Estampagem a - Exercicios Pag 23 Em Diante

PROJETO DE

FERRAMENTAS DE

CONFORMAÇÃO PLÁSTICA

CORTE DOBRA

EMBUTIMENTO

PARTE I—INTRODUÇÃO

NOTAS DE AULA

2/2008

PROF. FERNANDO A. FLANDOLI

ESTAMPOS DE CORTE DOBRA E EMBUTIMENTO—PARTE I—INTRODUÇÃO pag . 2

ESTAMPAGEM I-) Introdução: 1-) O Processo de Estampagem 1.1-) Definição do Processo:

ESTAMPAGEM é o processo de fabricação onde o material utilizado para a produção de peças é a chapa metálica(ESPESSURA ATÉ 6,35 mm). Podemos através desse processo realizar as operações de Corte de cha-pas ( onde obtemos peças planas que possuam furos e rasgos ) , Dobra e Embutimento onde realizamos uma operação de conformação de chapas metálicas finas na forma desejada sem que ocorra fratura ou redução ex-cessiva da espessura em regiões especificas.

Obs. Nesta definição excluimos o processo de corte de chapas.

1.2-) Classificação dos processos de Estampagem:

Os processos de Estampagem são classificados de acordo com o ti-po de peça a ser produzida ou pela movimentação do material dentro da fer-ramenta.

Podemos classificar os processos de estampagem em 3 (tres) gran-des grupos:

1-)CORTE 2-)DOBRAMENTO 3-)EMBUTIMENTO OU ESTAMPAGEM PROFUNDA

Corte - Consiste na obtenção de peças de chapas metálicas, pela atuação de tensões de cisalhamento no material. Exemplo: Chaves, arruelas, chapas


Embutimento ou estampagem profunda: - É o processo de transforma-ção de uma chapa plana em corpos ôcos, como copos metálicos, por exem-plo. Exemplo: Panelas, Tampas de panelas, latas de refrigerante, etc.

Dobramento - Consiste na modificação da forma da chapa através da apli-cação de força de que irá provocar tensões de flexão.Exemplos: Cantonei-ras, tampas de caixas de microcomputadores.


A fabricação de uma peça estampada pode exigir a utilização de um destes processos ou então a combinação de dois ou até dos três processos, como por exemplo a fabricação de um paralama de automóvel que exige as operações de corte dobra e embutimento.

1.3) Propriedades dos Materiais utilizados na estampagem.

As chapas utilizadas na estampagem são muito variadas , sendo des-de chapas de aço carbono com baixo teor de carbono até chapas de aço com alto teor de carbono, próprias para embutimento , que são cortadas já temperadas , como por exemplo para molas de diafragma de disco de em-breagem , até chapas de alumínio , cobre , latão, aço inox, etc.

De forma geral as chapas metálicas para estampagem devem ter pro-priedades como:

Boa capacidade para distribuição de Tensões Alcançar altos níveis de deformação sem a ocorrência de fraturas ou estricção Resistir á compressão sem enrugamento Reter a forma final após a retirada da carga Durante o processo de estampagem, manter a superfície lisa e re-sistir a formação de defeitos superficiais

Alguns processos de estampagem só podem operar de forma satisfa-tória, quando os materiais de um lote para outro sofrem pequenas varia-ções, já outros processos podem operar com grandes variações nas propri-edades dos materiais que estão sendo empregados.

1.4) ENSAIOS EM CHAPAS METÁLICAS UTILIZADOS EM ESTAMPAGEM

Os ensaios em chapas metálicas utilizadas em estampagem , variam de ensaios convencionais , como o Ensaio de tração , á ensaios aplicados sómente ao embutimento profundo como o ensaio Swift.

Devido á grande variação dos tipos de ensaios utilizados podemos di-vidi-los em dois tipos:

-Ensaios teóricos que servem para que sejam medidas as proprieda-des intrinsecas do material a ser estampado.

-Ensaios simulados do processo que servem para podermos verificar o comportamento do material quando submetido ás condições do processo.

Entre os testes teóricos podemos citar: -Ensaios de estiramento bi-axial que são: Ensaio de Marcinak


Ensaio de abaulamento hidrostático -Ensaios de Torção que são: Ensaio de Torção de marcinak. Ensaio de Cisalhamento de Miyauchi -Ensaio de dureza -Ensaio de Tração Entre os ensaios simulados podemos citar Ensaios de Dobramento - Existem dois ensaios mais utilizados : -Ensaio de Dobramento simples que consiste em fazer um corpo de

prova ser dobrado em um determinado angulo para verificar se o material irá fraturar ou não quando dobrado e o teste de Dobramento e Estiramento que verifica o comportamento do material quando submetido ao esforço combinado.

-Ensaio de Estiramento - É o mais aplicado aos processos de Estam-pagem . Estes ensaios servem para quantificar as propriedades do material quando submetido ao estiramento. Os ensaios mais conhecidos são os En-saios de Olsen e Erichsen.

-Ensaios de Embutimento : O mais conhecido é o ensaio Swift onde “blanks” circulares são fixados entre duas partes da ferramenta, chamada de prensa chapa e submetidos á operação de embutimento , transformando esse corpo de prova em um corpo oco em forma de um copo. Neste ensaio podemos obter a relação limite de embutimento. Esta relação mostra qual o maximo diametro de blank pode ser embutido para um determinado diame-tro de punção.

LDR =

Estes são os principais ensaios utilizados em estampagem e como es-

tes existe ainda um grande número de outros ensaios que tem aplicação es-pecifica e necessitariam mais tempo para discussão. Poderão ser encontra-dos dados para esses outros ensaios no “Metals Handbook “(vol 14) pag. 876 a 899.

Max diametro do blank antes da ruptura DoDiametro do Blank D

. ( )( )

− − − − − −− −


1.5) PRENSAS “MAQUINAS PARA TRABALHO DE CONFOR-MAÇÃO MECÂNICA”

As prensas são maquinas destinadas ao trabalho com as ferramentas denominadas Estampos. São maquinas com a capacidade de produzir gran-des esforços.

As prensas podem ser classificadas em: PRENSAS MECÂNICAS: São as Prensas Excêntricas e as Prensas

de Fricção PRENSAS EXCENTRICAS: O movimento de subida e descida do

martelo é feito através de um eixo excêntrico que é preso ao martelo da prensa . O movimento de rotação do motor da prensa é transmitido ao ex-cêntrico através de uma embreagem que quando acionada faz com que o martelo complete um ciclo. Normalmente estas prensas podem trabalhar de forma continua ou intermitente dependendo do tipo de operação a ser reali-zada. ( VIDE FIGURAS PAG. seguinte )

PRENSA DE FRICÇÃO: O martelo da prensa é acionado através de dois discos , colocados perpendicularmente a um terceiro disco que está preso ao fuso trapezoidal que faz a movimentação do martelo na vertical. Cada um desses discos entra em contato com o terceiro que está na vertical separadamente, um é resposavel pela subida do martelo e o outro pela des-cida. O disco do fuso do martelo é revestido em sua lateral com couro ou borracha para aumentar a eficiência da transmissão por atrito. Este tipo de prensa ainda pode ser encontrado nas industrias, mas normalmente são prensas antigas.(VIDE FIGURA PAG. seguinte )

PRENSAS HIDRAULICAS DE SIMPLES E DUPLO EFEITO: PRENSAS HIDRAULICAS: As prensas hidráulicas tem o sistema de

movimentação do martelo acionado através de um ou varios cilindros hi-draulicos. Estas prensas possuem a vantagem de variar a velocidade de a-cionamento do martelo, o que as tornam mais versáteis que as prensas me-cânicas e também podem gerar um esforço muitas vezes maior que as prensas mecânicas com um tamanho de maquina bem menor.

As prensas hidráulicas estão divididas em dois grupos: As prensas de simples efeito, que trabalham apenas com um cilindro hidraulico para acio-namento do martelo, e as prensas de duplo efeito que trabalham com um cilindro hidraulico central e cilindros laterais, possibilitando sub dividir opera-ções que necessitam de esforços combinados ou acionamento de extrator. Estas prensas de duplo efeito são muito utilizadas em operações de embuti-menbto pois devido ao controle da variação da velocidade, conseguem uma boa uniformidade de distribuição de pressão do prensa chapa.(VIDE FIGU-RA PAG. seguinte )


FIGURA DA PRENSA EXCENTRICA



Prensa Hidraulica acoplada a sistema de desbobinamento da chapa.


Prensa Excentrica acoplada ao sistema de desbobinamento da chapa

Peças Produzidas por estampagem


2.2) COMPONENTES CONTRUTIVOS DE UM ES-TAMPO Todos os estampos independente do tipo da operação, terão os mesmos componentes construtivos. No projeto da mesma faremos a diferenciação de acordo com o tipo de operação. Os componentes construtivos de um estampo em geral são: 1- ESPIGA: Peça cilíndrica que fixa a parte superior da ferramenta ao martelo da prensa. O diâmetro da espiga é função do furo que existe no martelo da prensa. A espi-ga só é aplicada a prensas mecânicas ( excêntricas e de fricção ), em prensas hidráulicas a fixação da parte supe-rior do estampo no martelo é feita através de parafusos e sapatas do tipo “T”. 2-) PORTA ESPIGA OU CABEÇOTE OU BASE SUPE-RIOR : Sua função é suportar a parte superior do estam-po. Normalmente é adquirida junto com a parte inferior e colunas do mesmo fabricante, não sendo necessária sua fabricação ou projeto. 3- PLACA DE CHOQUE : Evita o contato direto entre os punções e a base superior. É utilizada sempre que existi-rem punções de pequeno diâmetro, que possam marcar a base superior. 4- PORTA PUNÇÃO: Tem por finalidade fixar os pun-ções junto a placa de choque , evitando que ocorram movimento laterais. A fixação do punção ao porta pun-ção tem os mais diversos tipos , sendo que o mais co-mum aplicados a estampos pequenos é fazer uma varia-ção nas dimensões na cabeça do punção. 5- GUIA DA CHAPA OU DA TIRA - Tem a finalidade de guiar a tira da chapa no interior da matriz evitando que a mesma mude sua trajetória. Esta guia tem um papel im-portante na trajetoria da tira pois depende dela a preci-são da peça. Para que a guia efetivamente tenha sua função exercida podemos melhorar seu rendimento atra-vés de colocação de molas laterais que forçam a tira de chapa a se deslocar com mais precisão dentro da ferra-menta. 6- GUIA DO PUNÇÃO OU EXTRATOR DA CHAPA - Evita que os punções mudem de trajetória na descida da prensa , evitando assim que os mesmos sejam danifica-dos na lateral da furação da matriz. Outra função da guia do punção é evitar que a chapa fique presa ao punção no retorno da subida do mesmo. 7- PUNÇÕES - São responsaveis junto com a matriz pe-la fabricação da peça . 8- FACA DE AVANÇO: É um punção que tem a finalida-de de controlar o avanço da tira dentro da ferramenta . 9- MATRIZ– É a peça mais importante da ferramenta, é responsável junto com os punções pela conformação da peça a ser produzida. 10- BASE INFERIOR- Sua função é de suportar toda a parte inferior da ferramenta , deve ter resistencia para suportar o peso do estampo e a força gerada durante a processo de conformação. 11- COLUNAS- Tem a finalidade de guiar a parte superi-or do estampo na direção da parte inferior, evitando que exista deslocamento transversal entre as partes.

PROJETO DE

FERRAMENTAS DE

CONFORMAÇÃO PLÁSTICA

CORTE DOBRA

EMBUTIMENTO

PARTE II—CORTE I

NOTAS DE AULA

2/2008


ESTAMPOS DE CORTE DOBRA E EMBUTIMENTO—PARTE II - CORTE I pag . 2

FERRAMENTA DE CORTE PARA UMA ARRUELA DIAMETRO 30 mm COM UMA FACA DE AVANÇO

2-) APRESENTAÇÃO DA FERRAMENTA DE CORTE


PERSPECTIVA EXPLODIDA DA FERRAMENTA DE CORTE PARA ARRUELA MOSTRANDO OS COMPO-NENTES DA FERRAMENTA


ESQUEMA FERRAMENTA DE CORTE DA ARRUELA COM FACA DE AVANÇO




3-) TEORIA DE CORTE DE CHAPAS METÁLICAS As chapas metálicas para serem cortadas passam por 3 (tres) fases

distintas durante o processo:

Primeira fase: A chapa entrando em contato com o punção sofre um processo de esmagamento,

Segunda fase : A chapa passa a sofrer o processo de cisalhamento puro.


Terceira fase : Devido a processo ser continuo a chapa sofre o processo de ruptura.

O estado de tensões na chapa durante o processo de corte é repre-sentado a figura abaixo:


Quando a lateral da chapa é observada podemos distinguir, nitida-mente as regiões diferenciadas com relação ao tipo de esforço sofrido pela chapa, Primeiro temos cisalhamento em uma zona mais brilhante e depois tração em uma zona que parece mais opaca conforme figura abaixo.

3.1-) FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ Para que ocorra um corte adequado na chapa torna-se necessário que

exista uma folga entre o Punção e a Matriz. Esta folga tem por finalidade: 1-) Evitar que a força de corte necessária ao corte aumente a valores extre-mos. 2-) Aumentar a durabilidade do estampo. 3-) Produzir peças que atendam a tolerâncias dimensionais.

Folgas excessivamente grandes provocam um dobramento na chapa para dentro da matriz, aumentando o atrito entre a chapa e o punção, prejudican-do o acabamento no corte.

Folgas excessivamente pequenas prejudicam a fase de ruptura da chapa provocando os mesmos efeitos citados acima.

A Folga entre Punção e Matriz é função : 1-) Da espessura da chapa que será cortada. 2-) Da resistência do material. Essa folga pode ser determinada de acordo com o diagrama na pagina

seguinte.


Na determinação da folga podemos ter duas possibilidades: 1– Reduzir o dimensão do punção. 2– Aumentar o dimensão do furo da matriz .

Esquema da ferramenta de corte

Gráfico para determinação da folga entre Punção e Matriz


As possibilidades dependem do produto a ser obtido. Vejamos um exemplo Obtenção de discos de diâmetro 50 mm de material com 3mm de espessura e resistência á tração de 25 Kgf?mm2 Solução: No diagrama retiramos a folga parcial de 0,048 mm. Como desejamos discos com diâmetro de 50 mm teremos: Diâmetro da matriz = 50 mm pois é a matriz que garante a dimensão da pe-ça. Diâmetro do punção = 50 - 2 x 0,048 = 49,904 mm subtraio a folga do diâ-metro da matriz para encontrar a dimensão do punção

Obter um furo em uma peça de diâmetro 50 mm em uma chapa de 3mm de espessura e resistência á tração de 25 Kgf/mm2. Do diagrama retiramos uma folga parcial de 0,049mm. Para este caso temos Diâmetro do punção =50 mm pois é o punção que garante o diâmetro do fu-ro. Diâmetro da matriz = 50 + 2x 0,049 = 50, 096 mm.somo a folga ao diâmetro do punção

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FERRAMENTAS DE

CONFORMAÇÃO PLASTICA

2/2008

PARTE II –CORTE II

NOTAS DE AULA

CORTE DOBRA

EMBUTIMENTO


ESTAMPOS DE CORTE DOBRA E EMBUTIMENTO— PARTE III —CORTE II pag . 2

4-) PROJETO DA FERRAMENTA.

4.1) ESTUDO DO APROVEITAMENTO DA CHAPA. O projeto da ferramenta tem início através de uma peça cuja materia

prima é a chapa e que vamos produzir através do nosso projeto. É justa-mente para essa peça que vamos fazer um estudo para poder projetar uma ferramenta que irá por muito tempo produzir essa peça com precisão e bai-xo custo.

Baseado na idéia de produzir uma peça com qualidade, inicialmente vamos fazer um estudo para melhor aproveitar a chapa que vamos utilizar na confecção das peças que a nossa ferramenta irá produzir, não podemos esquecer que a chapa será a matéria prima para a fabricação do nosso pro-duto final.

Este estudo está ligado ao “lay-out” dos punções na ferramenta.

Estas chapas para serem utilizadas em nossas ferramentas serão cortadas em tiras em uma guilhotina ou em tesouras rotativas . O ideal é que as tiras ocupassem sempre o total da largura da chapa, o que na maioria dos casos é impossivel devido a uma grande variação da dimensão das peças a serem produzidas por nossas ferramentas.Para que seja mais facil depois da ferramenta pronta e testada será utilizado uma bobina de chapa na respectiva largura (L) da tira. O número de peças a serem retiradas destas tiras deverá ser o maior possível prevendo-se a menor quantidade de retalhos para que as perdas sejam mínimas.

Portanto com o objetivo de minimizar as perdas e maximizar o apro-veitamento da chapa faremos um estudo para determinar o maior numero de peças a serem produzidas por chapa.


4.1.1 ESPAÇAMENTO ENTRE A BORDA DA TIRA E AS PEÇAS, E ESPAÇAMENTO ENTRE PEÇAS.

Durante o processo de corte da chapa metálica, nas fases de esmaga-

mento e ruptura da chapa surgem deformações plásticas na lateral da cha-pa. Estas deformações não são uniformes, prejudicando dimensionalmente o produto. Para se evitar tal problema, podemos prever um espaçamento entre as peças e entre as peças e a borda da tira de chapa.

As dimensões existentes entre as peças e as dimensões entre as pe-ças e a lateral da tira é função da maior dimensão da peça, do material da chapa e da espessura da chapa.

Entre as bordas da tira e a peça chamamos a distancia “t” e entre as peças teremos a distancia “x”. Para podermos trabalhar com segurança, es-colhemos os maiores valores do intervalo e depois fazemos um ajuste ten-tando melhorar o rendimento se possível.

TIRA DE MATERIAL ONDE SERÁ CORTADA A PEÇA E DIMENSÕES DO RETALHO


4.1.2) ESTUDO ECONÔMICO DA CHAPA Consideremos o produto desenhado abaixo :

Para determinarmos qual a melhor disposição para o máximo apro-veitamento da chapa necessitamos fazer vários estudos de localização da peça na chapa e para isso teremos as seguintes possibilidades de localiza-ção da peça na tira:

1-) Disposição encaixada reta paralela: As peças são colocadas u-

ma ao lado da outra com sentido de avanço da tira dentro da ferramenta como o indicado na figura.


2-) Disposição paralela invertida: As peças são colocadas na tira invertidas e paralelas ( pode ser que tenhamos um melhor rendimento ) , serve para peças que se encaixem reduzindo as perdas em relação á dis-posição anterior.

3-) Disposição inclinada : As peças podem estar inclinadas na tira o que pode fazer com que o aproveitamento seja melhor, sendo que podemos ter duas formas de inclinar a peça na tira, com espaçamento “x “ entre as peças ou até sem o espaçamento o que pode causar um acabamento me-nos preciso na peça.


4-) Disposição inclinada encaixada: Existem peças que tem a possi-bilidade de serem localizadas da forma como mostra a figura abaixo, essa peça tem uma forma que permite que se estude uma posição inclinada e a-lém disso se faça o encaixe de uma peça na outra para melhorar o rendi-mento, obedecendo os valores de “x” e “t” poderemos ter uma peça com a-cabamento bom e um rendimento melhor.

Obs : O estudo das disposições não termina aqui, podemos ter outras

disposições dependendo da peça a ser produzida, estas são as principais e as formas mais comuns de localização da peça na tira. Este estudo deve ser feito para podermos ter um aproveitamento melhor da matéria prima a ser utilizada resultando em custo menor para a ferramenta e para a produ-ção.

Na pagina seguinte é apresentada a tabela dos valores de x,t,z, em

função da espessura da material da chapa.


Dimensões de retalhos para chapas estampadas


5-)Calculo do Rendimento da chapa

Vamos calcular

N= 1000/L ; e N=2000/L (Número de tiras / chapa)

n=2000/a ; e n= 1000/a ( Número de peças / tira)

Q= N . n (Número de peças / chapa)

OBS: O valor de Q dever ser determinado de acordo com a quantidade de peças em cada avanço ou seja depende da posição da peça a ser adotada na tira.

Rendimento:

η = (Ap . Q / 2000x1000 ). 100 [%]

Ap =Área aproveitada da peça (mm2)

Q = quantidade de peças por chapa


Exemplo 1 1o ) Estudo: 1-) Desenho da Peça:

Da tabela (pag. 7) temos : Material da Peça Aço ABNT 1020 e = 1,5 mm x = 2,5 mm t = 3,5 mm a = avanço = 40 + x = 40 + 2,5 = 42,5mm L = largura da t ira = 30 + 2 x t = 3 0 + 2 x3,5 = 37 mm

Calculos : N = quantidade de tiras em uma chapa de 2000 x 1000 mm N = 1000 / L L = 30 + 2 . t = 30 + 2 . 3,5 = 37 mm N= 1000 / 37 = 27 tiras por chapa ( consideraremos N (inteiro)) n = quantidade de peças em uma tira ( 2000 x L) n = 2000 / a a = 40 + 2,5 = 42,5 mm n = 2000 / 42,5 = 47 peças em uma tira ( consideraremos n (inteiro)) Q = Quantidade de peças por chapa Q = N x n = 27 x 47 = 1269 peças por chapa( inteiro) Calculo do rendimento da chapa η = ((Área da peça) x Q / Área da chapa ) . 100 η = ( (30 . 40) . 1269)/ 2000000) .100 = 76.14 % (CONSIDERADO bom ) OBS: Cabe aqui lembrar que não foi considerado faca de avanço e a peça é muito simples.

Exemplos: Faremos aqui alguns exemplos de estudo econômico


2o ) Estudo L = 69,5 mm p = 42,5 mm N = 1000/69,5 = 143 tiras / chapa n = 2000/42,5 = 47,2 = 94 peças / tira Q = 14 . 94 = 1316 peças / chapa η =30.40. 1316.100/2000.1000 η =78,96 % sem faca de avanço

Vamos agora fazer alguns exemplos de estudo de aproveitamento

Dados: e=2 mm Material : Aço ABNT 1010 Área da peça= 3000 mm 2 t= 5 mm x=3,5 mm

Utilizamos neste caso a posição invertida


Q= 30 x 12 =360 peças / chapa η = 3000x 360 x 100/ 2000 x 1000 = 54 % sem faca de avanço

L = 70 +2 x 5 = 80 mm a = 100+20+2x3,5 =127mm N = 1000/80 = 12 tiras / chapa n = 2000/ 127 = 15,2 x 2 = 30 peças / tira Para este caso vamos realizar o estudo do final da tira para verificarmos se podemos obter uma peça a mais . De acordo com o desenho do final da tira não conseguimos mais uma peça.


Estudo 2:

L = 100+2 x t = 100 + 10 = 110 mm a= 70 + 2 x 3,5 = 97 mm N = 1000/110 = 9 tiras / chapa n = 2000 / 97 = 20 x 2 = 40 peças / tira Teremos que executar o estudo do final da tira

Não será possível retirar mais uma peça portanto teremos apenas 40 pe-ças / tira. Q = 9 x 40 = 360 peças / chapa η = 3000 x 360 x 100 / 2000 x 1000 = 54 %


6-)Calculo da força de Corte

p= perímetro total do corte (mm) e= espessura da chapa (mm)

τr = Tensão de ruptura ao cisalhamento do material da chapa ( Kgf/ mm2 )

Fc= p . e . τ r (Kgf)

onde

Estampagem a - Exercicios Pag 23 Em Diante

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