UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - DEMPROCESSOS DE ESTAMPAGEM DE MATERIAIS METÁLICOS Prof. André Olah Neto Revisão Setembro/2010 UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 1 ÍNDICE PREFÁCIO: I) INTRODUÇÃO: 1) Definição de estampagem 2) Operações de estampagem 3) Classificação das operações de estampagem II) ESTAMPAGEM DE CORTE: 1) Operação 2) Ferramenta de corte 3) Características da ferramenta de corte 4) Tipos de ferramentas 5) Cálculo da folga da ferramenta de corte 6) Cálculo da força de corte III) ESTAMPAGEM DE REPUXO: 1) Operação de repuxo 2) Solicitações envolvidas 3) Ferramenta de repuxo IV) FERRAMENTA DE REPUXO: 1) Ferramentas de estampagem 2) Ferramenta com operações combinadas 3) Ferramentas específicas 4) Ferramenta para estampagem progressiva V) EQUIPAMENTOS DE ESTAMPAGEM: 1) Classificação dos equipamentos 2) Prensa de fricção 3) Prensa excêntrica 4) Prensa mecânica 5) Prensa hidráulica VI) PARÂMETROS DO PROCESSO DE ESTAMPAGEM: 1) Cálculo da folga da ferramenta de repuxo 2) Cálculo das forças de conformação 3) Determinação do tamanho do disco de repuxo 4) Determinação do número de operações de repuxo 5) Utilização racional da chapa 6) Defeitos típicos em peças estampadas 03 04 07 23 28 47 52 UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 2 VII) MATERIAL DA FERRAMENTA: 1) Critérios de escolha e seleção do material 2) Componentes de uma ferramenta de estampagem 3) Materiais recomendados para confecção dos componentes 4) Tratamentos térmicos BIBLIOGRAFIA: 65 75 os diferentes tipos de ferramentas utilizadas em cada um destes processos. Dentro deste item aborda-se a respeito dos recursos que podem ser utilizados para aumentar a performance ou o desempenho das ferramentas.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 3 PREFÁCIO Este trabalho foi elaborado com o propósito de atender as necessidades dos profissionais. como. sem grande complexidade. as operações. tanto de aço como de materiais não-ferrosos. as solicitações envolvidas e alguns parâmetros. recursos e aplicações. a utilização adequada da chapa e os defeitos típicos envolvidos. o tamanho do disco. Nos primeiros capítulos é feita uma abordagem geral a respeito dos diferentes processos de estampagem. tanto de corte como de repuxo. como as folgas necessárias. suas características. por exemplo. No último capítulo discute-se e a respeito dos critérios de escolha dos materiais mais adequados a serem utilizados na confecção da ferramenta. sua aplicação e das solicitações envolvidas. abordando-se os conceitos. Como complemento dedica-se um capítulo para a abordagem dos parâmetros envolvidos no processo de estampagem. Objetiva especificamente fornecer ao usuário as primeiras noções e informações envolvidas no processo de estampagem. os alunos de curso de engenharia e curso técnico. as forças envolvidas. procurando conhecimentos e informações básicas a respeito dos mesmos. e faz-se algumas sugestões de uso em função do tipo de componente envolvido. para obtenção de peças ou componentes metálicos. a caracterização das ferramentas. . que estão tendo o primeiro contato com processos de conformação. de uma forma mais detalhada e específica. Na seqüência discute-se a respeito dos tipos de equipamentos utilizados no processo de estampagem. o número de operações necessárias. discutindo-se detalhes construtivos e principalmente as diferentes aplicações em função do produto a ser produzido. como o cálculo das folgas e das forças envolvidas. de forma a lhe habilitar projetar ferramentas simples. Nos capítulos seguintes aborda-se. gerando os “fardos”. através de guilhotinas ou tesouras planas. Nesta operação o material deve ter requisitos superiores.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 4 CAPÍTULO I INTRODUÇÃO 1) DEFINIÇÃO DE ESTAMPAGEM: Estampagem consiste em todas as operações de corte e conformação de materiais metálicos planos. • . neste último caso quando os volumes se justificarem. A primeira operação consiste na preparação deste material para a estampagem. em centros de processamento ou eventualmente pelos próprios usuários finais. onde o material sofre um estiramento. a fim de lhe conferir a forma e a precisão desejada. para que não se rompa durante a operação. ESTAMPAGEM DE REPUXO = é uma conformação mais intensa. ou seja. que são peças planas geralmente com formatos redondos. As chapas planas normalmente são utilizadas diretamente desta forma na prensa de estampagem. tem sua espessura diminuída. 2) 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 cizalhamento (Ex: obtenção de uma arruela ou um disco plano). Utilizado para produção de peças rasas (Ex: porta ou capo de um carro). a fim de se conseguir a forma desejada da peça. Estas operações podem ser realizadas pela própria usina fabricante dos materiais. 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. que envolve a segmentação da bobina em: • • CHAPAS PLANAS = onde as bobinas são cortadas transversalmente. principalmente a ductilidade. mas os “sliters” ainda podem sofrer mais uma operação que consiste na obtenção de “blanks”. gerando os “sliters”. sem a presença de defeitos superficiais (Ex: rugosidades ou riscos) ou estruturais (Ex: trincas). obtidos por estampagem de cizalhamento ou corte. TIRAS = onde as bobinas são cortadas longitudinalmente através de tesouras rotativas. A matéria-prima para a estampagem é sempre fornecida na forma de bobinas do material. Rebarbamento. ou seja. Puncionamento. Recorte. . a chapa plana. Estampagem do “blank” (opcional). Cisalhamento. Cunhagem. Endireitamento e corte da bobina em chapas ou sliters. primeiro se estampa a peça e após se realiza o puncionamento para abertura das janelas e dos orifícios das fechaduras). Dobra. As diferentes operações de estampagem podem assumir as seguintes denominações: 3) CLASSIFICAÇÃO DAS OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM: As operações que podem ser executadas através do processo de estampagem são: • • • • • • • • • • • • • • • • • • Furação.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 5 • DOBRAMENTO = neste caso a matéria-prima. Recalcamento. Estiramento. Encravamento. Dependendo do tipo de peça que está se produzindo e de sua complexidade. Trefilamento. é simplesmente dobrada para se conseguir forma final da peça (Ex: carcaça de uma geladeira). Enrolamento. pode-se realizar primeiro a operação de estampagem. Estampagem (remoção) da rebarba (quando necessário). Estampagem da peça. Repuxamento. Aparamento. Curvamento. Estampagem de orifícios (opcional). e após a operação de corte ou puncionamento de orifícios (Ex: porta de um carro. Endireitamento. Seccionamento. Seqüência de obtenção de peças estampadas: • • • • • • Fabricação da bobina. Corte. para se conseguir a sua forma. Em algumas ferramentas mais complexas a operação de corte pode ser realizada junto com as demais operações de conformação e repuxo. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 6 Figura 1. .1 – Operações típicas de estampagem. 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.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 7 CAPÍTULO II ESTAMPAGEM DE CORTE 1) OPERAÇÃO: A estampagem de corte consiste na produção de um “blank” (disco plano) ou mesmo na operação de corte ou furação da peça. .2 – Ferramenta de estampagem por corte. 2) FERRAMENTA DE CORTE: A ferramenta de estampagem por corte possui a seguinte forma: Figura 2. MATERIAL DÚCTIL = a penetração pode ser ligeiramente superior à espessura da chapa. da seguinte forma: • • MATERIAL FRÁGIL = uma pequena espessura deverá ser penetrada. A separação ocorre como resultado da propagação da fratura inicial provocada pela ferramenta. 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). com formatos diversos. é composta pelas seguintes partes: • • • • • • • BASES = onde são montados e fixados os estampos e os demais componentes da ferramenta. dependente de sua complexidade ou aplicação. conformando-a. formando justamente o efeito faca que irá permitir o corte do material. Sempre existem dois estampos o superior que é móvel e o inferior que é fixo. Define a parte interna da peça. COLUNAS GUIA = é por meio destas que é realizável o deslocamento da parte móvel do estampo e que ao mesmo tempo sustentam o conjunto de estampo. no sentido de permitir sua correta centralização. FÊMEA OU MATRIZ = é onde se encontra entalhada a figura da peça que se quer formar e define a parte externa da peça. São constituídos por tiras de aços separados entre sí pela distância equivalente à largura do material a ser estampado EXTRATORES = são sistemas ou pinos que trabalham tanto internamente como externamente à matriz. que atuam no momento de retrocesso do martelo da prensa. MACHOS OU PUNCÕES = são as partes móveis do estampo. .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 8 Nota-se que tanto o punção como a matriz apresenta ângulos retos. Uma ferramenta de corte. PLACA PORTA PUNÇÕES = tem a função fixar e posicionar os punções e ajudar a retirá-los da matriz quando o estampo abrir. A matriz normalmente é fixa e faz a função de apoiar a peça. GUIAS = são utilizados para conduzir o material a ser estampado em direção a matriz. com a função de extrair a peças da matriz. que entram em contato com a peça. 6 – Esboço de uma ferramenta de conformação por repuxo.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 9 FORMA DA FERRAMENTA: Figura 3. . UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 10 DESENHO DA FERRAMENTA: Figura 3.7 – Desenho mostrando detalhes de uma ferramenta de repuxo. . 2) FOLGAS: 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% A folga pode provocar: • • • QUANDO CORRETA = produzirá cortes perfeitos. A distância entre as lâminas ou entre o punção e a matriz na ferramenta de corte é importante pois: • • • SE FOREM ADEQUADAS = as trincas de inicial nas bordas das lâminas (duas bordas – inferior e superior) e se propagam através da sua espessura encontrando-se uma com a outra próxima à região central. Adicionalmente também haverá uma maior propensão de formação de rebarbas. QUANDO INSUFICIENTE = provocará a formação de degraus e exigirá elevadas pressões de corte. além de poder prejudicar a ferramenta. . 3. as bordas tanto do punção como da matriz possuem os cantos arredondados. SE FOR EXCESSIVA = maior será a distorção da aresta de corte e a energia envolvida na deformação será maior.1) BORDAS: No caso de ferramentas de conformação. para favorecer a ruptura do material. SE FOR INSUFICIENTE = neste caso a superfície da fratura é áspera e a energia despendida no corte ser maior. QUANDO EM EXCESSO = ocasionará rebarbas e distorções do material. gerando uma superfície de corte lisa e bem acabada. pois maior a quantidade de metal que ira ser deformado antes de ocorrer a fratura.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 11 3) CARACTERÍSTICAS DA FERRAMENTA: 3. até para favorecer a conformação. o que é crítico em algumas aplicações. enquanto nas ferramentas de corte as bordas dos punções e matrizes têm canto vivo e são afiados. além do maior risco de desgaste e lascamento da aresta de corte da ferramenta. através de um ângulo de saída. . b)insuficiente e c)excessiva. 3.4 – Ferramenta de corte mostrando folga: a)ideal. Figura 2. Este ângulo deve variar de 0.3 – Início e propagação do corte.25 a 2.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 12 Figura 2.5 graus. todo o contorno interno da matriz deve aumentar.3) ANGULO DE DESPRENDIMENTO: Para evitar que a peça fique pressa dentro da matriz após o corte. em posições invertidas.1) ESTAMPO SIMPLES DE CORTE: Figura 2.5 – Disposição de esboço de estampagem.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 13 3. 4) TIPOS DE FERRAMENTAS: 4. .6 – Ferramenta de estampo simples de corte.4) UTILIZAÇÃO RACIONAL DA CHAPA: Figura 2. definido por dois pares de punções e matrizes. .8 – Ferramenta de estampo com guias para punção e para a chapa.2) ESTAMPO ABERTO COM GUIA PARA O PUNÇÃO: Figura 2.3) ESTAMPO FECHADO COM GUIAS PARA O PUNÇÃO E PARA A CHAPA: Figura 2. 4.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 14 4.7 – Ferramenta de estampo aberto com guia para punção. 10 – Ferramenta de estampo para furar peças já recortadas.9 – Ferramenta de estampo aberta com colunas guia.5) ESTAMPO PARA FURAR PEÇAS JÁ RECORTADAS: Figura 2.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 15 4.4) ESTAMPO ABERTO COM COLUNAS DE GUIA: Figura 2. 4. . 12 – Ferramenta de estampo aberto com sujeitador e porta-punção guiado por colunas. .6) ESTAMPO ABERTO COM SUJEITADOR GUIADO POR COLUNAS: Figura 2.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 16 4.7) ESTAMPO ABERTO COM SUJEITADOR E PORTA-PUNÇÃO GUIADO POR COLUNAS: Figura 2. 4.11 – Ferramenta de estampo aberto com sujeitador guiado por colunas. Para entender um pouco mais este efeito devemos entender as etapas do processo de corte: • • • • • ETAPA I = ao descer o punção entra em contacto com a chapa e a comprime contra a matriz. Para obtermos cortes de aspecto bonito. Para que o corte ocorra com a eficácia. A folga é determinada em função de: • • • ESPESSURA DA CHAPA = quanto maior a espessura maior a folga necessária.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 17 5) CÁLCULO DA FOLGA DA FERRAMENTA DE CORTE: Quando da operação de corte com ferramentas de estampagem deve-se considerar que o punção e a matriz fazem o trabalho semelhante à de uma tesoura. entre o punção e a matriz: • Afiação. TIPO DE MATERIAL = materiais dúcteis exigem menor folga e materiais frágeis maior. ETAPA III = inicia-se a deformação elástica das regiões em contacto com as hastes cortantes da ferramenta. sem rebarbas e com precisão é necessário que as trincas se iniciem junto ao fio de corte da ferramenta e se encontrem no centro da chapa. • Folga. Isto só acontece se a ferramenta estiver afiada e a folga entre o punção e a matriz for adequada. . acabamento e precisão desejada é necessário observar dois aspectos fundamentais entre os elementos cortantes. ETAPA II = inicia-se a deformação elástica do material junto à região de contacto da ferramenta. ETAPA IV = inicia-se a formação de trinca em ambos os lados da chapa. ETAPA V = com o movimento do punção as trincas se propagam e ocorre a ruptura total da seção. Figura 2.13 – Esquema mostrando a formação e a propagação da trina. TOLERÂNCIA DESEJADA NO PRODUTO = quanto menor as tolerâncias menores deverão ser as folgas envolvidas. ou seja. E/14 = para aços mais duros. Se as tolerâncias do produto não forem estabelecidas as matrizes de corte serão diminuídas de 0.5 4. latão e similares.I – Valores de folga em função do tipo de acabamento.5 6. isto quer dizer que nas operações de corte os punções serão minorados da folga. Quando da determinação das dimensões do punção e da matriz. da precisão desejada e da resistência ao cizalhamento do material. enquanto os punções de furação terão as dimensões correspondentes ao limite superior da tolerância da peça.2) DETERMINAÇÃO DA FOLGA EM RELAÇÃO À RESISTÊNCIA AO CORTE: Tabela 2. 5. enquanto o punção determina as dimensões internas dos furos.0 7. em relação à tolerância do produto. Portanto a folga é maior para chapas de aços mais duros. FOLGA EM % DA ESPESSURA QUALIDADE DE TRABALHO EXATO NORMAL GROSSEIRO RESISTÊNCIA AO CORTE (Kgf/mm2) 500 a 1500 1500 a 3000 > 3000 3.0 11. 5.1mm. porém para chapas mais grossas a folga é apreciável e pode seguir a seguinte orientação em função da espessura (E) da chapa: • • • E/20 = para aço carbono de baixo teor de carbono.1) DETERMINAÇÃO DA FOLGA EM FUNÇÃO DA ESPESSURA: Para peças pequenas e chapas muito finas praticamente não existe folga entre o punção e a matriz. enquanto os punções de furação serão aumentados de 0.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 18 É importante considerar que as matrizes determinam as dimensões externas de uma peça. deve-se considerar que as matrizes de corte terão as dimensões correspondentes ao limite inferior da tolerância da peças.5 9.1 .5 4.1mm.5 6.5 5. E/16 = para aços de médio teor de carbono. enquanto nas operações de furação as matrizes serão majoradas da folga. 8% Aço carbono 1.0% Aço inoxidável 18-8 .1% Aço carbono 0.4% Aço carbono 0.2% Aço carbono 0. GRUPO FOLGA (% espessura) 3.0 4.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 19 Tabela 2.5 Especial 2 a 10 Alumínio duro Zinco macio Zinco duro Cobre macio Latão macio Duralumínio Cobre duro Latão duro Bronze laminado macio Prata macia Alpaca macia Chapa para repuxo Aço carbono 0.3% Aço carbono 0.Classificação dos materiais em relação a folga e a resistência ao corte.5 MATERIAL RESISTÊNCIA AO.II .0 3 7.6% Aço silício Aço inoxidável Alpaca dura Bronze laminado duro Prata dura Aço carbono 0. CIZALHAMENTO (Kgf/mm2) 13 a 16 12 20 18 a 22 22 a 30 38 25 a 36 35 a 40 32 a 40 28 a 36 28 a 36 30 a 35 25 a 32 32 a 40 36 a 48 45 a 56 56 a 72 45 a 56 52 a 56 46 a 50 40 a 60 45 a 60 72 a 90 80 a 105 70 a 80 0 1 2 6. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 20 Figura 2.14 – Determinação da folga em função da espessura da chapa. . Quando o valor da tensão de cisalhamento (TC) não é conhecido pode ser estimada através do valor da tensão de ruptura (TR). Figura 2. desde que seje respeitado as folgas e a afiação da ferramenta. o mesmo não ocorre em chapas mais grossas pois o punção promove o cisalhamento até 1/3 ou no máximo até 1/2 da espessura e depois arranca o restante do material. . TR = Tensão resistente de cizalhamento ou corte (Kgf/mm2). P = Perímetro do material a ser cortado na operação (mm).UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 21 6) CÁLCULO DA FORÇA DE CORTE: A força necessária para promover o corte do material num processo de estampagem deve ser a suficiente para promover a ruptura do material e é calculada a partir da seguinte equação: FC >= P .15 – Determinação do perímetro de corte. E . no entanto. deixando as paredes do corte mais ásperas e com rebarbas. TR onde: FC = Força de corte (Kgf). E = Espessura da chapa a ser cortada (mm). a partir da seguinte fórmula: TC = (3/4 a 4/5) TR O corte por estampagem de chapas de pequena espessura (2 a 3 mm) normalmente ocorre sem maiores inconvenientes e é perfeito sem rebarbas. 60% C 0.00 % C Inoxidável Silício Liga CU-Ni-Zn TENSÁO CISALHAMENTO (Kgf/mm2) BRUTO RECOZIDO 32 25 40 32 48 36 56 45 72 56 90 72 105 80 60 52 56 45 13 a 16 7a9 45 a 46 28 a 36 23.2% C 0.10% C 0.40% C 0.80% C 1.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 22 Tabela 2.30% c 0.5 40 a 60 32 a 40 38 22 35 a 40 22 a 30 2a3 25 a 30 18 a 22 3a4 20 12 Alumínio Alpaca Prata Bronze fosforoso Duralumínio Latão Chumbo Cobre Estanho Zinco . MATERIAL Aço laminado CONDIÇÃO 0.III – Valor da tensão de cisalhamento para diversos materiais metálicos. Este “blank”. As operações que podem ser realizadas através da conformação são mostradas na figura a seguir: . Figura 3.1 – Operação de conformação por estampagem.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 23 CAPÍTULO III ESTAMPAGEM DE REPUXO 1) OPERAÇÃO DE REPUXO: A operação de conformação e repuxo é utilizada para modelar chapas planas em artigos com as formas mais diversas. de tamanho e forma adequada a peça que irá ser estampada. adquirindo a sua forma. é comprimida para dentro de uma matriz através de um punção. A estampagem é feita geralmente a partir do “blank” obtida na estampagem de corte abordada anteriormente. mostrando os tipos de solicitações envolvidas. podem surgir diferentes tipos de esforços. e)peça com embutimento profundo e f)peça corrugada. que podem trazer resultados diversos tanto sobre a peça como sobre o comportamento da ferramenta. d)peça com seção curva. . b)peça com flange estirado.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 24 Figura 3.2 – Operação de estampagem: a)peça simplesmente curvada. Figura 3. 2) SOLICITAÇÕES ENVOLVIDAS: Dependendo da peça que está sendo estampada.3 – Operação de conformação. c)peça com flange contraído. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 25 Figura 3.5 – Variação do esforço de estampagem durante a conformação. . Figura 3.4 – Tipos de esforços envolvidos na peça durante a conformação. Sistema “transfer”. cada qual fazendo uma operação específica que trabalham de forma sincronizada e em série. • Média. Possuem guias para o cabeçote. COMPLEXAS = ferramentas para conformação de peças com geometrias mais complexas ou grandes seriações de peça. PROGRESSIVAS = executam operações que se sucedem com o avanço da fita. com dimensões tridimensionais. com o objetivo de reduzir o tempo de operação e o custo. peça ou componente. Possuem automatismo de alimentação. a operação de conformação deve ser realizada em diversas etapas.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 26 3) FERRAMENTA DE REPUXO: 3. c) PRODUÇÃO: • Pequena. no entanto. São ferramentas baratas. COMBINADAS = executam duas ou mais operações ao mesmo tempo. SERIADAS = conjunto de ferramentas. As ferramentas de conformação podem ser classificadas em relação a: a) COMPLEXIDADE: • • • • SIMPLES = para pequenas seriações de peças ou itens pouco complexos para operações simples. Possui faca de avanço. • Grande. OPERAÇÕES MÚLTIPLAS = a operação de conformação pode ser feita em uma só operação em peças simples onde a relação altura diâmetro não for muito grande. juntas. etc . Possui facas auxiliares para o corte de sobra. para peças que envolvem um grande repuxo e seriações muito grandes. facilmente amortizáveis. • Guarnições de amianto e cobre = arruelas. d) TIPO DE PEÇA: • Peças e componentes metálicos.1) TIPOS DE FERRAMENTAS: A operação de repuxo consiste em transformar dimensionalmente uma chapa plana em um corpo. Possuem guias para os punções. quando se tem uma peça muito complexa e principalmente quando a relação entre o diâmetro do corpo e sua altura for maior que 1/3. • • b) RECURSOS TÉCNICOS DISPONÍVEIS: • • • • • • Possuem guias para chapa. provocando acabamento superficial ruim. devendo resistir ao desgaste. Este aspecto também é mais crítico nas ferramentas de corte. principalmente os punções e as matrizes são: • RIGIDEZ = devem possuir resistência mecânica suficiente para resistir aos elevados esforços aplicados sem romper bem como não se deformarem. a fim de evitar a formação de rugas na chapa ou na peça estampada. caso contrária. inutilizando a ferramenta. caso contrário podem prejudicar seu funcionamento e até levar à sua ruptura. em função das grandes pressões envolvidas. afetando a precisão dimensional. Por outro lado. o que dificulta a extração. • • 3. • • . tanto o punção como a matriz.3) REQUISITOS ENVOLVIDOS NAS FERRAMENTAS: Os requisitos das ferramentas de estampagem. também pode ocorrer a formação de vácuo entre o punção e a peça. Isto é feito para garantir o repuxo adequado do material e principalmente se evitar a formação de rugas sobre o corpo estampado SAÍDAS DE AR = na operação de repuxo. PRENSADOR DE CHAPAS = na operação na qual a chapa plana na forma de um disco é repuxada em um mesmo sentido a fim de assumir a forma de um cilindro. principalmente plasticamente. perdem seu efeito de corte e a sua funcionalidade.2) CARACTERÍSTICAS DAS FERRAMENTAS: As ferramentas de conformação apresentam as seguintes particularidades: • • BORDAS = as bordas das ferramentas. Estes inconvenientes podem ser eliminados adicionando-se furos de saída de ar em posições adequadas do macho. aprisionando uma certa quantidade de ar que pode dificultar a finalização da operação. a chapa tende a aderir sobre o punção. pois a aresta de corte é formada por um canto vivo e pode se lascar facilmente. Isto é feito através de um dispositivo especial “anti-rugas” ou “anel de fixação”. caso contrário. o arrancamento do material da superfície pode prejudicar tanto a precisão dimensional da ferramenta como a sua rugosidade. ANTI-RUGA = geralmente é necessária uma pressão de fixação ou ação de grampos para comprimir as bordas do “blank” contra a matriz. ELEVADA RESISTÊNCIA AO DESGASTE = as ferramentas trabalham o tempo todo sob elevado atrito. RESISTÊNCIA AO IMPACTO = as ferramentas estão sujeitas a certos impactos durante sua operação e devem resisti-los para que não quebrem. deve-se exerce pressão contra a borda do disco atreves de um anel. Este aspecto é mais crítico nas ferramentas de corte as quais devem manter o fio nas arestas cortantes. possuem bordas arredondadas para facilitar a conformação sem ruptura do material. o acabamento e a qualidade da peça.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 27 3. provocando a aderência do material que está sendo estampado. . com aba lisa. mostrando a aba corrugada e com sujeitador.1 – Ferramenta de repuxo simples.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 28 CAPÍTULO IV FERRAMENTAS DE REPUXO 1) FERRAMENTAS DE ESTAMPAGEM: 1.1) FERRAMENTA SIMPLES E COM SUJEITADOR: Figura 4. Figura 4.2 – Ferramenta de repuxo simples.2) REPUXO COM PRENSAS SIMPLES: Figura 4.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 29 1.3 – Formação da aba com uma ferramenta simples . 6 – Formação da aba com uma ferramenta dotada de sujeitador. .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 30 1.3) REPUXO COM PRENSAS DE DUPLO EFEITO: Figura 4. Figura 4.5 – Ferramenta de repuxo com sujeitador. 4) FERRAMENTA DE REPUXO POR INVERSÃO: Este processo consiste num de repuxo profundo que vira de avesso a peça em cada estágio. foram tracionadas em uma operação serão comprimidas na operação seguinte.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 31 1.7 – Ferramenta de repuxo com inversão. por exemplo. visando modificar o fluxo de linhas de conformação adquirida na operação anterior. Figura 4. . Com o processo de inversão as fibras muito solicitadas que. As peças obtidas por este processo apresentam espessura uniforme e podem ser obtidas em menos etapas que o repuxo normal além de dispensar recozimentos intermediários. evitando o aumento da tensão que poderia levar a ruptura. 8 – Estampagem de repuxo com reembutimento.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 32 Figura 4. Figura 4. .9 – Estampagem de repuxo com embutimento com inversão. nervuramento e furação. Ferramenta de corte.1) FERRAMENTA DE CORTE E REPUXO COMBINADAS: Figura 4.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 33 2) FERRAMENTA COM OPERAÇÕES COMBINADAS: 2. Ferramenta de corte e repuxo. . Ferramenta de corte. Neste sentido podem existir: • • • • • Ferramenta de simples repuxo. Ferramenta de corte.10 – Ferramenta de repuxo com operações combinadas. repuxo e furação. repuxo. repuxo e corte. 2) FERRAMENTA PARA FURAÇÃO LATERAL: Figura 4.11 . 2.12 – Ferramenta de estampagem de dobramento simples.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 34 2.3) OPERAÇÃO DE DOBRA COM FERRAMENTA SIMPLES: Figura 4.Ferramenta mostrando detalhe de furação lateral. . UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 35 2.5) FERRAMENTA PARA CORTAR. .13 – Ferramenta de operação combinada de corte e dobra. formar e fura. 2.4) OPERAÇÃO DE DOBRA COM FERRAMENTA COMBINADA (corte e dobra): Figura 4. FORMAR E FURAR: Figura 4.14 – Ferramenta de operação combinada de cortar. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 36 2.6) FERRAMENTA PARA ABAULAR: Figura 4.15 – Ferramenta de abaulamento. 2.7) FERRAMENTA PARA NERVURAR: Figura 4.16 – Ferramenta para nervurar. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 37 Reforços para dobra Formato de nervuras Figura 4.17 – Reforços para dobras e formato de nervuras. 3) FERRAMENTAS ESPECÍFICAS: 3.1) ESTAMPAGEM DE GUARNIÇÃO DE ARRUELA OU JUNTA: Figura 4.18 – Ferramenta de estampagem de uma arruela. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 38 3.2) ESTAMPAGEM DE GUARNIÇÃO UMA PEÇA DOBRADA: Figura 4.19 – Ferramenta para estampagem de borda dobrada. 3.3) ESTAMPAGEM PARA CONFORMAÇÃO CÔNICA POR REPUXAMENTO: Figura 4.20 – Ferramenta de estampagem cônica UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 39 3.22 – Ferramenta de estampagem de repuxo e trefilação.5) ESTAMPAGEM DE REPUXO E TREFILAÇÃO: Figura 4.4) ESTAMPAGEM DE CONFORMAÇÃO CÔNICA POR REFILE E FURAÇÃO: Figura 4. 3. .21 – Ferramenta de conformação cônica. refile e furação. por intermédio de um punção. . 3. É possível com este processo obter peças com espessura de até 0. Cu e Al e suas ligas. Figura 4.24 – Ferramenta de estampagem por extrusão. Materiais dúcteis são mais indicados para este processo. Sn.A redução depende da espessura e da conformabilidade do material. mas pode chegar até 35%.1mm.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 40 A trefilação consiste no adelgaçamento da espessura das paredes cilíndricas de uma cápsula previamente repuxada. como o Pb. por meio de sucessivas passagens através de matrizes com furos menores do que o diâmetro externo da cápsula.23 – Ferramenta mostrando o detalhe da trefilação.6) ESTAMPAGEM POR EXTRUSÃO: O processo consiste em extrudir ou “expulsar” o material plástico contido dentro de uma matriz. Quanto maior a plasticidade do material mais fácil será a extrusão. Figura 4. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 41 Figura 4.25 – Ferramenta mostrando o detalhe da conformação por extrusão. . 7) ESTAMPAGEM POR REPUXO PROFUNDO: Figura 4. .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 42 3.26 – Ferramenta de repuxo profundo. 8) ESTAMPAGEM POR ABAULAMENTO: Figura 4.27 – Ferramenta de estampagem por abaulamento. .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 43 3. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 44 3.9) FERRAMENTA PARA FLANGEAR E AFUNILAR: Figura 4.28 – Ferramenta para flangear e afunilar. . 29 – Ferramenta para estampagem progressiva. .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 45 4) FERRAMENTA PARA ESTAMPAGEM PROGRESSIVA: Figura 4. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 46 Figura 4. .30 – Ferramenta de estampagem progressiva. possui uma capacidade máxima de carregamento. Podem ser de simples efeito e de duplo efeito. . que podem ser classificadas da seguinte forma: • • • • DE FRICÇÃO EXCENTRICAS = cada prensa. DE JOELHO. em função de seu tamanho. que é aquela desenvolvida no final do percurso. são realizadas através de prensas.1 – Prensa de fricção. MECÂNICAS HIDRÁULICAS = são equipamentos de construção robusta. MANIVELA. permitindo adequação ao tipo de peças e produção superior. tanto de corte como de conformação.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 47 CAPÍTULO V EQUIPAMENTOS DE ESTAMPAGEM 1) CLASSIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS: As operações de estampagem. Apesar disto a força útil fornecida pela prensa varia com a posição da manivela e depende do ângulo X. com movimentos precisos e guiamento perfeito para garantir o compartilhamento das forças com os rigores das tolerâncias envolvidas. São construídas com grande rigidez. movimentos exatos e velocidades ajustáveis. • • 2) PRENSA DE FRICÇÃO: Figura 5. 3 – Prensa mecânica de pequena capacidade. . 4) PRENSA MECÂNICA: Figura 5.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 48 3) PRENSA EXCÊNTRICA: Figura 5.2 – Prensa excêntrica de pequena capacidade (10 a 100 t). 5) PRENSA HIDRÁULICA: Figura 5.5 – Prensa hidráulica tipo “C” (capacidade de 4 a 40 t).UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 49 Figura 5. .4 – Prensa mecânica de grande capacidade (500 a 1500 t). 6 – Prensa hidráulica de repuxo. .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 50 Figura 5.7 – Prensa hidráulica de simples efeito (250 t). Figura 5. .Prensa hidráulica de duplo efeito (800 + 400 t).UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 51 Figura 5.8 . 0..1 a 1..1mm. Pelo menos para chapas finas esta folga deverá ser igual a espessura do material..2 da espessura A folga também é dada pela equação (F = espessura + z). f = 1.2 . Figura 6.1 + 0.1 = 2... 0. Para chapas grossas deverá ser igual a espessura da chapa mais 20% do valor da tolerância máxima de especificação.. A folga deve ser : 2. f = 1... .12 mm Deve-se considerar que • Se a folga for pequena = a chapa rasgará... onde “z” é dada pela curva a seguir em função da espessura. Ag e Cu... Na prática admite-se que: • Para o Al..15 da espessura • Para o aço e o duralumínio.. EXEMPLO = chapa com espessura 2. • Se a folga for muito grande = ocorrerá a formação de rugas ou descentralização do repuxo..UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 52 CAPÍTULO VI PARÂMETROS DO PROCESSO DE ESTAMPAGEM 1) CÁLCULO DA FOLGA DA FERRAMENTA DE REPUXO: A folga entre o punção e a matriz numa ferramenta de repuxo deverá permitir um escoamento adequado do material sem a formação de rugas ou diminuição da espessura..0 mm com uma tolerância de +.1 – Gráfico mostrando a variação da constante “z” para cálculo da folga em função da espessura.... L Rd = Resistência ao dobramento completo do material na ferramenta (cerca de duas vezes a resistência à tração). Rm = Resistência média à deformação Durante a operação de conformação o corpo é inicialmente deformado elasticamente e após plasticamente.3) FORÇA MÁXIMA ESTAMPAGEM PROFUNDA (Fe max. Fs = Fator de segurança 2. ln (D / d) Onde: TT = Tensão de tração. Pode-se calcular a tensão radial de tração (TT) de um corpo “’S” durante a operação de repuxo através da seguinte equação: TT = K . d = Diâmetro do punção. e2 ) / 3 . Rd . e . K = Resistência unitária real de repuxo. D = Diâmetro do disco. Fs Onde: p = Perímetro da chapa (plana). b . até obter a formato final. L = Distância entre apoios. 2. ln (ro/r) onde: ro = raio do disco inicial. Rc = Resistência ao cisalhamento do material (cerca de ¾ a 4/5 da resistência à tração).2) FORÇA DE DOBRAMENTO DA CHAPA (Fd): Fd = ( 2 .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 53 2) CÁLCULO DAS FORÇAS DE CONFORMAÇÃO: 2. r = raio do copo. Rc. Rm . e = Espessura da chapa. mas não a tensão de ruptura.): Embutimento de um corpo a partir de um disco: Fe max. Deve-se considerar que a tensão necessária para promover a deformação varia de acordo com o tipo de secção e que para haver um repuxo ou uma deformação permanente é necessária que ela ultrapasse a tensão de escoamento do material. e . b = Largura da chapa. pois neste caso . = 2 π r .1) FORÇA DE CORTE DA CHAPA (Fc): Fc = p . 4) FORÇA DE REPUXO: As forças de repuxo. . Pi . Figura 6. e . • Força para vencer o atrito. pode ser calcula a partir da seguinte fórmula: FR = Pi . ln (D/d) A força de repuxo é nula quando D=d e é máxima quando D=Do. Quanto maior a relação D/d maior a força necessária para se promover a conformação. e . d . Durante o repuxo deve-se considerar as seguintes forças: • Força de repuxo. k . diminuindo gradativamente durante a operação e se anula no final da operação. e . Na prática a força de repuxo cilíndrica é dada pela fórmula abaixo FR = K . • Esforços de dobra. TT = Pi . K = Fator de correção (ver tabela a seguir). d .2 – Ferramenta de repuxo mostrando a relação entre o diâmetro do disco (D) e da pela estampada (d) 2. por isto deve-se controlar o valor da tensão realizando-se o repuxo em várias etapas. para peças cilíndricas. d .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 54 haveria ruptura. mantendo-se a relação D/d baixa. por isto ela é máxima no início do ciclo. TT Onde: FR = Força de repuxo. para não se correr o risco de ruptura do material. 760 0.45 0.55 0. como mostrado na tabela a seguir. mas atinge um valor máximo no final da operação devido à pressão elástica que a peça repuxada exerce sobre as paredes da matriz. Dando uma folga adequada entre o punção e a matriz. por intermédio de lubrificantes apropriados. onde é nula no início.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 55 d = Diâmetro do punção.00 0.50 0. aumentando-se o valor calculado entre 20 e 30%.60 0. A fórmula acima nos dá apenas um valor aproximado.725 0. 2. d/D 0.775 0. e = Espessura da chapa.93 0.40 Para o cálculo da força de repuxo para peças não cilíndricas deve-se usar a mesma fórmula acima substituindo o Pi.675 0.66 0. Lubrificando-se as superfícies em contato da chapa e a matriz. por isso.550 0.86 0.79 0.I – Valor do coeficiente “K” em função da relação “d/D”. TT = Tensão de tração. As perdas por atrito podem ser diminuídas através de: • • • Fazendo-se sujeitadores e matrizes perfeitamente lisos.750 0.625 0. deve-se trabalhar dentro de um fator de segurança.575 0. Tabela 6.d pelo valor do perímetro da seção da peças.800 K 1.700 0.72 0. . A força de repuxo depende de muitos fatores.5) FORÇA DE ATRITO: A força de atrito age de forma contrária à força de repuxo.600 0. II – Lubrificantes utilizados na conformação. bronze e latão. p Onde: SS = Seção da superfície de sujeitação.r2 ) . chumbo e metal branco. Sebo. Cobre. Numa aproximação a força do sujeitado (FS) pode ser determinada em função da força de repuxo (FR). .3 FR Deve-se considerar que quanto menor for a espessura da chapa maior deverá ser a pressão.6) FORÇA DO SUJEITADOR DE UMA ABA CIRCULAR (Fs): Fs = π . Uma força insuficiente = favorece a formação de rugas. MATERIAL DA CHAPA Aços Alumínio e sua ligas Zinco. A determinação da pressão ou força do sujeitador é importante. p = Pressão específica do sujeitador (ver tabela a seguir). ( ro2 . através da seguinte equação: FS = 0.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 56 Tabela 6. Óleo mineral grosso – pasta de sabão com água – petróleo grafitado. Os Onde: Os = pressão de sujeição (100/200 Mpa para o aço e 80/100 Mpa para o alumínio. LUBRIFICANTE Sabão em pasta – óleo de rícino talco – emulsões de óleos minerais. A força do sujeitado também pode ser calculada por: FS = SS . Querosene – óleo de coco – vaselina – sebo – óleo grafitado. pois: • • Uma força excessiva = favorece o rasgamento da chapa. em superfícies lubrificadas). Aço inox 2. Água grafitada. estanho. 2 = 5.08 0.7) EXERCÍCIO: Considere que tenha que ser estampado um disco de 25 mm de diâmetro em uma chapa de um aço SAE 1010/20.5 x 3.659 Kg .14 a 0.29 0.07 Aço para repuxo profundo Aço para repuxo comum Cobre Latão Alumínio Ligas de Al-Mg Ligas de Al-Mg-Si 2.25 0.24 0.5) / (25.24 0.5 = 30 mm N = (2000 – 2.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 57 Tabela 6. A distribuição das peças na chapa.0 + 2. A força necessária de corte.06 a 0. MATERIAL TENSÃO DE RUPTURA (Kg/cm2) 3400 a 4200 3700 a 4500 220 a 4000 2900 a 4100 1000 a 1200 1600 a 1800 1000 a 1100 PRESSÕES ESPECÍFICAS (Kg/cm2) 0.5 + 2.08 a 0.05 a 0.11 0.19 a 0.14 x 25 x 1.11 a 0.5 mm de espessura e 2.000 mm de comprimento. Se a folga entre as figuras estampadas for de 2. determinar: • • • • A largura da chapa.5 mm.5 mm 2. DISTRIBUIÇÃO DE FIGURAS: 2.5) = 72 peças FORÇA DE CORTE: FC = Tr x E x P x Fs = 40 x 1. com 1.III – Tensões de ruptura e pressões específicas dos sujeitadores.17 a 0. O rendimento de estampagem.5 mm LARGURA DA CHAPA: NÚMERO DE PEÇAS: L = 25 + 2. 343 / 60.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 58 FC = Força de corte (Kg) E = Espessura (mm) P = Perímetro (mm) Fs = Fator de segurança (tabelado) RENDIMENTO DA CHAPA: Área do círculo: A = 3.9 % .000 mm2 Rendimento: R = 35.14 x 25 2 / 4 = 491 mm2 Área estampada: AE = 72 peças X 491 = 35.343 mm2 Área total da chapa: AT = 30 x 2000 = 60.000 x 100% = 58. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 59 3) DETERMINAÇÃO DO TAMANHO DO DISCO DE REPUXO: O tamanho do disco de repuxo pode ser calculado com auxílio das fórmulas contidas na tabela a seguir. .IV – Fórmulas para cálculo dos discos de repuxo circulares. Tabela 6. partindo-se de um disco plano. . até se atingir o formato final desejado. Para o segundo repuxo tem-se: d2 = K´ d1 Onde: d2 = diâmetro da peça após o segundo repuxo. é necessário repuxar o material de forma gradativa. K´ = coeficiente para a segunda operação. Para o terceiro repuxo em diante tem-se: d3 = K´ d2 Onde: d3 = diâmetro da peça após o segundo repuxo. em etapas. K´ = coeficiente para a segunda operação. D Onde: d1 = diâmetro da peça após o primeiro repuxo.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 60 4) DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE OPERAÇÕES DE REPUXO: Para se evitar alongamentos excessivos. rasgos e fortes encruamentos que levariam à rejeição do produto. D = diâmetro do disco plano. tem-se: D1 = K . Para o repuxo de peças cilíndricas o número de operações necessárias para conformar a peça normalmente é definido em função da relação entre a profundidade de repuxo e o diâmetro Para o primeiro repuxo. K = Coeficiente de repuxo. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 61 Tabela 6.V – Coeficientes de repuxo. .3 – Repuxos cônicos intermediários. Figura 6. Para os repuxos com diâmetros maiores que 70 mm e espessura da chapa maior que 2 mm obtêmse mais facilmente por meio de repuxos cônicos intermediários. UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 62 ETAPAS DE REPUXOS CÔNICOS INTERMEDIÁRIOS: Figura 6. .4 – Etapas de estampagem para a obtenção de uma peça cônica a partir de um disco. 6 – Exemplo de onde é conveniente cortar a tira primeiro de um lado e depois do outro. o que certamente aumentará o custo do produto.5 – Figura mostrando uma disposição menos (1) e mais econômica (2) da chapa. no sentido que seje evitado desperdício de material. Figura 6. Uma boa disposição também proporciona peças com um melhor acabamento. melhor qualidade e simplificação das operações de estampagem.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 63 5) UTILIZAÇÃO RACIONAL DA CHAPA: É necessário realizar-se um estudo preliminar para um aproveitamento racional da chapa de aço. com sobras e aparas. . Figura 6. associado ao processo de fabricação. devendo-se colocar extratores em posições adequadas. Figura 6.8 – Casos em que é conveniente alterar levemente o formato ou as dimensões da peça. .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 64 Figura 6. Podem ser evitadas utilizando-se pressões mais baixas. RASGOS = são descontinuidades ou trinas no material. 6) DEFEITOS TÍPICOS EM PEÇAS ESTAMPADAS: Os defeitos típicos que podem surgir em peças estampadas. Podem ser evitadas ajustando-se a folga entre o punção e a matriz. são: • • RUGAS = são estrias que se formam junto às paredes laterais. realizando-se repuxamento em etapas ou em último caso recozendose o material após cada etapa de conformação para se eliminar o encruamento e as tensões internas.7 – Operação em que é necessário virar a tira de ponta cabeça ou operar com dois punções alternados. A extração da peça também interfere. fundamental para o funcionamento adequado da ferramenta.2) CARACTERÍSTICAS ASSOCIADAS A CONFECAÇÃO DA FERRAMENTA. RESISTÊNCIA AO CHOQUE OU AO IMPACTO = alguns componentes da ferramenta estão sujeitos ao impacto. quando submetidos a cargas. Aspectos ambientais. na maioria dos casos. ou seja. e para isto é fundamental que tenham dureza elevada. no entanto. TEMPERABILIDADE = alguns componentes. no sentido de conseguirem dureza para resistir ao desgaste. pois durante o funcionamento. os componentes devem deformar o mínimo possível e que trabalhem estritamente dentro do campo elástico. Quanto a este aspecto o característica normalmente media é a resistência à tração. no sentido que não tenham a sua precisão dimensional alterada. As características e propriedades associadas a confecção dos componentes da ferramenta são determinadas por: • • USINABILIDADE = os componentes necessitam ser usinados para adquirir sua forma. que não sofram qualquer tipo de deformação permanente. Custo. RESISTÊNCIA AO DESGASTE = deseja-se que os componentes tenham a maior vida útil possível. Características e propriedades associados a confecção da ferramentas. e estão relacionadas a: • RESISTÊNCIA MECÂNICA = deseja-se que os componentes tenham a maior rigidez possível.1) CARACTERÍSTICAS ASSOCIADAS AO DESEMPENHO DA FERRAMENTA: As características e propriedades associadas ao desempenho da ferramenta estão associados aos requisitos exigidos pela ferramenta e conseqüentemente pelos seus componentes. necessitam ser temperados ou até cementados para obterem a . as ferramentas estão muito mais sujeitas aos esforços de compressão. o que é determinado pela tensão de escoamento do material. 1. • • 1.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 65 CAPÍTULO VII MATERIAL DA FERRAMENTA 1) CRITÉRIOS DE ESCOLHA E SELEÇÃO DO MATERIAL: Na escolha do material para confecção da ferramenta de estampagem devem ser considerados os seguintes aspectos: • • • • • Características e propriedades associadas ao desempenho da ferramenta. Disponibilidade e qualidade dos materiais disponíveis. devendo portanto serem confeccionados por materiais com elevada tenacidade. ou seja. SOLDABILIDADE = alguns componentes da ferramenta necessitam ser recuperados. 1. alguma vezes associada a resistência mecânica. etc. • PRAZO = é possível adquirir no mercado o material desejado dentro do prazo.4) ASPECTOS ASSOCIADOS AO CUSTO. polir. portanto está sujeito a diferentes solicitações. como usinar. resistência ao desgaste ou resistência ao choque. afetar a segurança ou a saúde das pessoas que irão fabricar ou mesmo utilizar a ferramenta. É importante que apresentem a maior dureza possível associada a menor deformação possível no tratamento térmico. Cada componente realiza uma determinada função e. Isto é feito através de solda e reusinagem. associado a erros durante sus confecção ou mesmo ao desgaste normal durante sua operação. . associado tanto ao tipo. 1.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 66 • resistência ao desgaste necessária. tratar. Com relação ao custo deve-se sempre considerar: • • • AQUISIÇÃO = o custo de aquisição da matéria-prima dos componentes envolvidos. forma e dimensões. revestir. • QUALIDADE = existe disponível no mercado o material com a constância de qualidade desejada.5) ASPECTOS AMBIENTAIS: Com relação aos aspectos ambientais deve-se ter em mente: • • RECICLAGEM = possibilidade de reutilização dos componentes do molde após o fim de sua vida útil. a durabilidade ou o número de peças que seria possível produzir a partir do mesmo. para que não dificulte o acero final de suas dimensões. DESEMPENHO = o custo benefício associado a vida útil do molde. o que obviamente dificulta a escolha adequada do material a ser utilizado na sua confecção. PROCESSAMENTO = o custo para processar os componentes envolvidos. de alguma forma possam. 2) COMPONENTES DE UMA FERRAMENTA DE ESTAMPAGEM: Uma ferramenta de estampagem é composta de diversos componentes. e muitas vezes a todas ao mesmo tempo. SEGURANÇA = não é recomendado a utilização de materiais perigosos que. de forma que não irá afetar o tempo para confecção da ferramenta.3) ASPECTOS ASSOCIADOS A DISPONIBILIDADE: Quanto ao aspecto de disponibilidade devemos consideram os seguintes pontos: • ACESSIBILIDADE = existe facilmente disponível no mercado o material especificado. 1. como mostrado na figura a seguir. Após a tempera as ferramentas são acabadas ou afiadas. normalmente entre 55 e 60 Hrc. 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). Tabela 7. que possuem elevado teor de carbono e elementos de liga para garantir a resistência mecânica e a resistência ao desgaste. O-1. adquirindo elevada dureza. O principal efeito do carbono é gerar uma grande quantidade de carbonetos completos muito duros. após tratamento térmico.1 . Resistência ao Pedaço Percurso M B desgaste e fino curto tenacidade Percurso E B longo Segurança e Pedaço Percurso B E pequeno pesado curto empenamento na Percurso M E tempera longo Resistência ao A frio Percurso M B desgaste curto Percurso E B longo Percurso M E E Usinabilidade e A quente tenacidade curto Percurso M E E longo E = elevada / M = média / B = baixa RD = Resistências ao desgaste / TN = Tenacidade / DQ = Dureza a Quente REQUISITO PRINCIPAL E SECUND. com o objetivo de elevar sua resistência ao desgaste. S-1 ou outros. W1/ O1/ A2 A2/ D2 / A7/ T1 W1/ S2 / H11 S1 / H11 W1/ O1/ A2 D2 / A7/ T1 W1/ H11 H11 CONFORMAÇÃO . permitindo aumentar sua vida útil. D-6. Depois de fabricadas as ferramentas devem ser necessariamente temperadas e revenidas. tipo SAE D2. por retífica. atingindo elevadas durezas.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 67 3) MATERIAIS RECOMENDADOS PARA CONFECÇÃO DOS COMPONENTES: 3. e em seguida ainda podem sofrer um revestimento superficial. que consiste na deposição sobre a sua superfície de finas camadas de nitretos de titânio.Requisitos e propriedades envolvidas em uma ferramenta de conformação. etc.1) PUNÇÃO E MATRIZ: Os punções e as matrizes devem ser fabricados a partir de aços para trabalho a frio. Por terem excelente temperabilidade. o que geram menos tensões internas e menores deformações. cromo. de forma que possam ser tratados. através do processo PVD. sem grandes deformações. alumínio. bem como aumentar a dureza da própria matriz martensítico. AÇO RECOM. além de possibilitar a formação de carbonetos juntamente com o carbono. O efeito dos elementos de liga é. melhorar a temperabilidade do material. OPERA ÇÃO CORTE OPERAÇÃO SOLICITAÇÃO PRINCI SECUND RD TN DQ PAL ÁRIA. 00 Co 4.50 0.5 0.70 1.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 68 Tabela 7.50 1.2) COLUNAS GUIA E BUCHAS: Para estes tipos de peças normalmente é utilizado aços para cementação.70 3. .75 9. peças que não estão sujeitos a solicitações muito severas.12 0. pequenas engrenagens.80 2.70 1.00 6. São mais baratos: A presença de manganês entre 0.00%. pequenos mecanismos.20 0.50 2.25 DUREZA (HRc) 56/60 56/62 56/60 54/58 54/58 58/65 C 1.00 1.20%.95 0. eixos de comando de válvula. alavancas. a capacidade de cementar e endurecer.80 8. TIPO (SAE/ABNT) M35 M42 M32 M2 M7 COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) Cr Mo W V 4. Possuem tenacidade e resistência mecânica razoáveis.00 6.30 1. roletes.25 5.00 6. O teor de carbono varia entre 0.0 0.25 5.4 0.85 3.25 Tabela 7.15 4.II – Composição química típica dos aços ferramenta para trabalho a frio.40 0.80 4.50 1.25 0.90 1.90 0.95 0.10 e 0.70 e 1.45 0. que podem ser dos seguintes tipos: a) AÇOS AO CARBONO: • • • • • • Não apresentam elementos de liga.5 0.50 1.20 0.30 11.00 0.10 0.92 1.2 1.15 5. fusos. melhora a usinabilidade. e diminui a tendência de formação de pontos moles. Aplicações típicas = pinos.00 1.90 3.30 12.III – Composição química típica dos aços rápidos.17 0.00 3.00 V 0.00 DUREZA (HRc) 63/67 64/68 65/67 62/65 63/65 C 0.80 8.00 2.30 1. TIPO (SAE/ABNT) D2 D6 O1 S1 S7 W2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) Mn Cr Mo W 0.20 2. 6 0. buchas. eixos flangeados.30 0.23 0. coroas. Aço de baixa temperabilidade.3/0.18/0.4 0.20/0. Possui boa resistência a tração. com baixo teor de liga. Peças da indústria automobilística.13/0.20/0. Fabricação de rolos revestidos. pinhões.18 0. resistência mecânica e tenacidade após TT.4/0.8/1. caminhões.3/0.0 .2/0. que atinge média tenacidade e elevada soldabilidade. Aplicações típicas = engrenagens de transmissão. 87XX.25 0.V – Composição química típica dos aços para cementação.6 0. Também utilizada para cementação.15 C 0. sem liga.18 0.13/0.3/0. parafusos.4 0. etc.5 0.40%.7 0.18 Mn 0. tratores. Quando se requer excelente usinabilidade para fabricação de peças com seriações muito grandes.23 0. Aço de baixa temperabilidade.9 0.7/0.23 0.2/0. Tabela 7.5 0. Fabricação de peças estruturais em geral. Melhora a dureza. Aplicado quando se requer boa usinabilidade. Aplicado quando se requer certa usinabilidade. TIPO (ABNT) 8115 8615 8620 8625 8720 8822 94B15 COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) P S Si Ni Cr Mo 0.20 0.13/0. TIPO DE AÇO 1006 1010 1020 APLICAÇÃO Aplicação de componentes que requerem boa conformabilidade Para aplicação mais comum onde os requisitos envolvidos não são muito exigentes.08/0. Possui apreciável ductilidade no núcleo.18/0.5/0. Pode-se obter boa temperabilidade mesmo em resfriamento em óleo.30/0. máquinas operatrizes.6 0. entre 1 a 2 %. Típico das classes ABNT 81XX.40 0.IV – Tipos e aplicações típicas dos aços ao carbono típicos para cementação. engrenagens de diferenciais. 88XX e 94XX Teor de carbono pode chegar até a 0.4/0.4/0. pinos de pistões.35 0. eixos de comandos de válvula.40 0.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 69 Tabela 7.08/0.20/0. 86XX.15 0. 1115 1213 12L14 1522 b) AÇOS DE BAIXA LIGA: • • • • • • • • Apresentam baixo teor de liga. aviões. Maior dificuldade de tratamento térmico. TIPO (ABNT) 3310 4320 4615 4620 4815 4820 COMPOSIÇÃO QUÍMICA (%) P S Si Ni 3. 46XX e 48XX.4/0. Apresenta elevada resistência mecânica e tenacidade no núcleo.13/0. Maior custo.7 C 0.3) DEMAIS COMPONENTES: Os demais componentes não apresentam elevados requisitos.13/0. embora reduza a dureza e a resistência ao desgaste. por serem mais duros.18 0.75 0.4 1.4/1. melhorara a tenacidade da camada. Elementos de ligam melhora a temperabilidade do material.8 0.VI – Composição química típica dos aços para cementação.17/0. associado à presença de carbono.00 3.2/0. Maior dificuldade de fabricação.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 70 c) AÇOS DE MÉDIA LIGA: • • • • • • • • • • • • Apresentam teor de elemento de liga acima de 2%. apresentam maior resistência ao desgaste. 43XX.2/0. Aplicações típicas = são as mesmas dos aços de baixa liga. molibdênio e manganês. como mostrado na tabela a seguir. .17/0. Tabela 7.40 0. Os carbonetos complexos.75 0. podendo ser utilizado aços ao carbono.18 0. bem como permitir a formação de carbonetos mais complexos.6 0.25/3.4/0.5/0.08/0.035 0.22 0.20 0. Os elementos de liga podem aumentar a dureza da camada cementada por permitir o aumento do teor de carbono nesta região. em condições mais severas. com alto teor de liga. A presença de elementos de liga favorece a formação de austenita retida na camada que.13 0.6 Mo 0.3 3.65/2.18/0. Aplicação típica em peças cementadas com maiores seções.23 Mn Cr 1.25/3. quando comparado com o carboneto de ferro (cementita – Fe3C). Típico das classes ABNT 33XX. Aço de elevada temperabilidade. 1060 4130 4140 4340 4350 8630/40 4) TRATAMENTOS TÉRMICOS: Os tratamentos mais usuais realizados nos componentes de um molde são: 4.2) CEMENTAÇÃO: Aplicado quando se deseja resistência ao desgaste. Fabricações de componentes mecânicos e peças de uso geral. tipos e aplicações. Aços de baixa temperabilidade. para garantir a rigidez necessária ao componente. apresentam as seguintes características: . que adquire elevada dureza após a tempera. Aço de média temperabilidade.1) TEMPERA E REVENIMENTO: Aplicado quanto se deseja tanto elevada dureza. como também elevada resistência mecânica. sob tensões dinâmicas. TIPO DE AÇO 1045 APLICAÇÃO Aço de baixa temperabilidade e tenacidade.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 71 Tabela 7. como rolos corrugados. como eixos e tirantes. 4. resistência e tenacidade. evitando que não se deforme quando da aplicação da forças envolvidas no processo.3) REVESTIMENTOS SUPERFICIAIS: No sentido de melhorar a resistência ao desgaste pode ser realizado um trabalho de engenharia de superfície sobre as peças. Fabricação de peças que necessitam de boa resistência ao desgaste. associado a um núcleo relativamente dúctil. como bielas. Aço de média temperabilidade e alta resistência mecânica após TT. Fabricação de peças de dimensões médias. aplicando-se uma camada superficial dura. eixos e virabrequins. resistência e tenacidade após TT. 4. Atinge média dureza. para aumento da resistência ao desgaste. Aço de alta temperabilidade. Aços de média temperabilidade. Fabricação de peças de dimensões média com boa soldabilidade submetidas a alta pressão. resistência e tenacidade após TT. associado a camada externa rica em carbono. que atinge média dureza. Combina média resistência com elevada tenacidade após TT. que atinge média resistência após TT.VII – Aços ao carbono. Fabricação de peças de menor tamanho e que exigem boa soldabilidade. principalmente a compressão. Fabricação de peças de grande porte que necessitam boa resistência mecânica e soldabilidade. de uma forma geral. Atinge elevada dureza. Fabricação de rolamentos e engrenagens de maior tamanho. Estes revestimentos. Atinge elevada dureza e resistência após TT. Possuem um baixo coeficiente de atrito. Os processos de engenharia de superfície são divididos em dois grandes grupos: • • CVD = Chemical Vapor Deposition – Deposição química de vapor. Muito finos. Portanto pode ser aplicado sobre uma série de aços ligados já temperados. típica em processos como cementação e nitretação. Nitreto de titânio alumínio (AlTiC). O processo CVD consiste num método de síntese na qual os constituintes de fase vapor reagem para formar uma camada sólida em uma superfície. Este processo consiste numa deposição de camada e não numa difusão. Elevada dureza e ductilidade. Resistem ao caldeamento a frio. etc Cada um destes substratos tem características diferentes. provocando seu amolecimento e a perda da resistência ao desgaste e do corte. . através de uma reação química. como pode ser observado a partir da tabela a seguir. Carbonitreto de titânio (TiNC).UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 72 • • • • • • Apresentam uma grande resistência a abrasão. O processo de CVD consiste numa deposição de camada sobre a superfície através de uma atmosfera de plasma ou iônica. Os tipos de substratos depositados podem ser: • • • • • • Nitreto de titânio (TiN) Nitreto de alumínio (AlN) Nitreto de cromo (CrN). Sua utilização é restrita a ferramentas de metal duro pois sua temperatura de aplicação (850 a 1000 o C) são superiores a temperaturas de revenidos de qualquer aço rápido ou aço ferramenta. realizado a baixa temperatura (200/600 oC). Certa resistência a oxidação e corrosão. Carbonitreto de cromo (CrNC). sem perdas de dureza ou sem grandes distorções dimensionais da peça. PVD = Physical Vapor Deposition – Deposição física de vapor. como mostrado na figura a seguir.VIII – Características de camadas aplicadas através do processo PVD. mandrilhamento.05) TEMPERATURA DE OXIDAÇÃO (oC) TEMPERATURA DE REVESTIMENTO (oC) ESPESSURA DA CAMADA (microns) COLORAÇÃO TiN 2500 550 200/500 TiNC 2700 450 200/500 CrN 2300 650 200/500 AlTiN 2600 800 200/500 1a4 Dourado 1a4 Cinza escuro 3 a 12 Cinza metálico 1 a 10 Cinza antracito Em função da características do revestimento.3) ENGENHARIA DE SUPERFÍCIE: Consiste em se aplicar inicialmente uma nitretação (camada de difusão) seguida de um revestimento (camada de deposição). são sugeridas aplicações nos seguintes tipos de itens: • • • FERRAMENTAS DE USINAGEM = para utilização em operações de torneamento. onde se consegue excelente combinação de resultados e a promoção sensível da resistência ao desgaste.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 73 Tabela 7. FERRAMENTAS DE CONFORMAÇÃO = punção e matrizes de estampagem. CARACTERÍSTICA DUREZA (HV 0.IX – Recomendação de camadas em função do tipo de operação. fresamento. . FERRAMENTAS DE CORTE = punções e matrizes de corte. etc. tesouras. brochamento e plainamento. MATERIAL Aço não-ligado Aço ligado Aço inoxidável Ferro fundido Alumínio forjado Alumínio fundido Cobre Latão Bronze TIPO DE CAMADA TiN TiCN TiN TiCN TiN TiCN TiAlN TiAlN TiAlN CrN CrN CrN 4. furação. Tabela 7. CAMADA DE DIFUSÃO = promove uma boa transição entre as camadas muito duras externas e o núcleo. CAMADA DEPOSITADA 5 a 20 mi – 1000 a 3000 HV CAMADA BRANCA 10 a 30 mi . .UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 74 AÇOS RESISTENTES AO DESGASTE ENGENHARIA DE SUPERFÍCIE PASSO I Aço ligado. Dá suporte a camada depositada. temperado (1000/1200 oC) e revenido (550/600oC) PASSO II Nitretação a plasma (550oC camada de difusão). NÚCLEO = deve ter boa resistência à compressão para resistir a deformação e o lascamento das camadas duras externas. CAMADA BRANCA = dura e resistente ao desgaste. mas muito frágil.800/1000 HV CAMADA DE DIFUSÃO 200 a 500 mi – 500 a 1000 HV NÚCLEO 500 a 800 HV CAMADA DE DEPOSIÇÃO = muito dura e resistente ao desgaste. Figura 7.2 – Engenharia de superfície. PASSO III Aplicação de PVD (550oC camada de deposição). Horácio – Fundamentos da conformação – Edit. 04) MEYERS.UDESC – CCT – DEM PROCESSOS DE ESTAMPAGEM ANDRÉ OLAH NETO 75 BIBLIOGRAFIA 01) CINTRA. 07) PROVENZA. 06) BRESCIANI Filho. CHAMLA. Klaus – Técnica da conformação – Ed. E. Polígono. Unicamp. et all – Conformação de metais – Fundamentos e aplicações – EESC –São Carlos/SP – 1999. Paulo R. Artliber – São Paulo – 2005. 03) GRUNNING. Jorge – Estampagem de aços – 02) CETLIN. T.. et all – Conformação Plástica dos Metais – Ed. Helman. . Krishan – Princípios da metalurgia mecânica 05) ALTAN. Pro-tec – Centro Escolar e Editorial Ltda. FRANCESCO – Estampos – Ed. Marc. Campinas/SP. 1997.