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PROJETO DE
DISPOSITIVOS E
FERRAMENTAS
CURSO PROCESSO DE PRODUÇÃO
3º SEMESTRE
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AULA 1
CONFORMAÇÃO MECÂNICA POR ESTAMPAGEM
Estampagem é o processo de fabricação que transforma chapas metálicas planas em objetos com forma geométrica própria e definida. Os processos de estampagem se dividem em:
Corte
Corte e furo progressivo
2 Etapa 2: corte
Produto final
3 Repuxo
Normalmente as operações de corte e dobra são feitas a frio e repuxo é feita a quente. O processo é realizado por meio de máquinas denominadas de prensas.
CHAPAS
5 CORTE E PUNCIONAMENTO
Entende-se por corte o desmembramento de um material em partes por
intermédio de um punção. Assim costuma-se dizer que corte e puncionamento
são as mesmas palavras utilizadas no processo de estampagem.
CLASSIFICAÇÃO DAS FERRAMENTAS
As ferramentas utilizadas no processo de estampagem são conhecidas como
estampos e são classificadas de acordo com:
A função (pelas operações que executam tais como cortar, dobrar, repuxar, furar, etc).
Os recursos técnicos (pela existência ou não de guias para chapa, guia para os punções, guias para o cabeçote, faca de avanço, etc).
A produção (pequena média ou grande).
De modo geral, os estampos de corte são formados por cinco conjuntos de peças:
Conjunto superior;
Conjunto inferior;
Elementos normalizados;
Elementos de fixação;
Dispositivos de alimentação automática.
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Durante o processo, o material é cortado de acordo com as medidas das peças
a serem estampadas, a que se dá o nome de tira. Quando cortamos numa tira
de material as formas de que necessitamos, a parte útil obtida recebe o nome de peça. O restante de material que sobra chama-se retalho, como na figura a
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Conjunto Superior
O conjunto superior é a parte móvel do estampo. É fixada à máquina, realiza
movimentos de “sobe-desce” e apresenta os seguintes componentes: espiga,
placa superior, placa de choque, placa porta-punções , punções e faca de avanço.
Espiga é uma peça geralmente cilíndrica de aço 1020 a 1045 que, introduzida
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Conjunto Inferior
O conjunto inferior é a parte imóvel do estampo. É fixada à máquina e apresenta os seguintes componentes: placa-guia, guias laterais, placa-matriz e placa-base.
Placa-guia
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um projeto simples pode seguir as mesmas dimensões da matriz, observe a figura a seguir.
Os principais parâmetros a serem considerados nas operações de corte e furações por estampagem são:
Forças envolvidas na operação de corte
Aproveitamento máximo da chapa (layout de tira)
Folgas entre punção (macho) e matriz
Dimensionamento da matriz
FORÇA DE CORTE (FC)
A força de corte depende basicamente do material que se vai cortar, das dimensões do corte e da espessura da chapa e pode ser determinada através da seguinte expressão:
FC = Pe. e . admcisal
Onde:
Pe = perímetro de corte; e = espessura da chapa;
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A força de corte é o que define praticamente a capacidade da prensa a ser utilizada, nesse caso é recomendável acrescentar 15% a mais no valor da força de corte encontrada no cálculo. As capacidades em tonelagem das prensas excêntricas obedecem a um padrão de produção e as mais comuns são: 3-5-8-12-18-25-30-40-50-60-80-100-120-160-200.
Tabela 2. Valores de tensão admissível a cisalhamento para aços carbono Aços
com teores em%C
0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 1,00
admcisal
(kg/mm2)
25 a 32
28 a 35
32 a 40
36 a 48
45 a 55
48 a 58
55 a 70
60 a 85
72 a 90
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COMO DIMINUIR A FORÇA DE CORTE (FC)
Há algumas vantagens em diminuir a força de corte no momento da atuação dos punções como, por exemplo, a diminuição das dimensões de alguns componentes do estampo como também a seleção de uma prensa de capacidade menor. Um dos métodos mais utilizados é inclinar o fio de corte do punção em 1mm como indica a figura abaixo.
O cálculo nesse caso fica
Fcdiminuido = Fc
LAYOUT DE TIRA
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Tabela 3. Estudo da tira
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O objetivo nesse caso é posicionar a peça no espaço da tira de modo a perder o mínimo de material possível da chapa. Assim teremos que calcular a perda para cada posicionamento ou disposição da peça como indica os exemplos a seguir.
1ª disposição
Determinação da largura da tira LT: LT = Y + 2B + D
Y = medida A na tabela 3; D = largura da faca de avanço; B = distância entre a peça e a tira
O passo P corresponde a distância em que a tira se desloca representando praticamente ao comprimento da faca de avanço. O passo P pode ser determinado por:
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2ª disposição
Determinação da largura da tira LT: LT = Y + 2B + D
Determinação do passo P: P = X + Z + 2C
O número de peças n para cada situação será:
L corresponde ao comprimento da chapa original 2m x1m O rendimento para cada situação é:
O passo P calculado nos exemplos anteriores serve para confeccionar a faca de avanço de largura D para estampos progressivos como indicado na figura do estampo superior. É o avanço que faz a tira de chapa se deslocar em cada golpe da prensa, isto é, em cada peça ou grupo de peças cortadas.
FOLGA ENTRE PUNÇÃO E MATRIZ
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material tem as dimensões do punção e dependerá exclusivamente da espessura e tipo do material. De acordo com o tipo de material teremos as seguintes relações:
Para aço doce e latão: F = e/20 Para aço meio duro: F = e/16 Para aço duro: F = e/14
Exemplo:
Deseja-se cortar discos com diâmetro de 50mm com uma chapa com 3mm de espessura feita de aço meio duro. Qual seria o diâmetro do punção e matriz nesse caso?
Para aço meio duro: F = e/16 F= 3/16 = 0,18
Diâmetro do punção: 50 – 0,18 = 49,82mm
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AULA 2
DIMENSIONAMENTOS DOS COMPONENTES
DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO SUPERIOR
ESPIGA
Normalmente para dimensionarmos a espiga partimos pelo cálculo do diâmetro de sua rosca dado por:
Onde:
Fe = força de extração (10% da força de corte)
18 PLACA SUPERIOR
Placa superior é uma placa de aço 1020 a 1045 que tem por finalidade fixar a
espiga e unir, por meio de parafusos, a placa de choque e a placa porta-punção.
Adotar como espessura mínima de 0,8 da espessura da matriz
PLACA DE CHOQUE
19 PLACA PORTA PUNÇÕES
É uma placa de aço 1020 a 1045 situada logo abaixo da placa de choque ou da placa superior. É fixada por parafusos e tem como função sustentar punções, cortadores, cunhas e pode ter as mesmas dimensões da matriz.
Adotar como espessura a mesma da placa superior
PUNÇÃO
Punção é uma peça de aço com elevado teor de carbono (aço rápido)
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O punção e comprimido axialmente, é necessário, portanto, que seja dimensionado de modo a resistir aos esforços de compressão. Sendo o
punção um elemento esbelto e carregado axialmente, pode flambar. Para evitar este inconveniente, limita-se o comprimento do punção ao valor dado pela formula:
Onde:
E = módulo de elasticidade (para aço E= 22000 kgf/mm2) J = momento de inércia
Fc = força de corte
Para sabermos se o punção irá flambar é necessário determinar o índice de esbeltez dado por
= Onde
R = raio de giração
Se 100mm o fenômeno de flambagem irá preocupar
O comprimento real dos punções usualmente ficam entre 50 a 80mm
É importante também saber se o punção resistirá a deformação de compressão, ou seja, é necessário conhecermos a tensão admissível de compressão do material do punção e aplicar a seguinte expressão:
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DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO INFERIOR
O conjunto inferior é a parte imóvel do estampo. É fixada à máquina e apresenta os seguintes componentes: placa-guia, guias laterais, placa-matriz e placa-base.
MATRIZ
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Observe que a matriz apresenta, nas arestas internas de corte, uma parte cônica (ângulo de saída de 0,5 a 15°) para facilitar a passagem da peça ou do retalho.
Para as distâncias entre os furos de parafusos, pinos de guia e arestas de corte, as diferentes distâncias entre elementos da matriz conforme desenhos abaixo.
24 Espessura da matriz (emat):
emat =
Comprimento da matriz:
Cm = (P.N° de passos) + (2 . Y) Y = 1,2 . emat
Largura da matriz (Lmat): Lmat = LT + (2 . Y)
Placa-guia é uma placa de aço 1020 a 1045 que tem a função de guiar os
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Guias laterais são duas peças de aço 1040 a 1060 colocadas na lateral da
placa-matriz. Podem ser temperadas e revenidas. Sua função é guiar a tira de material a ser cortado.
Placa-base é uma placa que serve de apoio à placa-matriz e fixada a ela por
meio de parafusos e pinos de guia. É construída em aço 1020 a 1045 ou ferro fundido 26FF.
26 PARAFUSOS E PINOS
Os parafusos e pinos são utilizados para fixar o conjunto superior e o conjunto inferior. O diâmetro dos pinos deve ser igual ao diâmetro dos parafusos calculados por:
Fe = força de extração (10% da força de corte)
EXERCÍCIOS
1- Explique o que é faca de avanço
27 Material da peça: aço 1040
Espessura: 2mm
3- Determine a folga entre o punção e a matriz para confeccionar a seguinte peça:
Material da peça: aço 1020
Espessura: 1,4mm
4- Verificar se o punção para confeccionar a peça do problema 3 corre o risco de sofrer flambagem e/ou compressão.
5- Esboce as dimensões da espiga que faz parte do estampo para confeccionar a peça do problema 2.
6- Calcule as dimensões da matriz para confeccionar a peça do problema 2.
RESPOSTAS
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2- Para aço 1040 de acordo com a tabela 2 temos valores da tensão admissível compreendida entre 45 a 55 kg/mm2. Adota-se nesse caso o
menor valor, ou seja, de 45 kg/mm2. O perímetro é a soma de todos os lados e
para a peça em questão fica:
Pe = (30+30+ 20+20 ) -40 = 60 mm
A expressão que determina a força de corte é:
FC = Pe. e . admcisal
Substituindo os valores teremos:
FC = 60 . 2 . 45 = 6210 kgf + 15% = 7145 kgf
A prensas ideal nessa caso de acordo com a página 10 é de 8T
3- Para aço 1020 (aço mole) a folga é de acordo com a página 16 determinada por:
F = e/20 = 1,4/20 = 0,07 mm
Diâmetro do punção: 40 – 0,07 = 39,93mm Diâmetro da matriz: 40 mm
4- O comprimento teórico do punção é dado por:
o momento de inércia J é determinado pela tabela 4 é:
J = π d4/64 = π (39,93)4 / 64 = 124786,36 mm4 Cálculo da força de corte:
Fc = π d .e. admcisal = π. 39,93. 1,4 . 32 = 5619,88+ 15% = 6462,86 kgf
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Para sabermos se o punção irá flambar é necessário determinar o índice de esbeltez dado por:
= Onde
R = raio de giração (tabela 4)
Se 100mm o fenômeno de flambagem irá preocupar
= Verificação por compressão:
= 5,16 kgf/mm2
Se o valor da tensão encontrada for maior que a tensão admissível do material então é necessário rever a sua área. Como a tensão admissível para o aço 1020 vale de 32 a 40 kgf/mmm2 que é maior do valor encontrado de 5,16 kgf/mm2 então o punção não sofrerá compressão.
5- A espiga pode ser dimensionada pela tabela da página 17 ou
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Onde:
Fe = força de extração (10% da força de corte)
Pela tabela anterior 11,5mm corresponde ao valor de D1 mais próximo de 14x1,5 com diâmetro da rosca de 14m passo de 1,5mm. Todos as outras dimensões estão na primeira linha correspondente ao valor de D1.
6- As dimensões da matriz pode ser determinado por:
31 Espessura da matriz (emat):
emat = = = 18mm
Comprimento da matriz:
Cm = (P.N° de passos) + (2 . Y) Y = 1,2 . emat
O valor do passo é determinado pelo cálculo do estudo da tira nesse caso é preciso saber qual a melhor posição da peça na tira. Adota-se nesse caso a peça posicionada na largura de 30mm.
Cm = 32 . 2 passos + 2 . 1,2 . 2 = 107mm
Largura da matriz (Lmat): Lmat = LT + (2 . Y)
Lmat = 37,5 + (2 . 1,2. 18) = 81mm
