Conformação Eng. Estampagem

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CONFORMAÇÃO MECÂNICA
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS PONTA GROSSA
Prof. Dr. Luciano Augusto Lourençato
lalouren@yahoo.com.br
Unidade Curricular
 “EM36E - Conformação Mecânica ”
Observações: 
 1) As aulas terão início às 14:40 e final às 16:10 horas.
 2) Não será permitido a utilização de celular e Notebook ao decorrer da aula.
5º Parte
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 BRESCIANI F. (COORD.); ZAVAGLIA, C. A. C; BUTTON, E. G.; NERY, F. A. C. Conformação plástica dos metais. Editora da UNICAMP, 4º Edição, 1.996, 385 p. 
 ALTAN, T., OH, S., GEGEL, H. Conformação de Metais: Fundamentos e Aplicações. São Carlos: EESC/USP, 1999.
 DIETER. G. E. Metalurgia Mecânica. G. E., Editora Guanabara Dois, 2º Edição, 1.981.
 SCHAEFFER, L. Conformação Mecânica. Porto Alegre – Editora Imprensa Livre, 2007, 221 p.
 SCHAEFFER, L. Forjamento – Introdução ao Processo. Porto Alegre – Editora Imprensa Livre, 2001, 202 p.
 SCHAEFFER, L. Conformação de chapas metálicas. Porto Alegre – Editora Imprensa Livre, 2001, 193 p.
 CETLIN, P. R.; HELMAN, H. Fundamentos da Conformação Mecânica. Editora Artliber, 2º Edição, 2005, 260 p.
 AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Source book on forming of steel sheet. Metal Parks, 1974. 456 p.
BIBLIOGRAFIA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Processo para a obtenção de peças à partir de:
Corte Dobramento Estiramento
CHAPAS METÁLICAS
Normalmente é realizada a frio
A quente, somente para chapas espessas
Matéria Prima - Laminados a frio leves de aço, ligas de alumínio e ligas de cobre
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “ESTAMPAGEM”
 	“De acordo com o processo e o produto”
 Esforços: Flexão, Compressão, Cisalhamento, Estiramento 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Estampagem Profunda ou Embutimento : latinhas de refrigerante
Dobramento: dobra de uma chapa para confecção de peças em geral
Curvamento: conexões tubulares
Corte: corte em chapa para confecção de peças em geral. Nervuramento: tubos corrugados onde torna-se necessário criar um regime turbulento
Repuxo
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “CLASSIFICAÇÃO DA ESTAMPAGEM”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
ESTAMPAGEM “CONFORMAÇÃO EM GERAL”
Dobramento
Flangeamento
Reto ou De furo
Enrolamento
Rebordamento
Parcial ou Total
Nervuramento
Estaqueamento
Pregueamento
Abaulamento
Corrugamento
Conformação de tubos
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “CORTE”
Destina-se à obtenção de formas geométricas, a partir de chapas submetidas à ação de pressão exercida por um punção ou uma lâmina de corte. 
Esforço de compressão converte-se em esforço cisalhante (esforço cortante).
Chapa é deformada plasticamente e levada até a ruptura nas superfícies em contato com as lâminas. 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “CORTE”
Os principais parâmetros a serem considerados nas operações de corte e furação por estampagem são:
Aproveitamento máximo da chapa (lay out de tira)
Folgas entre punção (macho) e matriz
Forças envolvidas na operação de corte
Dimensionamento da matriz
Escolha de molas para prensa-chapas
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Aproveitamento máximo da chapa (lay out de tira)
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Estudo de aproveitamento: exemplo
Consideremos a peça mostrada na Fig (abaixo) a ser produzida a partir de uma tira de comprimento L e largura B
 
Solução 1
p = x + c
a = p + 2c
Solução 2
p = x + z + 2c
a = p + c
b e c dimensões aconselhadas para o corte correto, tiradas da tabela anterior.
O número de peças n para cada situação será:
L = a + (n-1).p 
(L = comprimento da tira)
Neste exemplo, 
S =x.t + (y - t) . z (área da peça)
B = y + 2b
p = passo da ferramenta:
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
O rendimento, para cada situação é medido por:
 
 L = 1000 mm
A solução 2 apresenta um rendimento de 71% enquanto que a
solução 1 apresenta um rendimento de apenas 49%.
Estudo de aproveitamento: exemplo
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 
 Necessária para permitir a saída da peça (em conjunto com o ângulo de saída);
 Parâmetro importante para o projeto de peças cortadas a partir de chapas. 
 
Depende da espessura da chapa e do tipo de material:
 
CORTE “Folga entre Punção e Matriz”
http://impe03.no.sapo.pt/Arromb.htm#Abertura%20da%20matriz
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Folgas entre punção (macho) e matriz
Recomenda-se, para furos, que as folgas totais não superem a 10% da espessura (5% por face) para impedir que um excesso de material resultante da perfuração escoe para dentro da matriz, acompanhando o movimento do punção. 
Para espessuras inferiores a 1,0 mm, a folga deve estar situada entre 0,03 e 0,04 mm do raio.
Exemplo: Dimensionar o ferramental para a produção de uma arruela de aço inox com diâmetro externo de 30 mm e diâmetro interno de 10 mm, com uma espessura de 1,00 mm.
Considerando-se uma folga de 5% da espessura por face, tem-se:
½ f = 1,00 x 0,05 = 0,05 mm
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Para a determinação do diâmetro do macho (punção), deve-se tomar a medida máxima do furo. 
Para as dimensões externas, parte recortada da peça, a medida da matriz deve estar na faixa mínima da tolerância. 
Esta precaução se deve ao fato de haver desgaste tanto do macho
como da matriz, à medida que se estampam as arruelas.
Desta forma, as dimensões de macho (punção) e matriz devem ser:
Folgas entre punção (macho) e matriz
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CORTE “Relação S/d”
S - Espessura da Chapa
d - Diâmetro do Punção
“Para Chapas Aço Temperado”
Relação S/D apresenta valor máximo de 1,2, ou seja, espessura da chapa a ser cortada deve ser igual ao menor diâmetro do punção 
Aresta de corte apresenta em geral três regiões: 
Rugosa (correspondente à superfície da trinca da fratura);
 Lisa (formada pelo atrito da peça com as paredes da matriz);
 Região arredondada (formada pela deformação plástica inicial).
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Forças envolvidas na operação de corte
A força de corte depende diretamente:
do tipo de material, 
da espessura da chapa e
do perímetro de corte.
 A influência do material na força de corte vem por meio de um
valor tabelado chamado “Pressão Específica de Corte” (kc), que é uma função da tensão de ruptura (σR).
O valor de kc foi determinado experimentalmente em:
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Onde:
e = espessura da chapa em mm;
p = perímetro de corte em mm
kc = pressão específica de corte (kgf / mm2)
Forças envolvidas na operação de corte
Também de forma experimental, foram determinadas as expressões para o cálculo das:
força de prensa-chapa (Fpc), definida como sendo a força necessária para manter a chapa presa sobre a matriz durante a operação:
força de extração (Fex ), como sendo a força necessária para retirar a chapa cortada ou furada do macho no retorno da prensa, cujos valores são obtidos por:
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
A prática de se construir as arestas de corte inclinadas, tanto para o punção como para a matriz, diminui a força de corte necessária por possibilitar um corte progressivo.
Conforme mostra a Fig ao lado , pode-se dispor arestas inclinadas tanto na matriz quanto no punção.
Quando a parte cortada é a peça final, a inclinação deve ser feita na matriz (A).
Entretanto, quando a parte cortada é retalho, a inclinação deve ser feita no punção (B).
Forças envolvidas na operação de corte
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Forças envolvidas quando se utilizam ou não arestas inclinadas.
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
7.1) Qual a força necessária para recortar um furo de 20mm de diâmetro de uma chapa de espessura e tensão de cisalhamento de 300N/mm2
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 Na operação de dobramento deve-se levar em conta quatro fatores importantes: 
 Capacidade elástica do material; 
 Raio interno mínimo da peça a ser dobrada; 
 Comprimento desenvolvido da peça;As forças que atuam na operação de dobramento. 
ESTAMPAGEM - “Dobramento”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 Capacidade elástica do material operação onde ocorre uma deformação por flexão. 
Quando um metal é dobrado, a sua superfície externa fica tracionada e a interna comprimida. 
Estas tensões aumentam a partir de uma linha interna neutra, chegando a valores máximos nas camadas externa e interna. 
 
 Em outras palavras, em um dobramento a tensão varia de um máximo negativo na camada interna para zero na linha neutra e daí sobe a um máximo positivo na camada externa.
Desta forma, uma parte da tensões atuantes na seção dobrada estará abaixo do limite de escoamento (LE) e a outra parte supera a este limite, conferindo à peça uma deformação plástica permanente. Uma vez cessado o esforço de dobramento, a parte da seção que ficou submetida a tensões inferiores ao LE por ter permanecido no domínio elástico, tende a retornar à posição inicial anterior ao dobramento. Como resultado, o corpo dobrado apresenta um pequeno “retorno elástico” ou efeito mola (spring back) que deve ser compensado durante a operação de dobramento. 
Capacidade elástica do material
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Retorno elástico de alguns tipos de aços inoxidáveis austeníticos em relação ao raio interno de dobra e à espessura da chapa
Em alguns casos, é utilizada a prática de se efetuar uma calibragem em estampo específico, já compensado o retorno elástico, para dar as dimensões finais da peça. Este procedimento é viabilizado em produção seriada onde o custo do estampo calibrador pode ser diluído no preço da unitário da peça 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Quanto menor o raio de dobramento, maiores são as tensões desenvolvidas na região tracionada. 
Um excessivo tracionamento provocado por um pequeno raio de dobramento pode vir a romper as fibras externas da chapa dobrada. 
Define-se o raio interno mínimo de dobra, como o menor valor admissível para o raio para se evitar grande variação na espessura da chapa na região dobrada. 
Este valor é função do alongamento que o material sofre ao ser tracionado e da espessura da chapa que está sendo dobrada.
Raio interno mínimo 
Para a determinação do raio mínimo, costuma-se utilizar a relação: 
onde 
R = raio mínimo 
Al% = alongamento % da chapa 
e = espessura da chapa 
Por exemplo, o raio de dobramento mínimo para uma chapa de 1,5 mm de aço inox 304 com 
alongamento garantido de 60% é de: 
Rmin = (50 x 1,5) / 60 - 1,5/2 = 0,94 mm 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 Quando se quer produzir uma peça dobrada, é necessário conhecer a dimensão inicial da chapa a ser utilizada - o chamado comprimento desenvolvido da peça. 
 A variação da espessura da chapa na região da dobra impede que o comprimento desenvolvido seja simplesmente a soma dos comprimentos retos e curvos da peça. 
 Deve-se levar em conta esta variação de espessura da região dobrada, para se obter o exato comprimento da chapa que vai dar origem à peça.
 O comprimento desenvolvido da região dobrada é obtido pela fórmula: 
Comprimento desenvolvido 
Valores de f (fator de correção) em função da relação do raio de dobramento com a espessura da chapa 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
As principais forças que atuam na operação de dobramento são: 
 a força de dobramento (F c );
a força de prensa-chapa (F pc ) e, 
a força lateral (F lat ) 
Numa dobra simples em matriz, parte da chapa fica presa pelo prensa chapa e a outra parte permanece livre, todo o conjunto funcionando como uma viga em balanço.
Forças que atuam na operação de dobramento
Forças, distâncias e momentos num processo de dobra simples 
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Forças que atuam na operação de dobramento
 O punção ao descer exerce a força de dobramento (Fd ) sobre a parte em balanço da chapa, que começa a se deformar. 
 Parte desta força é transferida à parede lateral da matriz à medida que a chapa se deforma. 
 A força lateral é máxima quando a chapa atingir uma posição de 45º com a horizontal.
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Forças que atuam na operação de dobramento
 A tensão necessária para vencer o limite elástico e o encruamento do material para que haja deformação plástica (permanente) é a tensão de dobramento σ, cujos valores são definidos pelas relações da tabela abaixo, que levam em consideração coeficientes de segurança para garantir o sucesso do processo.
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 A calibragem corresponde ao endireitamento da peça dobrada (fundo do U ou laterais de V, por exemplo).
 A operação de dobramento com calibragem minimiza o efeito do retorno elástico. 
 Para se calcular as forças que atuam no dobramento, consideram-se:
o comprimento da dobra (b); 
a espessura da dobra (e); 
a distância entre o ponto de aplicação da força até a região engastada que, no caso é a própria espessura da chapa (e) 
distância do centro da mola do prensa chapa até a face da matriz (a) e definem-se:
Forças que atuam na operação de dobramento
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Ex. de tipos de estampos para dobramento
Dobras em L
Dusas formas diferentes para o acionamento do prensa chapas
 Dobras em U
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Ex. de tipos de estampos para dobramento
Estampo para dobramento em U com ângulos diferentes de 90° ou correção do retorno elástico
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
ESTAMPAGEM - “Dobramento”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Dobradeira de Chapa
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Dobradeira de Tubo
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
8.6) Calcule o raio da linha média (rm) e o deslocamento da fibra neutra considerando o dobramento de uma tira de chapa com as seguintes dimensões:
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA ESTAMPAGEM PROFUNDA
 Realização em vários estágios, dependentes do coeficiente limite de embutimento
 Material de partida na forma de discos
 Para peças pequenas: processos contínuos, com estampos progressivos
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “ESTAMPAGEM PROFUNDA”
 Elementos Construtivos:
Punção;
Matriz;
Sujeitador;
Extrator.
Sujeitador:
Evita enrugamento da aba e do copo;
Pressões de sujeição entre 5 e 10 kgf/cm2.
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
ESTAMPAGEM PROFUNDA “ESTAMPAGEM DE LATAS”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 Esforços predominantes nas regiões do copo, de acordo com a região e a fase do processo, os esforços podem ser:
Compressão
Tração
Flexão
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “ESTAMPAGEM PROFUNDA - ESFORÇOS”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 Medidos no Punção
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “ESTAMPAGEM PROFUNDA - ESFORÇOS”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “ESTAMPAGEM PROFUNDA - ESFORÇOS”
 Variação da espessura em mm das paredes do copo
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
“ESTAMPAGEM” EXEMPLOS
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
ESTÁGIOS DO PROCESSO
ESTAMPAGEM PROFUNDA “ESTAMPAGEM DE LATAS”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
9.1 – Cálculo de Tensões
9.1.1 – Conforme a estampagem da geometria da fig. 9.1 efetue:
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
9.4 – Cálculo de força de estampagem e elementos técnicos de processo
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Movimento Retilíneo Alternativo:
Prensas (excêntricas; fricção; hidráulicas; ar comprimido);
Guilhotinas;
Viradeiras Retas;
Movimento Giratório Contínuo:
Laminadoras;
Perfiladoras;
Curvadoras;
Calandras.
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “EQUIPAMENTOS DE ESTAMPAGEM”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
 Processo importante para obtenção de peças de grandes dimensõesou de lotes reduzidos
 Equipamentos rotativos (tornos), ferramenta de conformação móvel (bastão) e ferramenta de conformação fixa (matriz única ou desmontável)
PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA “REPUXO”
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE REPUXO DE CHAPAS
MATRIZ
DISCO
PRODUTO
BASTÃO
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
ESTAMPO PROGRESSIVO
 Elementos construtivos:
 Faca de avanço
 “Top” de passo de avanço
 Punções e matrizes de corte e embutimento
 Extratores e sujeitadores
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
TIRA OBTIDA EM ESTAMPO PROGRESSIVO
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
PRENSA TRANSFER PARA ESTAMPAGEM
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
MATRIZ DE ESTAMPAGEM
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
MATRIZ DE ESTAMPAGEM
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
SEQÜÊNCIA DE CHAPAS ESTAMPADAS
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
EXEMPLOS DE PEÇAS HIDROCONFORMADAS
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
ETAPAS DO PROCESSO DE HIDROCONFORMAÇÃO
 Punção de contra-pressão
Tubo
Matrizes com relevo
Punção de selagem
Produto em “T”
 Fechamento da prensa
Preenchimento com o fluido
Movimento dos cilindros horizontais e controle da pressão
 Fechamento da prensa
CONFORMAÇÃO MECÂNICA
EXEMPLOS DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA HIDROCONFORMAÇÃO
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