Punções e Matrizes de corte

Punções e Matrizes de corte

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Matrizes de corte, dobra e embutimento

Farroupilha, março de 2009.

Matrizes de corte, dobra e embutimento Prof. Eduardo Thomazi

Capítulo 1 – Introdução a Conformação Mecânica6
Conceitos básicos6
Processos de conformação a quente, a morno e a frio6
Principais processos de conformação7
Principais propriedades em conformação mecânica12
Capítulo 2 – Análise e caracterização de chapas20
Propriedades mecânicas das chapas metálicas21
Índice de anisotropia23
Curvas Limites de Conformação – CLC25
Testes tecnológicos26
Ensaio Swift27
Ensaio Erichsen27
Ensaio “Bulge-Test”28
Ensaio dos cinco punções28
Capítulo 3 – Máquinas para conformação mecânica a frio30
Prensas30
Prensas Hidráulicas30
Prensas Excêntricas32
Prensa de joelho ou rótula3
Prensas Pneumáticas34
Prensas de Fricção35
Prensa Dobradeira36
Prensas de corte ou Guilhotinas37
Capítulo 4 – Generalidades nas matrizes de corte38
Generalidades38
Estampos de corte40
Processo de corte40
Capítulo 5 – Componentes das matrizes de corte42
Montagem da matriz na prensa42
Matriz46
Punção47
Dureza de punções e matrizes49

Índice ETFAR / UCS - 2 -

Espigas49
Bases Normalizadas50
Molas51
Mola Helicoidal52
Mola Prato52
Mola Polimérica53
Capítulo 6 - Folga de corte56
Dimensionamento:56
Cálculos:56
Exemplo:57
Aspectos da peça57
Capítulo 7 – Disposição de peças na tira60
Utilização do material60
Separação entre as peças61
Quantidade de peças por tira62
Sistemas de avanço da tira63
Sistema de avanço por tope:63
Sistema com faca de avanço:64
Capítulo 8 – Esforço de corte6
Cálculo do esforço de corte6
Exemplo de cálculo67
Dimensionamento da prensa68
Minimização do esforço de corte68
Exercícios:69
Capítulo 9 – Generalidades das dobras70
Dobra com aresta viva71
Dobra com aresta arredondada71
Dobra em dobradeiras72
Dobra em ferramentas com utilização de prensa73
Métodos de dobra73
Tensões no processo de dobramento75
Efeito elástico da dobra76
Capítulo 10 – Desenvolvimento de peças dobradas7
Linha Neutra7

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Exercícios:79
Capítulo 1 – Esforço de dobra81
Dobra em “V”81
Dobra em “L”82
Dobra em “U”82
Força do Prensa-chapa e dos extratores83
Capítulo 12 – Embutimento84
Generalidades84
Princípio de embutimento85
Embutidor Simples85
Embutidor com prensa-chapa86
Raio de embutimento87
Folga para embutimento8
Lubrificação para embutimento89
Defeitos em peças embutidas89
Capítulo 13 – Desenvolvimento de peças embutidas92
Desenvolvimento de peças cilíndricas92
Cálculo do diâmetro do disco de partida92
Cálculo do número de passagens93
Desenvolvimento de peças não cilíndricas94
Bibliografia95
Anexo A96
Anexo B100
Anexo C102
Anexo D107
Anexo E1
Anexo F112

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Anexo G124
Anexo H129

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Matrizes de corte, dobra e embutimento Prof. Eduardo Thomazi Capítulo 1 – Introdução a Conformação Mecânica

Conceitos básicos

Os processos de conformação mecânica são os elos finais de uma corrente que se inicia na extração do minério da crosta terrestre. São através destes processos que se obtém muitos produtos prontos empregados no dia-a-dia em equipamentos e máquinas de um modo geral. [1]

Mais recentemente, devido ao desenvolvimento de novos equipamentos, a produção de componentes por conformação mecânica possibilitou uma enorme diminuição dos custos de produção este fato contribui para a alta competitividade de muitos produtos de origem metálica. [1]

Os processos de fabricação por conformação são importantes para atingir determinadas propriedades mecânicas, muitas delas somente alcançáveis através destes processos.

Processos de conformação a quente, a morno e a frio

Os processos de conformação são comumente classificados em operações de trabalho a quente, trabalho a morno e trabalho a frio. O trabalho a quente é definido como a deformação sob condições de temperatura e a taxa de deformação tais que processos de recuperação e recristalização ocorrem simultaneamente com a deformação. De outra forma, o trabalho a frio é a deformação realizada sob condições em que os processos de recuperação e recristalização não são efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperação, mas não se formam novos grãos (não há recristalização).

No trabalho a quente, devido à intensa vibração térmica, o encruamento e a estrutura distorcida dos grãos produzida pela deformação são rapidamente eliminados pela formação de novos grãos livres de deformação, como resultado da recristalização.

No trabalho a frio, como o encruamento não é aliviado, a tensão aumenta com a deformação. Assim a deformação total que é possível de se obter sem causar fratura é menor no trabalho a frio do que no trabalho a quente e a morno. Exceto quando se realizam tratamentos térmicos de recozimento para aliviar os efeitos do encruamento. No trabalho a morno ocorre uma recuperação parcial da ductilidade do material e a tensão de conformação situa-se numa faixa intermediária entre o trabalho a frio e a quente.

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Costuma-se definir, para fins práticos, as faixas de temperaturas do trabalho a quente, a morno e a frio baseadas na temperatura homóloga, que permite a normalização do comportamento do metal, como mostrado na figura 1.1. Em um metal puro, que não sofre transformação de fase no estado sólido, os pontos de referência em termos de temperatura são: o zero absoluto e o ponto de fusão (Tf). Estes pontos, traduzidos em graus Kelvin, estabelecem os extremos da escala homóloga de temperaturas.[2]

Figura 1.1 – Representação das faixas de temperaturas para trabalho a frio (TF), a morno (TM) e a quente (TQ). [2]

É importante compreender que a distinção básica entre TQ e TF é portanto, função da temperatura em que se dá a recristalização efetiva do material. Assim, embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente elevada em relação à ambiente, para metais como chumbo (Pb) e estanho(Sn), que se recristalizam rapidamente à temperatura ambiente após grandes deformações, a conformação à temperatura ambiente é TQ. Por outro lado, a conformação a 1100ºC é TF para o tungstênio, cuja temperatura de recristalização é superior a esta, embora seja TQ para o aço.[2]

Como exemplo pode-se citar o aço que tem ponto de fusão aproximadamente em 1530ºC. Fazendo as devidas conversões encontra-se a temperatura para trabalho a frio até 349,74ºC, a temperatura para trabalho a morno de 349,74 até 765ºC e para trabalho a quente acima de 765ºC.

Principais processos de conformação

Os processos de conformação mecânica alteram a geometria do material através de forças aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas

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Matrizes de corte, dobra e embutimento Prof. Eduardo Thomazi matrizes até grandes cilindros, como os empregados na laminação. Em função da temperatura e do material utilizado para a conformação mecânica pode ser classificada como trabalho a frio, a morno e a quente. Cada um destes trabalhos fornecerá características especiais ao material e à peça obtida. Estas características serão função da matéria prima utilizada como composição química e estrutura metalúrgica (natureza, tamanho, forma e distribuição das fases presentes) e das condições impostas pelo processo tais como o tipo e o grau de deformação, a velocidade de deformação e a temperatura em que o material é deformado.[2]

O número dos diferentes processos de conformação mecânica, desenvolvidos para aplicações específicas, atinge atualmente algumas centenas. É possível classificálos num pequeno número de categorias, com base em critérios tais como: o tipo de esforço que provoca a deformação do material, a variação relativa da espessura da peça, o regime da operação de conformação, o propósito da deformação.[2] Basicamente, os processos de conformação mecânica podem ser classificados em:

Forjamento: Conformação por esforços compressivos tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou estampo.[2] A figura 1.2 mostra uma peça que foi forjada seqüencialmente e após rebarbada.

Figura 1.2 – Exemplo de uma peça forjada [4]

Laminação: Conjunto de processos em que se faz o material passar através da abertura entre cilindros que giram, modificando-lhe (em geral reduzindo) a seção transversal; os produtos podem ser placas, chapas, barras de diferentes seções, trilhos, perfis diversos, anéis e tubos.[2]

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A figura 1.3 demonstra vários tipo de laminadores conforme os arranjos dos cilindros: ( a) - laminador duo; ( b) - laminador duo reversível; (c) - laminador trio; (d) - laminador quádruo, (e) - laminador Sendzimir e ( f ) - laminador universal.

Figura 1.3 – Tipos de laminadores [2]

Trefilação: Redução da seção transversal de uma barra, fio ou tubo, “puxando-se” a peça através de uma ferramenta (fieira, ou trefila) com forma de canal convergente. Na figura 1.4 é possível ver exemplos de laminadores de tubos.

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Figura 1.4 – Laminadores de tubos [2]

A fieira é o dispositivo básico da trefilação e componente de todos os equipamentos trefiladores. A geometria da fieira é dividida em quatro zonas: entrada, redução, calibração e saída. A figura 1.5 mostra um exemplo de fieira.

Figura 1.5 – Geometria de uma fieira indicando as zonas de conformação.[2]

Os materiais utilizados nas fieiras dependem das exigências do processo (dimensões, esforços) e do material a ser trefilado. Os mais utilizados são:

• Carbonetos sinterizados (sobretudo WC) – widia,

• Metal duro,etc. (figura abaixo)

• Aços de alto C revestidos de Cr (cromagem dura)

• Aços especiais (Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-W, etc.)

• Ferro fundido branco

• Cerâmicos (pós de óxidos metálicos sinterizados)

• Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras)

A figura 1.6 apresenta os detalhes construtivos de uma fieira. ETFAR / UCS - 10 -

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