ferramentas de estampagem

ferramentas de estampagem

(Parte 1 de 3)

Escola Politécnica da USP

PMR-Dept. Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos PMR 2202 – Introdução a Manufatura Mecânica

Projeto 2 – Conformação Mecânica – Ensaio de Swift Texto 3 - Ferramental

Prof. Dr. Gilmar Ferreira Batalha

Ferramental para Conformação de Chapas Princípio

A conformação de chapas é uma operação que consiste em transformar uma chapa plana em um copo de forma côncava sem mudar a espessura da chapa.Constitui um trabalho de deformação plástica.

Escoamento de material

Na operação de estampagem profunda, sofre deformação plástica somente o trecho da chapa plana que ocupa a área compreendida entre o diâmetro final do copo “d”, e o inicial da chapa “D”, conforme se observa na figura 1.

Figura 1: Esquema da área submetida à deformação na operação de estampagem profunda.

De acordo com a figura 1, a área correspondente a pequenos triângulos (indicados por ABC) é que sofrem deslocamento da região plana em direção ao topo da peça estampada.

Em um experimento, foram retirados da chapa plana vários setores circulares, representados por BÂC na ilustração da figura 2(A). Em seguida, com a chapa recortada a operação de estampagem foi realizada, resultando em um copo de altura h como se observa na figura 2(B), onde por causa da ausência de material nas áreas triangulares citadas, ocorre nesta peça apenas dobramento da chapa.

Figura 2: (A) Chapa plana recortada; (B) chapa plana recortada dobrada.

Continuando o experimento, a chapa de área circular sem recortes foi submetida à operação de estampagem profunda, durante a qual, sofre diversas fases de deformação, como se vê na figura 3 (A), e ao final da operação o copo conformado tem altura h+h’ devido ao escoamento de material, como está desenhado na figura 3(B).

Figura 3: (A) chapa estampada visualizada em várias etapas, (B) Copo final de uma chapa estampada sem recortes.

A chapa é sempre redonda para embutir um copo redondo, mas o contorno da chapa pode variar de acordo com a geometria da peça estampada. É possível calcular a forma das chapas antes de realizar a conformação, mas para isso ensaios práticos são necessários para evitar erros decorrentes da diferença de comportamento de materiais, geometria do punção, e da matriz, bem como da folga entre eles. Um exemplo destes erros é ilustrado na figura 4, onde duas chapas retangulares são estampadas, a primeira (A) por não ter sido convenientemente calculada, apresentou áreas não expandidas de material, e a segunda (B) de geometria adequada ao processo em questão, proporcionou uma peça final melhor.

Figura 4: (A) Chapa retangular sem pré-cálculo de geometria, (B) Chapa retangular com pré-cálculo de geometria .

O erro demonstrado na figura 4 ocorre porque somente em chapas de perímetro arredondado é possível obter um copo com arestas perfeitas (onde indica a aresta B, na figura).

Estampagem de peças circulares: Cálculo dos diâmetros das chapas

Regra Geral

Basicamente pode se calcular o diâmetro do blank para a estampagem de qualquer peça de geometria circular baseando-se na lei da conservação da massa, o que implica que o volume de material é constante durante o processo. E uma segunda simplificação pode ser considerada: a operação de estampagem profunda também é feita de modo a manter a espessura da chapa constante.

Sabendo que o volume de uma chapa pode ser calculado multiplicando-se a área (A) da chapa, pela espessura (e) da mesma, tem-se:

Ablank.eblank =Apeça.epeça. Assim, com espessura constante: Ablank = Apeça.

Resumidamente, a área do copo, é a soma das áreas do fundo e das paredes do mesmo. Então, considerando um copo de diâmetro final d, e altura h, pode se obter, a partir da regra acima explicitada a seguinte relação, para um blank de diâmetro D:

dh dD p

Simplificando esta relação, o diâmetro do Blank pode ser expresso em função do diâmetro e altura do copo. Adiante seguem diversos exemplos de geometrias que podem ser conformadas, e a expressão simplificada do calculo do diâmetro da chapa para cada caso. Entretanto, para metais recozidos, pode haver um ligeiro erro no calculo do diâmetro do blank, pois há uma tendência maior à redução da espessura da chapa durante o processo.

Exercício Exemplo: Determinar o dímetro da chapa para embutir um copo de 30 m de diâmetro, 20 m de altura, e 1 m de espessura, em latão.

Estampagem de peças retangulares: determinação do Blank.

A determinação do recorte inicial do blank pode até ser feita através de algumas fórmulas. Contudo, para assegurar que a operação seja válida, ensaios práticos, com protótipos são indispensáveis.

Procedimento experimental: metodologia Em princípio a idéia que surge, é a de realização primeiramente do corte do blank, depois da estampagem de embutimento do mesmo. Mas na realidade, para o protótipo se faz o contrário. Em uma chapa qualquer, faz-se a operação de embutimento, em seguida, as sobras irregulares da peça são eliminadas na altura da linha indicada na figura 5 (no caso 17 m), a fim de se obter a geometria da peça final. Então á partir da peça estampada, procura-se a forma adequada ao blank. A figura 6 permite ter uma noção de como isto pode ser realizado.

Figura 5: peça embutida sem recorte inicial da chapa.

Figura 6: esquema de estudo do recorte inicial de uma peça estampada retangular. Figura 6: esquema de estudo do recorte inicial de uma peça estampada retangular.

A formação de rugas durante o processo de estampagem profunda pode ser evitada com o emprego de um prensa-chapas.

Exemplo:

Usa-se dispensar o prensa-chapas para a estampagem de chapas cujas espessuras 1,2 m. Nos casos de chapas mais finas, o prensa-chapas não pode ser dispensado, ou então há formação de rugas no embutimento, fatalmente.

Para chapas de espessura acima de 1,2 m, a estampagem profunda pode ser realizada com o uso de um guia-peças. Na figura 7 dois tipos de esquemas de matriz sem prensachapas podem ser observados.

Figura 7: (A) Aresta da matriz arredondada para conduzir a deformação do blank; (B) um cone de ângulo 60º faz o papel de conduzir a deformação do blank.

O prensa-chapas é um dispositivo ajustado em torno do punção, sendo que seu diâmetro deve corresponder ao da chapa a ser estampada, cuja função é permitir escoamento de material durante o processo de forma mais controlada (como um freio) para não permitir a formação de rugas.

Existem diversos meios de acionamento e montagem de dispositivos prensa=chapas.

Entre eles tem-se: 1. Colchão Pneumático (excelente) 2. Arruelas em borracha empilhadas umas sobre as outras (bastante bom) 3. Por um meio puramente cinemático, como nas prensas de dupla ação 4. Simplesmente por molas O uso de prensa-chapas é obrigatório na conformação de chapas finas (e< 1,2 m). Vale ressaltar que nos casos de estampagem de chapas finas deve ser respeitada a relação limite de diâmetros entre blank (D), e da peça estampada (d). Esta relação é:

d para metais em geral, 0,6 para metais de baixa resistência mecânica, ou

eventualmente ata 0,50.

Alguns exemplos esquemáticos de tipos de prensa-chapas podem ser vistos na figura 8.

Figura 8: (A) Fixação por colchão pneumático, onde a guia da chapa é centésimos de milímetro mais fina do que a chapa; (B) Fixação por molas, onde o guia-chapas é ligeiramente mais espessa que a chapa (da ordem de 0,01 m; (C) Prensa chapas fixo, usa- se fixado diretamente sobre a matriz, e deve haver um folga entre ele e a peça, da ordem de 0,02 m. É o mais simples dispositivo).

Chapas metálicas para estampagem:

Os metais em chapas mais empregados em embutimento são cobre (Cu) e suas ligas como latão (Cu-Zn), alumínio (Al), Níquel (Ni), aço de baixo carbono, e aço inoxidável (Fe, Cr, Ni).

Limite de embutimento

Dependendo do material, e da espessura da chapa, existe um limite de redução de diâmetros de uma peça. Por isso, muitas vezes é necessário realizar várias operações de estampagem profunda seguidas em uma série a fim de obter uma redução maior de diâmetro.

A primeira matriz de embutimento pode ser determinada a partir de uma relação entre os diâmetros da chapa e da matriz, considerando um fator, que tem seu valor variável de acordo com as características acima mencionadas.

Generalizando, um valor médio deste fator é de 1,75. Assim, a relação se expressa por:

MATRIZPRIM f f=

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