estampagem - IFSC Campus Joinville

ESTAMPAGEM
ESTAMPAGEM
Prof. M.Sc.: Anael Krelling
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ESTAMPAGEM
INTRODUÇÃO
Estampagem consiste em todas as operações de corte e conformação
de materiais metálicos planos, a fim de lhe conferir a forma e a precisão
desejada, sem a presença de defeitos superficiais (Ex: rugosidades ou riscos)
ou estruturais (Ex: trincas).
A matéria-prima para a estampagem é sempre fornecida na forma de
bobinas do material. A primeira operação consiste na preparação deste
material para a estampagem, que envolve a segmentação da bobina em:
CHAPAS PLANAS = onde as bobinas são cortadas transversalmente, através
de guilhotinas ou tesouras planas, gerando os “fardos”;
TIRAS = onde as bobinas são cortadas longitudinalmente através de tesouras
rotativas, gerando os “sliters”.
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ESTAMPAGEM
OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM
As operações de estampagem podem ser classificadas em:
ESTAMPAGEM DE CORTE OU PUNCIONAMENTO = neste caso o material é
estampado em ferramentas de corte e é necessariamente rompida por
cisalhamento (Ex: obtenção de uma arruela ou um disco plano);
ESTAMPAGEM DE CONFORMAÇÃO = onde o material é conformado
plasticamente a fim de se obter o formato da peça final e neste caso não pode
absolutamente sofrer ruptura. Utilizado para produção de peças rasas (Ex:
porta ou capô de um carro);
ESTAMPAGEM DE REPUXO = é uma conformação mais intensa, onde o
material sofre um estiramento, ou seja, tem sua espessura diminuída, a fim de
se conseguir a forma desejada da peça. Nesta operação o material deve ter
requisitos superiores, principalmente a ductilidade, para que não se rompa
durante a operação.
DOBRAMENTO = neste caso a matéria-prima, ou seja, a chapa plana, é
simplesmente dobrada para se conseguir forma final da peça (Ex: carcaça de
uma geladeira).
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Corte ou puncionamento
Conformação
Leve
Conformação
Profunda
(Repuxo)
Dobramento
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ESTAMPAGEM DE CORTE
Consiste na produção de um “blank” (disco plano) ou mesmo na
operação de corte ou furação da peça. Neste processo uma lâmina (ou tira)
metálica é intensamente deformada plasticamente até o ponto em que se
rompe nas superfícies em contacto com a ferramenta (tesoura). A separação
ocorre como resultado da propagação da fratura inicial provocada pela
ferramenta. A espessura que deve ser penetrada pelo punção da ferramenta a
fim de produzir o corte total está diretamente relacionada com a ductilidade do
material, da seguinte forma:
MATERIAL FRÁGIL = uma pequena espessura deverá ser penetrada;
MATERIAL DÚCTIL = a penetração pode ser ligeiramente superior à
espessura da chapa.
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CARACTERÍSTICAS DA FERRAMENTA DE CORTE
a) BORDAS: No caso de ferramentas de conformação, as bordas tanto do
punção como da matriz possuem os cantos arredondados, até para favorecer a
conformação, enquanto nas ferramentas de corte as bordas dos punções e
matrizes têm canto vivo e são afiados, para favorecer a ruptura do material;
b) FOLGA: A folga entre as bordas cortantes da matriz e do punção é expressa
por uma porcentagem da espessura da chapa como:
Metais moles (latão e aço recozido) = 20 %
Aço semi-duro = 16%
Aço duro = 14%
c) ANGULO DE DESPRENDIMENTO: Para evitar que a peça fique presa
dentro da matriz após o corte, todo o contorno interno da matriz deve
aumentar, através de um ângulo de saída. Este ângulo deve variar de 0,25 a
2,5 graus.
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Aplicação de
força no
punção
Deformação
elástica e
plástica
Cisalhamento
e expansão
da trinca
Separação
total
Etapas típicas no processo de conformação de corte
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ESTAMPAGEM PROFUNDA
A operação de conformação e repuxo é utilizada para modelar chapas
planas em artigos com as formas mais diversas. A estampagem é feita
geralmente a partir do “blank” obtida na estampagem de corte abordada
anteriormente. Este “blank”, de tamanho e forma adequada a peça que irá ser
estampada, é comprimida para dentro de uma matriz através de um punção,
adquirindo a sua forma.
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A distinção entre estampagem rasa (shallow) e profunda é arbitrária. A
estampagem rasa geralmente se refere à conformação de um copo com
profundidade menor do que a metade do seu diâmetro com pequena redução
de parede. Na estampagem profunda o copo é mais profundo do que a metade
do seu diâmetro.
Às vezes, o diâmetro do "blank" é muito superior ao diâmetro da peça
a estampar, sendo que esta deve atingir uma profundidade de copo muito
elevada. A fabricação poderá exigir uma sequência de operações de
estampagem, utilizando uma série de ferramentas, com diâmetros
decrescentes (da matriz e do punção). O número de operações depende do
material da chapa e das relações entre o disco inicial e os diâmetros das peças
estampadas.
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MATERIAL DAS FERRAMENTAS
Os punções e as matrizes devem ser fabricados a partir de aços para
trabalho a frio, tipo SAE D-2, D-6, O-1, S-1 ou outros, que possuem elevado
teor de carbono e elementos de liga para garantir a resistência mecânica e a
resistência ao desgaste. O principal efeito do carbono é gerar uma grande
quantidade de carbonetos complexos muito duros, bem como aumentar a
dureza da própria matriz martensítica, após tratamento térmico.
O efeito dos elementos de liga é, além de possibilitar a formação de
carbonetos juntamente com o carbono, melhorar a temperabilidade do material,
de forma que possam ser tratados, adquirindo elevada dureza, sem grandes
deformações. Depois de fabricadas as ferramentas devem ser
necessariamente temperadas e revenidas, atingindo elevadas durezas,
normalmente entre 55 e 60 Hrc. Por terem excelente temperabilidade,
associada à presença de elementos de liga, quando da tempera os aços para
trabalho a frio podem ser resfriados através de meios menos bruscos (óleo ou
mesmo ao ar), o que geram menos tensões internas e menores deformações.
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ESTAMPAGEM DE DOBRAMENTO
Dobramento é um processo de conformação que transforma
segmentos retos em segmentos curvos. É uma operação onde ocorre uma
deformação por flexão. Quando um material é dobrado a superfície externa fica
tracionada e a interna comprimida. Junto a linha interna neutra as tensões são
nulas, mas crescem a partir deste ponto chegando a valores máximos nas
camadas mais externas e internas.
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Verifica-se que as tensões na peça variam de um máximo negativo
para um máximo positivo, passando por zero. Desta forma, uma parte das
tensões atuantes nas seções de dobra estará abaixo do limite elástico (LE) e
outra acima, conferindo à peça uma deformação plástica permanente.
Uma vez cessado os esforços de dobramento a parte da seção que
ficou submetida ao regime elástico tende a retornar a posição anterior ao
dobramento. Como resultado o corpo dobrado apresenta um pequeno “retorno
elástico” definido por “springback”, o qual deverá ser compensado durante a
operação de dobramento no sentido de se atingir a precisão dimensional
desejada na peça.
O retorno elástico, também conhecido como ”efeito mola”, é uma
função da resistência do material, do raio de dobra e da espessura do material
de dobra. A princípio quanto maior a possibilidade de encruamento de um
determinado material maior será o seu retorno elástico.
Como orientação prática o retorno elástico pode ser calculado a partir
da seguinte equação:
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RE = ½ (0,2 LE + LR)
Onde:
RE= Retorno Elástico (graus);
LE = Limite de Escoamento (MPa);
LR = Limite de Resistencia (MPa).
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ESTIRAMENTO
Consiste na aplicação de forças de tração, de modo a esticar o
material sobre uma ferramenta ou bloco (matriz). Neste processo, o gradiente
de tensões é pequeno, o que garante a quase total eliminação do efeito mola.
Como predominam tensões trativas, grandes deformações de estiramento
podem ser aplicadas apenas para materiais muito dúcteis. Para estes
materiais, almeja-se altos valores de coeficiente de encruamento.
O estiramento é uma das etapas de operações complexas de
estampagem de chapas finas. Na conformação de peças como partes de
automóveis ou de eletrodomésticos, é comum haver componentes de
estiramento.
No estiramento deve ser evitada estricção localizada, comumente
conhecida por empescoçamento.
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