferentes dimetros, os mais usuais foram M6, M8, M10 e M12.

4.6 MATRIZES E PUNES

Matrizes e punes constituem os elementos fundamentais das ferramentas. Na matriz onde est recortado o formato negativo da pea a ser produzida. J os punes so os componentes que se encaixam no formato negativo da matriz e atravs do corte produzem a pea do formato que se deseja. As dimenses das matrizes e punes devem ser a medida da pea que se deseja mais a folga entre matrizes e punes, para evitar o choque das mesmas. As medidas da matriz foram obtidas da tabela abaixo e os punes foram confeccionados exatamente na medida da pea que queramos obter. O comprimento dos punes foi obtido atravs da frmula, que se encontra a seguir, levando em considerao o comprimento de flambagem para saber o comprimento real do puno. O material das matrizes e punes foi definido em sala de aula e o Ao D3.

Onde: l: comprimento real do puno [mm] lo: comprimento de flambagem [mm] E: modulo de elasticidade [ Jmin: momento de inrcia da seo do puno [mm4] F: fora de corte [Kg]

Figura 6: Medidas para a construo da matriz de corte.

4.7 PLACA DE CHOQUE

A placa de choque o item que impede que o puno penetre no cabeote e tambm absorva os impactos provenientes do processo de corte da matriz. A espessura dela foi seguida conforme o manual do projeto de estampagem e o seu material Ao SAE 1020.

4.8 ALIMENTADORES E DISPOSITIVOS DE AVANO

A alimentao das chapas na matriz acontecer de forma automtica com o auxilio de um servo motor para realizar o avano da chapa para dentro da matriz. O avano da chapa acontecer gradativamente aps a realizao de cada ciclo de corte da matriz. A quantidade que ser avanada em cada corte levar em considerao o comprimento da pea e a folga entre cada pea.

4.9 CICLOS DE OPERAO

O corte da nossa pea ser realizado em dois passos, onde o primeiro passo far os furos centrais da pea e, em seguida, no segundo passo, o corte da pea como um todo, nas medidas externas que se deseja obter.

4.10 FOLGA ENTRE PUNO E MATRIZ

A folga entre o puno e a matriz foi obtida da tabela abaixo, que leva em considerao a espessura da chapa e o material da pea. Sendo que o material a ser utilizado ao SAE 1010 laminado a frio, com espessura de 1mm. Nesse caso, a folga entre o puno e a matriz de 0,05 mm.

Figura 7: Folga entre Puno e Matriz4.11 MATRIZ COM NGULO DE SADA

Para facilitar a sada das peas cortadas, necessrio que as matrizes sejam vazadas com paredes inclinadas. A inclinao deve ser na ordem de 1 a 3 graus. Na nossa matriz foi utilizado um ngulo de 3 graus.

Figura 8: ngulo de sada da matriz.

5 - SELEO DOS MATERIAIS E TRATAMENTO TRMICO

O material principal do processo de estampagem de corte a chapa onde se obter a pea final do nosso processo. Essa chapa de Ao SAE 1010 Laminado a Frio. Outros materiais que foram utilizados para a construo da matriz foram: Ao SAE 1020 para a base superior como inferior; Ao SAE 1045 para o porta puno e apoio da matriz; e Ao D3 para a matriz de corte e os punes. O tratamento trmico ser efetuado somente no Ao D3, com a finalidade de aumentar a sua dureza para a casa dos 62 HRc, como foi sugerido em sala de aula. Chiaverini (2005) diz que a tmpera consiste no resfriamento rpido do ao de uma temperatura superior sua temperatura crtica em um meio como leo, gua, salmoura ou mesmo ar. Tem por objetivo a obteno da estrutura martenstica. Aos designados pela letra D so aos de alta liga e temperveis em leo ou ar. Tendo isto em conta, a nossa matriz de corte e o nosso puno sero tratados termicamente com um processo de tmpera seguido por um resfriamento em leo ou ar. Posteriormente ele passar por um processo de revenimento, onde sero eliminadas as tenses internas provenientes do resfriamento rpido das peas e deixando-a na dureza desejada. Caractersticas dos materiais empregados no processo:

Tabela 1: Aos utilizados no processo.AOS UTILIZADOS NO PROCESSO

ABNTLimite de Resistncia (MPa)Limite de Escoamento (MPa)Elasticidade (GPa)

Ao 1010325180145

Ao 1020380210170

Ao 1045560310250

Ao D3485 - 620275190 - 210

Composio Qumica do Ao 1010:

C: 0,08 0,13% Mn: 0,30 0,60% P: 0,030% mximo S: 0,050% mximo

So classificados como Aos para Construo Mecnica ao Carbono e so de qualidades equivalentes os ABNT 1010; AISI 1010; SAE 1010; DIN C10, Ck10, Cq10;

Composio Qumica do Ao D3: C: 2,00 2,35% Mn: 0,15 0,60% P: 0,030% mximo S: 0,030% mximo Si: 0,15 0,60% Cr: 11,00 13,50% W: 1,00% mximo V: 1,00% mximo

6 - ELABORAO DO PROCEDIMENTO DE USINAGEM

As peas de menor importncia dimensional sero apenas dadas a elas um acabamento superficial como tirado rebarbas e outros defeitos. Essas peas de menor importncia dimensional so a base inferior e a base superior (cabeote). J para as peas como a placa de choque, o porta puno e a porta matriz sero usinadas para que seu acabamento e tolerncia dimensional fiquem adequados para a posterior montagem na matriz. Enquanto os materiais que sofrero tratamento trmico sero totalmente usinados e retificados antes de serem tratadas termicamente, para facilitar no processo de usinagem. Outro componente que deve ser retificado so as colunas guias da matriz, onde estas por sua vez devem garantir o alinhamento e um deslizamento plano entre a parte superior e a inferior da matriz.

7 - FUNCIONAMENTO

O funcionamento da nossa matriz ocorrer em dois passos para a obteno do produto final proveniente da chapa de Ao SAE 1010. O primeiro passo vai ser da seguinte forma:1 Passo = A chapa ser aproximada at o meio da matriz de corte, onde a matriz far a sua primeira batida fazendo os furos no meio da pea.2 Passo = Em seguida, a chapa ser avanada pelo servo motor at que se alinhe perfeitamente com o puno que proporcionar o corte externo da pea, saindo assim uma pea com as dimenses desejadas e os furos j realizados. Simultaneamente a segunda batida ele far os furos do 1 passo na pea que ser cortada posteriormente, conforme figura abaixo.

Figura 9: Pea aps segundo passo.Todo esse processo ser feito com o auxilio de uma prensa hidrulica semelhante a da figura logo abaixo.

Figura 10: Prensa Hidrulica.

8 - MEMORIAL DE CLCULO

8.1 CLCULO DA FORA DE CORTE

Onde: Fc: Fora de Corte [Kgf] p: Permetro da pea a ser cortada [mm] e: Espessura da chapa T: Tenso de Cisalhamento do material a ser cortado [Kgf/mm2]

Figura 11: Pea com as medidas

Permetro Total = 270,32mmTenso de Cisalhamento = 32Kgf/mm (Ao 1010)Espessura da Chapa = 1mm

Fc = 8650,24 Kgf

8.2 CLCULO DO COMPRIMENTO REAL DO PUNO

Onde: l: comprimento real do puno [mm] lo: comprimento de flambagem [mm] E: modulo de elasticidade [Gpa]Jmin: momento de inrcia da seo do puno [mm4] F: fora de corte [Kg]

Raio do Puno = 6mmModulo de Elasticidade = 205Gpa

Jmin = 1017,87lo = 117,32mml = 58mm

Podemos ver que a fora de corte deu um valor baixo, portanto no seria ideal comprarmos uma prensa para somente aquela capacidade, portanto, conforme sugerido em aula, calculamos as medidas para a matriz baseando em uma prensa de F= 120 tonf. Para isso, foram seguidos todos os passos para a construo dos componentes da matriz, atravs das tabelas, para essa fora de corte.

A espessura da matriz de corte em funo da fora de corte, portanto ter que ter uma espessura de 17,8mm.

9 - DESENHO DE MONTAGEM

Figura 11: Vista explodida do conjunto

10 - CONCLUSO

Tendo em vista o trabalho realizado, podemos concluir que o processo de estampagem um processo muito usual e muito aceito nas indstrias metal-mecnica devido aos produtos finais que esse processo garante, lhes proporcionando um ganho muito grande em tempo de conformao e em custos muito menores do que se fossemos fazer estas peas por outro processo. A confeco da matriz de corte no das mais complexas existentes, s se deve levar conta alguns fatores como: material a ser cortado, espessura, permetro da pea, a fora de corte envolvida no processo entre outros. Durante a confeco da matriz de corte deve-se tomar muito cuidado com a folga entre matriz e puno, por este fator ser determinante para a vida til das ferramentas e acabamento final na pea. Alm disso, fatores como quantidades de peas a serem produzida, alimentao da chapa, extrao das peas, ciclos de operao devem ser minuciosamente estudados, pois juntamente com os outros fatores sero os determinantes para uma tima produo e um ciclo de vida excelente para todo o conjunto prensa e matriz, dando assim a uma resposta gratificante a todas as escolhas feitas durante o processo de estudo e confeco da matriz.

11 - REFERNCIAS

CHIAVERINI, Vicente. Aos e Ferros Fundidos. 6ed. So Paulo: Associao Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2005. 576 p.

CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecnica: Processos de Fabricao e Tratamento. 2ed. So Paulo: MAKRON Books do Brasil Ltda, 1986. 315 p.

CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecnica: Materiais de Construo Mecnica. 2ed. So Paulo: MAKRON Books do Brasil Ltda, 1986. 388 p.

BRESCIANI FILHO, Ettore. Conformao Plstica dos Metais. 4ed. Campinas: Editora Unicamp. 1991. 385p.

MANUAL DE AOS GERDAU. 2003. Disponvel em: < http://www.gerdau.com.br/ >. Acessado em: 23 nov. 2011.

PROVENZA, Francisco. Estampos II. So Paulo: Editora Pro Tec. 1993. 133p.15