Estampagem - trabalho sobre principios básicos o processo de estampagem
Alisson Caetano Neves | comentários
SENAI – Centro de Educação Profissional de Londrina Santo Antônio da Platina, PR – 2011
Projeto de Trabalho apresentado ao SENAI – Centro de Educação Profissional de Santo Antônio da Platina, como requisito parcial para a obtenção de nota em Tecnologia Mecânica, sob a orientação do Profº, Alessandro Sakamoto
SENAI – Centro de Educação Profissional de Londrina Santo Antônio da Platina, PR – 2008
1. INTRUDUÇÃO 4
2. DEFINIÇÃO 5
3. OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM 6
3.1 Nomenclaturas básicas do Processo de Estampagem 6
4. OPERAÇÕES DE CORTE 7
5. OPERAÇÕES DE DOBRA 10
5.1 Características da operação de dobra 10
6. ESTAMPAGEM PROFUNDA 13
6.1 Embutimento Progressivo 15
7. PRENSAS PARA ESTAMPAGEM 15
7.1 Prensas Excêntricas 15
7.2 Prensas Hidráulicas 17
8. CONCLUSÃO 18
9. REFERÊNCIAS 19
No trabalho a seguir será explicado em alguns detalhes o processo de conformação mecânica de estampagem e seus tipos de processos: Corte, Dobra e Estampagem profunda. Serão mostrados os detalhes de cada tipo de processo, passos da operação, materiais obtidos, lubrificação da peça, quando devemos realizar a operação em uma peça mais de uma vez, economia de material através da disposição dos moldes a serem cortados na chapa, dentre outros assuntos.
Além de todos os assuntos acima citados, será dito onde podemos encontrar o produto final do processo de estampagem, mais do que apenas um processo feito para obter peças usadas em grandes indústrias, a estampagem produz peças para o cotidiano, como rodas de carros, pára-lamas, capôs e lataria de carros, panelas e canecas de alumínio ou outros materiais.
Devido à estampagem ser composta de outros processos em sua realização, serão demonstrados mais de uma definição para o processo, como a definição para os processos de corte, dobra e para estampagem profunda. Serão mencionados alguns tipos de realização dos processos de estampagem, como o puncionamento, tipo de corte de chapas.
Grande parte do material obtido para a realização deste trabalho foi obtido através de aulas sobre o assunto e em apostilas coletadas na internet, na qual foram feitos resumos das obras e depois de coletado o necessário de cada material, inclusive imagens exemplificando processos, algumas citações de relevância, dentre outros assuntos, foi realizada a montagem do trabalho, dando ênfase nas partes mais importantes de cada processo, procurando sempre não deixar de lado alguma característica fundamental de cada processo.
Para a melhor compreensão do assunto debatido, será feito o uso de imagens para que seja ilustrado o que se quer transmitir através do texto, como em demonstrativos de processos de dobra.
Estampagem é um processo de conformação mecânica, sem produção de cavacos, geralmente realizado a frio, que compreende uma série de operações com a finalidade de uma chapa plana ser submetida a uma ou mais transformações com a finalidade de obtermos peças com geometrias e formas próprias, sendo ela geométrica, plana ou oca. Sendo assim, podemos dizer que a estampagem é uma deformação plástica do metal.
O processo de estampagem é feito com o emprego de prensas de estampagem e com o auxílio de dispositivos especiais chamados de estampos ou matrizes.
O processo de estampagem basicamente compreende algumas operações, são elas: corte, dobramento e/ou encurvamento e estampagem profunda ou embutimento profundo. Enquanto as duas primeiras são normalmente realizadas a frio, a estampagem profunda pode eventualmente ser realizada a quente, de acordo com as necessidades técnicas.
Em alguns casos, uma única realização do processo é suficiente para a obtenção do produto final, mas em alguns outros casos a operação deve ser feita mais de uma vez para que se obtenha o produto desejado devido a comportamentos do metal, que será observado mais abaixo.
A estampagem da chapa pode ser simples, quando se executa uma só operação, ou combinada com a ajuda da estampagem de chapas, fabricam-se peças de aço baixo carbono, aços inoxidáveis, alumínio, cobre e de diferentes ligas não ferrosas. Devido as suas características este processo é apropriado para as grandes séries de peças, obtendo-se grandes vantagens: Alta produção;
Custo por peça reduzido;
Com acabamento, não necessitando de processamento posterior;
Maior resistência das peças devido à conformação causarem o encruamento no material.
Baixo custo de controle de qualidade devido à uniformidade da produção e a facilidade para a detecção de desvios.
Corte: Consiste em separar-se de uma chapa, mediante golpe de uma prensa, uma porção de material com contorno determinado, utilizando-se ferramental apropriado denominado estampo de corte.
Dobramento: Como o próprio nome indica, consiste em dobrar uma chapa plana uma ou mais vezes, para tal, utiliza-se uma ferramenta chamada estampo de dobra.
Embutimento ou Estampagem Profunda: Esta operação tem como finalidade obter peças em forma de recipientes, como canecas, caixas e tubos, obtidas pela deformação da chapa, a golpes de prensas e empregando ferramental especial denominado estampo de repuxo.
Nomenclatura básica do Processo de Estampagem:
Punção: é o elemento da ferramenta que provoca a perfuração através de movimento e força transmitidos pela prensa;
Matriz: é o elemento da ferramenta que fica na base da prensa e sob o qual se apóia chapa;
Folga: espaço existente entre o punção e a matriz na parte paralela de corte;
Alívio de ferramenta: ângulo dado a matriz, após a parte de corte, para permitir o escape fácil da parte cortada.
O processo de corte corresponde à obtenção de formas geométricas determinadas, a partir de chapas, submetidas à ação de uma ferramenta ou punção de corte, aplicada por intermédio de uma prensa que exerce pressão sobre a chapa apoiada numa matriz. Nesse processo o esforço de compressão se converte em esforço de cisalhamento (esforço cortante), como pode ser visto na figura abaixo:
As operações de corte de chapas de metal são obtidas via forças de cisalhamento aplicadas na chapa pelos dois cantos da ferramenta criando tensões internas que, ultrapassando o limite de resistência ao cisalhamento do material, provocam a ruptura e finalmente a separação. Na operação de corte, ocorrem fundamentalmente três etapas, que são: Deformação plástica, Redução de área e fratura.
1. Deformação Plástica:
Obs.: a folga entre as facas de corte pode ocasionar a quebra da ferramenta de corte.
2. Cisalhamento:
Características adcionais: Maiores ângulos das facasPara materiais mais duros
Material moleMaior cisalhamento
Material duroMaior Ruptura
Material MoleProvoca abrasão na superfície da ferramenta levando ao rápido desgaste
Quando o punção pressiona a chapa, o material começa a deformar-se até que o limite elástico da chapa seja ultrapassado. Então o material deformase plasticamente e penetra na matriz, formando uma calota na parte inferior. Recomenda-se fazer uma disposição das formas a serem recortadas nas chapas para evitar o desperdício de material da chapa. Observe abaixo exemplos de disposição:
Dentro da área de corte, podemos destacas alguns tipos de corte, dentre eles:
Entalhe: Quando há corte de material, mas sem a separação por completo;
Puncionamento: É a obtenção de figuras geométricas por meio de punção e matriz através de impacto;
Recorte: É a operação de corte realizada pela segunda vez, normalmente para se retirar algum material indesejado que não seja possível de se retirar na primeira vez;
Transpasse: É a operação de corte associada à operação de deformação (enrijecimento em chapas muito finas).
A dobra é um processo de fabricação em que uma ferramenta composta por um conjunto de duas ou mais peças exerce uma força sobre uma superfície, alterando-a. Na figura abaixo podemos observar o conjunto de dobra. A chapa, plana, é alterada, obtendo-se a mesma forma encontrada tanto no punção quanto na matriz.
Características da operação de dobra:
Como todo material submetido a flexão, a chapa dobrada é solicitada por tração no lado externo da dobra e por compressão no lado interno, caracterizando o estado duplo de tensão.
Assim sendo, as tensões a que está sujeito o material são decrescentes das faces externas em direção ao núcleo da peça e, como as mesmas são de sentido inverso haverá uma linha onde essas tensões se anulam, que é chamada de linha neutra.
Esta linha é importante na operação de dobramento, pois como a tensão é zero ela não sofre alteração de comprimento durante a deformação, o que não acontece com as partes que estão sendo tracionadas e comprimidas que, aumentam ou diminuem de comprimento, respectivamente, após a operação.
É através da linha neutra que se calculam as dimensões do desenvolvimento ("blank"), ou seja, da tira antes do dobramento.
Quando se inicia o dobramento, a linha neutra está localizada no centro da espessura da tira e, conforme a operação vai sendo executada, a sua tendência é deslocar-se em direção ao lado interno da curvatura (lado da compressão).
Retorno Elástico (Spring Back):
No dobramento, deve-se levar em conta o fato de que, depois de terminado o esforço do punção sobre o material, haverá certo retorno da peça dobrada, ficando a dobra com um ângulo maior que o obtido no momento da pressão da ferramenta.
Tal retorno é devido à elasticidade do material, pois a deformação plástica permanente é conseguida apenas nas fibras mais extremas do material, permanecendo as próximas à linha neutra no estado elástico.
O ângulo de retorno depende, principalmente, do material, de sua espessura e do raio de curvatura. Normalmente ele varia de 1º a 10º e, para ter-se uma idéia de seu valor, convém realizar-se um ensaio prévio de dobra.
Portanto, as ferramentas de dobra devem ser feitas com ângulo que compensem esse retorno. Nos dobramentos de perfis em "U" o fundo é feito levemente côncavo para compensar a ação elástica do material.
Folga entre punção e matriz: 1
A folga entre o punção e a matriz deve ser igual à espessura da chapa, a menos que a chapa vá ser submetida a um efeito de cunhagem, o que aumentará significativamente as forças necessárias para o dobramento. Como a espessura da chapa pode variar dentro das tolerâncias de usina, istro deve ser considerado no dimencional da folga. Normalmente costuma-se acrescentar 10% da espessura para compensar essas tolerâncias. Usando-se esse critério a folga será igual a 1,1e.
Sujeitador:
Nas operações de dobramento poerá haver a necessidade de manter-se a tira de chapa presa firmemente, para evitar que a mesma se desloque durante a operação. A função do sujeitador é evitar que a chapa se desloque. Consiste de uma prensa-chapa com ação de molas. Normalmente, o valor dessa força de sujeição pode ser considerado com sendo 0,3 Fd.
ESTAMPAGEM PROFUNDA: 12
A estampagem profunda ou embutimento é um processo utilizado para fazer com que uma chapa plana adquira a forma de uma matriz (fêmea), imposta pela ação do punção, fazendo com que a chapa adquira a forma de um copo, ou seja, um objeto oco, sem modificar a espessura da chapa. O processo é empregado na fabricação de peças de uso diário, como para-lamas, portas de carro, rodas, panelas, etc.
As possibilidades de embutimento começam no limite elástico e terminam um pouco antes do limite de ruptura. Portanto, quanto maior for a diferença entre o limite elástico e o de ruptura, maiores serão as possibilidades de se trabalhar determinado material.
Nesta operação, ao contrário das precedentes, praticamente todo o volume da peça sofre tenções e é encruado, exceto o fundo da peça, que serviu de apoio à face do punção.
De forma geral, o encruamento melhora a qualidade do produto acabado. Por exemplo, partes de carroceria de automóvel, onde são feitas deformações com a finalidade específica de encruar a chapa, aumentando a resistência a rupturas e deformações. Mas por outro lado, encruamentos excessivos devem ser evitados, pois isso tornará a peça frágil.
A figura acima mostra as tensões a que a peça repuxada esta sujeita. Enquanto as paredes verticais estão sendo tracionadas, a área do desenvolvimento está tendo sua circunferência reduzida através da atuação de forças de compressão. Como em geral, a chapa é fina, as forças de compressão tendem a flambar a chapa na zona plana, o que origina ondulações e rugas nesta área. Para se evitar este fenômeno, utilizam-se prensas-chapas, o que implica no aparecimento de forças de atrito entre este e a chapa que está sendo embutida.
Força de embutimento:
Não é fácil calcular o esforço necessário para a operação de embutimento de uma peça, pois são muitos fatores que devem ser levados em conta, como: o tipo de material, espessura da chapa, profundidade do embutimento, rais da matriz e do punção, acabamento superficial, lubrificação, etc. Porém é certo que a força de embutimento deve ser menor que a necessária para o corte do fundo da peça. Assim, praticamente, podemos dizer que a força de embutimento (Fe) pode ser obtida multiplicando-se a força de corte (Fc) por um coeficiente m, menor que 1, tabelado em função da relação d/D.
d/D m
Embutimento Progressivo:
Quando a peça a ser trabalhada possui a altura muito grande em relação ás dimensões do fundo, não é possível obtê-la em uma só operação, pois o esforço de embutimento seria tão grande que a chapa seria rompida.
Para contornarmos este problema, devemos recorrer ao embutimento em etapas. No caso de peças cilíndricas, a sequência para determinação do número de etapas e dos vários diâmetros intermediários inicia-se pelo cálculo do diâmetro do desenvolvimento (D)
A relação entre o diâmetro da peça e o diâmetro do desenvolvimento é que irá determinar se a peça pode ser executada em uma única operação ou se serão necessários embutimentos intermediários.
A relação d/D para que a peça possa ser obtida em uma única operação varia com a resistência a tração do material, com a espessura da chapa, com a pressão da prensa-chapa, com a força de atrito e com coeficiente de alongamento do material. É claro que folgas, raios e ângulos, bem como seu acabamento são de fundamental importância para a operação de repuxo.
Prensas excêntricas:
Nessas prensas, o volante acumula uma quantidade de energia, que cede no momento em que a peça a cortar, dobrar ou embutir, opõe resistência ao movimento. No eixo do volante há um excêntrico que funciona por meio de uma biela, transmitindo movimento alternativo ao cabeçote, que desliza por guias reguláveis, onde se acopla o conjunto superior do estampo. O conjunto inferior é fixado à mesa, por meio de parafusos e placas de fixação.
Prensas excêntricas de simples efeito: São aquelas que possuem um único cabeçote, onde é montada a ferramenta.
Prensas de duplo efeito: São as que realizam ações distintas e sucessivas através do uso de dois cabeçotes. O interno, cujo movimento é retardado, um quarto de volta do externo é movido por um excêntrico, como nas prensas de simples efeito e nele é, geralmente, fixado o punção de embutir. O externo é movido por um excêntrico que aciona a prensa-chapa e o cortador, em alguns casos.
Prensas excêntricas inclináveis: São geralmente utilizados nos estampos de duplo efeito e sua mesa dispõe de um disco central com ação de mola, permitindo o funcionamento do expulsor adaptado nos estampos. O ângulo de inclinação da prensa varia entre 25º e 30º, para permitir uma voa visão do estampo ao operar e facilitar a saída das peças, em combinação com um bico de ar comprimido que as dirige a uma calha, de onde caem num recipiente.