PROJETO DE DISPOSITIVOS E FERRAMENTAS

Prévia do material em texto

0 
 
 
 
 
 
PROJETO DE 
DISPOSITIVOS E 
FERRAMENTAS 
 
CURSO PROCESSO DE PRODUÇÃO 
3º SEMESTRE 
 
 
 
Profº Panesi 
 
São Paulo 2010 
 
1 
 
Sumário 
AULA 1 ........................................................................................................................................... 2 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA POR ESTAMPAGEM ..................................................................... 2 
Corte .......................................................................................................................................... 2 
Corte e furo progressivo............................................................................................................ 2 
Produto final .............................................................................................................................. 3 
Dobra ......................................................................................................................................... 3 
Repuxo....................................................................................................................................... 4 
CHAPAS ...................................................................................................................................... 4 
CORTE E PUNCIONAMENTO ...................................................................................................... 6 
CLASSIFICAÇÃO DAS FERRAMENTAS ......................................................................................... 6 
Conjunto Superior ..................................................................................................................... 8 
Conjunto Inferior ....................................................................................................................... 9 
Placa-guia .................................................................................................................................. 9 
FORÇA DE CORTE (FC) ............................................................................................................. 10 
COMO DIMINUIR A FORÇA DE CORTE (FC) ............................................................................. 13 
LAYOUT DE TIRA ...................................................................................................................... 13 
FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ ........................................................................................... 16 
AULA 2 ......................................................................................................................................... 18 
DIMENSIONAMENTOS DOS COMPONENTES .......................................................................... 18 
DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO SUPERIOR .................................................................... 18 
ESPIGA ..................................................................................................................................... 18 
PLACA SUPERIOR ..................................................................................................................... 19 
PLACA DE CHOQUE .................................................................................................................. 19 
PLACA PORTA PUNÇÕES .......................................................................................................... 20 
PUNÇÃO .................................................................................................................................. 20 
DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO INFERIOR ..................................................................... 23 
MATRIZ ................................................................................................................................ 23 
Placa-guia ............................................................................................................................ 25 
Guias laterais ....................................................................................................................... 26 
Placa-base ........................................................................................................................... 26 
PARAFUSOS E PINOS ........................................................................................................... 27 
EXERCÍCIOS .............................................................................................................................. 27 
 
 
2 
 
AULA 1 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA POR ESTAMPAGEM 
 
Estampagem é o processo de fabricação que transforma chapas metálicas 
planas em objetos com forma geométrica própria e definida. Os processos de 
estampagem se dividem em: 
 
Corte 
 
 
Corte e furo progressivo 
 
Etapa 1: furo 
 
 
Etapa 2: corte 
 
3 
 
 
 
Produto final 
 
 
Dobra 
 
 
 
 
4 
 
Repuxo 
 
 
 
Normalmente as operações de corte e dobra são feitas a frio e repuxo é feita a 
quente. O processo é realizado por meio de máquinas denominadas de 
prensas. 
 
 
 
 
CHAPAS 
 
As chapas são os materiais destinados a obterem o produto final a produzir. No 
mercado são encontradas de acordo com a tabela 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
Tabela 1. Chapa de aço carbono 
 
 
 
 
 
6 
 
CORTE E PUNCIONAMENTO 
 
Entende-se por corte o desmembramento de um material em partes por 
intermédio de um punção. Assim costuma-se dizer que corte e puncionamento 
são as mesmas palavras utilizadas no processo de estampagem. 
 
CLASSIFICAÇÃO DAS FERRAMENTAS 
 
As ferramentas utilizadas no processo de estampagem são conhecidas como 
estampos e são classificadas de acordo com: 
• A função (pelas operações que executam tais como cortar, dobrar, 
repuxar, furar, etc). 
• Os recursos técnicos (pela existência ou não de guias para chapa, guia 
para os punções, guias para o cabeçote, faca de avanço, etc). 
• A produção (pequena média ou grande). 
 
De modo geral, os estampos de corte são formados por cinco conjuntos de 
peças: 
• Conjunto superior; 
• Conjunto inferior; 
• Elementos normalizados; 
• Elementos de fixação; 
• Dispositivos de alimentação automática. 
Observe a figura abaixo à ferramenta e seus respectivos elementos. 
 
7 
 
 
 
Durante o processo, o material é cortado de acordo com as medidas das peças 
a serem estampadas, a que se dá o nome de tira. Quando cortamos numa tira 
de material as formas de que necessitamos, a parte útil obtida recebe o nome 
de peça. O restante de material que sobra chama-se retalho, como na figura a 
seguir. 
 
 
 
8 
 
 
 
 
Conjunto Superior 
 
O conjunto superior é a parte móvel do estampo. É fixada à máquina, realiza 
movimentos de “sobe-desce” e apresenta os seguintes componentes: espiga, 
placa superior, placa de choque, placa porta-punções , punções e faca de 
avanço. 
 
 
Espiga é uma peça geralmente cilíndrica de aço 1020 a 1045 que, introduzida 
e presa no alojamento do cabeçote da prensa, sustenta o conjunto superior. 
 
 
9 
 
 
 
Conjunto Inferior 
 
O conjunto inferior é a parte imóvel do estampo. É fixada à máquina e 
apresenta os seguintes componentes: placa-guia, guias laterais, placa-matriz e 
placa-base. 
 
 
Placa-guia 
É uma placa de aço 1020 a 1045 que tem a função de guiar os punções e 
pilotos centradores nas cavidades cortantes da matriz. A espessura da guia 
varia conforme o tamanho do estampo, o curso e a função dos punções, em 
 
10 
 
um projeto simples pode seguir as mesmas dimensões da matriz, observe a 
figura a seguir.Os principais parâmetros a serem considerados nas operações de corte e 
furações por estampagem são: 
• Forças envolvidas na operação de corte 
• Aproveitamento máximo da chapa (layout de tira) 
• Folgas entre punção (macho) e matriz 
• Dimensionamento da matriz 
 
FORÇA DE CORTE (FC) 
 
A força de corte depende basicamente do material que se vai cortar, das 
dimensões do corte e da espessura da chapa e pode ser determinada através 
da seguinte expressão: 
 
FC = Pe. e . admcisal 
Onde: 
Pe = perímetro de corte; 
e = espessura da chapa; 
admcisal = tensão admissível de cisalhamento do material da chapa(ver tab. 2) 
 
 
11 
 
A força de corte é o que define praticamente a capacidade da prensa a ser 
utilizada, nesse caso é recomendável acrescentar 15% a mais no valor da força 
de corte encontrada no cálculo. As capacidades em tonelagem das prensas 
excêntricas obedecem a um padrão de produção e as mais comuns são: 3-5-8-
12-18-25-30-40-50-60-80-100-120-160-200. 
 
Tabela 2. Valores de tensão admissível a cisalhamento para aços carbono 
Aços 
com 
teores 
em%C 
0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 1,00 
admcisal 
(kg/mm2) 
25 a 
32 
28 a 
35 
32 a 
40 
36 a 
48 
45 a 
55 
48 a 
58 
55 a 
70 
60 a 
85 
72 a 
90 
80 a 
100 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
Tabela 3. Valores de tensões para diversos materiais 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
COMO DIMINUIR A FORÇA DE CORTE (FC) 
 
Há algumas vantagens em diminuir a força de corte no momento da atuação 
dos punções como, por exemplo, a diminuição das dimensões de alguns 
componentes do estampo como também a seleção de uma prensa de 
capacidade menor. Um dos métodos mais utilizados é inclinar o fio de corte do 
punção em 1mm como indica a figura abaixo. 
 
O cálculo nesse caso fica 
 
Fcdiminuido = Fc 
𝑒
𝑒+1
 
 
 
LAYOUT DE TIRA 
 
O estudo econômico, também chamado de layout de tira, é o estudo que 
proporciona o aproveitamento máximo da chapa ou, em outras palavras, a 
obtenção da maior quantidade de peças em uma mesma chapa. Este estudo 
visa encontrar a melhor distribuição das peças na chapa bem como calcular as 
distâncias ótimas entre as várias peças. As distâncias mínimas necessárias 
para um corte eficiente e correto são apresentadas na tabela 3 e da Figura 
abaixo. 
 
 
 
14 
 
 
 
 
 
Tabela 3. Estudo da tira 
 
 
 
Consideremos a peça com área S mostrada na Figura abaixo a ser produzida a 
partir de uma tira de comprimento L e largura LT 
 
 
15 
 
 
 
O objetivo nesse caso é posicionar a peça no espaço da tira de modo a perder 
o mínimo de material possível da chapa. Assim teremos que calcular a perda 
para cada posicionamento ou disposição da peça como indica os exemplos a 
seguir. 
 
 
1ª disposição 
 
 
Determinação da largura da tira LT: 
LT = Y + 2B + D 
Y = medida A na tabela 3; 
D = largura da faca de avanço; 
B = distância entre a peça e a tira 
 
O passo P corresponde a distância em que a tira se desloca representando 
praticamente ao comprimento da faca de avanço. O passo P pode ser 
determinado por: 
 
P = X + C 
 
 
 
 
16 
 
2ª disposição 
 
 
Determinação da largura da tira LT: 
LT = Y + 2B + D 
 
Determinação do passo P: 
P = X + Z + 2C 
 
O número de peças n para cada situação será: 
 
𝑛 =
𝐿 − 𝑎
𝑃
+ 1 
L corresponde ao comprimento da chapa original 2m x1m 
O rendimento  para cada situação é: 
 
  =
𝑛. 𝑆
𝐿. 𝐿𝑇
𝑥100 
 
O passo P calculado nos exemplos anteriores serve para confeccionar a faca 
de avanço de largura D para estampos progressivos como indicado na figura 
do estampo superior. É o avanço que faz a tira de chapa se deslocar em cada 
golpe da prensa, isto é, em cada peça ou grupo de peças cortadas. 
 
 
FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ 
 
É de bom senso deixarmos uma certa folga entre o punção e a matriz para 
obtermos um produto de qualidade e melhor aproveitamento do material. 
Normalmente a peça cortada terá as dimensões da matriz e o furo deixado no 
 
17 
 
material tem as dimensões do punção e dependerá exclusivamente da 
espessura e tipo do material. De acordo com o tipo de material teremos as 
seguintes relações: 
 
Para aço doce e latão: F = e/20 
Para aço meio duro: F = e/16 
Para aço duro: F = e/14 
 
Exemplo: 
Deseja-se cortar discos com diâmetro de 50mm com uma chapa com 3mm de 
espessura feita de aço meio duro. Qual seria o diâmetro do punção e matriz 
nesse caso? 
 
Para aço meio duro: F = e/16 
F= 3/16 = 0,18 
Diâmetro do punção: 50 – 0,18 = 49,82mm 
Diâmetro da matriz ficará com o nominal de 50mm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
AULA 2 
DIMENSIONAMENTOS DOS COMPONENTES 
 
DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO SUPERIOR 
 
ESPIGA 
 
Normalmente para dimensionarmos a espiga partimos pelo cálculo do diâmetro 
de sua rosca dado por: 
 
𝐷1 = √
𝐹𝑒. 4
6. 𝜋
2
 𝑚𝑚 
Onde: 
Fe = força de extração (10% da força de corte) 
A sua construção é dada pela tabela dimensional a seguir 
 
 
 
 
 
 
19 
 
PLACA SUPERIOR 
 
Placa superior é uma placa de aço 1020 a 1045 que tem por finalidade fixar a 
espiga e unir, por meio de parafusos, a placa de choque e a placa porta-
punção. 
 
 
 
Adotar como espessura mínima de 0,8 da espessura da matriz 
 
PLACA DE CHOQUE 
 
É uma placa de aço 1060 a 1070, temperada e retificada, que tem a função de 
receber choques produzidos pelas cabeças dos punções no momento em que 
eles furam ou cortam a chapa, evitando sua penetração na placa superior. 
A espessura da placa de choque não pode ser menor que cinco milímetros e 
varia conforme o material a ser cortado. 
 
 
20 
 
PLACA PORTA PUNÇÕES 
 
É uma placa de aço 1020 a 1045 situada logo abaixo da placa de choque ou da 
placa superior. É fixada por parafusos e tem como função sustentar punções, 
cortadores, cunhas e pode ter as mesmas dimensões da matriz. 
 
 
Adotar como espessura a mesma da placa superior 
 
 
PUNÇÃO 
 
Punção é uma peça de aço com elevado teor de carbono (aço rápido) 
temperada e revenida, que faz o corte quando é introduzido nas cavidades da 
placa-matriz, dando forma ao produto. A figura abaixo apresenta os diversos 
formatos de punções. 
 
 
 
 
21 
 
O punção e comprimido axialmente, é necessário, portanto, que seja 
dimensionado de modo a resistir aos esforços de compressão. Sendo o 
punção um elemento esbelto e carregado axialmente, pode flambar. Para evitar 
este inconveniente, limita-se o comprimento do punção ao valor dado pela 
formula: 
 
𝐿 =
√9,85. 𝐸. 𝐽
𝐹𝐶
2
 𝑚𝑚 
Onde: 
E = módulo de elasticidade (para aço E= 22000 kgf/mm2) 
J = momento de inércia 
Fc = força de corte 
Para sabermos se o punção irá flambar é necessário determinar o índice de 
esbeltez dado por 
 
= 
𝐿
𝑅
 
Onde 
R = raio de giração 
Se   100mm o fenômeno de flambagem irá preocupar 
O comprimento real dos punções usualmente ficam entre 50 a 80mm 
 
É importante também saber se o punção resistirá a deformação de 
compressão, ou seja, é necessário conhecermos a tensão admissível de 
compressão do material do punção e aplicar a seguinte expressão: 
 
𝜎 = 
𝐹𝑐
á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑜 𝑝𝑢𝑛çã𝑜Se o valor da tensão encontrada for maior que a tensão admissível do material 
então é necessário rever as suas principais dimensões. 
 
 
 
 
22 
 
Tabela 4- momento de inércia para diversas geometrias 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO INFERIOR 
 
O conjunto inferior é a parte imóvel do estampo. É fixada à máquina e 
apresenta os seguintes componentes: placa-guia, guias laterais, placa-matriz e 
placa-base. 
 
MATRIZ 
 
A matriz é uma placa de aço com elevado teor de carbono, temperada, 
revenida e retificada, com cavidades que têm a mesma secção dos punções. A 
placa matriz, tem a função de reproduzir peças pela ação dos punções. 
 
24 
 
Observe que a matriz apresenta, nas arestas internas de corte, uma parte 
cônica (ângulo de saída de 0,5 a 15°) para facilitar a passagem da peça ou do 
retalho. 
 
 
 
 
Para as distâncias entre os furos de parafusos, pinos de guia e arestas de 
corte, as diferentes distâncias entre elementos da matriz conforme desenhos 
abaixo. 
 
 
M = 1,5 . Diam paraf 
N = 2 . Diam paraf 
 
 
25 
 
Espessura da matriz (emat): 
 
 emat = √𝐹𝐶
3
 
 
Comprimento da matriz: 
 
Cm = (P.N° de passos) + (2 . Y) 
Y = 1,2 . emat 
 
Largura da matriz (Lmat): 
Lmat = LT + (2 . Y) 
 
 
 
Placa-guia é uma placa de aço 1020 a 1045 que tem a função de guiar os 
punções e pilotos centradores nas cavidades cortantes da matriz. A espessura 
da guia varia conforme o tamanho do estampo, o curso e a função dos 
punções, em um projeto simples pode seguir as mesmas dimensões da matriz, 
observe a figura a seguir. 
 
 
26 
 
 
 
Guias laterais são duas peças de aço 1040 a 1060 colocadas na lateral da 
placa-matriz. Podem ser temperadas e revenidas. Sua função é guiar a tira de 
material a ser cortado. 
 
 
 
Placa-base é uma placa que serve de apoio à placa-matriz e fixada a ela por 
meio de parafusos e pinos de guia. É construída em aço 1020 a 1045 ou ferro 
fundido 26FF. 
Quando a peça já cortada sai pela parte inferior da matriz, a placa-base tem 
sempre uma cavidade com dimensão maior para facilitar a saída, conforme 
figura a seguir. 
 
27 
 
 
 
 
PARAFUSOS E PINOS 
 
Os parafusos e pinos são utilizados para fixar o conjunto superior e o conjunto 
inferior. O diâmetro dos pinos deve ser igual ao diâmetro dos parafusos 
calculados por: 
 
𝑑 = 
√
(
𝐹𝑒
𝑛º𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑢𝑠𝑜𝑠) . 4
4,5. 𝜋
 
 
Fe = força de extração (10% da força de corte) 
 
 
EXERCÍCIOS 
 
1- Explique o que é faca de avanço 
2- Determinar a força de corte e selecione a prensa ideal para a confecção 
da peça abaixo: 
 
 
28 
 
 
Material da peça: aço 1040 
Espessura: 2mm 
 
3- Determine a folga entre o punção e a matriz para confeccionar a 
seguinte peça: 
 
 
Material da peça: aço 1020 
Espessura: 1,4mm 
 
4- Verificar se o punção para confeccionar a peça do problema 3 corre o 
risco de sofrer flambagem e/ou compressão. 
5- Esboce as dimensões da espiga que faz parte do estampo para 
confeccionar a peça do problema 2. 
6- Calcule as dimensões da matriz para confeccionar a peça do problema 
2. 
 
 
RESPOSTAS 
 
1- É o dispositivo que faz a tira de chapa se deslocar em cada golpe da 
prensa em estampos progressivos, isto é, em cada peça ou grupo de 
peças cortadas. O seu comprimento corresponde as mesmas dimensões 
do passo P. 
 
 
29 
 
2- Para aço 1040 de acordo com a tabela 2 temos valores da tensão 
admissível compreendida entre 45 a 55 kg/mm2. Adota-se nesse caso o 
menor valor, ou seja, de 45 kg/mm2. O perímetro é a soma de todos os lados e 
para a peça em questão fica: 
 
Pe = (30+30+ 20+20 ) -40 = 60 mm 
 
 A expressão que determina a força de corte é: 
FC = Pe. e . admcisal 
 
Substituindo os valores teremos: 
 
FC = 60 . 2 . 45 = 6210 kgf + 15% = 7145 kgf 
A prensas ideal nessa caso de acordo com a página 10 é de 8T 
 
3- Para aço 1020 (aço mole) a folga é de acordo com a página 16 
determinada por: 
F = e/20 = 1,4/20 = 0,07 mm 
Diâmetro do punção: 40 – 0,07 = 39,93mm 
Diâmetro da matriz: 40 mm 
 
4- O comprimento teórico do punção é dado por: 
𝐿 =
√9,85. 𝐸. 𝐽
𝐹𝐶
2
 𝑚𝑚 
o momento de inércia J é determinado pela tabela 4 é: 
 J = π d4 /64 = π (39,93)4 / 64 = 124786,36 mm4 
Cálculo da força de corte: 
Fc = π d .e. admcisal = π. 39,93. 1,4 . 32 = 5619,88+ 15% = 6462,86 kgf 
 
E para aços em geral vale E= 22000 kgf/mm2 
Substituindo os valores na expressão anterior fica: 
 
 
 
 
30 
 
𝐿 =
√
9,85.22000.124786,36
6462,86
2
 = 1022,75𝑚𝑚 
Para sabermos se o punção irá flambar é necessário determinar o índice de 
esbeltez dado por: 
= 
𝐿
𝑅
 
Onde 
R = raio de giração (tabela 4) 
Se   100mm o fenômeno de flambagem irá preocupar 
 
= 
1022,75
39,93
4
= 102,45 𝑚𝑚 
 
Verificação por compressão: 
𝜎 = 
𝐹𝑐
á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑜 𝑝𝑢𝑛çã𝑜
 
𝜎 = 
6462,86
π (39,932 )/4
 = 5,16 kgf/mm2 
 
Se o valor da tensão encontrada for maior que a tensão admissível do material 
então é necessário rever a sua área. Como a tensão admissível para o aço 
1020 vale de 32 a 40 kgf/mmm2 que é maior do valor encontrado de 5,16 
kgf/mm2 então o punção não sofrerá compressão. 
 
5- A espiga pode ser dimensionada pela tabela da página 17 ou 
 
 
Para isso e preciso determinar a dimensão D1 dada por: 
 
31 
 
𝐷1 = √
𝐹𝑒. 4
6. 𝜋
2
 𝑚𝑚 
Onde: 
Fe = força de extração (10% da força de corte) 
 
𝐷1 = √
621,1.4
6.𝜋
2
 = 11,5𝑚𝑚 
Pela tabela anterior 11,5mm corresponde ao valor de D1 mais próximo de 
14x1,5 com diâmetro da rosca de 14m passo de 1,5mm. Todos as outras 
dimensões estão na primeira linha correspondente ao valor de D1. 
 
 
6- As dimensões da matriz pode ser determinado por: 
 
 
 
 
M = 1,5 . Diam paraf 
N = 2 . Diam paraf 
 
 
 
 
32 
 
Espessura da matriz (emat): 
 
 emat = √𝐹𝐶
3
 = √6210
3
 = 18mm 
 
Comprimento da matriz: 
 
Cm = (P.N° de passos) + (2 . Y) 
Y = 1,2 . emat 
 O valor do passo é determinado pelo cálculo do estudo da tira nesse caso é 
preciso saber qual a melhor posição da peça na tira. Adota-se nesse caso a 
peça posicionada na largura de 30mm. 
 
Cm = 32 . 2 passos + 2 . 1,2 . 2 = 107mm 
 
Largura da matriz (Lmat): 
Lmat = LT + (2 . Y) 
Lmat = 37,5 + (2 . 1,2. 18) = 81mm 
 
As dimensões da matriz nesse caso são 107x 81x 18mm