Tecnologia deConformação de Chapas

Processos de Estampagem

Forças, Tensões e Deformações,

Planejamento e Cálculo do Processo,

Ferramentas e Máquinas

Problemas e Soluções

Forças, Tensões e Deformações

• Tipos de Processos de Estampagem

• Tensões e Deformações nas Peças– Estiramento e Estampagem profunda

• Forças na Conformação– Forças de Conformação, Prensa Chapa e Atrito

• Influência do Atrito e Desgaste– Efeitos na Superfície

Processos de Estampagem• Estampagem

profunda em um Passo

• Estampagem em dois ou mais Passos

• Repuxo

Processo de Estampagem

Estampagem = Estiramento + Estampagem Profunda

No processo de estampagem ocorre simultaneamente o estiramento e a estampagem profunda

Punção

Pr. Chapa

Chapa

Matriz

Problemas: Rupturas RugasOndulações Retorno elástico

Tensões e Deformações

r

t

f

smaxsmin

Rupturas

Rugas

Tensões e Deformações

• Estiramento no Fundo

• Alta Pressão no Raio da Matriz

• Rupturas no Lado

• Encruamento e Rugas na Flange

Problemas na Estampagem

• Transmissão de Força é indireta!– Chapa deve haver Rigidez para Transmissão de Força– Deve haver Flexibilidade para Conformação de Flange– > Perigo de Rupturas!– > Compromisso para Escolha de Material!

• Espessura é muito pequena em Comparação com as outras Dimensões!– Instabilidade do Processo: Rugas e Retorno elástico

• Grande Superfícies em Relação com o Volume – Grande Influência de Atríto e Desgaste.

Planejamento e Cálculo do Processo

• Cálculo do Tamanho do Blank• Cálculo das Forças:

Força da Conformação: Punção Força de Pressão Chapa: Prendedor de Chapas

• Planejamento e Desenho da Ferramenta: Folga e Raios de Punção e de Matriz,Materiais e Superfícies

Cálculo do Tamanho do Blank

• Superfície do Blank Superfície da Peça – Normalmente a Espessura fica mais ou menos igual!– Alta Razão de Estampagem: Mais Estiramento

Espessura Diminui => AP > AB

– Baixa Razão de Estampagem: Estampagem profundaEspessura Aumenta => AP < AB

• Peças rotação-simétricas:– DBlank = Raiz (4/ * Superfície da Peça)

• Peças retangulares (Calculo após AWF 5791): – Dado: A, B, H, RE, RF

Procurado: R1, HA, HB

– R = Raiz (RE2 + 2RE (H +

RB/2))

– X = 0,074 * (R/2RE)2 + 0,982

– R1 = X * R

– HA = 0,57RB + H + RE - 0,785(X2 - 1) R2/A

– HB = 0,57RB + H + RE - 0,785(X2 - 1) R2/B

Calculo do Tamanho do Blank

Cálculo da Força de Conformação:

• FGes = FCon + FAtrMR+ FAtrPC + FDob

(normalmente tão detalhado não é necessário)

• Força de Conformação após Siebel: Fid = * DS * s * kfm * ln ß {ß = D0/DS} Fp = 1,3 ... 1,5 * Fid (+ Atrito e Dobra)

• Exemplo da Pia: Fid = 359 kN => Fp ~ 540 kN

Cálculo da Força do Prensa Chapa

• Força do Prensa Chapa após Siebel: pN = Rm/400 * [(ß-1)² + d/200s]

• Valores comuns de Pressão: Aço EEP: 1 - 2 MPa Alumínio: 0,5 - 1 Mpa Aço 304: 2 - 5 MpaCobre: 0,5 - 1 MPa

• Exemplo da Pia: pN = 5,9 N/mm² => FN= 1080 kN

VDI-Diagrama para Prensa Chapas

• Pressão na Chapa após Regras de VDI 3375 : – s = 1,2 mm:

3,85 N/mm²– s = 0,95 mm: 4,70

N/mm²– s = 0,8 mm:

5,54 N/mm²

Prensa Chapas para uma Pia• Diâmetro: D =

400 mm• Espessura: s =

0,6 mm• Razão de

Estampagem ß = 1,55

• Aço Inox: Rm = 650 Mpa

=> Resultados: pN = 800 N/cm² => FN = 1400 kN

650

Nova Tecnologia: Estampar para cima

• Usar a Maior Força do Punção da Máquina para a Alta Pressão na Chapa

• Usar o Punção embaixo (Extrator) para a menor Força de Conformação

Erros e Sugestões para Soluções

• Rupturas (70% dos Problemas): Diminuir as Tensões na Flange

– Diminuir Tamanho do Blank, se possível– Diminuir Atrito, polir Superfície da Matriz (esp. Raio!)– Usar melhor Lubrificante, p. Ex. Plástico– Aumentar Raio de Matriz (Diminui Perdas de Dobra)– Aumentar Raio de Punção (Use Conformação do Fundo)– Controle dos Deformações com Diagrama CLC – Fazer mais Passos no Processo

Erros e Sugestões para Soluções

• Rugas (20%): Aumentar Pressão na Chapa ou as Tensões radiais

– Rugas 1. Tipo na Flange (um Lado aberto): • Aumento do Prensa Chapa

• Usar um Material mais macio

– Rugas 2. Tipo entre Punção e Matriz: • Aumento da Tensão radial diminui a Tensão tangencial,

mas aumenta também o Estiramento no Fundo

• Evite Áreas livres sem Contato da Ferramenta

Erros e Sugestões para Soluções

• Retorno elástico (10%): Diminuir Tensões residuais!– Usar um Material mais macio, com menor

Resistência, se possível – Aumentar a Estabilidade da Peça pela Construção– Evite Zonas não ou menor plastificadas na Peça

(Aumento de Estiramento no Fundo)– Evite Raios muito grande (maior Parte elástico)

Exemplos de Erros: Rupturas e Rugas

• Rupturas pela alta Tensão e Rugas pela baixa Tensão

Rupturas pelo Processo ou Material

• Rupturas pelo baixo Prendedor de Chapas (esq.: Rugas) e Envelhecimento do Material (dir.)

Erros nas Chapas Grossas

• Ruptura pela alta Razão da Estampagem

• Rugas na Flange

Figuras na Superfície das Peças

• Linhas de Lueders 45o • Figuras no Fundo

Diferentes Tipos de Ferramentas

Planejamento das Ferramentas

• Folga entre Punção e Matriz:– 1. U = E - 30 ... 40 % : Repuxo (Latas de Alumínio)

(1. Passo: Estampagem sem Folga)– 2. U = E : Sem Folga: Espessura igual

(Repuxo no Fim do Processo: Aumento da Espessura)– 3. U = 1,2 ... 1,3 * E : Folga 20 á 30 % da Espessura

(Normalmente para considerar a Espessura aumentada)– 4. U = 3 ... 5 * E : Cônico para tirar a Peça

(Melhora o Transporte: Diminui o Volume, mas aumenta o Perigo de Rugas Tipo 2!)

Exemplos de Ferramentas para Repuxo

Efeitos de Folga entre Matriz e Punção

Raios de Punção e Matriz

• Raio de Matriz: RM = 5 ... 10 * E

– Raio maior diminui a Força de Dobra, melhora o Fluxo do Material, mas dá mais Retorno elástico!

– Raio menor aumenta a Tensão da Compressão: Mais Atrito e Desgaste na Matriz! Alumínio e Aço Inox: Perigo de Micro-Soldagens!

• Raio de Punção: RP = 2 ... 5 * RM

– Raio maior gera mais Estiramento no Fundo da Peça!– Aumenta a Razão de Estampagem para Aço EEP e Aço

inoxidável e usa a melhor Conformabilidade deles!

Raio de Matriz para Hemisfera

• Aumento das Tensões radiais para tirar Rugas

Formas de Quebra-Rugas para o Controle de Fluxo de Material

Controle de Fluxo de Material

• Quebra-Rugas para Homogenizar ou Igualizar os Tensões no Contorno da Peça

Matrizes para Chapas Grossas sem PC

Forças e Tensões nos Copos

• Cálculo rápido da Tensão de Compressão no Raio da Matriz:

• pN = RP*s/r ou:

• pN = Rm*s/r

FPFM

FC

FA

FP

pN

Princípio e Tipos de Atrito

Diagrama de Stribeck e Condições de Atrito

Diferentes Áreas de Atrito

• Diferentes Demandas do Atrito na Estampagem profunda ou Estiramento

– Flange µ => 0 / 1

– Matriz µ => 0 / 1

– Fundo µ => 1 / 0

Influência do Atrito e Desgaste

Influência da Lubrificação