Tecnologia de Estampagem

Tecnologia de Estampagem

(Parte 1 de 2)

Professor:Eng. Msc. Ivar Benazzi Jr.
Apoio:

Elpidio Gilson Caversan Monitora: Denise A. Queiroz Lima

Revisão Março 2010

DM 0206007-01 FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SOROCABA w.fatec.org

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1- INTRODUÇÃO
1.1- Operações de cortepág 04
1.2- Operações de deformaçãopág 06
1.3- Generalidades dos Metaispág 07
A - Operações no Trabalho dos Metais em Chapaspág 08
B - Os Metais em Chapaspág 08
C - Fabricação dos Metais Laminadospág 08
D - Características dos Metais em Chapaspág 09
E - Características das Chapaspág 10
F - Verificações das Chapaspág 10
2- OPERAÇÕES DE CORTE
2.1- Corte com tesoura guilhotinapág 12
A - Força de corte em tesoura guilhotinapág 12
B - Fases do corte em tesoura guilhotinapág 13
C - Tesoura guilhotina com facas paralelaspág 14
D - Tesoura guilhotina com facas inclinadaspág 15
E - Condição máxima de inclinação das facaspág 16
F - Geometria de corte das facaspág 18
G - Folga entre as facas da guilhotinapág 18
2.2- Puncionamentopág 18
A - Força de corte no puncionamentopág 19
B - Folga entre punção e matrizpág 19
C - Estudo de Lay-out da tira (Baixa Produção)pág 21
- Utilização racional do materialpág 21
- Estampo com disposição normal (Vertical)pág 2
- Estampo com disposição normal (Horizontal)pág 24
- Estampo com disposição e inversão de cortepág 25
- Estampo de peças circularespág 26
D – Estudo de Lay-out de fita (Alta Produção)pág 30
- Utilização racional do materialpág 30
- Estampo com disposição normal (Vertical)pág 31
- Estampo com disposição e inversão de cortepág 32
- Estampo de peças circularespág 34
E - Determinação do posicionamento da espigapág 36
- Método analíticopág 36
- Método do baricentro do perímetropág 38
- Espiga de Fixaçãopág 41
F - Construção e execução dos estampos de cortepág 42
- Simples de cortepág 42
- Aberto com guia para o punçãopág 43
- Fechado com guia p/ o punção e p/ a chapapág 43
- Aberto com colunas de guiaspág 43
- Aberto com extrator flutuante guiado por colunaspág 4
- Aberto com extrat. flut. e porta-punção guiado por colunaspág 4
- Progressivopág 45
G - Estampos progressivos de cortepág 45
H - Elementos construtivos dos estampos de cortepág 48
- Limitadores de avançopág 48
- Placas de choquepág 51
- Punçõespág 52
- Porta-punçãopág 54
- Régua de Guia da Fitapág 54
- Apoio da tirapág 56

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- Molaspág 57
I- Matrizespág 59
- Características geométricaspág 59
- Cálculo da vida útil e espessura do talãopág 59
- Cálculo da espessura da matrizpág 60
- Cálculo da espessura da parede entre furospág 61
- Materiais para punções e matrizespág 61
3- OPERAÇÕES DE DEFORMAÇÃO
3.1- Dobrapág 62
A - Cálculo da força de dobramentopág 62
B - Raio mínimo de dobrapág 64
C - Retorno elásticopág 64
D - Cálculo do comprimento desenvolvidopág 67
E - Dobras de perfil em “U”pág 70
- Força de dobramento s/ planificação de fundopág 70
- Força de dobramento c/ planificação de fundopág 70
- Força de dobramento c/ utilização de sujeitadorespág 71
E - Estampos de enrolarpág 75
3.2 - Repuxopág 75
A - Cálculo do diâmetro do blanquepág 76
- Método das igualdades entre as áreaspág 76
- Método do baricentro do perímetropág 7
B - Repuxo em vários estágiospág 78
3.3 - Etapas do Repuxopág 83
A - Análise do produtopág 83
B – Diâmetro do discopág 83
C – Número de estágiospág 85
D – Força de Repuxopág 85
E – Sujeitadorespág 86
F – Extratorespág 86
G – Folga entre punções e matrizespág 86
H – Componentes do primeiro repuxopág 87
I – Componentes dos demais estágios de repuxopág 87
J – Guias Flutuantespág 87
K – Escolha da Prensa – força totalpág 87
4- FERRAMENTAIS DIVERSOS
4.1- Classificações das ferramentaspág 8
4.2- Elementos Normalizadospág 90
5- EQUIPAMENTOS
5.1 – Prensaspág 92
A - Características das Prensaspág 92
B - Escolha da Prensa Convenientepág 93
C -Dispositivos de Proteçãopág 93
D - Esquema de Repuxo e Estampo Progressivopág 95
5.2 – Dobradeirapág 95
5.3 - Automações em Prensaspág 96
A - Desbobinador para Fitaspág 96
B - Endireitadores para Fitaspág 97
6 - SIMBOLOGIA DE ESTAMPAGEMpág 103
7 - ROTEIRO DO PROJETO DE ESTAMPAGEMpág 104
8 - COMPONENTES FUNDAMENTAIS DE UM ESTAMPOpág 105
9 - TABELA DE TOLERÂNCIAS PUNÇÃO - MATRIZpág 108
10 - SEQUÊNCIA DE CORTE DE PEÇAS INCLINADASpág 110

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1- INTRODUÇÃO

Estampagem é o conjunto de operações com as quais sem produzir cavaco submetemos uma chapa plana a uma ou mais transformações com a finalidade de obtermos peças com geometrias próprias. A estampagem é uma deformação plástica do metal.

Os estampos são compostos de elementos comuns a todo e quaisquer tipos de ferramentas (base, inferior, cabeçote ou base superior, espiga, colunas de guia, placa de choque, placa guia, parafusos e pinos de fixação, e outros) e por elementos específicos e responsáveis pelo formato da peça a produzir (matriz e punções).

Veja na figura ao lado a nomenclatura:

01- Espiga 02- Cabeçote ou Base Superior 03- Placa de choque 04- Porta Punção 05- Punção 06- Colunas de guia 07- Buchas 08- Pinos de fixação 09- Parafusos 10- Extrator 1- Guia das chapas 12- Matriz 13- Base inferior

Outra definição dá-se por processos de conformação mecânica, realizado geralmente a frio, que compreende um conjunto de operações, por intermédio das quais uma chapa plana é submetida a transformações por corte ou deformação, de modo a adquirir uma nova forma geométrica.

1.1 - Operações de corte

• Corte • Entalhe

• Puncionamento

• Recorte

• Transpasse

Corte – Quando há separação total do material.

Entalhe – Quando há corte sem separação total.

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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.

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Transpasse – É a operação de corte associada à operação de deformação (enrijecimento em chapas muito finas).

Exemplos: fuselagem de aviões, painéis de automóveis, brinquedos, eletrodomésticos, etc.

1.2 - Operações de deformação

• Dobramento • Repuxo

• Extrusão

• Cunhagem

• Forjamento à frio

Dobramento - É a mudança de direção da orientação do material.

Repuxo - Obtenção de peças ocas a partir de chapas ou placas planas devido à penetração do material na matriz forçada pelo punção (Ex. lataria de automóvel, copo de filtro de óleo, etc).

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Extrusão - Deformação do material devido a esforços de compressão (Ex. vasos de pressão, cápsula de bala de revolver, tubo aerossol, extintores).

Utilização de vanguarda – caixilharia, tubos sem costura, tubos de pasta de dente, cápsculas de armamentos, etc.

Cunhagem - Obtenção de figuras em alto ou baixo relevo através de amassamento do material

(ex. moedas, medalhas, etc )

Forjamento à frio – obtenção de formatos que alteram drasticamentea geografia do blanque, Ex:

cabeças de parafusos , esferas (processo inicial), calibragem (operação de redução de espessura do material após repuxo),etc.

1.3 - Generalidades dos Metais

O trabalho dos metais em chapas é o conjunto de operações a que se submete a chapa para transformá-la em um objeto de forma determinada. A extensão deste método de trabalho é devida:

• Capacidade de Produção • Baixo preço de Custo

• Intercambiabilidade

• Leveza e Solidez das Peças Obtidas

As possibilidades deste sistema de trabalho foram melhoradas e aumentadas devido:

À melhora das qualidades: a) do material a ser trabalhado; b) dos materiais utilizados para fabricar as ferramentas; c) ao estabelecimento de dados e normas técnicas cada vez mais precisas.

Na origem deste método estava baseado na prática adquirida e no empirismo. As ferramentas eram fabricadas nas oficinas sem intervenção de qualquer assistência técnica. Atualmente a maioria das oficinas possui um escritório técnico (engenharia) para estudos de ferramentaria.

Indústrias inteiras nasceram do mencionado processo de trabalho. As aplicações deste método de fabricação de peças encontram-se nos setores mais variados, desde brinquedos até material de transporte entre muitos outros.

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A - Operações no Trabalho dos Metais em Chapas

As diferentes operações a que é submetido o metal, na matriz, podem ser subdivididas em duas categorias:

1 – Separação da matéria; 2 – Modificação da forma do material.

A primeira categoria abrange todas as operações de corte: cisalhar, puncionar, recortar as sobras, corte parcial, cortar, cortar na forma, repassar.

Na segunda categoria encontram-se: a) Modificação simples da forma: Curvar, Dobrar, Enrolar totalmente, enrolar os extremos, aplainar, estampar; b) embutir e repuxar

B - Os Metais em Chapas

A maioria dos metais pode ser trabalhada sob forma de chapas. Nesta apostila, nos limitaremos á citar os principais metais utilizados:

• Aço;

• Cobre;

• Alumínio;

• Níquel e suas ligas;

• Zinco;

• Metais Preciosos.

C - Fabricação dos Metais Laminados

Os metais laminados se apresentam sob forma de: - Chapas: chapas retangulares de dimensões: 700 x 2000 - 850 x 2000 - 1000 x 2000 etc. Que são posteriormente recortadas em forma de Tiras, conforme a necessidade da produção.

- Fitas : Laminado metálico de 500 m de largura máxima e espessura máxima de 6 m. As fitas se apresentam em forma bobina.

O comprimento da fitas enrolada varia conforme dimensões e permitem alimentação contínua. As chapas e fitas são obtidas por laminação a quente e a frio, a partir de lupas (“blooms”) ou placas. Denomina-se lupa (“bloom”) um semi-produto de secção quadrada, de 115 a 300 m e comprimento de 400 m, o peso de um “bloom” é. Aproximadamente, 450 Kg.

Placa é o semi-produto de secção retangular (largura de 200 a 30 m, espessura de 45 a 70 m, com um comprimento aproximado de 1m). A partir da placa, as chapas são obtidas submetendo-se a matéria às seguintes operações:

1ª) Reaquecimento da Placa; 2ª) Desbastamento ou laminação a quente, até uma espessura de 4 a 5 m; 3ª) Decapagem e enxaguadura das chapas grossas obtidas, colocando-as em pacotes formados por 3 chapas separadas por camadas de carvão de madeira, para evitar a soldagem; 4ª) Reaquecimento dos Pacotes; 5ª) Laminação das chapas grossas e acabamento no trem de laminação (a quente); 6ª) Cisalhamento das chapas e aplainamento a frio; 7ª) Recozimento de Normalização em caixa (930ºC); 8ª) Decapagem, Lavagem, Limpeza com escovas e Secagem;

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9ª) Polimento na Laminadeira, a frio, 2 a 3 passadas; 10ª) Segundo recozimento em caixa (600 a 650ºC); 11º) Laminado ligeiro a frio “skin pass”, que deixa uma superfície polida e provoca um leve endurecimento superficial da chapa. Este tratamento evita adelgaçamentos quando se efetua o embutimento. 12ª) Aplainado na máquina de cilindros; 13ª) Inspeção, escolha, lubrificação, empacotamento. Nas laminadeiras modernas, estas diversas operações são feitas em série.

As chapas obtidas por laminação a frio devem ter uma espessura regular e um perfeito acabamento superficial.

Para obter tais resultados é indispensável que os lingotes utilizados para a fabricação de “blooms” e placas estejam isentos de defeitos, pois estes se transmitirão à chapa.

Estes defeitos são principalmente: 1) bolhas: furos produzidos na chapa, por inclusão de gás; 2) picadas: bolhas muito pequenas e muito numerosas; Estes defeitos, tornados mais ou menos invisíveis, ao laminar, podem, após a decapagem, dar chapas arqueadas ou picadas; 3) bolsadas: vácuo central, criado pela contração; exige a eliminação das extremidades do lingote antes da laminação; 4) fendas: produzidas durante o resfriamento do lingote ou devido a um forjado a tempeatura muito baixa (defeito grave, difícil de se descobrir).

D - Características dos Metais em Chapas

Material

Carga de Ruptura (Kgf/mm2)

Alongamento (%)

Profundidade

Ericksen (m)

Pressão "p" do sujeitador (kgf/cm2)

Nota: Os valores indicados são valores médios.

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E - Características das Chapas

Para efetuar as distintas operações a que está sujeito o metal e, principalmente o repuxo, é necessário que este seja homogêneo, maleável, dúctil, com grão suficientemente fino e com um bom acabamento superficial. As chapas caracterizam-se por:

a) sua resistência à ruptura (expressa em kgf/mm2); b) seu limite de elasticidade (expresso em kgf/mm2); c) seu alongamento em %; d) sua dureza superficial (Brinel-Rockwell, etc.); e) sua profundidade de embutido (Ericksen-Guilery).

F - Verificações das Chapas

Ao receber o material pedido, é preciso ter certeza de que o mesmo obedece às prescrições exigidas.

As chapas devem ser verificadas conforme dentro dos limites de tolerância especificadas no pedido e normas. Essas verificações serão efetuadas nas:

a) dimensões - comprimento;

- largura;

- espessura.

b) características mecânicas

Verificação das Qualidades Mecânicas: - Ensaio de Tração;

- Ensaio de Dureza;

- Dureza Rockwell;

- Dureza Shore.

c) qualidades tecnológicas - Ensaio de Dobra;

- Ensaio de Embutição;

- Máquina Ericksen;

- Máquina Guillery.

Eventualmente poderão ser realizados ensaios químicos (ensaio macrográfico e ensaio micrográfico). Estas verificações são feitas geralmente tomando de um lote de chapas algumas delas para que sejam verificadas. Se as chapas forem perfeitas, o lote pode ser aceito.

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2 - OPERAÇÕES DE CORTE 2.1- Corte com tesoura guilhotina

A - Força de corte em tesoura guilhotina.

OndeFc = Força de Corte

Fc = Ac x τcis τcis = Tensão de cisalhamento do material (kgf/mm²) Ac = Área de corte (secção resistiva de corte) = l.e l = comprimento de corte ( m) e = espessura de corte (m)

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B - Fases do corte em tesoura guilhotina.

1ª Fase: Deformação Plástica

Obs: a folga excessiva das facas de corte pode conduzir em quebra da ferramenta de corte. 2ª fase: Cisalhamento

Obs: Para materiais mais moles, se utilizam facas de corte com ângulos de corte menores.

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3ª Fase: Ruptura

Características da seção de corte Após o corte ,o material apresenta,no perfil do corte,três faixas bem distintas :

Um canto arredondado, no contorno em contato com um dos lados planos da chapa, e que

Deformação: Região 1 corresponde à deformação do material no regime plástico. Quanto mais duro for o material menor será esta região.

Cisalhamento: Região 2

Uma faixa brilhante, ao redor de todo o contorno de corte,com espessura quase constante, e que corresponde a um cisalhamento no metal cortado. Também é menor para materiais mais duros.

Ruptura: Região 3

Uma faixa áspera, devido à granulação do material,levemente inclinada que corresponde ao trecho onde ocorreu o destacamento,visto que a área útil resistente vai diminuindo até que se dê a separação total das partes.

Comentários:

Maiores ângulos das facas Para materiais mais duros Material mole maior cisalhamento Material duro maior ruptura Material mole Provoca abrasão na superfície da ferramenta levando ao rápido desgaste

C - Tesoura guilhotina com facas paralelas.

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Onde:Fc = Força de Corte

Fc = Ac x τcis τcis = Tensão de cisalhamento do material (kgf/mm²) Ac = Área de corte (secção resistiva de corte) = l .e l = comprimento de corte ( m) e = espessura de corte (m)

Exercício:

Determinar qual é a força de corte (Fc) necessária para cortar uma chapa em uma guilhotina de facas paralelas.

l = 30cm e = 3mm τcis = 30kgf/mm²

D - Tesoura guilhotina com faca inclinada.

Neste equipamento observa-se nas tiras muito finas um fenômeno conhecido como efeito “hélice” em que a chapa tende a se enrolar.

Esta construção necessita um curso um pouco maior devido ao desalinhamento sendo isto uma limitação.

xAc = e² (3)
2.tg.λ
Ac = e.x (2)
2
τcisFc = e².τcis (4)

Fc = Ac. 2.tg.λ

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Onde:Ac = Área de corte

e = Espessura da chapa λ = Inclinação da faca em graus Fc = Força d corte τcis = Tensão de cisalhamento da chapa

Exercício:

Determinar qual é a força de corte (Fc) necessária para cortar uma chapa em kgf com uma guilhotina de facas inclinadas.

l = 30cm e = 3mm τcis = 30 kgf / mm²

E - Condição de máxima inclinação das facas.

2 Fat ≥ Ft(1)
P = FN . cos λ (2)Obs : Valores típicos de λ = de 8° a 10°

Ft =FN . sen λ (3)

µ(4)
.·. de (1) e (4)

Fat = P.

·. 2 P. µ ≥ Ft

2 Fat = 2P. µ .

2 FN.cos λ . µ ≥ FN.sen λ 2cos λ . µ ≥ sen λ

2 µ ≥ tg λ (5)

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Onde:Fat = Força de Atrito

Fn = Força Normal Ft = Componente Horizontal da Força Normal Fc = Força d corte µ = Coeficiente de atrito

Exercícios: 1- Determinar qual é a máxima inclinação das facas para a mesma chapa do caso anterior, porém, considerando faca inclinada, onde:

2 - Uma indústria deseja comprar uma tesoura guilhotina para cortar chapas de aço, cobre e alumínio. Determinar a capacidade da tesoura e o ângulo de inclinação das facas, sabendo-se que as espessuras máximas das chapas são:

Cálculo da inclinação da faca Aço Cobre Alumínio

Cálculo da força de corte Aço Cobre Alumínio

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F - Geometria de corte das facas.

Particularidades : Um ângulo menor de β implica em redução na resistência da faca.

A potência requerida aumenta para maiores ângulos de β. Ângulos típicos:

G - Folga entre as facas da guilhotina.

Folga = Espessura

Obs : Folgas grandes podem provocar a quebra das facas. Folgas pequenas provocam o rápido desgaste das arestas de corte.

2.2 – Puncionamento

É uma operação utilizada para se efetuar o corte de figuras geométricas por meio de punção e matriz por impacto.

(O conjunto de ferramentas que executa operações de corte em série é chamado de estampo progressivo de corte.)

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A - Força de corte no puncionamento

Fc = Ac x τcis

Ondeτcis = Tensão de cisalhamento do material (kgf/mm²)

Fc = Força de corte

Ac = Área de corte (secção resistiva de corte) = l . e l = comprimento de corte ( m) (Perímetro) e = espessura de corte (m)

Neste caso:

Ac = área do perímetro de corte = pi . d . e Fc = pi . d . e . τcis

B - Folga entre punção e matriz

Segundo Oehler:(f = D - d)
f/2 = 0,005 . e . √ τcisp/ e ≤ 3 m
√τcisp/ e >3mm

e = espessura da chapa (m) τcis = tensão de cisalhamento ( kgf/mm²)

Obs : Folgas excessivas provocam rebarbas na peça. Folgas pequenas provocam desgaste rápido das arestas de corte.

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Regra de corte :

Peça recortada - Matriz com Ø nominal (mínimo) Furo estampado - Punção com Ø nominal (máximo)

Exercício:

Determinar as dimensões dos punções e matrizes para estampagem da arruela abaixo. Calcular a força de corte e esquematizar o ferramental.

Material : Aço SAE 1020 τcis = 28 kgf/mm²

Resolução: Para o furo estampado:

Ø Matriz Ø Punção (Nominal)

Para o diâmetro externo recortado: Ø Matriz (Nominal) Ø Punção

Calculo da Força de Corte:

Esquematizar o Ferramental:

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C - Estudo de Lay out das peças na tira para Baixa produção (pequenos lotes) ( Cálculo de espaçamento entre peça e bordas)

- Utilização racional do material

A disposição das peças na tira deve levar em conta: • Economia do material.

• Forma e as dimensões do material a empregar.

• Sentido de laminação, especialmente para as peças que devem ser dobradas.

A economia do material é o aspecto mais importante, que justifica os cálculos para assegurar uma utilização racional do material.

A determinação do intervalo ou espaço a deixar entre as duas peças e nos cantos da chapa varia conforme as dimensões da peça e espessura do material. Adota-se geralmente:

Porcentagem de utilização da chapa

% Utilização = Ap.n x 100 Ac

Onde : Ap = Superfície total da peça em mm². n = número de peças por chapa. Ac = Superfície total da chapa em mm².

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