Processos de Conformaýýo Mecýnica ý Aula 06

Prévia do material em texto

Processos de Conformação 
Mecânica – Aula 06 
Conformação de chapas 
Prof. Leandro E. Falqueto 
E-mail: leandro.falqueto@hotmail.com 
1. Introdução 
• A fabricação de peças a partir de chapas finas, em uma ou 
mais etapas, é denominada estampagem ou conformação de 
chapas. 
• Nesse processo é possível obter várias formas do produto 
final. 
• Normalmente se parte de um elemento primário (blank) com 
geometria específica (desenho) para facilitar e garantir a 
completa execução. 
• O blank ideal é aquele que não gera refugos após a 
conformação e pode ter qualquer forma. 
2. Operações para conformação de chapas 
2.1. Corte 
• Corte é uma operação utilizada, normalmente, para 
preparação do blank. 
• Nesta etapa, a chapa é posicionada na matriz, fixada por um 
dispositivo fixador e, em seguida, sofre ação de um punção 
para realizar o corte por cisalhamento. 
– A matriz de corte deve possuir o furo do desenho do blank e suas 
arestas devem apresentar cantos vivos para facilitar o cisalhamento. 
 
• A folga entre a matriz e o punção varia em função da 
espessura da chapa, mas a tensão de cisalhamento também 
influência nesse parâmetro. 
– Quando a folga é muito grande, a chapa tende a dobrar-se sobre a 
matriz e estirar-se até romper. 
– Desse modo, o esforço de corte eleva-se consideravelmente, já que a 
ruptura ocorrerá por esforços trativos com σ = 2τ. 
– Por outro lado, se a folga for muito pequena, existe grandes chances 
de ocorrer quebra da matriz. 
− Para evitar problemas dessa 
natureza, recomenda-se que a 
folga seja ajustada entre 0,1 e 0,2 
vezes a espessura da chapa. 
Folga excessiva 
Folga insuficiente 
Folga adequada 
• Podem ser fabricados blanks do tipo vazado ou não vazado, 
como apresentado abaixo. 
• A fabricação de blanks não vazados é feita em uma única 
etapa. 
– Após a fixação da chapa na matriz, esta é cisalhada por um punção 
com formato do blank. 
– O projeto da pré-forma deve ser muito bem realizado, de forma a 
evitar refugos. 
• Já a fabricação dos blanks vazados, é feita em duas etapas. 
– O furo central produzido na primeira etapa. 
– E, após o deslocamento da chapa para a matriz correta, é realizado o 
corte do perímetro exterior numa segunda etapa. 
• Por isso, na produção de blanks vazados, deve haver 
sincronismo entre as etapas de produção. 
Vídeo 
• Os esforços para o corte de blanks podem ser estimado 
facilmente, considerando que a tensão de cisalhamento (τ) 
tem valor aproximadamente igual à metade da tensão normal 
de ruptura do material (σR). 
• Se a folga entre a matriz e o punção estiver corretamente 
especificada, o esforço de corte (P) pode ser estimado. 
• c é o comprimento ou perímetro 
de corte. 
• e é a espessura da chapa. 
2.2. Dobramento 
• O dobramento é uma operação unitária para produzir 
curvaturas regulares em chapas, transformando segmentos 
retos em curvos. 
• Nesta operação podem ser utilizados os processos de 
calandragem, dobramento wiper ou dobramento wrap. 
Vídeo 
2.2.1. Calandragem 
• É o dobramento feito entre três rolos, sendo dois fixos e um 
móvel. 
• O raio de curvatura é dado em função da distância entre os 
rolos inferiores e o posicionamento do rolo superior, que 
exerce a carga necessária à flexão. 
Vídeo 
2.2.2. Dobramento Wiper (alisamento) 
• A chapa é fixada ao bloco de modelar pelo fixador (f) e o 
rolete modelador, em contato com a chapa, impõe à mesma a 
curvatura do bloco modelador. 
– O raio de curvatura do bloco é normalmente variável e a carga (P) do 
rolete pode ser contínua ou intermitente (martelamento). 
• Este processo é utilizado para produção de segmentos curvos, 
onde são exigidos raios com curvatura variável. 
2.2.3. Dobramento Wrap (embrulho) 
• É normalmente utilizado para formação de bobinas de chapa 
oriundas do processo de laminação. 
• Neste caso, a chapa é fixada ao cilindro por um fixador interno 
(f) e, a medida que o cilindro gira, a bobina vai sendo 
formada. 
• O tracionamento é indispensável para evitar o enrugamento 
na parte interior da chapa. 
2.2.4. Efeito mola no dobramento 
• Durante o dobramento de uma placa, regiões distintas surgem 
na seção longitudinal: 
– Duas regiões deformada plasticamente (bordas da placa); 
– Outra deformada elasticamente (região central da placa). 
• É possível notar pela figura que a deformação acima da linha 
neutra (LN) é causada por tensões trativas e, abaixo de LN, 
por tensões compressivas. 
 
• A região deformada elasticamente tenderia a recuperar 
totalmente a deformação, mas é impedida pela região 
deformada plasticamente. 
– Em outras palavras, o gradiente de deformação plástica é atenuado 
pela recuperação elástica, produzindo uma recuperação parcial do 
dobramento. 
– Esse efeito é conhecido como efeito mola. 
• O efeito mola (R), numa chapa que foi dobrada, pode ser 
definido pela razão entre os ângulos de dobramento final (αF) 
e inicial (α0). 
2.3. Estiramento 
• O estiramento é utilizado para fabricação de peças com 
curvatura de raio variada ou peças de dupla curvatura, como 
perfis aerodinâmicos. 
• Nesse processo, a placa é presa pelas extremidades e o bloco 
de modelar (molde) é acionado para cima, gerando tensões 
unicamente trativas ao longo da seção longitudinal. 
– Desse modo a placa é estirada. 
• Como a placa é deformada por tensões trativas e por 
apresentar gradientes mais uniformes, o efeito mola é 
praticamente inexistente nesse processo. 
2.4. Embutimento 
• O embutimento é empregado para transformar chapas planas 
em peças tridimensionais de formas variadas. 
– Por exemplo: copos, cápsulas, componentes de tancagem, 
componentes de carrocerias de automóveis e embalagens metálicas 
(latas) em geral. 
• Nesse processo, o blank é fixado por um anel, que exerce uma 
certa pressão sobre a chapa, evitando, também, a formação 
de rugas. 
Vídeo 
2.4.1. Deformações e tensões durante o 
embutimento 
• Nesse processo, a peça é produzida por meio de dobramentos 
e estiramentos sucessivos, que geram esforços trativos e 
compressivos em todos os seus elementos de volume, nas 
três direções principais. 
• A região do centro do blank é acomodado em torno do perfil 
do punção e tem sua espessura reduzida. 
• Todo o material do blank é deformado radialmente 
(“puxado”) para o interior da matriz. 
– Enquanto isso ocorre, a circunferência externa deve decrescer 
continuamente, o que indica a presença de um esforço circunferencial 
compressivo na orla do blank. 
– Com isso, o material dessa região deveria sofrer um enrugamento, 
porém, o anel compressor impede que isso aconteça, fazendo com 
que haja um aumento de espessura nessa região. 
• A medida que o punção desce, o material é tracionado para o 
interior da matriz. 
• Ao ultrapassar o raio da matriz, ele sofre um dobramento e 
tem sua espessura reduzida ao entrar na matriz. 
σN= Tensão Normal 
σC = Tensão compressiva 
σR = Tensão radial 
2.4.2. Esforços no embutimento 
• A força necessária para produzir um copo por embutimento é 
dada pela soma da: 
– Força ideal de deformação: 
• A força ideal de deformação aumenta continuamente com o curso, pois a 
deformação é crescente, causando encruamento do material. 
– Força de atrito: 
• A pressão no anel de fixação é a maior responsável pela força de atrito. 
• Esta componente atinge rapidamente um máximo e diminui com o 
aumento do curso, pois a área do blank sob o anel decresce 
continuamente. 
– Força necessária para produzir a uniformização de espessura (caso 
exista) 
• Quando for necessária uma força para uniformizar a espessura, ela será 
solicitada no fim do processo, depois da parede do copo ter atingidoa 
espessura máxima. 
2.4.3. Expansão de copo 
• Uma vez que a redução máxima do embutimento é da ordem 
de 50%, é necessário empregar operações sucessivas de 
estampagem caso se queira produzir peças altas e delgadas. 
• A operação empregada para transformar uma peça 
estampada em outra de diâmetro menor e altura maior é 
conhecida por expansão de copo. 
• Existem dois métodos básicos de expansão de copo: 
– Expansão direta ou regular; 
– Expansão indireta ou invertida. 
• Expansão direta: 
– A superfície externa original do copo permanece sendo a superfície 
externa da peça expandida. 
– Pode-se utilizar essa expansão com o auxílio de um anel de fixação, 
mas, nesse caso, o material é dobrado duas vezes e apresenta alto 
encruamento. 
 
 
– A fim de reduzir o encruamento do caso anterior, pode-se utilizar uma 
matriz cônica. 
– Embora o metal ainda sofra a mesma quantidade de dobramentos, o 
ângulo é inferior a 90 °. 
– Esse método implica, também, em menores cargas de punção. 
– A desvantagem está na fabricação do copo do primeiro estágio, que 
não é simples. 
• Expansão indireta ou inversa: 
– O copo é estampado de maneira inversa, de modo que a sua superfície 
externa venha a ser a superfície interna da nova peça. 
– Nesse caso, o dobramento ocorre sempre na mesma direção, o que 
propicia menor encruamento que o processo direto. 
3. Outros processos de conformação de chapas 
3.1. Repuxamento 
• O repuxamento é o processo mais simples dentre os 
processos de conformação de chapas empregados para 
fabricação de peças de simetria circular. 
• Antenas parabólicas, calotas, fundos de cilindros de gases ou 
tanques de pressão são alguns dos produtos que podem ser 
fabricados pelo repuxamento. 
• Apesar de existir um equipamento específico, é normal a 
utilização de um torno para substituí-lo. 
• O repuxamento é caracterizado por baixa produtividade. 
• Nesse processo, o blank é fixado em um bloco de modelar 
giratório. 
• Após a fixação, uma ferramenta é pressionada sobre a placa e 
essa se molda gradativamente ao girar. 
Vídeo 
3.2. Processo Guerin 
• Esse processo é uma boa alternativa quando se necessita de 
uniformidade de pressão. 
• Nele, as ferramentas tradicionais (punção e matriz) são 
substituídas por uma almofada de borracha e um bloco de 
modelar. 
• Quando o material é colocado sobre o molde e sofre a ação 
do punção, a almofada exerce sobre ele uma pressão quase-
hidrostática, aproximadamente uniforme. 
 
3.3. Conformação por explosão 
• Nesse processo, a conformação das chapas é produzida por 
ondas de choque transmitidas por meio de um fluido. 
• O bloco modelador e a chapa são imersos em um tanque com 
fluido (normalmente água) junto a um explosivo. 
• Ao acionar o explosivo, este transmite uma onda de choque à 
placa que se molda e ganha a forma do bloco modelador. 
• A grande vantagem deste processo é a uniformidade de 
tensões de conformação agindo como um punção sem atrito. 
• Ou seja, durante a conformação, todos os pontos da placa 
estarão sujeitos a uma mesma pressão. 
– A variação de pressão hidrostática com a altura são negligenciáveis, 
considerando-se o alto valor da distorção produzido pela explosão. 
4. Estampabilidade e limites de conformação 
• As chapas empregadas nesses processos são caracterizadas 
pela sua capacidade de dobrar-se e estirar-se em direções 
diferentes. 
• Essa matériaprima (principalmente a ferrosa) é fabricada por 
laminação a quente, logo, ela não exibe anisotropia após a 
fabricação. 
• Como a anisotropia é uma condição desejável, pelo menos 
um passe com deformação a frio, com redução de 1 a 2 %, é 
feito para o ajuste dimensional do laminado, gerando, 
também, um pequeno grau de anisotropia. 
 
• Esse grau pode ser medido através do fator R, dado pela razão 
entre a espessura e a largura de uma placa. 
• R mede, na verdade, a anisotropia normal ao plano da chapa. 
– Um alto valor de R significa que a chapa oferece uma grande 
resistência para se deformar na direção da espessura. 
• w0 é a largura da chapa inicial. 
• w é a largura da chapa final. 
• h0 é a altura da chapa inicial. 
• h é a altura da chapa final. 
• Como R mede o grau de anisotropia em apenas uma direção, 
fica evidente que este não é um fator adequado para se 
avaliar o grau de anisotropia de uma chapa laminada em 
relação às diferentes direções do plano de laminação. 
• Assim, para se avaliar a anisotropia plana de um laminado, 
deve ser utilizado um outro parâmetro, Ṝ, que é a média dos 
parâmetros R tomados ao longo de direções que formam 
ângulos de 0, 45 e 90° em relação à direção de laminação da 
chapa. 
• O efeito da anisotropia pode ser visualizado através de um 
mapa de escoamento. 
– No estado plano de tensão, o escoamento anisotrópico acarreta 
distorções na elipse de escoamento de um material ideal, considerado 
isotrópico (R=1). 
4.1. Ensaios de embutimento 
• Os ensaios de embutimento têm por objetivo avaliar a 
estampabilidade de chapas e/ou tiras metálicas. 
• Eles relacionam características mecânicas e estruturais da 
peça com as máximas deformações possíveis de serem 
realizadas sem que ocorra a ruptura. 
• Existem diversos tipos de ensaios para esse tipo de avaliação. 
• Um exemplo é o ensaio de Erichsen: 
– Consiste na deformação de um blank preso em uma matriz com um 
punção de geometria esférica. 
– Mede-se a máxima penetração do punção para a qual não tenha 
ocorrido ruptura do blank. 
 
Vídeo