ESTAMPAGEM Prof. M.Sc.: Anael Krelling 1
INTRODUÇÃO Estampagem consiste em todas as operações de corte e conformação de materiais metálicos planos, a fim de lhe conferir a forma e a precisão desejada, sem a presença de defeitos superficiais (Ex: rugosidades ou riscos) ou estruturais (Ex: trincas). A matéria-prima para a estampagem é sempre fornecida na forma de bobinas do material. A primeira operação consiste na preparação deste material para a estampagem, que envolve a segmentação da bobina em: CHAPAS PLANAS = onde as bobinas são cortadas transversalmente, através de guilhotinas ou tesouras planas, gerando os fardos ; TIRAS = onde as bobinas são cortadas longitudinalmente através de tesouras rotativas, gerando os sliters. 2
OPERAÇÕES DE ESTAMPAGEM As operações de estampagem podem ser classificadas em: ESTAMPAGEM DE CORTE OU PUNCIONAMENTO = neste caso o material é estampado em ferramentas de corte e é necessariamente rompida por cisalhamento (Ex: obtenção de uma arruela ou um disco plano); ESTAMPAGEM DE CONFORMAÇÃO = onde o material é conformado plasticamente a fim de se obter o formato da peça final e neste caso não pode absolutamente sofrer ruptura. Utilizado para produção de peças rasas (Ex: porta ou capô de um carro); ESTAMPAGEM DE REPUXO = é uma conformação mais intensa, onde o material sofre um estiramento, ou seja, tem sua espessura diminuída, a fim de se conseguir a forma desejada da peça. Nesta operação o material deve ter requisitos superiores, principalmente a ductilidade, para que não se rompa durante a operação. DOBRAMENTO = neste caso a matéria-prima, ou seja, a chapa plana, é simplesmente dobrada para se conseguir forma final da peça (Ex: carcaça de uma geladeira). 3
Corte ou puncionamento Conformação Leve Conformação Profunda (Repuxo) Dobramento 4
ESTAMPAGEM DE CORTE Consiste na produção de um blank (disco plano) ou mesmo na operação de corte ou furação da peça. Neste processo uma lâmina (ou tira) metálica é intensamente deformada plasticamente até o ponto em que se rompe nas superfícies em contacto com a ferramenta (tesoura). A separação ocorre como resultado da propagação da fratura inicial provocada pela ferramenta. A espessura que deve ser penetrada pelo punção da ferramenta a fim de produzir o corte total está diretamente relacionada com a ductilidade do material, da seguinte forma: MATERIAL FRÁGIL = uma pequena espessura deverá ser penetrada; MATERIAL DÚCTIL = a penetração pode ser ligeiramente superior à espessura da chapa. 5
CARACTERÍSTICAS DA FERRAMENTA DE CORTE a) BORDAS: No caso de ferramentas de conformação, as bordas tanto do punção como da matriz possuem os cantos arredondados, até para favorecer a conformação, enquanto nas ferramentas de corte as bordas dos punções e matrizes têm canto vivo e são afiados, para favorecer a ruptura do material; b) FOLGA: A folga entre as bordas cortantes da matriz e do punção é expressa por uma porcentagem da espessura da chapa como: Metais moles (latão e aço recozido) = 20 % Aço semi-duro = 16% Aço duro = 14% c) ANGULO DE DESPRENDIMENTO: Para evitar que a peça fique presa dentro da matriz após o corte, todo o contorno interno da matriz deve aumentar, através de um ângulo de saída. Este ângulo deve variar de 0,25 a 2,5 graus. 6
Aplicação de força no punção Deformação elástica e plástica Cisalhamento e expansão da trinca Separação total Etapas típicas no processo de conformação de corte 7
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ESTAMPAGEM PROFUNDA A operação de conformação e repuxo é utilizada para modelar chapas planas em artigos com as formas mais diversas. A estampagem é feita geralmente a partir do blank obtida na estampagem de corte abordada anteriormente. Este blank, de tamanho e forma adequada a peça que irá ser estampada, é comprimida para dentro de uma matriz através de um punção, adquirindo a sua forma. 9
A distinção entre estampagem rasa (shallow) e profunda é arbitrária. A estampagem rasa geralmente se refere à conformação de um copo com profundidade menor do que a metade do seu diâmetro com pequena redução de parede. Na estampagem profunda o copo é mais profundo do que a metade do seu diâmetro. Às vezes, o diâmetro do "blank" é muito superior ao diâmetro da peça a estampar, sendo que esta deve atingir uma profundidade de copo muito elevada. A fabricação poderá exigir uma sequência de operações de estampagem, utilizando uma série de ferramentas, com diâmetros decrescentes (da matriz e do punção). O número de operações depende do material da chapa e das relações entre o disco inicial e os diâmetros das peças estampadas. 10
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MATERIAL DAS FERRAMENTAS Os punções e as matrizes devem ser fabricados a partir de aços para trabalho a frio, tipo SAE D-2, D-6, O-1, S-1 ou outros, que possuem elevado teor de carbono e elementos de liga para garantir a resistência mecânica e a resistência ao desgaste. O principal efeito do carbono é gerar uma grande quantidade de carbonetos complexos muito duros, bem como aumentar a dureza da própria matriz martensítica, após tratamento térmico. O efeito dos elementos de liga é, além de possibilitar a formação de carbonetos juntamente com o carbono, melhorar a temperabilidade do material, de forma que possam ser tratados, adquirindo elevada dureza, sem grandes deformações. Depois de fabricadas as ferramentas devem ser necessariamente temperadas e revenidas, atingindo elevadas durezas, normalmente entre 55 e 60 Hrc. Por terem excelente temperabilidade, associada à presença de elementos de liga, quando da tempera os aços para trabalho a frio podem ser resfriados através de meios menos bruscos (óleo ou mesmo ao ar), o que geram menos tensões internas e menores deformações. 15
DE DOBRAMENTO ESTAMPAGEM Dobramento é um processo de conformação que transforma segmentos retos em segmentos curvos. É uma operação onde ocorre uma deformação por flexão. Quando um material é dobrado a superfície externa fica tracionada e a interna comprimida. Junto a linha interna neutra as tensões são nulas, mas crescem a partir deste ponto chegando a valores máximos nas camadas mais externas e internas. 16
Verifica-se que as tensões na peça variam de um máximo negativo para um máximo positivo, passando por zero. Desta forma, uma parte das tensões atuantes nas seções de dobra estará abaixo do limite elástico (LE) e outra acima, conferindo à peça uma deformação plástica permanente. Uma vez cessado os esforços de dobramento a parte da seção que ficou submetida ao regime elástico tende a retornar a posição anterior ao dobramento. Como resultado o corpo dobrado apresenta um pequeno retorno elástico definido por springback, o qual deverá ser compensado durante a operação de dobramento no sentido de se atingir a precisão dimensional desejada na peça. O retorno elástico, também conhecido como efeito mola, é uma função da resistência do material, do raio de dobra e da espessura do material de dobra. A princípio quanto maior a possibilidade de encruamento de um determinado material maior será o seu retorno elástico. Como orientação prática o retorno elástico pode ser calculado a partir da seguinte equação: 17
RE = ½ (0,2 LE + LR) Onde: RE= Retorno Elástico (graus); LE = Limite de Escoamento (MPa); LR = Limite de Resistencia (MPa). 18
ESTIRAMENTO Consiste na aplicação de forças de tração, de modo a esticar o material sobre uma ferramenta ou bloco (matriz). Neste processo, o gradiente de tensões é pequeno, o que garante a quase total eliminação do efeito mola. Como predominam tensões trativas, grandes deformações de estiramento podem ser aplicadas apenas para materiais muito dúcteis. Para estes materiais, almeja-se altos valores de coeficiente de encruamento. O estiramento é uma das etapas de operações complexas de estampagem de chapas finas. Na conformação de peças como partes de automóveis ou de eletrodomésticos, é comum haver componentes de estiramento. No estiramento deve ser evitada estricção localizada, comumente conhecida por empescoçamento. 19
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