Aula 9 Processos de Conformação Mecânica Estampagem PUC Goiás ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO Disc.: Processos de Fabricação Prof. Jorge Marques Aula 9 Processos de Conformação Mecânica Estampagem Referências: CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. II Telecurso 2000. Processos de Fabricação. BENAZZI JR. Tecnologia de Estampagem – Fatec-SO

Estampagem - Introdução Assuntos a estudar Processos de Estampagem: corte, dobra, repuxo. Ferramentas de corte: punção/matriz, posicionadores, dispsitivos de avanço e paradas. Ferramentas de múltiplo estágio. Layout de chapa, layout de tiras.

Introdução Estampagem corresponde a um conjunto de operações que provoca transformações em uma chapa sem arranque de cavaco. A operação é realizada por meio de ferramentas (estampos) acionados por prensas mecânicas, hidráulicas ou pneumáticas. A estampagem é normalmente realizada a frio

Prensas São as máquinas utilizadas para executar a estampagem. Existem vários tipos e tamanhos de prensas.

Estampo Ferramenta que executa a estampagem. Bases para estampos

Componentes do Estampo

Distribuição das forças na estampagem Para evitar problemas diversos, como rebarbas excessivas, desgastes severos da ferramenta, vibrações e desbalanceamentos, é preciso distribuir as forças segundo um baricentro. 𝑥𝐺= 𝑃 1 𝑥 1 + 𝑃 2 𝑥 2 + 𝑃 3 𝑥 3 𝑃 1 + 𝑃 2 + 𝑃 3 𝑦𝐺= 𝑃 1 𝑦 1 + 𝑃 2 𝑦 2 + 𝑃 3 𝑦 3 𝑃 1 + 𝑃 2 + 𝑃 3 𝑃 = força de estampagem

Operações de Corte Operações de Corte Corte Entalhe Puncionamento Recorte Transpasse

Operações de Corte

Operações de Corte

Operações de Corte

Operações de Corte

Operações de Corte

Operações de Deformação Dobramento Repuxo Extrusão Cunhagem Forjamento a frio

Operações de Deformação

Operações de Deformação

Operações de Deformação

Operações de Deformação Cunhagem: Obtenção de figuras em alto ou baixo relevo, por meio do amassamento do material

Operações de Deformação Forjamento a frio: obtenção de formatos de forma drasticamente diferente do inicial. Exemplo: cabeça de parafuso, etapas iniciais de fabricação de esferas e porcas, etc.

Características do Processo de Estampagem Elevada capacidade de produção. Baixo custo em escalas médias e altas. Intercambiabilidade facilitada. Ausência de cavaco. Precisão e leveza nas peças obtidas.

Matéria Prima da Estampagem Chapas de metal maleável, dúctil (principalmente para repuxo), com bom acabamento superficial: Aço Cobre Alumínio Níquel e suas ligas Zinco Metais preciosos

Dimensões comerciais das chapas 700 x 2000 mm 850 x 2000 mm 1000 x 2000 mm, etc. Bobinas de 800 a 1200 mm de largura, ou outras larguras, com massa de aproximadamente 14 toneladas.

Fonte: Benazzi Jr.

Operações de Corte

Operações de Corte Como observa-se na figura anterior, o material sofre inicialmente deformação plástica, depois cisalhamento e, posteriormente, destacamento. Sendo bem definida cada região com cantos arredondados, faixa brilhante e faixa áspera respectivamente. O alcance de cada região é função da dureza.

Força de corte 𝐹𝑐= 𝜏 𝑟𝑢𝑝 .𝐴𝑐 𝐹𝑐 = Força de corte 𝜏 𝑟𝑢𝑝 = Tensão de ruptura por cisalhamento 𝐴𝑐 = a área de corte

Força de Corte na Tesoura Guilhotina faca inclinada

Força de Corte Tesoura Guilhotina 𝑒 = espessura da chapa

Puncionamento Operação realizada com o estampo (punção-matriz)

Força de corte no puncionamento 𝐹𝑐= 𝜏 𝑟𝑢𝑝 .𝐴𝑐 𝐴𝑐 = 𝑝. 𝑒 𝑝 = perímetro de corte

Layout de corte

Layout de corte O arranjo das peças a estampar, respeitando os espaçamentos, definem uma tira de estampagem. A largura da tira é limitada pela capacidade da máquina ou pelas características da ferramenta de estampagem. As tiras são cortadas a partir de chapas ou bobinas. Obter o máximo aproveitamento do material é o objetivo do layout de corte. Softwares comerciais podem auxiliar nesta tarefa.

Layout de Chapas O estudo do layout visa obter o máximo aproveitamento (rendimento) da chapa. O layout depende de: Limites das prensas (carga e dimensões); Volume de produção; Sentido da laminação (em alguns casos); Características dos materiais (espaçamentos). 𝜂= á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑒ç𝑎𝑠 á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑐ℎ𝑎𝑝𝑎 = rendimento da chapa.

Exemplos de layout Estampos simples, com um punção Estampos com dois punções

Exemplos de layout Estampos com 3 carreiras de punções Mais carreiras de punções = mais rendimento Mas também exigem estampos mais caros e complexos. Analisar o volume/escala.

Exercício Dimensões da chapa: 2000 x 1000 mm. Largura máxima da tira: 320 mm (limitação máq.). Espaçamento requerido entre peças e nas bordas da tira s = 2 mm. Dados o desenho da peça e demais informações abaixo, faça um layout de estampagem e calcule o rendimento da chapa.

Estampos Progressivos

Estampos Progressivos Utilizados para peças complexas e/ou extração de peças a partir de resíduos de outras maiores.

Estampos Progressivos Outro exemplo

Grandes Produções Estampos com alimentadores automáticos e tiras na forma de bobinas.

Estampagem DOBRAMENTO

Operações de Dobra Enquanto no corte as forças são de cisalhamento, na dobra, utiliza-se de dos conceitos de flexão para dimensionamento dos esforços necessários. Igualmente importantes no projeto de ferramentas e seleção de máquinas para operações de dobra são: Raio mínimo dos materiais, Retorno elástico. Os dimensionamentos dos esforços e os detalhamentos e características de projeto de ferramentas e máquinas não serão tratados nesta disciplina.

Desenvolvimento de blanks No dobramento, há alongamento da chapa numa face e contração na outra. Numa região próxima do centro da espessura da chapa permanece com o comprimento inicial; é a camada linha neutra. O pedaço de chapa que, depois de dobrada, se transforma na peça final é chamada de blank.

Desenvolvimento de blanks Um comprimento desenvolvido L é calculado conforme o esquema abaixo

Exercício: Calcule o comprimento desenvolvido L da peça abaixo

Estampagem REPUXO Estampagem Profunda

Operação de Repuxo ou estampagem profunda Na operação de repuxo obtêm-se peças ocas, partindo-se de placas ou chapas planas.

Operação de Repuxo ou estampagem profunda Durante a operação de repuxo o material (chapa) sofre esforços de compressão (nas bordas da matriz) e esforços de estiramento.

Determinação do Blank para repuxo Quase sempre a espessura final da peça repuxada permanece a mesma da chapa. Neste caso; Área superficial da peça = área superficial do blank Quando há mudança de volume (menos comum) é preciso fazer, Volume de metal da peça = volume de metal do blank Trabalharemos apenas com os casos de área constatnte.

Exemplo: Calcule o blank da peça Resolução A peça é cilíndrica, logo o blank será também cilíndrico, um disco

Área do blank = Área da peça (um superfície) Exemplo (cont.) Área do blank = Área da peça (um superfície)

Exemplo (cont.)

Exercícios Determinar o blank necessário para produzir a peça ilustrada, de 50 mm de diâmetro. Considerar sobremetal de 10 mm para operação de rebarbação (recorte)

Estágios de Repuxo Peças de grandes profundidades de repuxo devem ser repuxadas em várias operações. O número de operações depende da profundidade de repuxo e das características do material da chapa. Coeficiente de repuxo: é a menor relação possível entre o diâmetro do punção e o diâmetro do blank

Valores típicos de coeficiente de repuxo

Esxemplo Calcular o número de operações necessárias para obtenção da peça repuxada abaixo.

Exemplo (resolução)

Estampagem EQUIPAMENTOS

Prensa Excêntrica. Acionamento mecânico por rotação de eixos excêntricos. Golpes rápidos por impacto (tipo martelamento) Limitadas às características da ferramenta e sistemas de alimentação.

Prensa hidráulica Acionada por pistão hidráulico. Golpes em velocidade constante e controlada.

Dobradeiras Permitem executar diversas formas (perfis com um conjunto simples de matrizes e punções. Quando aliadas a CNC, as operações são simplificadas e precisas.

Dobradeiras

Perfiladeiras

Calandras