CURSO PROFISSIONAL TÉCNICO DE MANUTENÇÃO - ELECTROMECÂNICO DISCIPLINA – Tecnologia e Processos
Módulo 4 – Processos de Fabrico Turma 10T – 2013/2014 M4-FT4 – Estampagem
1 – INFORMAÇÃO
A estampagem é um dos Processos de alteração de forma, através de deformação plástica de chapa. Através da estampagem são obtidos componentes não
planificáveis, isto é, que não poderiam ser obtidos por dobragens sucessivas, como acontece no caso da Quinagem. Tal significa que a estampagem impõe níveis de deformação plástica maiores e menos localizados em relação à Quinagem. As peças estampadas sofrem deformações de expansão, tracção e compressão, dependendo da geometria da peça a obter. As peças mais comuns que se podem obter por estampagem são por exemplo: painéis para automóveis, recipientes em chapa, utensílios de cozinha, latas de bebida, etc. As indústrias mais significativas em termos de estampagem são a automóvel e a alimentar.
Classificação dos processos de estampagem
Os processos de estampagem podem ser divididos nos seguintes grupos, relativamente à geometria das peças fabricadas:
Estampagem de peças cilíndricas Estampagem de peças cónicas Estampagem de peças rectangulares
Estampagem de peças com geometria complexa
Os processos de estampagem poderão ser classificados relativamente à tecnologia empregue para deformar plasticamente a chapa, no seguintes tipos:
Estampagem convencional em prensa Estampagem por explosão
Estampagem por forças electromagnéticas
Estampagem por acção de um fluido - Hydroforming Estampagem com punções/matrizes deformáveis.
Mecanismo do processo
A estampagem consiste na deformação plástica de uma chapa, através da acção de uma ferramenta, normalmente montada numa Prensa.
Estampagem convencional em prensa
No caso da estampagem convencional em prensa,um punção exerce força sobre a chapa obrigando-a a tomar a forma definida pelo par punção/matriz. Fazem parte da ferramenta de estampagem o encostador, ou cerra-chapas, cuja função é manter a chapa encostada à matriz durante todo o processo, impedindo deslocações verticais que originariam defeitos na peça final.
Estampagem por explosão
No caso da estampagem por explosão, a chapa é posicionada sobre a matriz
e uma carga explosiva é colocada a uma distância determinada. A onda de choque causada pela explosão provoca a deformação da chapa até tomar a forma da matriz.
Estampagem por forças electromagnéticas
Neste processo a chapa é conformada por acção de forças electromagnéticas induzidas. Não há necessidade de punções e, tal como no caso anterior, a chapa toma normalmente a forma da matriz.
Estampagem por acção de um fluido - hydroforming
O hydroforming é uma técnica de estampagem utilizada sobretudo para o fabrico de tubos de secção variável e complexa, ou em peças ocas, cujo fabrico seria impossível por outros processos. No caso do fabrico de tubos, a matéria prima inicial é um tubo recto, que é colocado numa ferramenta constituída por duas metades, ou duas matrizes. A ferramenta é fechada, e uma das extremidades do tubo é selada. Na outra extremidade é ligado um tubo pelo qual é depois injectado um fluido, normalmente óleo, a elevada
matrizes. Também podemos encontrar este processo de estampagem aplicado a chapa, quase exclusivamente utilizada em protótipos. O fluido contacta directamente com a chapa, exercendo contrapressão - ver Variantes especiais do hydroforming.
Principais características das peças fabricadas por hydroforming: Elevada tensão de cedência;
Elevada rigidez; Peso optimizado; Rigor geométrico; Sequência do processo:
1. A pré-forma tubular, dobrada ou não, é colocada no interior da ferramenta, sob a matriz (que define o contorno da peça a obter);
2. As matrizes são fechadas e o interior do tubo é enchido com o fluido pressurizador. São utilizados dispositivos de selagem para evitar perdas de pressão. A pressão é aumentada até ao valor pretendido;
3. Movimento dos cilindros axiais, regulação da pressão do fluido: o material sofre expansão, os punções de selagem comprimem as extremidades do tubo e o material escoa no interior das matrizes;
4. Abertura da prensa e extracção do componente final; Vantagens
Rácio Integridade Estrutural/Peso das Peças; Precisão Dimensional e Repetibilidade do Processo; Número de Componentes Reduzido;
Integração de Operações;
Quantidade de Matéria-Prima e Sucata. Desvantagens
Elevado tempo de ciclo (20 s); Elevado custo dos equipamentos;
Pouco conhecimento do processo por ser uma tecnologia recente.
Vantagens e Desvantagens do Processo de Estampagem
Com a ajuda da estampagem de chapas, fabricam-se peças de aço baixo carbono, aços inoxidáveis, alumínio, cobre e de diferentes ligas não ferrosas. Devido às suas características este processo de fabricação é apropriado, preferencialmente, para as grandes séries de peças, obtendo-se grandes vantagens, tais como:
Alta produção.
Custo reduzido por peça - processo económico.
Bom acabamento superficial, não necessitando de processamento posterior.
Maior resistência das peças devido à conformação, que causa o encruamento no material.
Baixo custo de controle de qualidade devido à uniformidade da produção e a facilidade para a detecção de desvios. Boa precisão dimensional.
Como principal desvantagem deste processo, podemos destacar o alto custo do ferramental, que só pode ser amortizado se a quantidade de peças a produzir for elevada.
Ferramentas Utilizadas no processo
As ferramentas básicas utilizadas em uma prensa de conformação de peças metálicas são o punção e a matriz. O punção, normalmente o elemento móvel, é a ferramenta convexa que se acopla com a matriz côncava. Como é necessário um alinhamento acurado entre a matriz e o punção, é comum mantê-los permanentemente montados em uma subprensa, ou porta matriz, que pode ser rapidamente inserida na prensa.
A primeira fase, de embutimento, é simples. A matriz é colocada em uma base e montada com uma guia fixa. A guia é bem posicionada, de modo a passar apenas a espessura e o diâmetro da chapa.
O segundo passo é realizado pela ferramenta de estiramento. Esta ferramenta tem o objectivo de reduzir a peça estampada de 45 para 40 mm de diâmetro. O copo é centralizado por uma guia fixada sobre a matriz. O punção é montado sem prensa-chapas, pois a redução é pequena, perto da espessura da chapa.
Na fase seguinte utilizamos a ferramenta de estampagem de forma. Nesta operação, imprime-se uma geometria na peça. Nota-se que o punção está no lado inferior da matriz e possui extractor a fim de evitar que a peça fique aderida ao punção. Na matriz superior também há presença de um extractor cuja função é evitar que a peça permaneça dentro da cavidade.
Para finalizar o processo utilizamos a ferramenta de acabamento, a impressão de uma forma final mais complexa é realizada.
Cálculo de peças obtidas por estampagem cilíndrica
O sucesso de uma operação de estampagem depende de diversos factores, de entre os quais se conta a resposta
mecânica do material. Dado que se trata de um processo que impõe elevados níveis de deformação plástica, é necessário ter em conta os limites máximos dessa deformação para cada material.
No caso geral da estampagem, o estudo da distribuição de deformações e previsão dos locais onde a probabilidade de ocorrência de fractura do material será maior constitui uma área de investigação muito vasta. No caso particular da estampagem de peças cilíndricas, é possível definir um parâmetro relativamente simples, que permite planear as operações de estampagem em segurança, não excedendo os limites de deformação plástica do material.
Estampagem múltipla
Sendo D_0 o diâmetro inicial de um disco de chapa, e D_f o diâmetro da peça cilíndrica que queremos obter, em geral são necessárias várias etapas de estampagem intermédias para que se consiga obter a peça com diâmetro D_f sem que haja ruptura.
A justificação para esta necessidade prende-se com o facto de que, caso se usem reduções de diâmetro demasiado elevadas em cada etapa, então a área de chapa na qual o encostador actua é elevada. Sendo assim, a força exercida por este torna-se excessiva, provocando ruptura da chapa quando esta está a ser deformada pelo punção. Normalmente esta ruptura dá-se próximo do raio de curvatura da matriz.
Desta forma, é necessário planear quer a dimensão inicial do círculo de chapa (também designado esboço, ou estampa, quer o número de etapas necessário ao fabrico da peça.
Para tal, começa-se por definir a dimensão inicial do círculo de chapa. Esta definição, no caso da estampagem cilíndrica, começa por ser aproximada, pois é baseada na geometria da peça e não tem em conta os elevados valores de
deformação plástica; poderemos optimizar a dimensão do esboço recorrendo a métodos mais precisos - simulação numérica, ou ensaios experimentais.
Para que seja possível avaliar a possibilidade de obter um determinado diâmetro D_f a partir de um diâmetro D_0 por estampagem cilíndrica, definiu-se um parâmetro, designado relação de estampagem ou coeficiente limite de estampagem - m. Este parâmetro não é mais do que a relação máxima entre o diâmetro da peça na etapa n e o seu diâmetro na etapa n-1. O parâmetro m foi determinado para diversos materiais usados em operações de estampagem, pelo que é possível saber, dado o diâmetro final da peça a obter, se é possível obtê-lo em apenas uma etapa, ou se serão necessárias mais etapas.
A tabela seguinte apresenta os valores de m para diversos materiais. Material m 1ª etapa m 2ª etapa e seguintes
aço para estampagem 0.6 0.8
aço para estampagem profunda 0.55-0.6 0.75-0.8 aço para carroçaria automóvel 0.52-0.58 0.75-0.80 aço inoxidável 0.50-0.55 0.80-0.85 folha de flandres 0.50-0.55 0.75-0.80 cobre 0.55-0.60 0.85 latão 0.50-0.55 0.75-0.80 zinco 0.65-0.70 0.85-0.90 alumínio 0.53-0.60 0.80 duralumínio 0.55-0.60 0.90
níquel; monel; iconel 0.60-0.65 0.80
O cálculo é efectuado de forma simples. Dado o diâmetro do esboço D_0, e o coeficiente m do material em causa, calcula-se o diâmetro mínimo possível de obter através da fórmula D_1=m.D_0. Caso o diâmetro D_1 calcula-seja igual ou menor ao diâmetro pretendido, isso significa que é possível obter a peça em apenas uma etapa; caso seja maior, então teremos de efectuar etapas adicionais.
Neste último caso, é uma questão de continuar o cálculo, partindo agora do diâmetro obtido na 1ª etapa: será D_2=m.D_1, e assim sucessivamente, até que D_n (diâmetro obtido na etapa n) seja menor ou igual ao diâmetro pretendido.
De salientar que, tal como a tabela anterior preconiza, os valores de m não são constantes em todas as etapas; em particular, na 1º etapa o valor de m é o mais reduzido - significando por isso que é na 1ª etapa que se poderá obter maior redução de diâmetro - enquanto que na 2ª etapa e seguintes, esse valor aumenta. Tal significa que a redução de diâmetro possível é inferior.
Métodos de estampagem múltipla Estampagem directa
Neste método de estampagem, cada passo ou etapa é obtida através da deformação do material na mesma direcção que a etapa anterior.
Estampagem inversa
Neste método, há inversão da direcção da estampagem, isto é, a cada passo o material é estampado na direcção inversa à etapa imediatamente anterior.
(alumínio) é um exemplo onde se usa a estampagem cilíndrica inversa.
2 – QUESTÕES
1 – Explica por palavras tuas em que consiste a estampagem.
2 – Distingue a estampagem convencional em prensa da estampagem por explosão.
3 – Distingue a estampagem por forças eletromagnéticas da hydroforming.
4 – Identifica 3 vantagens e 1 desvantagem da utilização do processo de estampagem.
