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Realização do processo de estampagem incremental por
roboforming para fabricação de componentes metálicos.
Victor Áquila Almeida Damasceno*, Charles Chemale Yurgel**
* Bolsista de Iniciação Científica da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, victoraquilaa@gmail.com ** Doutorando em Engenharia Mecânica , Orientador de Iniciação Científica da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC,
charles.chemale@fieb.org.br
Resumo
Este trabalho apresenta o processo de estampagem incremental por roboforming para prototipagem rápida de chapas metálicas. Desenvolve estudos voltados para conformação de chapas através de um punção que está fixado a um robô. Mostra a fabricação de peças de pequenos lotes e geometrias simples e complexas, que necessitem de um elevado grau de deformação plástica e com custo de fabricação reduzidos.
Palavras chave: Conformação de chapas; roboforming; estampagem incremental.
1. Introdução
Estampagem é um processo de conformação mecânica que consiste na deformação plástica, onde é realizada a fabricação de peças em series, as quais terão de adquirir forma em todas as suas partes de uma unica vez(Polack, 1974).
A estampagem incremental utilizada para prototipagem rápida de componentes fabricados em chapas metálicas, onde se produz deformações plásticas localizadas em regiões específicas da chapa. Essas deformações são ocasionadas através de pressões pontuais realizadas por um punção com geometria menor que a chapa metálica. O processo de estampagem incremental por roboforming é desempenhado por um robô, sendo que o punção que aplica a pressão de deformação está fixado ao mesmo, possibilitando o aumento da capacidade de estampagem em diferentes direções, como por exemplo, nos três eixos (Lora, 2010).
Esse processo de conformação é voltado exclusivamente para a fabricação de peças em pequenos lotes, podendo ter formatos complexos. A sua utilização como fabricação de peças, para esse caso, é devido ao ponto de vista econômico, pois os mesmos não seriam viáveis financeiramente para uma produção de um ferramental completo (Tiburi, 2007).
A estampagem incremental é uma alternativa viável por ter na sua composição materiais relativamente baratos, com boa resistência, e sem a presença de componentes móveis (Tiburi, 2007).
No processo de estampagem é necessário que haja um estudo específico dos materiais, referente as suas características e propriedades. Estes influenciarão no processo, assegurando uma melhor fabricação de acordo com as exigências esperadas(Alexandra, 2010).
Neste trabalho irar-se determinar parâmetros do processo de estampagem incremental por roboforming em chapas metálicas que serão utilizadas para
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protipagem rápida, no qual exige deformações maiores que as deformações por processos convencionais, trabalhando no limite das propriedades.
2. Estapagem Incremental
O processo de estampagem incremental de chapas metálicas, que por meio da deformação plástica se chega ao produto acabado. Esse tipo de processo utiliza-se de ferramentas específicas de alta precisão que possibilita a elaboração de peças de chapas de diversas geometrias. Para realizar a estampagem de chapas metálicas pode-se utilizar robôs, equipamentos CNC específicos ou adaptando máquinas-ferramentas de usinagem, nos quais possibilita o trabalho em três eixos (Castelan, 2010; Daleffe, 2008).
O processo de estampagem incremental se aplica na fabricação de peças em pequenos lotes, onde a forma dos produtos podem variar com o decorrer do tempo, sendo estes produtos de geometria simples ou complexa (Alexandra, 2010).
O princípio de funcionamento desse processo é a movimentação incremental de uma determinada ferramenta com uma ponta hemisférica ou esférica sobre uma chapa, seguindo uma trajetória pré-definida, executando a conformação do componente em múltiplos passos. Dessa forma, a deformação ocorre de maneira progressiva, aumentando a conformabilidade da chapa, quando comparada com os processos convencionais de estampagem (Castelan, 2010; Alexandra, 2010; Llídio, 2010).
2.1 Conformação Incremental de chapas
Os tipos de deformação plástica incremental com aplicação na prototipagem rápida são: Conformação incremental simétrica e Conformação incremental assimétrica. (Lídio, 2009).
A conformação incremental simétrica é designada por “spinning”¹, consiste na execução de vários incrementos extensos consecutivos com a ferramenta de conformação sobre a chapa. Um outro processo é o “shear forming”² que deriva do “spinning”, no qual a ferramenta de conformação fica em permanente contato com a chapa, permitindo deformação constante sobre a forma geométrica. (Llídio, 2009). Já a conformação incremental assimétrica se caracteriza por apresentar ferramentas específicas de pequena dimensão, pela ausência ou utilização de matrizes dedicadas, tendo um contato contínuo entre a ferramenta e a chapa fazendo um movimento tridimensional e controle da ferramenta. A conformação assimétrica pode ser realizada em uma máquina CNC de três eixos. (Lídio, 2009).
2.2. Caracterização tecnológica
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longo de quatro guias localizada em cada canto da mesa. O movimento vertical do suporte é causado somente pela gravidade e não controlado por nenhum dispositivo. Tanto o suporte quanto o robô se movimentam de forma conjunta para a realização do processo de estampagem incremental (Daleffe, 2008).
Os benefícios do robô comparado à estampagem com máquinas fresadoras são evidentes. O robô trás flexibilidade ao processo de fabricação e possibilita a combinação de várias etapas de fabricação. Um único robô pode realiza múltiplas tarefas como posicionar a chapa, cortar com laser e conferir tratamento térmico. (Daleffe, 2008).
Fonte: DALEFFE, 2008
Figura 1 - Estampagem incremental por roboforming.
O processo de estampagem incremental por roboforming assemelha-se ao processo utilizado nos de máquinas CNC (Comando numérico computadorizado). O processo começa com o modelo 3D em CAD do produto, trabalhando em conjunto de um software que transfere a linguagem da operação para o robô (Daleffe, 2008).
O material ideal para Estampagem incremental seria aquele que tivesse uma reduzida tensão de escoamento e uma grande tensão máxima, grande deformação relativa E. Ou seja, um material que possua uma grande ductilidade, consequentemente uma boa tenacidade, possibilitando o trabalho no limite da deformação. Além dessas informações, as chapas devem conter uma espessura que favoreça sua estampabilidade, e um diâmetro da ferramenta apropriado (Carlos, 2010).
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3. Metodologia
A metodologia utilizada foi embasada por um aprofundamento teórico, a partir de levantamento bibliográfico em livros, artigos científicos e páginas da internet, sobre a estampagem incremental e suas caracteristicas tanto de chapas metálicas como o processo em si. Com intuito de obter uma visão mais técnica e real deste processo, avaliando e detectando considerações importantes do mesmo, afim de promover pesquisas futuras.
4. Resultado e discussões
Dos estudos realizados embasado nos fundamentos teóricos sobre estampagem incremental mostra a versatilidade do processo com a utilização de um robô. Com um unico robô é possível otimizar tarefas envolvidas na fabricação, na produção de peças em larga escala, como posicionamento de chapas e cortes comparado ao processo convencional.
Os tipos de deformção incremental simétrica por Spinning demonstrou uma maior capacidade de produção comparado a de shear forming, pelo fato de ocorrer múltiplas deformações, aumentando conformabilidade da peça comparando também há processos de estampagem convencional.
O processo de estampagem incremental por roboforming por protipagem rápida favorece a fabricação de componentes de chapas metálicas com deformações plásticas em regiões específicas. Isso mostra que o processo por roboforming permite a fabricação de peças de alta qualidade, e com materiais e componentes de baixo custo.
5. Conclusão
Conclui-se com o trabalho proposto que o processo de estampagem incremental por roboforming é viável comparado ao convencional, por trazer benefícios que otimizam o processo. Possui uma maior capacidade de produção, com fabricação de peças com geometrias mais complexas, através de um unico robô que realiza múltiplas tarefas.
6. Referências
CASTELÃN, J.Estampagem Incremental do titânio comercialmente puro para aplicação em
implante craniano. 2010. 193 f. Dissertação Mestrado em
Processo de Fabricação. Escola de Engenharia Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalurgia e dos Materiais – PPGEM, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2007.
CAVALER, Luiz Carlos de Cesaro. Parâmetros de conformação para estampagem incremental de
chapas de aço inoxidável AISI 304L. Tese para obtenção do título de Doutor em Engenharia
Metalúrgica. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010.
DALEFFE, Anderson. Estudo do processo de estampagem incremental em chapa de alumínio
puro. Dissertação para obtenção do título de Mestre em Engenharia. Universidade Federal do Rio
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FERRARINE, J. L. Caracterização de materiais para o processo de Estampagem. Dissertação para título de Mestre em Engenharia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2004.
MARQUES, Tania Alexandra Ferreira. Dissertação para obtenção do grau de Mestre em
Engenharia de Materiais. Instituto Superior Técnico, Universidade Técnico de Lisboa. Outubro de
2010.
