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SELEÇÃO DE AÇOS, TRATAMENTOS TÉRMICOS E ENGENHARIA DE SUPERFÍCIES PARA FERRAMENTAS DE CONFORMAÇÃO DE METAIS (1)

SHUN YOSHIDA (2)

CONTEÚDO

  1. INTRODUÇÃO

  2. Resumo dos Processos de Conformação a Frio

    1. Corte – estampos e facas

    2. Conformação – cunhagem e estampagem profunda

  3. Variáveis que interferem na vida da ferramenta

    1. Projeto

    2. Usinagem

    3. Seleção do Aço Ferramenta

    4. Tratamentos Térmicos

    5. Engenharia de Superfície

  4. CONCLUSÃO

    1. Trabalho a ser apresentado no Congresso de CORTE E CONFORMAÇÃO 2001, 29-31 OUT/2001, São Paulo, SP, Brasil

    2. Engenheiro Metalurgista, Engenheiro de Aplicação da BRASIMET COM.IND.S.A

  1. Introdução

Os processos de conformação a frio, de larga aplicação na indústria no fabrico de componentes, principalmente para a industria automobilística, caracterizam-se pela alta produtividade, sendo uma das principais exigências deste segmento produtivo, a “NÃO PARADA”, ou seja, qualquer interrupção no processo produtivo influi drasticamente nos custos e nos compromissos de produção.

No que se refere às ferramentas, ao contrário de outros segmentos, como injeção de metais e plásticos, os custos intrínsecos de fabricação são relativamente baixos, sendo portanto, importante que elas tenham via útil elevada, não pelo seu custo, mas porque qualquer parada para substituição, seja por quebra, seja por desgaste, leva a perdas de produção.

O presente trabalho visa discutir algumas das variáveis envolvidas na questão “VIDA ÚTIL”, apresentando sugestões e algumas soluções, já testadas na indústria.

  1. Resumo dos Processos de Conformação à Frio

Didaticamente, podemos classificar os processos de Conformação a Frio em dois grandes grupos, como segue:

  • CUNHAGEM

  • EMBUTIMENTO

  • ESTAMPOS

  • FACAS

CONFORMAÇÃO

CORTE

De um modo geral, as peças que são fabricadas por conformação passam sempre pelos dois processos, havendo diferenças de qualidade de produto e produtividade em função do tipo de maquinário selecionado ou disponível (ferramental único, ferramental progressivo e processo Fine Blank ou Corte Fino).

a. CORTE

O corte de chapas sempre ocorre por CIZALHAMENTO, e a qualidade da aresta cortada é função do processo escolhido.

Nos processos que usam prensas simples, em geral o corte acontece no máximo em1/3 da espessura da chapa, sendo o restante “quebrado” por efeito de tensões de tração ( vulgarmente chamado “ESTOURO”).

Nos processos ”Corte Fino”, o “ESTOURO” é limitado a no máximo 10% da espessura da chapa, gerando peças com qualidade de aresta muito superior ao convencional.

Uma variável fundamental nos processos de corte é a chamada “LUZ DE CORTE”, termo utilizado para designar a diferença dimensional entre o punção e a matriz.

A “LUZ DE CORTE” é necessária para evitar o RECALQUE e reduzir o atrito entre a chapa e os punções. O valor da Folga é função da espessura de chapa, do processo de corte e da qualidade da chapa.

“LUZ DE CORTE” em excesso leva à aumento do recalque, havendo risco de quebra da ferramenta devido ao aumento da força necessária para o corte; folgas muito pequenas aumentam o atrito substancialmente acarretando aumento da força e degeneração da aresta gerada na peça, implicando perda de qualidade.

A fig. 1, a seguir ilustra os valores de folga recomendados em função da espessura do material e do processo utilizado.

Fig. 1 – “LUZ DE CORTE” recomendada para processo normal e Corte Fino.

(THYSSEN)

A – CORTE NORMAL

B – CORTE FINO

b. CONFORMAÇÃO

Neste processos, a conformação é obtida por DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DA SUPERFÍCIE DA CHAPA e o esforço principal a que a ferramenta fica submetida é a COMPRESSÃO, o que implica, de imediato, o uso de aços com grande resistência a AMASSAMENTO.

A cunhagem e o embutimento, diferenciam-se principalmente pela extensão da deformação, sendo a cunhagem um processo de deformação apenas superficial.

Uma característica interessante deste tipo de ferramental é a necessidade de montagem em PORTA MOLDES. Os porta moldes tem como principal função, introduzir tensões de compressão nas laterais da ferramenta, de modo a impedir o surgimento (ou reduzir a intensidade) de tensões de tração tangenciais durante o esforço de deformação. Tais tensões são as responsáveis pelo surgimento de trincas e deformações nas ferramentas.

É absolutamente imprescindível uma cuidadosa escolha do aço para o porta moldes, além de um bom projeto, que preveja, principalmente acasalamento perfeito entre o inserto e o porta molde.

  1. Variáveis que Interferem na Vida Útil das Ferramentas

PROJETO

Discutiremos alguns pontos considerados fundamentais, para o bom rendimento das ferramentas.

  1. Efeito de Entalhe

“Cantos Vivos” e/ou transições bruscas de secção são fortes concentradores de tensão.

Fig. 2 – cantos vivos e riscos de usinagem.

(BRASIMET COM.IND.S.A.

Os aços comumente utilizados para os processos de conformação a frio, tem como característica a baixa tenacidade, sendo particularmente sensíveis ao efeito de entalhe.

Como fontes de “entalhe”, podemos citar:

  • Riscos de usinagem;

  • Marcações/Gravações;

  • Cantos vivos;

  • Ausência de raios de concordancia

As figs. 3 e 4 a seguir ilustram os efeitos dos raios de concordância e do grau de acabamento da superfície, na resistência à fadiga mecânica.

Fig. 3 – Influência do raio de concordância (THYSSEN)

Fig. 4– Influência do acabamento.

A – POLIDO

B – RETIFICADO

C – USINADO FINO

D – ENTALHADO “V”

E – BRUTO DE LAMINAÇÃO

(THYSSEN)

A

B

D

E

C

RESISTÊNCIA A TRAÇÃO (Rm)

  1. Efeito de Massa

Variações bruscas de massa são extremamente críticas em ferramentas de conformação a frio, pelos mesmos motivos pelos quais deve-se reduzir o efeito de entalhe.

O efeito desta variável no tratamento térmico de tempera também é drástico, uma vez que, para que se obtenha um bom tratamento térmico é

indispensável que haja a máxima homogeneidade térmica a peça, nas etapas que compõem o tratamento.

Ferramentas com variações de massa importantes sofrerão gradientes térmicos diferenciados, provocando maior deformação, além de variações de propriedades mecânicas que poderão afetar o rendimento futuro da ferramenta.

  1. Seleção da Dureza

Um outro fator importante que deve ser notado pelo projetista, é a escolha da propriedade mecânica necessária.

Existe a percepção, comum entre os projetistas e ferramenteiros, de que DUREZA ELEVADA é fator primordial para elevar a RESISTÊNCIA A DESGASTE.

Esta percepção está, na maioria das vezes, errada, uma vez que a Resistência a Desgaste não depende unicamente da dureza, mas também da natureza do contato entre a peça e a ferramenta e o coeficiente de atrito.

Na realidade, durezas excessivas levam a MICROTRINCAMENTO, que à olho nu tem a aparência de desgaste, levando a incorreta conclusão de que basta aumentar a dureza para resolver o problema. Pelo contrário, o problema vai se agravar, pois a causa real é a FALTA DE TENACIDADE.

DESGASTE é um fenômeno de superfície, e como tal, deve ser resolvido pela Engenharia de Superfície. Assim, a seleção da dureza para o bom rendimento da ferramenta de conformação a frio, deve ser a necessária e suficiente para conceder à ferramenta RESISTÊNCIA MECÂNICA A COMPRESSÃO.

USINAGEM

Didaticamente, vamos separar os processos de usinagem em dois grandes grupos:

  • Aqueles que geram “cavaco”;

  • Aqueles que não geram “cavaco”.

  1. Processos que geram cavaco

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