2. Corte Utilização de prensa, matriz e punção de corte.

Transcrição

1 ESTAMPAGEM (Mar 2007) 1. Introdução Estampagem: conformação mecânica de chapas, geralmente a frio. Tipos de operação: - corte - dobramento e encurvamento - estampagem profunda (as vezes a quente) 2. Corte Utilização de prensa, matriz e punção de corte. Experimentalmente percebe-se que para melhor acabamento a espessura da chapa deve ser menor que o diâmetro do punção. Pode-se obter diversas formas utilizando punção e matriz adequados (geometria similar à peça). Procura-se otimizar a distribuição de peças sobre a chapa. É necessário estabelecer um valor de folga entre punção e matriz. Na figura abaixo, cada curva é relativa a um tipo de material. A curva superior se refere a aço duro, a do meio a aço doce e latão e a inferior a alumínio. 1

2 Esforço necessário para o corte: Q= pe c Q: esforço de corte ou cisalhamento p: perímetro da figura da peça e: espessura da chapa c : resistência ao cisalhamento, igual a 3/4 a 4/5 de e Exemplo: c =30 Kgf /mm 2, e=2mm, d =100mm Resposta: 3. Dobramento e encurvamento Espessura da chapa é mantida aproximadamente constante. Dobramento Encurvamento 3.1 Raios de curvatura e ângulos Deve-se evitar cantos vivos e utilizar raios de curvatura de: - 1 a 2 vezes a espessura da chapa (materiais moles) - 3 a 4 vezes a espessura da chapa (materiais duros) O ângulo de dobramento na matriz deve ser mais acentuado que o ângulo final da peça pois a chapa tente a voltar para forma anterior. 2

3 3.2 Linha Neutra Linha neutra: não há deformação Comprimento necessário antes da dobra: igual ao comprimento da linha neutra do elemento dobrado. c=a b /2 r y y=e/2 para chapas de até 1mm y=e/3 para chapas maiores 3.3 Força de Dobramento P= 2 f be2 3 l ; f =2 e Onde: P: força de dobramento b: largura da placa e: espessura da chapa l: distância entre apoios f : tensão de flexão necessária : tensão de escoamento e Note que a tensão de dobramento necessária é igual a duas vezes a tensão de escoamento para melhor conformação da chapa. Exemplo: l=75mm, b=50mm, e=3mm, e =40Kgf /mm 2 Resposta: 3

4 4. Estampagem profunda Chapas são conformadas na forma de copo. Fundo do copo não sofre alteração, lateral cilíndrica é deformada. A altura final do copo é maior que a dimensão h 0 inicial. A figura a seguir mostra estágios da estampagem profunda. Note que é necessário utilizar um disco de retenção na parte superior (em torno do punção) para evitar enrugamento da chapa. 4.1 Diâmetro do disco inicial D= d 2 4dh D: diâmetro do disco inicial d: diâmetro do cilindro do copo h: altura do copo Cálculo aproximado, necessidade de verificação prática das dimensões obtidas. Para formas variadas, chapa inicial é obtida basicamente por tentativa e erro. 4

5 5. Reestampagem Para estampagem de peças mais complexas ou para estampagem profunda de copos com altura maior que o diâmetro é necessário realizar mais de um passe. Perguntas: 1. Quais são os tipos de operação de estampagem? 2. Ordene os processos em função do esforço necessário na prensa: forjamento por prensagem, dobramento de chapas, corte de chapas. 3. Para que serve o disco de retenção na estampagem profunda? EXTRUSÃO 1. Introdução Bloco de metal é forçado a passar por orifício de uma matriz (utiliza-se prensas horizontais com capacidade de 1500 a 5000 toneladas). Produção de barras, tubos ou outras formas. Realizado tanto a quente como a frio (dependendo do material e do grau de deformação) 2. Tipos de extrusão - direta: êmbolo empurra e movimenta material para interior da matriz - indireta: êmbolo empurra e movimenta matriz contra o material (menor esforço devido à redução do atrito, mas de difícil implementação). 5

6 Pode-se obter tubos sem costura por extrusão. ESTIRAMENTO (TREFILAÇÃO) Obtenção de fios (elétricos) e arames (construção) a partir do fio-máquina (produto semiacabado de aproximadamente 6,4 mm de diâmetro, obtido por laminação). Fio-máquina é forçado a passar por matriz que reduz seu diâmetro. Diferentemente da extrusão, forças de tração são aplicadas no produto que está saindo da matriz. Aplica-se forças de até 100 toneladas e velocidades variantes entre 9 e 1500 m/min. Estiramento seco: aplica-se lubrificante (graxa ou pó de sabão) sobre o fio. Estiramento úmido: fio é submerso em fluido lubrificante. Ocorre o encruamento do material, melhorando as propriedades de resistência e dureza. Mas a tenacidade é diminuída, então pode ser realizado um recozimento, se desejado. 6

7 1. Quais as diferenças entre as geometrias das peças extrudadas e estiradas? 2. O que ocasiona o efeito de encruamento? Quais são as conseqüências em relação as propriedades mecânicas das peças? Esse efeito é desejado para peças estiradas? 3. É possível fazer tubos sem costura por extrusão? OUTROS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO 1. Cunhagem Prensagem a frio em matrizes de alta precisão. Aplicada a peças semi-prontas para obtenção de medalhas, moedas, talheres, etc. Materiais passíveis à cunhagem: aços de baixo carbono (até 0,30%), aços inoxidáveis, cobre, prata, outro, etc. 2. Repuxamento Conformação de chapas em cilindros, cones, semi-esferas, sinos, em que a peça sofre movimento de rotação enquanto é conformada. 7

8 3. Conformação com três cilindros Encurvamento a frio de barras, chapas e tubos pela passagem entre três cilindros 4. Mandrilagem Outro método para obtenção de tubos sem costura. Utilizado também para modificar diâmetro de tubos sem costura. Note que existe limitação física no comprimento do tubo (limitado ao comprimento da haste do mandril). METALURGIA DO PÓ (SINTERIZAÇÃO) 1. Introdução Transformação de pó de metais em peças pela aplicação de pressão e calor (sem fusão do metal base). Etapas do processo: - obtenção dos pós metálicos - mistura de pós (possivelmente de diferentes metais ou materiais) - compressão da mistura em matrizes (chamada compactação) - aquecimento para produzir ligação entre partículas (chamada sinterização) Possibilidade de obtenção de peças de metais de alta dureza como o tungstênio e combinação de materiais metálicos com não metálicos. Fabricação de mancais porosos auto-lubrificantes, filtros metálicos, disco de fricção (à base de cobre ou ferro misturado com substâncias de alto coeficiente de atrito), escovas de corrente elétrica (motores elétricos). 8

9 Limitações: - alto custo das matrizes e prensas, viabilidade técnica e econômica apenas para peças relativamente pequenas (até 15Kg) - furos laterais, roscas e reentrâncias só podem ser obtidos por usinagem posterior - paredes mínimas de 0,7mm e impossibilidade de variações abruptas de espessura de parede e cantos vivos - limite máximo entre altura e largura da peça: 3 para 1 (baixas densidades no centro) 2. Matéria-prima Pós-metálicos e não metálicos. 2.1 Características do pós a serem controladas Tamanho das partículas - 0,1 a 400 microns - peneiramento para seleção de tamanhos Formas das partículas: esféricas, gotas, angular, outras. Porosidade da partícula Estrutura da partícula (tamanho de grãos cristalinos, melhor compressibilidade de grãos finos) Superfície específica: número de pontos de contato entre partículas Densidade aparente: densidade do pó, antes da compactação Velocidade de escoamento: escoamento do pó para interior da matriz (maior velocidade indica também maior possibilidade de enchimento completo da matriz) Compressibilidade: relação entre densidade de um bloco simplesmente comprimido e densidade do pó. Composição química e pureza (pode chegar a 99%) 2.2 Métodos para obtenção do pó metálico Moagem: realizada em moinhos de bola (esferas de metal de alta dureza) Atomização: pulverização de metal fundido que se solidifica formando o pó 9

10 Eletrolítica: precipitação eletrolítica de soluções (bom controle do tamanho de grãos com controle da corrente elétrica, temperatura e concentrações químicas) 3. Mistura dos pós Mistura pós de diferentes metais constituintes da peça a ser formada de maneira uniforme. Utilização de moinhos de bola, misturadores de pás e outros. 4. Compactação dos pós Formação da geometria da peça em matrizes. Resulta no compactado verde. Pressões de compactação são da ordem de 5t/cm 2 Prensas automáticas possuem capacidade de produção de até 100 peças por minuto. Matrizes são fabricadas em aço de alto carbono e alto cromo, temperado e revenido e são revestidas com cromo. Alto custo, devem durar pela fabricação de centenas de milhares de peças. 10

11 5. Sinterização base. Aquecimento de peças já compactadas a temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal Sinterização sólida: nenhum dos metais é fundido Sinterização líquida: metal secundário é fundido no aquecimento Existe uma sinterização líquida chamada sinterização com infiltração metálica em que o metal líquido é absorvido por capilaridade pelo metal sólido (não há mistura prévia dos pós). A sinterização é realizada em fornos contínuos com atmosfera protetora composta de hidrogênio ou amônia dissociada (75% hidrogênio, 25% nitrogênio) ou outras. Na sinterização ocorre recristalização, crescimento de grãos e, principalmente, a união de contornos de grãos de partículas metálicas vizinhas. Perguntas: 1. Quais são as etapas do processo de sinterização 2. Quais são as características e as aplicações de peças sinterizadas? 3. Por que a sinterização deve ser realizada sob atmosfera controlada (inerte)? 4. Quais são as limitações do processo de metalurgia do pó (técnicas e econômicas)? 11

12 6. Dupla compactação Variedade do procedimento simples de metalurgia do pó em que realiza-se compactação, pré-sinterização, nova compactação (definitiva) e sinterização final. Obtém-se melhores propriedades mecânicas. 7. Compactação a quente Outra variedade em que a compactação e a sinterização são realizadas simultaneamente. Produz-se peças com densidade mais elevada e melhor condutibilidade elétrica 8. Forjamento-sinterização Produz-se compactado verde com dimensões próximas às dimensões finais, realiza-se a sinterização, comprime-se a peças ainda quente numa matriz e resfria-se a peça em atmosfera protetora (evita oxidação). Vantagens: alta escala de produção e bom acabamento superficial. 9. Esquema geral da metalurgia do pó As etapas básicas da metalurgia do pó podem ser encadeadas e repetidas de diversas maneiras conforme a necessidade de obtenção de melhores propriedades mecânicas, melhores tolerânicas dimensionais, etc. Mas deve-se lembrar que a repetição de etapas aumenta o custo de obtenção da peça. Na figura a seguir estão esquematizados alguns procedimentos (observação: operações de calibragem nada mais são que recompactações). 12

13 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4 th ed, Addison Wesley, Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall,