Aula 15 - Corte, Dobra e Estampagem

esboço, Dp = diâmetro do punção, Rm = raio de
adoçamento da matriz, Rp = raio de adoçamento do punção, F = força de
estampagem, Fm = força de aperto do prensa-chapas.
MECÂNICA DA ESTAMPAGEM
A conformação de uma peça na forma de um copo é a operação básica de
estampagem, com dimensões e parâmetros ilustrados na Figura anterior. Um
esboço de diâmetro De é estampado na cavidade de uma matriz por meio da ação
de um punção com diâmetro Dp. O punção e a matriz devem ter raios de
adoçamento, definidos por Rp e Rm. Se o punção e a matriz tiverem cantos vivos (Rp
e Rm = 0), uma operação de puncionamento de furo (e não seria uma operação
muito boa) seria realizada no lugar de uma operação de estampagem. Os lados do
punção e da matriz são separados por uma folga lf Essa folga na estampagem é
cerca de 10% maior que a espessura do esboço de partida:
lf = 1.1 t
MECÂNICA DA ESTAMPAGEM
O punção move-se para baixo e aplica uma força F para realizar a conformação do
metal, e uma força de aperto Fm é aplicada pelo prensa-chapas, como mostrado no
esquema. À medida que o punção desce em direção à sua posição final, a peça de
trabalho experimenta uma sequência complexa de tensões e deformações quando
esta é gradualmente conformada na forma definida pelo punção e pela cavidade da
matriz. Os estágios no processo de deformação estão ilustrados na Figura abaixo. À
medida que o punção começa a empurrar a peça de trabalho, o esboço é submetido
a uma operação de dobramento. A chapa é somente curvada sobre os raios de
adoçamento do punção e da matriz, como na Figura (2). O perímetro externo do
esboço move-se em direção do centro neste primeiro estágio, porém muito pouco.
MECÂNICA DA ESTAMPAGEM
Logo que o punção continua a descer, uma ação de endireitamento ocorre no esboço
que foi previamente curvado sobre o raio da matriz, como mostra a Figura (3). O metal
no fundo do copo, assim como ao longo do raio do punção, foi movido para baixo com
o punção. O metal que foi curvado sobre o raio da matriz, porém, deve, agora, ser
endireitado a fim de ser puxado através da folga e formar a parede cilíndrica do copo.
Ao mesmo tempo, mais metal deve ser adicionado para substituir aquele empregado
na parede do copo. Este novo metal vem da borda externa do esboço. O metal nas
porções externas do esboço é puxado em direção à abertura da matriz para
reabastecer o metal previamente curvado e endireitado, que, agora, dá forma à parede
cilíndrica.
MECÂNICA DA ESTAMPAGEM
Durante esse estágio do processo, o atrito e a compressão exercem papéis
importantes no flange do esboço. Para que o material no flange se mova em direção à
abertura da matriz, é preciso vencer o atrito entre a chapa e as superfícies do prensa-
chapas e da matriz. No início, predomina a condição de atrito estático, até que o metal
começa a deslizar; então, uma vez iniciado o escoamento do metal, o processo fica
controlado por uma condição de atrito dinâmico. A intensidade da força de aperto
aplicada ao prensa-chapas e as condições de atrito nas duas interfaces de contato são
fatores determinantes quanto ao êxito desses aspectos tribológicos na operação de
estampagem. Lubrificantes ou misturas são geralmente usados para reduzir as forças
de atrito.
MECÂNICA DA ESTAMPAGEM
Além do atrito, a compressão na direção circunferencial também ocorre na
extremidade da borda do flange do esboço. À medida que o metal nessa região do
esboço é puxado em direção ao centro, o perímetro externo do flange torna-se
menor. Visto que o volume do metal se mantém constante durante a deformação
plástica, a espessura do esboço no flange é comprimida na direção circunferencial e
torna-se mais espessa com a redução do seu perímetro externo. Isto sempre resulta
em enrugamento na porção do esboço remanescente no flange, sobretudo quando
se conforma chapas finas, ou a força do prensa-chapas é muito baixa. Essa é uma
condição que não pode ser mais corrigida, uma vez que ocorreu enrugamento. Os
efeitos de atrito e compressão estão ilustrados na Figura (4).
MECÂNICA DA ESTAMPAGEM
A força de aperto aplicada pelo prensa-chapas é agora vista como um fator crítico
na estampagem profunda. Se ela for muito baixa, ocorrerá o enrugamento. Se ela
for muito alta, impedirá que o metal escoe de forma adequada em direção à
abertura da matriz, resultando em estiramento e possivelmente em rasgamento da
chapa metálica. A determinação apropriada da força de aperto envolve cuidadoso
balanço desses fatores conflitantes.
MECÂNICA DA ESTAMPAGEM
O movimento progressivo de descida do punção resulta em escoamento contínuo do
metal causado pela estampagem e compressão do esboço. Ademais, ocorre
afinamento da parede do copo, como mostrado na Figura (5). Na operação de
estampagem, força sendo aplicada pelo punção se opõe à deformação plástica do
metal do esboço e ao atrito deste com as interfaces de contato. Uma parcela da
deformação inclui o estiramento e o afinamento do metal assim que ele é puxado
através da abertura da matriz. Até 25% de afinamento pode ocorrer na parede lateral do
estampo, em uma operação de estampagem realizada com êxito, a maior parte próxima
ao fundo do copo.
ANÁLISE DA ESTAMPAGEM
É importante dispor do conhecimento das limitações da quantidade de
deformação que pode ser realizada em uma operação de estampagem. Isto é
sempre auxiliado por medidas básicas, que podem ser facilmente calculadas
para uma dada operação. Ademais, as forças de estampagem e as forças do
prensa-chapas são importantes variáveis de processo. Enfim, o tamanho de
partida do esboço deve ser igualmente determinado.
ANÁLISE DA ESTAMPAGEM
Uma terceira medida na estampagem profunda é a razão espessura-diâmetro
t/De (espessura do esboço de partida t dividida pelo diâmetro do esboço De).
Usualmente expressa em porcentagem, é desejável que a razão t/De seja maior
que 1%. Assim que t/De decresce, a tendência de ocorrer enrugamento aumenta.
Nos casos em que esses limites da razão de estampagem, redução e razão t/De
são excedidos no projeto de uma peça estampada, o esboço deve ser
conformado em dois ou mais estágios, às vezes com recozimento entre os
estágios.
Determinação do Tamanho do Esboço: Para obtenção das dimensões finais do
estampo de forma cilíndrica, é necessário o diâmetro correto do esboço de partida.
Ele deve ser grande o suficiente para fornecer material necessário às dimensões
desejadas do copo. Ainda, se existe material em excesso, a operação resultará na
criação de sucata desnecessária. Para outras formas de estampos diferentes de
copos cilíndricos, existe o mesmo problema de estimativa do tamanho do esboço
de partida, porém somente a forma do esboço pode ser outra, que não a circular.
ANÁLISE DA ESTAMPAGEM
ANÁLISE DA ESTAMPAGEM
O seguinte método é aceitável para estimar o diâmetro do esboço de partida em uma
operação de estampagem profunda que produz uma peça cilíndrica (por exemplo,
um copo e formas mais complexas desde que possuam simetria axial).
Considerando que o volume do produto final é o mesmo que o volume do esboço
metálico de partida, então o diâmetro do esboço pode ser calculado a partir da
igualdade entre o volume do esboço de partida e o volume final do produto para
obter como solução o diâmetro De. Para facilitar os cálculos, assume-se
frequentemente que ocorre um afinamento desprezível de espessura na parede do
estampo.
OUTRAS OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM
Nossa discussão teve foco em uma operação convencional de estampagem de
copo, que produz uma forma cilíndrica simples em um único estágio e usa o prensa-
chapas para facilitar o processo. Vamos considerar algumas variações dessa
operação básica.
OUTRAS OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM
Reestampagem: Se a mudança desejada de forma pelo projeto da peça for
muito severa (razão de estampagem muito alta), a conformação completa da
peça poderá ser realizada em mais de um estágio de estampagem. O segundo
estágio de estampagem, e qualquer outro estágio de estampagem que for
necessário, recebe a denominação reestampagem, ilustrada na Figura abaixo.