-
1
PROCESSOS DE ESTAMPAGEM
1. Introduo Por estampagem entende-se o processo de fabricao de
peas, atravs do corte ou deformao de chapas em operao de prensagem
a frio. Emprega-se a estampagem de chapas para fabricar-se peas com
paredes finas feitas de chapa ou fita de diversos metais e ligas.
As operaes de
estampagem podem ser resumidas em trs bsicas: corte, dobramento
e embutimento ou repuxo. A estampagem da chapa pode ser simples,
quando se executa uma s operao, ou combinada. Com a ajuda da
estampagem de chapas, fabricam-se peas de ao baixo carbono, aos
inoxidveis, alumnio, cobre e de diferentes ligas no ferrosas.
Devido s suas caractersticas este processo de fabricao apropriado,
preferencialmente, para as grandes sries de peas, obtendo-se
grandes vantagens, tais como:
Alta produo
Reduzido custo por pea
Acabamento bom, no necessitando processamento posterior.
Maior resistncia das peas devido a conformao, que causa o
encruamento no material.
Baixo custo de controle de qualidade devido a uniformidade da
produo e a facilidade para a deteco de desvios.
Como principal desvantagem deste processo, podemos destacar o
alto custo do ferramental, que s pode ser amortizado se a
quantidade de peas a produzir for elevada.
2. Operaes de estampagem
Corte: Consiste em separar-se de uma chapa, mediante golpe de
prensa, uma poro de material com contorno determinado,
utilizando-se ferramental apropriado denominado estampo de
corte
Dobra: Como seu nome indica, consiste em obter uma pea formada
por uma ou mais dobras de uma chapa plana. Para isto, utilizada uma
ferramenta denominada estampo de dobra.
Embutimento ou repuxo: Esta operao tem como finalidade obter
peas em forma de recipientes, como canecas, caixas e tubos; obtidas
pela deformao da chapa, a golpes de prensa e empregando ferramental
especial denominado estampo de repuxo.
corte repuxo
dobramento
-
2
3. Nomenclatura bsica da ferramenta de estampagem
Puno: o elemento da ferramenta que provoca a perfurao atravs de
movimento e fora transmitidos pela prensa.
Matriz: o elemento da ferramenta que fica fixo na base da prensa
e sob o qual se apoia a chapa.
Folga: o espao existente entre o puno e a matriz na parte
paralela de corte.
Alvio de ferramenta: o ngulo dado matriz, aps a parte paralela
de corte, para permitir o escape fcil da parte cortada.
4. Operaes de corte As operaes de corte de chapas de metal so
obtidas atravs de foras de cizalhamento aplicadas na chapa plos
dois cantos da ferramenta criando tenses internas que,
ultrapassando o limite de resistncia ao cizalhamento do material,
provocam a ruptura e finalmente a separao. O corte realizado
fundamentalmente em trs etapas: a) Deformao plstica b) Reduo de rea
c) Fratura
colunas guias
puno
matriz
guia
extrator
porta-puno
-
3
Quando o puno pressiona a chapa, o material comea a deformar-se
at que o limite elstico seja ultrapassado, ento o material
deforma-se plasticamente e penetra na matriz, formando uma calota
na parte inferior. Com a manuteno da aplicao da fora pelo puno, o
metal continua a penetrar na matriz, reduzindo a rea na regio do
corte (extrico). A inicia-se a fratura, que comea no canto de corte
do puno, para logo em seguida iniciar-se no canto de corte da
matriz. Com o aumento da penetrao do puno, a fratura prolongar-se-
e as duas fraturas, eventualmente, encontrar-se-o, quando, ento,
podemos dizer que o corte ocorreu por cizalhamento puro. Caso isto
no acontea, a parte compreendida entre as duas fraturas iniciadas
por cizalhamento ser "rasgada", por esforo de trao. As partes
rompidas por cizalhamento tero um acabamento liso e brilhante,
enquanto que a parte rasgada por trao ter um acabamento spero e sem
brilho.
4.1.Folga entre o puno e a matriz A folga entre o puno e a
matriz tem uma funo muito importante, pois dela depende o aspecto
da pea acabada, a fora necessria para o corte e o desgaste da
ferramenta. Quando a folga correta, os incios das fraturas que
comeam no canto de corte do puno e da matriz, depois de
prolongarem-se, encontrar-se-o no mesmo ponto, produzindo uma pea
sem rebarbas. Essa folga depende do material, bem como de sua
espessura. Segundo Oehler, a folga ideal pode ser obtida atravs das
seguintes frmulas impricas:
Para chapas de at 3 mm de espessura: f e Ks 0 01 0 015, ,
Para chapas com mais de 3 mm de espessura: f e Ks 0 005,
onde: e = espessura da chapa e Ks = tenso de ruptura ao
cizalhamento do material.
puno
chapa
trincas
trao
cizalhamento
ruptura
matriz
-
4
4.2.Fora necessria para o corte O esforo de corte obtido
multiplicando-se a rea da seo a ser cortada pela resistncia ao
cizalhamento do material. Como a rea da seo a ser cortada igual
espessura da chapa multiplicada pelo permetro de corte, podemos
dizer que:
Fc = e.L.Ks Onde: Fc = Fora de corte (Kgf) e = espessura da
chapa (mm) L = permetro de corte (mm) Ks = tenso de ruptura ao
cizalhamento (Kgf/mm2)
A seguir damos o valor de Ks para alguns metais. Na falta do
valor exato Ks pode ser tomado como sendo 0,8 da tenso de ruptura
trao do material.
Metal. Ks (Kgf/mm2)
recozido
Ks (Kgf/mm2)
encruado
Ao, 0,1%C 24 32
Ao, 0,2%. 30 40
Ao, 0,3%. 36 48
Ao, 0,4% 45 56
Ao, 0,6% 55 72
Ao, 0,8% 70 90
Ao, inoxidvel 50 56
Alumnio 99 e 99,5 7 a 9 13 a 16
Prata e Monel (liga de nquel) 28 a 36 45 a 56
Bronze 33 a 40 40 a 60
Cobre 18 a 22 25 a 30
Estanho 03 04
Zinco 12 20
Chumbo 02 03
4.3.Fora de sujeio Algumas vezes a tira a ser cortada fica presa
atravs de um sujeitador ou prensa- chapa ligado ao mecanismo do
puno e acionado pela presso dada por molas. Podemos considerar que,
para condies mdias de folga e afiao das ferramentas, o esforo de
sujeio varia de 5 a 12% do esforo de corte e na prtica, quando no
se conhece o valor exato,
utiliza-se 10%. Assim, nesse caso, a fora total de corte ser
igual a 1,1.Fc
L
e
sujeitador com molas
-
5
4.4. Reduo da fora de corte Muitas vezes interessante
procurar-se diminuir o esforo de corte, com o intuito de minimizar
a necessidade de grandes prensas. Isto pode ser feito atravs de um
ngulo no puno ou na matriz, de maneira a diminuir a rea de
resistncia ao corte. A reduo do esforo de corte pode ser
demonstrada conforme segue:
O trabalho requerido para cortar uma chapa de metal pode ser
calculado pela frmula bsica: Trabalho = Fora x distncia em que a
forca atua No caso do puno de face reta, a distncia percorrida pelo
puno para executar o corte ser igual
espessura da chapa (e).
Portanto: Tc1 = Fc1 x e No caso do puno de face angular a
distncia percorrida pelo puno para executar o corte completo
ser igual a (e + c), conforme desenho
Assim: Tc2 = Fc2 x (e + c)
Como o trabalho para executar o mesmo corte no varia, (Tc1 =
Tc2) e como a distncia percorrida pelo puno com face angular maior,
para manter-se a igualdade, a fora de corte, neste caso,
necessariamente, ter que ser menor.
Tc1 = Fc1 x e Tc2 = Fc2 x (e + c)
Tc1 = Tc2 (e + c) > e
Portanto: Fc2 < Fc1 O ngulo de inclinao dado na face do puno
no deve ultrapassar a 18 graus.
e
Fc1
chapa echapa
Fc2
c
-
6
5. Operaes de dobramento Consiste na deformao da chapa ou tira,
de forma a obter-se uma ou mais curvaturas atravs da aplicao de
esforos de flexo. Dizemos, ento, que o material est submetido a um
estado duplo de tenso.
5.1. Caractersticas da operao de dobramento Como todo material
submetido flexo, a chapa dobrada solicitada por trao no lado
externo da dobra e por compresso no lado interno, caracterizando o
estado duplo de tenso. Assim sendo, as tenses a que est sujeito o
material so decrescentes das faces externas em direo ao ncleo da
pea e, como as mesmas so de sentido inverso haver uma linha onde
essas
tenses se anulam, que chamada de linha neutra (L.N.).
Esta linha importante na operao de dobramento, pois como a a
tenso zero ela no sofre alterao de comprimento durante a deformao,
o que no acontece com as partes que esto sendo tracionadas e
comprimidas que, aumentam ou diminuem de comprimento,
respectivamente, aps a operao. atravs da linha neutra que se
calculam as dimenses do desenvolvimento (blank), ou seja, da tira
antes do dobramento. Quando se inicia o dobramento, a linha neutra
est localizada no centro da espessura da tira e, conforme operao
vai sendo executada, sua tendncia deslocar-se em direo ao lado
interno da curvatura (lado da compresso).
-
7
5.2. Determinao da posio da linha neutra (LN). Como valores
prticos para localizao da LN,em funo da espessura da chapa, podemos
citar:
espessura da chapa (e) posio em relao ao
lado interno da dobra
at 2 mm 1 2.e
acima de 2 mm at 4 mm 3 7.e
acima de 4 mm 1 3.e
Determinao experimental da linha neutra:
Para determinao exata da posio da LN, necessrio fazer-se o
dobramento de uma tira de
chapa, de comprimento L e espessura e conhecidos, com um raio r
de dobramento desejado, como mostra a figura abaixo.
Assim teremos L aR
b
onde a l e r b h e r
R raio na L N
, :
:
. .
2
4
Multiplicando a expresso por 2 vem:
2 2 2L a R b
RL a b2
Chamando-se a distncia da linha neutra face interna da dobra de
x, vem:
R r x x R r x
L l hr
2
Exemplo de aplicao: Determinar a distncia entre a LN e a face
interna da dobra de uma tira de ao de 100 x 20 x 3 mm, que uma vez
dobrada, ficar com as dimenses indicadas a seguir:
-
8
1002
4
48 3 5 40 58 3 5 50
aR
b
onde a b
R raio na L N
:
. .
R
x R r assim
2 100 40 50
, :
x mm
2 100 50 405 1 3
,
5.3. Clculo do desenvolvimento Para obter-se uma pea dobrada
temos que partir de um esboo plano, cortado com dimenses
adequadas, denominado desenvolvimento da pea. Este
desenvolvimento calculado, baseado na
linha neutra da pea, pois essa no muda de comprimento aps a
deformao da chapa. Assim, para o clculo do desenvolvimento, basta
determinar o comprimento da mesma.
Exemplo de aplicao
Calcular o desenvolvimento da pea desenhada a seguir, construda
em chapa de 2 mm de espessura.
Como a espessura da chapa de 2 mm, podemos considerar a LN no
centro da chapa (LN = 1/2.e)
-
9
Clculo do desenvolvimento: AB = 8 - (3 + 2) = 3 mm
BC = 2R/4 = 1/2.. (3 +1) = 6,28mm CD = 15 - (5 + 5) = 5 mm DE =
BC = 6,28 mm EF = 40 - (3 + 2) = 35 mm
FG = 2R/2 = . (5 + 1) = 18,84 mm Portanto, o desenvolvimento ter
o seguinte comprimento:
L = 3 + 6,28 + 5 + 6,28 + 35 + 18,84 = 74,40 mm
5.4. Deformao durante o dobramento No dobramento de tiras de seo
retangular, os lados do retngulo so formados pela largura da tira e
pela sua espessura. Quando chapas espessas so dobradas com raios de
curvatura pequenos, este retngulo distorcido para um trapzio, aonde
o lado interno curvatura tem suas dimenses aumentadas, devido aos
esforos de compresso e o externo diminudas, devido aos esforos de
trao.
5.5. Raio mnimo de dobramento Quanto menor o raio de dobramento
maiores sero as tenses a que o material ficar submetido. Para que
no haja incio de trinca ou esmagamento, as tenses mximas de trao e
compresso atingidas nas partes externas e internas da curvatura
nunca devem atingir a tenso limite de ruptura. Assim, o raio mnimo
de dobramento deve ser limitado de forma a evitar esta ocorrncia.
Existem frmulas empricas para a determinao do raio mnimo, mas na
prtica utilizam-se valores
obtidos experimentalmente. Para o ao doce recomenda-se Rmin >
e, onde e a espessura da chapa.
5.6. Retorno elstico (Spring back) No dobramento sempre deve ser
levado em conta o fato que, aps cessado o esforo do puno sobre o
material, haver um certo retorno do material, ficando a dobra com
um ngulo maior que o obtido no momento da presso da ferramenta.
Esse retorno devido componente elstica do material, pois a deformao
plstica permanente conseguida apenas nas fibras mais externas do
material, permanecendo s prximas linha neutra no estado elstico. O
ngulo de retorno depende, principalmente, do material, de sua
espessura e do raio de curvatura
Normalmente ele varia de 1a 10 e, para ter-se uma idia de seu
valor, convm realizar-se um ensaio prvio de dobra. Portanto, as
ferramentas de dobra devem ser feitas com ngulo que compensem esse
retorno. Nos dobramentos de perfis "U" o fundo feito levemente
cncavo para compensar a ao elstica do material.
-
10
5.7. Folga entre puno e matriz A folga entre o puno e a matriz
deve ser igual espessura da chapa, a menos que a chapa v ser
submetida a um efeito de cunhagem, o que aumentar
significativamente as foras necessrias para o dobramento. Como a
espessura da chapa pode variar dentro das tolerncias de usina, isto
deve ser considerado no dimensionamento da folga. Normalmente
costuma- se acrescentar 10% da espessura
para compensar essas tolerncias. Usando-se esse critrio a folga
ser igual a 1,1 e
5.8. Fora de dobramento Para o clculo da fora necessria para
realizar-se um dobramento preciso saber como ser realizado o mesmo
pois, conforme o desenho da ferramenta, haver uma variao nessa
fora. Assim sendo apresentaremos trs tipos bsicos de dobramento
mostrando o roteiro que deve ser seguido para determinao dessa
fora. Para qualquer outro tipo de dobramento no analisado aqui, o
roteiro a ser seguido o mesmo. O clculo da fora de dobramento feito
baseado nos carregamentos-padres de uma viga, conforme visto em
resistncia dos materiais. Assim, para calcularmos a fora de
dobramento devemos associar o tipo de dobramento com um
correspondente carregamento de uma viga. A seguir mostramos o
clculo da fora de dobramento (FD ) para dobras em "V", "L" e
"U".
Dobramento em "V"
Da resistncia dos materiais vem: MfmaxFd l Fd l
2 2 4
Onde:
Mfmax momento fletor mximo Fd fora de dobramento
l comprimento livre entre apoios na matriz.
Por outro lado sabemos tambm que: Mf W f . Onde:
W mdulo de resistncia, que depende do formato da seo que est
sendo dobrada. f tenso de flexo do material, considerada
normalmente como sendo duas vezes a tenso de ruptura trao do
material.
Para o caso de sees retangulares, como a de uma chapa: Wb e
. 2
6 , onde:
b = largura da tira e = espessura da tira
Substituindo, temos: Mfb e
f.
.2
6
Igualando-se teremos: Fd l b e
f. .
.4 6
2
Portanto: Fdb e f
l
. .
, .
2
1 5
-
11
Dobramento em "L"
Da resistncia dos materiais vem:
Mfmax Fd l .
Onde: l =comprimento livre entre o puno e o engastamento da tira
na matriz. Da mesma forma que no exemplo anterior temos:
Mf W f . e, para tiras de chapas: Wb e
. 2
6 Portanto: Mf
b ef
..
2
6
Igualando-se teremos: Fd lb e
f..
.2
6 Portanto: Fd
b e f
l
. .
.
2
6
Quando l = e vem: Fdb e f
. .
6
Dobramento em "U" Este tipo de dobramento pode ser considerado
como um duplo dobramento em "L", com l = e
Assim: Fdb e f b e f
26 3
.. . . .
-
12
5.9. Sujeitador Nas operaes de dobramento poder haver a
necessidade de manter-se a tira de chapa presa firmemente, para
evitar que a mesma desloque-se durante a operao. Para isso, poder
ser usado um prensa-chapa ou sujeitador de ao por molas.
Normalmente, o valor
dessa fora de sujeio pode ser considerado como sendo 0,3 Fd.
Sujeitador