Apostila aco inox_estampagem

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Apostila aco inox_estampagem

  1. 1. Estampagem dos aços inoxidáveis Eduardo Luiz Alvares Mesquita Engº Mecânico - ACESITA Léo Lucas Rugani Engº de Minas e Metalurgista - ACESITA Consultoria: Prof. José Angelo Bortoloto Prof. Titular disciplina Conformação a Frio de Chapas - Faculdade de Tecnologia de São Paulo - FATEC - SP DEZEMBRO - 1997
  2. 2. ÍNDICE1. INTRODUÇÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52. O AÇO INOX E OS CUIDADOS COM O SEU MANUSEIO . . . . . . . . . . . . . . 53. COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS INOXIDÁVEIS . . . . . . . . . . . . 84. ESTAMPAGEM DOS AÇOS INOXIDÁVEIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.1 - CORTE E FURAÇÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.2 - DOBRAMENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.3 - REPUXO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375. CONSIDERAÇÕES FINAIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506. BIBLIOGRAFIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
  3. 3. 1. INTRODUÇÃOEsta apostila compõe com outras quatro: Manuseio - Transportes e Estocagem;Soldagem; Conformação e Acabamentos, o Curso básico e modulado “NoçõesBásicas de Caldeiraria e Serralheria em Aço Inox”.Este curso foi estruturado para levar fundamentação teórico-operacional ao parquereprocessador do aço inox no Brasil, com o objetivo de promover a qualidade dos produtosconfeccionados em inox.Neste módulo, “Estampagem dos Aços Inoxidáveis”, pretende-se fazer umaabordagem aos processos de corte, furação e dobramento por estampos, além do repuxo -parte central da estampagem, sem a pretensão de esgotar o assunto. O objetivo principal é deauxiliar as empresas já estabelecidas na busca do seu aperfeiçoamento e de introduzir outrasneste promissor segmento: o mercado dos produtos de aço inox.2. O AÇO INOX E OS CUIDADOS COM O SEU MANUSEIOAço inox é o termo empregado para identificar famílias de aços contendo, no mínimo, 11% decromo, que lhes garantem elevada resistência à corrosão - conhecida popularmente com“ferrugem”. O cromo, disperso no aço de forma homogênea, em contato com o oxigênio doar forma uma fina camada, contínua e resistente (50 angstrongs; 1angstron = 10-8 cm) emtoda a sua superfície, que o protege contra ataques corrosivos do meio ambiente.De uma maneira geral, esta resistência aumenta à medida que mais cromo é adicionado aoaço. Apesar de invisível, estável e finíssima, esta película (chamada de camada passiva) éaltamente aderente ao aço inox, defendendo-o contra a ação de meios agressivos.Além do cromo, outros elementos podem ser adicionados ao aço inox (níquel, molibdênio,titânio, nióbio, etc.) com o objetivo de elevar sua resistência à corrosão e melhorar suaspropriedades físicas e mecânicas. De acordo com os elementos de liga contidos, os açosinoxidáveis são agrupados em famílias com características semelhantes e destinados aaplicações específicas. Basicamente, distinguem-se 3 famílias de aços inoxidáveis: à Aços martensíticos; à Aços ferríticos e; à Aços austeníticos. Estampagem dos aços inoxidáveis 5
  4. 4. Os aços inoxidáveis martensíticos são aços magnéticos que podem atingir altas durezas portratamento térmico, além de excelente resistência mecânica. São utilizados em cutelaria,instrumentos de medida, lâminas de corte, correntes para máquinas, discos de freio, etc. Estesaços, de aplicações específicas, não serão abordados nesta apostila.Os aços inoxidáveis ferríticos também são aços magnéticos. Normalmente são endurecíveispor conformação a frio e são utilizados no estado recozido. São utilizados em baixelas,fogões, geladeiras, pias, sistemas de exaustão de gases em motores de explosão, recheio decolunas de destilação, moedas, etc.Aços típicos: AISI 430 e AISI 409.Os aços austeníticos são aços não-magnéticos que podem ser endurecidos por trabalhomecânico. Apresentam resistência à corrosão melhorada pela adição do níquel e sãofacilmente conformados a frio, devido uma combinação favorável de propriedadesmecânicas.São utilizados para fins estruturais, equipamentos para indústria alimentícia, aeronáutica,ferroviária, petrolífera, química e petroquímica, papel e celulose, construção civil, etc. O açotípico desta família é o AISI 304.A característica básica dos aços inoxidáveis é a sua elevada resistência à corrosão. São açosfáceis de serem trabalhados, aceitam deformações permanentes sem comprometimento desuas características, são versáteis e de fácil limpeza e manutenção por apresentaremsuperfície lisa e, em aplicações arquitetônicas e de decoração, apresentam aspecto estéticoatraente valorizando ambientes.A grande maioria dos atributos dos aços inoxidáveis é conferida pela camada passivaanteriormente descrita. Ela apresenta um papel fundamental eliminando-se a necessidade derevestimentos protetivos externos como fosfatização e pintura, galvanização, bicromatização,etc, procedimentos largamente utilizados para melhorar a resistência à corrosão dos açoscarbono.A camada passiva se auto-regenera em presença de oxigênio quando, por exemplo, édanificada por um risco ou arranhão.Nesses casos, esta regeneração não garante a homogeneidade da camada passiva e, emsituações críticas e muito agressivas, pode se desenvolver o fenômeno de corrosão no pontoarranhado. Portanto recomenda-se cuidado extremo para a manutenção desta película.A ACESITA garante a integridade da camada passiva em todos os aços inoxidáveis que saemda Usina. Recomenda-se aos reprocessadores e ao parque manufatureiro dos açosinoxidáveis adotar medidas adicionais para evitar danos à camada passiva durante omanuseio, processamento e estocagem de bobinas, chapas e produtos intermediários. 6 Estampagem dos aços inoxidáveis
  5. 5. No processamento na fábrica deve-se tomar uma série de cuidados adicionais: à Proceder limpeza criteriosa dos equipamentos e ferramentas que processam simultaneamente aços inoxidáveis e aços carbono. Neste caso, recomenda-se o uso de ferramentas exclusivas para a conformação dos aços inoxidáveis (limas, serras, brocas, etc). Caso isto não seja economicamente viável, é imprescindível adotar a prática de limpar as ferramentas antes de se iniciar o serviço. Esta limpeza poderá ser feita com querosene, que também é um bom lubrificante. à Durante o fluxo de produção, devem ser tomados cuidados especiais para se evitar danos ao material, seja pelo manuseio inadequado, seja pelo uso de ferramentas danificadas, impróprias ou desgastadas. à Em qualquer situação, é uma boa prática conformar o aço inox com a película protetora de PVC ou polietileno que evita danos maiores à superfície do aço inox. As partículas metálicas e de poeira que porventura se depositarem na superfície das chapas podem causar riscos durante o processamento posterior do produto. O arraste de uma chapa sobre a outra causa arranhões de difícil remoção durante o processamento do produto. Para eliminá-los, o recurso é o lixamento da superfície danificada com lixas de granulometria cada vez mais finas, para manter o acabamento superficial especificado, com pesados reflexos no custo do final do produto. à Evitar contaminações da superfície do inox por graxas, óleos e líquidos corrosivos que danificam a camada passiva. à Em caso de suspeita de contaminação por resíduos de aço carbono, existe a necessidade de se proceder a sua remoção e reestabelecer a camada passiva. Neste caso, dois procedimentos são válidos: ã tratar as partes afetadas por uma solução levemente aquecida (50 a 60 ºC) de ácido nítrico a 20%. Na seqüência, a peça deve ser lavada e enxugada. ã submeter a peça ao jateamento (com esferas de vidro) ou lixamento das partes afetadas para a remoção da contaminação. O oxigênio do ar deverá ser suficiente para recompor a camada passiva. Estampagem dos aços inoxidáveis 7
  6. 6. De uma maneira resumida, os cuidados recomendados em todas as fases do processamento são: Etapas Cuidados • Evitar amassados e arranhões oriundos de grampos, correntes e dispositivos de fixação 1. Recebimento, manuseio para manuseio. É recomendado revestir estes elementos com feltro ou plásticos. • Estocar sempre em lugar limpo, seco e longe de aços carbono. O ideal é estocar o inox em galpões sem goteiras e com piso de borracha. 2. Estocagem de bobinas e chapas • Usar equipamentos de estocagem e movimentação protegidos por plástico, madeira ou feltro, evitando marcar a superfície do aço. • Evitar danos à superfície do material. • Usar luvas limpas durante o manuseio. 3 . Manuseio • Evitar contato com substâncias externas, graxas, óleos e gorduras. • Evitar o contato com aço carbono ou outros aços para não contaminar o aço inox. • Sempre que possível, utilizar ferramentas e equipamentos exclusivos para trabalhar o aço inox. 4. Fabricação • Não sendo possível, todos os equipamentos e ferramentas deverão ser limpos antes de sua utilização para trabalhos com o aço inox.3. COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS INOXIDÁVEISOs processos de conformação dos diversos metais são realizados a partir de suas respectivascaracterísticas mecânicas. Particularidades relativas ao comportamento estrutural de cadaliga metálica definem os esforços mínimos necessários para o dimensionamento dosequipamentos e ferramentas a serem utilizados.Com o aço inox não é diferente: os processos de sua conformação mecânica são semelhantesaos dos aços carbono, cuja tecnologia é de domínio geral. As diferenças de comportamentomecânico existentes entre as duas ligas, aço carbono e aço inox, definem diferentesparâmetros de utilização de equipamentos em cada caso.O comportamento estrutural dos aços inoxidáveis, a exemplo dos aços carbono, é definidopela curva tensão-deformação. Um corpo de prova do material com dimensões padronizadasé submetido a um esforço de tração crescente até a sua ruptura. 8 Estampagem dos aços inoxidáveis
  7. 7. Fig (1)O ensaio revela dois domínios bem definidos: à o domínio elástico (0-A) onde as deformações não são permanentes. Cada tensão corresponde a uma deformação própria de cada aço. Cessado o esforço, o corpo de prova retorna às dimensões iniciais; à o domínio plástico (B-C) onde para cada tensão corresponde uma deformação permanente. Uma vez cessado o esforço, em qualquer momento deste domínio, o corpo de prova não retorna às dimensões iniciais; à na transição entre os dois domínios (A-B), existe um ponto para o qual o corpo de prova sofre deformação sem nenhum acréscimo de tensão. Diz-se que o material “escoa” neste ponto. Nos aços inoxidáveis, esta transição não é tão visível e define-se o limite de escoamento (LE) como o ponto na curva determinado pela intersecção de uma paralela à reta que define o domínio elástico (0-A) a 0,2% de deformação permanente.O ponto C determina o fim do regime plástico e é definido como limite de resistência (LR).A curva tensão-deformação é típica para cada aço. O LE dos aços carbono (1008) sãoligeiramente mais elevados do que os aços inox (tipos 430 e 304) para a condição de açosrecozidos. Porém, o LR dos aços inoxidáveis são superiores aos dos aços carbono.Aí reside uma diferença básica que vai influir em todos os processos de conformação ondeocorrem deformações permanentes: o ramo plástico B-C para os aços inoxidáveis é muitomaior do que para os aços carbono. Isto significa que eles suportam deformações maioressem ocorrer falha do componente. Dentre os aços inoxidáveis, os aços austeníticos (por Estampagem dos aços inoxidáveis 9
  8. 8. exemplo o 304) apresentam este ramo plástico maior do que os aços ferríticos (por exemplo o430) sendo especificados para conformações profundas.Nas operações de conformação onde ocorrem corte e, no caso de dimensionamento deparafusos, rebites e pinos de fixação, que são submetidos a esforços cortantes, a tensão paraa qual ocorre a ruptura é chamada de tensão de cisalhamento. Esta tensão é cerca de 65a 70% do LR para os aços inox e de 55 a 60% do LR para os aços carbono.Uma das diferenças marcantes de comportamento às solicitações entre os vários tipos de açoé o encruamento - aumento das características (dureza, limites de escoamento, deresistência e de cisalhamento) pelo efeito de trabalho mecânico.A fig (2) a seguir mostra a evolução do LE e do LR com a variação de deformações a frioimpostas a aços inoxidáveis tipos 301 (austenítico) , 409, 430 (ferríticos) e aço carbono 1008. Comparação dos encruamentos de aços: austenítico (301), ferríticos (430 e 409) e baixo carbono (1008) Fig (2)Essas diferenças de comportamento ao trabalho mecânico a frio, figuras (1) e (2), demonstramque os esforços necessários para a conformação dos aços inoxidáveis são consideravelmentemaiores que os exigidos para os aços carbono.Além dos aços inox apresentarem o LR superior aos dos aços carbono em condiçõesequivalentes, tanto o LE quanto seu LR crescem a uma taxa maior que o crescimento destesparâmetros dos aços baixo carbono.Dentre os aços inoxidáveis, os aços austeníticos “aceitam” maiores deformações que os açosferríticos e assim diz-se que eles são mais “dúcteis”. Este efeito é conferido pelo níquel contidonos aços austeníticos e ausente nos aços ferríticos. 10 Estampagem dos aços inoxidáveis
  9. 9. 4. ESTAMPAGEM DOS AÇOS INOXIDÁVEISEstampagem é um conjunto de operações de conformação a frio (corte, furação,dobramento e repuxo), realizadas na região plástica de deformação dos materiais, pelaimposição de uma deformação permanente de uma chapa, com o objetivo de produzir peçascom determinada forma.As ferramentas que permitem a obtenção da forma desejada são denominadas estampos eas máquinas que fornecem a energia e os movimentos necessários para a conformação sãodenominadas prensas.De uma maneira geral, os aços inoxidáveis podem ser estampados de forma semelhante aosaços carbono. Pequenas adaptações no processo são necessárias em função depeculiaridades nas suas propriedades mecânicas, conforme mencionado anteriormente.4.1 - CORTE E FURAÇÃOCorte e furação por estampagem, são processos semelhantes que fazem a separação dematerial por cisalhamento utilizando um macho, uma matriz e uma prensa para a produçãoem série de peças.A tensão de cisalhamento é uma das características mais importantes na avaliação dacapacidade do material de ser cortado ou furado. Para os aços inoxidáveis, a tensão decisalhamento é cerca de duas vezes maior que a observada nos aços carbono. Por estemotivo, a força exigida para o corte ou furação de aços inoxidáveis é de 50 a 100% maiorque aquela necessária para executar o mesmo serviço em aço carbono.A prática de aquecer a chapa a ser perfurada ou cortada a uma temperatura de cercade180ºC, reduz a força de corte necessária e por conseguinte garante uma sobrevida tanto àsferramentas quanto às prensas utilizadas. Em contrapartida, esta prática exige investimentosem operações complementares de aquecimento e posterior polimento para a eliminação dosóxidos produzidos pelo aquecimento. Sua adoção exige um estudo econômico para atestarsua viabilidade.Os principais parâmetros a serem considerados nas operações de corte e furação porestampagem são: à Aproveitamento máximo da chapa (lay out de tira) à Folgas entre punção (macho) e matriz à Forças envolvidas na operação de corte à Dimensionamento da matriz à Escolha de molas para prensa-chapas Estampagem dos aços inoxidáveis 11
  10. 10. à Aproveitamento máximo da chapa (lay out de tira) O estudo econômico, também chamado de lay out de tira, é o estudo que proporciona o aproveitamento máximo da chapa ou, em outras palavras, a obtenção da maior quantidade de peças em uma mesma chapa. Este estudo visa encontrar a melhor distribuição das peças na chapa bem como calcular as distâncias ótimas entre as várias peças. As distâncias mínimas necessárias para um corte eficiente e correto são apresentadas na tabela da Fig (3). Fig (3) Espessura A B C D E FMaterial (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Até 10 0.5 a 1.2 0.5 1 0.5 3 10 a 30 1.2 a 2 0.5 a 1 1 a 1.5 0.5 3 e ≤ 0,5 30 a 100 2a3 1.5 a 2 1.5 a 2 0.5 a 1 3.5 100 a 300 3a5 2 a 2.5 2 a 2.5 1a2 4 AÇO, FERRO LATÃO, BRONZE FOSFOROSO, Até 10 1 a 1.5 1 1.5 1 3 10 a 30 1.5 a 2 1 a 1.5 1.5 a 2 1 3.5 0,5 < e ≤ 1 30 a 100 2 a 3.5 1.5 a 2 2 a 2.5 1a2 4 ALUMÍNIO E AÇO INOXIDÁVEL 100 a 300 3.5 a 5.5 2 a 3.5 2.5 a 3 2a3 4 Até 10 1.5 a 2 1.5 2 1.5 3 10 a 30 2 a 2.5 1.5 a 2 2 a 2.5 1.5 3.5 1 < e ≤ 1,5 30 a 100 2.5 a 3.5 2 a 2.5 2.5 a 3 1.5 a 2.5 4 100 a 300 3.5 a 6 2.5 a 3.5 3 a 3.5 2.5 a 3.5 5 Até 10 2 a 2.5 2 2.5 2 3.5 10 a 30 2.5 a 3.5 2 a 2.5 2.5 2 4 1,5 < e ≤ 2 30 a 100 3.5 a 5 2.5 a 3.5 2.5 a 3 2a3 4 100 a 300 5a8 3.5 a 5 3 a 3.5 3a4 5 Até 10 3 a 3.5 3 3.5 3 4 10 a 30 3.5 a 4 3 a 3.5 3.5 a 4 3 4 2<e≤3 30 a 100 4a5 3.5 a 4.5 4 a 4.5 3 a 4.5 5 100 a 300 5a8 4.5 a 6 4.5 a 5 4.5 a 6 6 Até 10 5 a 5.5 5 5 5 5 10 a 30 5.5 a 6 5 a 5.5 5a6 6 5 3<e≤5 30 a 100 6a8 5.5 a 6 6a7 6a8 6 100 a 300 8 a 10 6a8 7a8 8 a 10 8 12 Estampagem dos aços inoxidáveis
  11. 11. Estudo de aproveitamento: exemploConsideremos a peça mostrada na Fig (4) a ser produzida a partir de uma tira decomprimento L e largura B Fig (4)Neste exemplo, S =x.t + (y - t) . z (área da peça) B = y + 2b Solução 1 Solução 2p = passo da ferramenta: p=x+c p = x + z + 2c a = p + 2c a=p+c b e c dimensões aconselhadas para o corte correto, tiradas da fig (3).O número de peças n para cada situação será: L-a L = a + (n-1).p ⇒ n= +1 (L = comprimento da tira) p Estampagem dos aços inoxidáveis 13
  12. 12. O rendimento, para cada situação é medido por: n. S η= x100 LxB L = 1000 mmA solução 2 apresentada na Fig (4-c) apresenta um rendimento de 71% enquanto que asolução 1 Fig (4-b) apresenta um rendimento de apenas 49%. A Fig (5) mostra algunsexemplos de “lay out de tiras” para vários tipos de geometria de peças. Fig (5) 14 Estampagem dos aços inoxidáveis
  13. 13. à Folgas entre punção (macho) e matriz As folgas são definidas em função da espessura das chapas a serem perfuradas. O mecanismo de perfuração por cisalhamento já foi abordado no Manual Técnico da ACESITA “Conformação dos Aços inoxidáveis”, que sugerimos ler. Recomenda-se, para furos, que as folgas totais não superem a 10% da espessura (5% por face) para impedir que um excesso de material resultante da perfuração escoe para dentro da matriz, acompanhando o movimento do punção. Para espessuras inferiores a 1,00 mm, a folga deve estar situada entre 0,03 e 0,04 mm do raio. A seção dos furos é função das folgas adotadas entre punção e matriz. A Fig (6) mostra o perfil do corte com as três zonas bem distintas: região deformada, região cisalhada e região fraturada. Perfil de uma chapa cortada Fig. (6)O dimensionamento de punção e matriz deve levar em conta as tolerâncias da peça a ser obtida.Como exemplo, vamos dimensionar o ferramental para a produção de uma arruela de aço inoxcom diâmetro externo de 30 mm e diâmetro interno de 10 mm, com uma espessura de 1,00 mm. Fig (7) Estampagem dos aços inoxidáveis 15
  14. 14. Considerando-se uma folga de 5% da espessura por face, tem-se: ½ f = 1,00 x 0,05 = 0,05 mmPara a determinação do diâmetro do macho(punção), deve-se tomar a medida máxima dofuro. Para as dimensões externas, parte recortada da peça, a medida da matriz deve estar nafaixa mínima da tolerância. Esta precaução se deve ao fato de haver desgaste tanto do machocomo da matriz, à medida que se estampam as arruelas.Desta forma, as dimensões de macho (punção) e matriz devem ser: Medida Tolerância Folga Final Operação Descrição nominal max (mm) (mm) (mm) (mm) Furação Punção 10 ± 0,20 - 10,20 Matriz 10 ± 0,20 + 0,10 10,30 Recorte Punção 30 ± 0,20 - 29,70 Matriz 30 ± 0,20 + 0,10 29,80 à Forças envolvidas na operação de corte A força de corte depende diretamente do tipo de material, da espessura da chapa e do perímetro de corte. A espessura da chapa e o perímetro de corte são grandezas facilmente conhecidas. A influência do material na força de corte vem por meio de um valor tabelado chamado “Pressão Específica de Corte” (kc), que é uma função da tensão de ruptura (σR). O valor de kc foi determinado experimentalmente em kc = 80%.σR kc (kgf / mm2) Material Recozido Encruado Aço Carbono até 0,1% C 24 32 Aço Inox 304 50 56 Fig. (8) 16 Estampagem dos aços inoxidáveis
  15. 15. Desta forma, o cálculo da força de corte Fc pode ser feito a partir da fórmula abaixo, que éfunção da espessura da chapa, do perímetro de corte e da pressão específica de corte: Fc = e.p.kc { e = espessura da chapa em mm;onde p = perímetro de corte em mm kc = pressão específica de corte (kgf / mm2)Também de forma experimental, foram determinadas as expressões para o cálculo das: à força de prensa-chapa (Fpc), definida como sendo a força necessária para manter a chapa presa sobre a matriz durante a operação: Fpc = 5,4 e.p e, à força de extração (Fex ), como sendo a força necessária para retirar a chapa cortada ou furada do macho no retorno da prensa, cujos valores são obtidos por: Fex = (3 - 5)% Fc para (d/e) > 8 Fex = (10 - 20)% Fc para 2 ≤ (d/e) ≤ 8 Usualmente, Fex = 10% FcA prática de se construir as arestas de corte inclinadas, tanto para o punção como para amatriz, diminui a força de corte necessária por possibilitar um corte progressivo.Conforme mostra a Fig (9), pode-se dispor arestas inclinadas tanto na matriz quanto nopunção.Quando a parte cortada é a peça final, a inclinação deve ser feita na matriz (9-a).Entretanto, quando a parte cortada é retalho, a inclinação deve ser feita no punção (9-b). Estampagem dos aços inoxidáveis 17
  16. 16. Fig (9)O gráfico da Fig (10) compara as forças envolvidas quando se utilizam ou não arestasinclinadas. Gráfico comparativo das forças de corte Fig (10) 18 Estampagem dos aços inoxidáveis
  17. 17. à Dimensionamento da matriz A primeira etapa no dimensionamento é a determinação da altura (H) da matriz, que é obtida pela relação: H ≥ 3 FcA distância de uma aresta de corte com as laterais da matriz depende do tipo de aresta: à circular (raio ou circunferência); à face paralela; à encontro de arestas em ângulo.Também existem valores orientativos para as distâncias entre os furos de parafusos, pinos deguia e arestas de corte. As diferentes distâncias entre elementos da matriz são apresentadasnos desenhos da Fig (11). Fig. (11) Estampagem dos aços inoxidáveis 19
  18. 18. Matrizes acima de 200 mm são necessariamente construídas em partes (postiços), emfunção tanto de distorções provenientes de tratamento térmico quanto da diminuiçãoda altura necessária para suportar o esforço de corte. Isto porque o dimensionamentoda altura do postiço é feito em função da força de corte incidente sobre ele. Ou seja,cada postiço deverá suportar os esforços correspondentes ao perímetro de corte queele possui. A Fig (12) mostra exemplos de matrizes construídas com postiços. Exemplo de construção de matrizes Fig 12A seguir, na Fig (13), mostramos vários exemplos de matrizes construídas com postiços 20 Estampagem dos aços inoxidáveis
  19. 19. Fig (13)Estampagem dos aços inoxidáveis 21
  20. 20. à Escolha de molas As molas utilizadas em estampos devem ser escolhidas entre as molas comerciais de forma criteriosa. Existem vários tipos e tamanhos de molas para estampos que são comercializadas de forma a atender a maioria das aplicações. As molas possuem características específicas que são: ã constante elástica; ã curso útil da mola. A constante elástica mostra a força que esta mola vai exercer em seus apoios quando sofrer uma unidade de comprimento de compressão. Esta característica pode ser representada em gráficos. No gráfico, pode-se determinar a força que a mola exerce quando se encontra comprimida de um certo valor. O curso total da mola é o valor que a mola pode ser comprimida até que suas espiras se encostem, curso que nunca deve ser atingido. Toda a nomenclatura para as partes da mola e dimensões específicas se encontra na figura 14. D - Diâmetro externo di - Diâmetro interno da - Diâmetro do arame f - Flexa ou Curso total da mola dm - Diâmetro médio L - Comprimento livre p - Passo = da + f n - Número de espiras Fig. (14)A escolha de uma mola pode ser obtida seguindo-se o exemplo abaixo:Exemplo:Deseja-se estampar um furo de 4mm de diâmetro em uma chapa de aço inox de 0,5 mm deespessura com kc = 50 kgf/mm2. 22 Estampagem dos aços inoxidáveis
  21. 21. Solução:1º. Cálculo das forças de corte e de extração: Fc = π.d.e.kc ⇒ π x 4 x 0,5 x 50 = 314 kgf Fex = 5% Fc ⇒ 314 x 0,050 = 15,7 kgf2º. Escolha da mola:O bom senso indica escolher uma mola com carga útil de pelo menos 3 vezes a força deextração. Seja a mola com as seguintes características: D = 30 mm da = 6 mm f = 0,5 mm por espira F = 50 kgf (carga útil da mola para a flecha f indicada)Adota-se uma pré-tensão f1 para garantir a extração da peça, cujo valor é definido por: f1 / Fex = f / F ⇒ f1 = (f . Fex) / F f1 = (0,50 x 15,7) / 50 = 0,157 mmPara garantia de que as espiras não se toquem, impõe-se um curso útil por espira de ∆ fu = f - (f1 + f2) sendo f2 = 0,1 mm.Nesta situação, ∆ fu = 0,5 - (0,157 + 0,1) = 0,245 mmA distribuição dos cursos mencionados pode ser vista na figura 15, que apresenta o gráficode carga (força) x curso (compressão ou flecha) Gráfico de distribuição dos cursos por espira Fig. (15) Estampagem dos aços inoxidáveis 23
  22. 22. 3º. Cálculo do número de espirasSupondo-se um curso de extração no estampo de 1 mm, 0,5 mm de espessura da peça e 0,5mm de penetração do punção na matriz, calcula-se o número de espiras da mola para atendereste curso determinado, como se segue: Curso de extração 1 n= = ∆ fu 0,245 n = 4 espirasCom o valor do passo da mola p = da + f (fig 14) = 6 + 0,5 = 6,5, calcula-se o comprimentolivre da mola, através da fórmula abaixo: L ≈ (n-1) p + 1,5 da L ≈ (4-1) x 6,4 + 1,5 x 6 L ≈ 28,5 mm4º. Determinação do alojamento da mola no estampoO curso de pré-tensão para as 4 espiras da mola é definido por: fpre = f1 x 4 = 0,157 x 4 ⇒ fpre = 0,628 mme o comprimento pré-tensionado da mola será: Lpre = L - fpre = 28,5 - 0,628 ⇒ Lpre = 27,87 mmO valor de Lpre deve ser a altura do alojamento da mola no estampo. As molas podem sermontadas de duas formas nos estampos: montagem simples (fig 16-a) e montagem emparalelo (fig 16-b), que permite a utilização de um número maior de molas menores montadaslado a lado. Fig (16) 24 Estampagem dos aços inoxidáveis
  23. 23. Além das molas tradicionais, helicoidais de arames de seção circular ou retangular, existemmolas de poliuretano e mola tipo prato que podem ser utilizadas em estampos. Para estes tiposde mola, o cálculo é semelhante ao apresentado anteriormente, sendo as particularidades decada uma delas fornecidas pelos fabricantes.A seguir, ilustramos alguns equipamentos de corte e perfuração de chapas de açosinoxidáveis, bem como a concepção de matrizes de furação de chapas: Fig. (17) Estampagem dos aços inoxidáveis 25
  24. 24. 4.2 - DOBRAMENTONo dobramento, a chapa sofre uma deformação por flexão em prensas que fornecem aenergia e os movimentos necessários para realizar a operação. A forma é conferida medianteo emprego de punção e matriz específicas até atingir a forma desejada. Prensa dobradeira e dobramento de perfis Fig (18)Para comprimentos de dobra considerados pequenos, utilizam-se estampos que possuem aforma a ser dobrada. Para fabricação de perfis dobrados ou alguns tipos de peças comcomprimentos de dobras considerados grandes, utilizam-se prensas dobradeiras/viradeiras 26 Estampagem dos aços inoxidáveis
  25. 25. com matrizes e machos (punções) universais (processo considerado no Manual Técnico deConformação da ACESITA). O dobramento pode ser conseguido em uma ou mais operações,com uma ou mais peças por vez, de forma progressiva ou em operações individuais. Dobramento em prensas dobradeiras em várias operações Fig. (19)Os estampos de dobra, em geral, recebem peças semiprocessadas vindas de outros estamposde corte ou simplesmente recortadas por guilhotinas.Na operação de dobramento deve-se levar em conta quatro fatores importantes: à a capacidade elástica do material; à o raio interno mínimo da peça a ser dobrada; à o comprimento desenvolvido da peça; à as forças que atuam na operação de dobramento. Estampagem dos aços inoxidáveis 27
  26. 26. à Capacidade elástica do material O dobramento é uma operação onde ocorre uma deformação por flexão. Quando um metal é dobrado, a sua superfície externa fica tracionada e a interna comprimida. Estas tensões aumentam a partir de uma linha interna neutra, chegando a valores máximos nas camadas externa e interna. Em outras palavras, em um dobramento a tensão varia de um máximo negativo na camada interna para zero na linha neutra e daí sobe a um máximo positivo na camada externa (fig 20). Retorno elástico Fig (20)Desta forma, uma parte da tensões atuantes na seção dobrada estará abaixo do limite deescoamento (LE) e a outra parte supera a este limite, conferindo à peça uma deformaçãoplástica permanente. Uma vez cessado o esforço de dobramento, a parte da seção que ficousubmetida a tensões inferiores ao LE por ter permanecido no domínio elástico, tende a retornarà posição inicial anterior ao dobramento. Como resultado, o corpo dobrado apresenta umpequeno “retorno elástico” ou efeito mola (spring back) que deve ser compensado durante aoperação de dobramento.Como indicação, a tabela da figura 21 mostra o retorno elástico de alguns tipos de açosinoxidáveis austeníticos em relação ao raio interno de dobra e à espessura da chapa. Retorno elástico para dobramento a 90º Tipo do Raio de dobramento (e = espessura da chapa) Aço Inoxidável 1e 6e 20 e 302 e 304 2° 4° 15° 301 4° 13° 43° Fig. (21) 28 Estampagem dos aços inoxidáveis
  27. 27. Em alguns casos, é utilizada a prática de se efetuar uma calibragem em estampo específico, jácompensado o retorno elástico, para dar as dimensões finais da peça. Este procedimento éviabilizado em produção seriada onde o custo do estampo calibrador pode ser diluído nopreço da unitário da peça (fig.22). Fig. (22) à Raio interno mínimo Quanto menor o raio de dobramento, maiores são as tensões desenvolvidas na região tracionada. Um excessivo tracionamento provocado por um pequeno raio de dobramento pode vir a romper as fibras externas da chapa dobrada. Define-se o raio interno mínimo de dobra, como o menor valor admissível para o raio para se evitar grande variação na espessura da chapa na região dobrada. Este valor é função do alongamento que o material sofre ao ser tracionado e da espessura da chapa que está sendo dobrada. Estampagem dos aços inoxidáveis 29
  28. 28. Fig (23)Para a determinação do raio mínimo, costuma-se utilizar a relação: onde Rmin = raio mínimo 50e e Rmin= − Al% = alongamento % da chapa Al% 2 e = espessura da chapaPor exemplo, o raio de dobramento mínimo para uma chapa de 1,5 mm de aço inox 304 comalongamento garantido de 60% é de: Rmin = (50 x 1,5) / 60 - 1,5/2 = 0,94 mm à Comprimento desenvolvido Quando se quer produzir uma peça dobrada, é necessário conhecer a dimensão inicial da chapa a ser utilizada - o chamado comprimento desenvolvido da peça. A variação da espessura da chapa na região da dobra impede que o comprimento desenvolvido seja simplesmente a soma dos comprimentos retos e curvos da peça. Deve-se levar em conta esta variação de espessura da região dobrada, para se obter o exato comprimento da chapa que vai dar origem à peça. O comprimento desenvolvido da região dobrada é obtido pela fórmula: 4Onde, Le = 0,0175 α (Ri + t ) 2 0,0175 = π / 180 α = ângulo de dobramento Ri = raio de dobramento e = espessura f = fator de correção 30 Estampagem dos aços inoxidáveis
  29. 29. A tabela da figura 24 mostra os valores de f (fator de correção) em função da relação do raiode dobramento com a espessura da chapa Fator de correção da variação da espessura Ri / e 5 3 2 1,2 0,8 0,5 f 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Fig. (24)ExemploCalcular o comprimento desenvolvido da chapa utilizada para fabricar o perfil U da fig.25 Fig 25Material: aço inox 304Alongamento: 37,5%Espessura e = 3 mmLargura b = 20 mmComprimentos c = 40 m d = 20 mm Estampagem dos aços inoxidáveis 31
  30. 30. Cálculo do raio mínimo:Ri = (50 x 3 37,5) - (3 2) = 2,5 mmCálculo do comprimento desenvolvido da região dobrada:Ri /e = 2,5 3 = 0,833 ⇒ f = 0,65Ld = 0,0175 x 90 x (2,5 + 0,65 x3÷2) = 5,47 mmO comprimento desenvolvido da peça será:L = 2 Ld + c + 2 d = 2 x 5,47 + 40 + 2 x 20 = 90,940 mmA largura da chapa onde o perfil vai ser dobrado é b = 20 mmNeste caso, especifica-se uma chapa de 3,0 x 20 x 90,940 mm de aço inox 304 parafabricar o perfil da figura 25. à Forças que atuam na operação de dobramento As principais forças que atuam na operação de dobramento são: ã a força de dobramento (Fd); ã a força de prensa-chapa (Fpc) e, ã a força lateral (Flat)Numa dobra simples em matriz, parte da chapa fica presa pelo prensa chapa e a outra partepermanece livre, todo o conjunto funcionando como uma viga em balanço (fig.26). Forças, distâncias e momentos num processo de dobra simples Fig. (26) 32 Estampagem dos aços inoxidáveis
  31. 31. O punção ao descer exerce a força de dobramento (Fd) sobre a parte em balanço da chapa,que começa a se deformar. Parte desta força é transferida à parede lateral da matriz à medidaque a chapa se deforma. A força lateral é máxima quando a chapa atingir uma posição de45º com a horizontal (fig 27). Fig.(27)A tensão necessária para vencer o limite elástico e o encruamento do material para que hajadeformação plástica (permanente) é a tensão de dobramento σ, cujos valores são definidospelas relações da tabela da Fig (28), que levam em consideração coeficientes de segurançapara garantir o sucesso do processo. Tipo de Processo sd Sem calibragem 2 x σrup Com calibragem 8 x σrup Fig (28)A calibragem corresponde ao endireitamento da peça dobrada (fundo do U ou laterais de V,por exemplo). A operação de dobramento com calibragem minimiza o efeito do retornoelástico. Para se calcular as forças que atuam no dobramento, consideram-se: ã o comprimento da dobra (b); ã a espessura da dobra (e); Estampagem dos aços inoxidáveis 33
  32. 32. ã a distância entre o ponto de aplicação da força até a região engastada que, no caso é a própria espessura da chapa (e) ã distância do centro da mola do prensa chapa até a face da matriz (a)e definem-se: Tipo de força Tipo de dobramento Valor da força bxe Dobramento simples (Fds) = x σd 6 Força de dobramento (Fd) bxe x (Fdu) = x σd 3 Dobramento em U (Fpc) = (15 a 20%) (Fdu) Força de prensa chapa (Fpc) Fd xe Dobramento em L (Fpc) = a Fd Força lateral (Flat) (Flat) = 2A seguir, mostramos alguns tipos de estampos específicos para comprimentos de dobrapequenos para perfis tipo cantoneira (perfil em L), perfis em U e estampo para dobramentosem ângulos diferentes de 90° e/ou para correção de retorno elástico. Dobras em L Fig (30) 34 Estampagem dos aços inoxidáveis
  33. 33. Duas formas distintas para o acionamentro do prensa chapa Dobra em U Fig (31) Estampagem dos aços inoxidáveis 35
  34. 34. Estampo para dobramento em U com ângulos diferentes de 90° ou correção do retorno elástico Fig. (32)36 Estampagem dos aços inoxidáveis
  35. 35. 4.3 - REPUXOO repuxo ou embutimento é uma operação de estampagem onde uma chapa, inicialmenteplana, é transformada em um corpo oco sem que haja aparecimento de rugas e trincas. Asferramentas que permitem a obtenção da forma desejada são chamadas de estampos,constituídos por um punção, uma matriz e um sujeitador chamado de prensa-chapa.Durante a operação de repuxo, o punção obriga a chapa penetrar na matriz movido pelaação de uma força denominada de força de repuxo (FR). O material da chapa flui para dentroda matriz, configurando gradativamente as paredes laterais da peça.A geometria da aplicação da deformação é mostrada na Fig (33). Fig (33)As tensões que atuam no processo, são diferentes em cada região da peça, gerandovariações na sua espessura. Fig. (34) Estampagem dos aços inoxidáveis 37
  36. 36. Basicamente, existem quatro regiões com deformações distintas: à a parte plana do fundo da peça cuja espessura final é praticamente a mesma do blank, quase não apresentando deformação; à o raio do fundo da peça onde ocorre significativa deformação na espessura; à o raio da matriz onde se verifica um aumento de espessura pelas diferenças entre as tensões de tração, compressão e a componente tangencial; à as paredes laterais onde ocorre um decréscimo gradual da espessura até o fundo da peça. Fig (35)Os principais parâmetros envolvidos na operação de repuxo, são: à a capacidade de alongamento do material; à a capacidade de embutimento do material - relação de repuxo; à a redução percentual; à o ferramental (matriz, punção e folgas); à a velocidade de conformação à os lubrificantes utilizados à as forças que atuam na operação de repuxo 38 Estampagem dos aços inoxidáveis
  37. 37. à Capacidade de alongamento do material A capacidade de alongamento é função da velocidade de endurecimento pelo trabalho mecânico a frio de cada material. Esta capacidade é medida pelo coeficiente de encruamento n (tangente à sua curva tensão deformação). Em materiais com elevado coeficiente de encruamento, a deformação localizada causa um incremento rápido da resistência mecânica e o material se torna capacitado a resistir cada vez mais à deformação. Em materiais de pequeno coeficiente de encruamento, a deformação localizada causa uma estricção (redução de seção) e uma perda da resistência mecânica. Comparativamente, os aços baixo carbono e o inox tipo 430 apresentam coeficientes n iguais a 0,22 enquanto que para o aço inox 304 este coeficiente atinge a n = 0,48. A capacidade de endurecimento de um aço é uma função que depende basicamente de sua composição química. à Capacidade de embutimento do material A capacidade de embutimento de um material depende da sua relação de deformação plástica que é uma medida da resistência à estricção do material. A severidade máxima de repuxo é a condição limite de repuxo para uma única operação. É determinada para os aços inoxidáveis, a partir da relação prática, válida para o intervalo de 25 a 600 de d/e. d βοmax = 2,15 - 0,001 . eonde d é o diâmetro do punção e “e” é a espessura da chapa.A relação abaixo é chamada de relação de repuxo em função da geometria da peça, D βο = donde D é o diâmetro do blank e d o diâmetro do punção. ã Se βο ≤ βοmax , a peça poderá ser repuxada em apenas uma operação. ã Se βο > βοmax , a peça necessariamente deverá ser estampada em mais de uma operação de repuxo. Estampagem dos aços inoxidáveis 39
  38. 38. à Redução percentual A redução numa operação de repuxo é expressa por: 100 (D - d) Redução % = D A redução % varia de 40 a 60% para os aços inoxidáveis austeníticos e de 40 a 55% para os aços ferríticos. Em estampagem profunda, o grau de redução varia de acordo com o raio da matriz utilizada. À medida que os raios das matrizes decrescem, diminuem também a estampabilidade dos aços inoxidáveis. A tabela da figura 36, mostra as reduções dos aços inoxidáveis austeníticos em função dos raios das matrizes. Raio da Matriz (*) Redução (%) 15 e 50 a 60 10 e 40 a 50 5e 30 a 40 2e 0 a 10 (*) e = espessura do blank Fig.(36) Para o caso de βο > βοmax , empregam-se reduções sucessivas (repuxos sucessivos) que consistem em dividir a operação de repuxo em várias etapas para que, em cada uma delas, a condição limite não seja atingida. Para os aços inox é freqüente se estabelecer a seguinte relação de redução: 35, 30, 20 e10%. A relação de redução vai diminuindo em cada operação sucessiva, pelo aumento progressivo do encruamento. à Ferramental - matriz, punção e folgas O ferramental deve ser projetado e construído levando-se em conta tanto a matéria- prima (aço inox, aço carbono, bronze, etc), quanto a quantidade de peças a serem produzidas. O desgaste do conjunto matriz - punção é função do tipo de metal a ser embutido. Um metal de alta dureza causa maior desgaste que um metal macio; um metal oxidado aumenta a abrasão de duas a cinco vezes. Os aços inoxidáveis provocam alto desgaste por abrasão e tendem a aderir à matriz e ao punção e, por este motivo, recomenda-se o uso de materiais que minimizem esta adesão: aços ferramentas de alta dureza tratados com cromo duro, punção e matriz endurecidas por tratamento de nitretação; matrizes compostas com a face de trabalho fabricadas com bronze alumínio.40 Estampagem dos aços inoxidáveis
  39. 39. Existem tabelas de seleção de materiais para ferramental em diferentes aplicações que podemservir de referência. Como exemplo, a figura 37 mostra alguns materiais recomendados paraa confecção de punção e prensa-chapa para produção de pequenas, médias e grandesséries de peças. 10.000 100.000 1.000.000 Descrição / ferramenta peças peças peças W1 ou 4140 W1 ou S1 Peças de até 76 mm Punção A2 ou D2 cementado cementado (seção cilíndrica e quadrada) Prensa-chapa W1 ou O1 W1 ou O1 W1 ou O1 Ferro fundido Punção O1 A2 ou D2 Peças redondas ligado (até 305 mm) Ferro fundido Ferro fundido Prensa-chapa O1 ou A2 ligado ligado Fig.(37)A deformação da matéria-prima é levada a efeito, principalmente nos raios de curvatura damatriz, com as tolerâncias variando em função da espessura do blank.Os parâmetros de embutimento que dependem da espessura da matéria-prima, que são: ã raio da matriz; ã raio do punção; ã folgas matriz - punçãoAs relações utilizadas para definir os parâmetros acima mencionados são: Rm = 0,8 (D − d) x eonde Rm é o raio da matriz e, δ = e + 0,07 10 x eonde δ é a folga punção matriz. Estampagem dos aços inoxidáveis 41
  40. 40. A Fig (38) apresenta, como referência, os intervalos recomendados para o raio da matriz Rm, oraio do punção r e a folga matriz - punção δ em função da espessura do blank. Material Rm r folga (d) Aço carbono 4a8 e 2e 1,05 a 1,15 e Aço inox austenítico 5a8 e 4e 1,20 a 1,40 e Aço inox ferrítico 7 a 15 e 5e 1,15 a 1,20 e Aço inox martensítico 7 a 15 e 5e 1,15 a 1,20 ee = espessura do material Fig. (38) à Velocidade de conformação A velocidade de embutimento é um fator crítico. Uma velocidade excessiva, pode conduzir a fraturas ou a uma redução excessiva de parede na peça repuxada, principalmente em metais de menor dutilidade (maleabilidade). A velocidade de conformação deve ser escolhida à luz das seguintes considerações: ã uso de matéria prima de qualidade uniforme; ã peças simétricas de baixa severidade de redução; ã lubrificação adequada; ã qualidade do ferramental; ã pressão do prensa-chapa; ã qualidade da prensa. 42 Estampagem dos aços inoxidáveis
  41. 41. Para os aços inoxidáveis austeníticos a velocidade máxima de conformação é da ordem de 9 a 12 m/min. À medida que estas condições pioram, as velocidades de conformação se reduzem. Em condições piores, pode se estabelecer os valores indicativos de 6 a 9 m/min. para os aços austeníticos e de 4 a 6 m/min. para os aços ferríticos.à Lubrificantes Em geral, utiliza-se um lubrificante para evitar os contatos metal-metal que levam à adesão a frio entre eles. Com esta finalidade, o lubrificante deve ser aplicado uniformemente em toda a superfície metálica. Freqüentemente, à medida que se aumenta a efetividade de um lubrificante, aumenta também a dificuldade de sua remoção. No caso dos aços inox, devido ao seu apelo estético esta remoção deve ser considerada principalmente no caso de necessidade de recozimento posterior, onde a queima dos resíduos dos lubrificantes podem manchar a peça. Existem vários tipos de lubrificação: ã lubrificação de película grossa, que evita totalmente o contato metal-metal; ã lubrificação de película fina ou mista, que permite algum contato metal-metal; ã lubrificação de fronteira, que permite uma aderência física entre o lubrificante e a superfície, o que reduz a espessura do filme; ã lubrificação de pressão extrema, onde as superfícies metálicas mudam pela ação de uma reação química que forma compostos de baixa resistência e cedem facilmente à aplicação de uma deformação; ã lubrificação de película sólida onde a separação metal-metal é feita pela interposição de uma capa de substâncias sólidas. O mecanismo desta lubrificação é idêntico ao da película grossa. Alguns lubrificantes atacam determinados metais, inclusive aos aços inoxidáveis. Lubrificantes a base de chumbo e zinco promovem a corrosão intergranular nos aços inoxidáveis quando estes são submetidos a tratamento térmico ou trabalho a quente e por isso devem ser evitados. A seleção de um lubrificante é tão crítica que algumas indústrias modificaram seus processos de fabricação somente para permitir o uso de lubrificante de mais fácil remoção. A tabela da figura 39 relaciona os lubrificantes mais comumente utilizados, classificados pela facilidade de remoção por meio aquoso ou por desengraxantes e/ou solventes. Estampagem dos aços inoxidáveis 43
  42. 42. Lubrificante Eliminação Efetividade Redução com com de r% Desengra- aplicação Base Tipo Veículo xante/ Aquoso Solvente r% ≤ 10 Aquosa Emulsão de óleo 5 - 20% 10 8 6 11 ≤ r% ≤ 20 Aquosa Solução de sabão 5 - 20% 10 3 6 Pasta diluída de sabão e graxa 6 5 8 21 ≤ r% ≤ 40 Aquosa Emulsão de óleo p/ uso 10 8 7 pesado, com Cl- e S= Pasta pigmentada 5 3 10 % > 40 Aquosa sabão/graxa 8 3 8 Pasta cera/sabão/borax Óleo residual de processo 8 10 6 r% ≤ 10 Oleosa Óleo mineral 8 10 6 Óleo mineral c/ 10 - 30% de ácido graxo 8 10 8 11 ≤ r% ≤ 20 Oleosa Idem com 2 - 20% de óleo 7 8 7 clorado ou sulfuradoi Ácidos graxos 6 6 8 Óleo mineral com 5 - 50% de: - óleo clorado não 21 ≤ r% ≤ 40 Oleosa emulsionável 5 8 6 8 8 6 - óleo clorado emulsionável 6 6 7 Óleo fosfatado concentrado Mistura de óleo mineral com % > 40 Oleosa pastas pigmentadas 5 5 9 sabão/graxa Fig (39)Obs: Os lubrificantes foram classificados em notas de zero a dez, com o valor zerocorrespondendo ao pior comportamento e dez ao melhor comportamento.A redução da coluna à esquerda se refere à porcentagem de redução de diâmetro de peçascilindricas. 44 Estampagem dos aços inoxidáveis
  43. 43. O pó de grafite e graxa de sulfeto de molibdênio só se recomendam em aplicações a altastemperaturas. à Forças que atuam na operação de repuxo As forças que atuam na operação de repuxo são as forças de repuxo e de prensa- chapa. Considerando: Resistência à tração do aço inox (σB) em kgf / mm2 βο− 1 Fator de correção da severidade de repuxo (s) s = 1,2 x βοmax −1 π 2 2 Área de atuação do prensa-chapa (Ac) Ac = (D -d0 ) em cm2 4 0,5d p = 0,25 [ (β0 - 1)2 + ] σ B em kgf / cm 2 Pressão do prensa-chapa (p) 100e Definem-se: Força de repuxo (FR) ⇒ FR = π .d . e .σ B. s Força do perensa chapa (Fpc) ⇒ Fpc = p . Ac à Cálculo dos blanks A seguir mostramos como calcular blanks de peças cilíndricas e não cilindricas. ã Cálculo de blanks cilindricos: Os diâmetros dos blanks cilindricos são calculados pelas fórmulas abaixo, de acordo com a forma da peça. Fig (40) Estampagem dos aços inoxidáveis 45
  44. 44. Exemplos:Calcular os blanks das figuras acima, onde d = 50 mm; d1 = 50 mm; d2 = 55 mm e h = 100 mmCálculo do blank da fig (40-a) ⇒ D = 50 2 + 4 x 50 x 100 = 150 mm 150 50β0 = = 3,00 sendo β0max = 2,15 - 0,001 x = 2,09 50 0,80Como β0>β0max, a peça será estampada em mais de uma operação de repuxo.Cálculo do blank da fig (40-b) ⇒ D = 552 + 4 x 50 x 100 = 151,74 mm 15174 , 50β0 = = 3,03 sendo β0max = 2,15 - 0,001 x = 2,09 50 0,80Também neste caso, a peça será estampada em mais de uma operação de repuxo. ã Cálculo de blanks não cilindricosSeja por exemplo, calcular o blank da cuba de pia de aço inox da figura 41. Fig (41) 46 Estampagem dos aços inoxidáveis
  45. 45. As dimensões do blank vão ser o comprimento desenvolvido pela largura desenvolvida dacuba acrescidos de uma borda para o contato com o prensa chapa. As dimensõesdesenvolvidas são tomadas em relação à fibra média (metade de espessura). O comprimentodesenvolvido das regiões dobradas (·, ¹, » e ½) é calculado pela fórmula apresentada napágina 30: e Ld = 0,0175.α (Ri + f ) 2 Comprimento Largura¶ = ¾ = 10 - 5 - 0,80 = 4,20 mm ¶ = ¾ = 4,20 mm· = ¹ = » = ½ = 0,0175 x 90 x (5 + ½ 0,8) · = ¹ = » = ½ = 8,51 mm = 8,51 mm¸ = ¼ = 90 - 2 x 5,8 = 78,40 mm ¸ = ¼ = 78,40 mmº = 480 - 2 x 5 = 470 mm º = 280 - 2 x 5 = 270 mm Comprimento desenvolvido Largura desenvolvida A = 2 x 4,2 + 4 x 8,51 + 2 x78,4 + 470 A = 2 x 4,2 + 4 x 8,51 + 2 x78,4 + 270 A = 669,24 mm B = 469,24 mmPortanto, o material necessário para recortar o blank teórico será: 0,8 x (669,24 x 469,24)A nossa cuba é uma peça retangular com 4 raios de 60 mm formando a concordância dasparedes laterais. Na operação de repuxo de peças não cilindricas, os raios de repuxoapresentam um comportamento idêntico ao de uma peça cilindrica. Por esta razão, considera-se um cilindro imaginário em cada raio de repuxo, com raios e altura iguais aos do produto.Os cantos devem ser recortados para aliviar o contato entre blank e prensa-chapa, parafacilitar o escoamento do metal.Para se determinar o recorte do excesso de material do blank já calculado, calcula-se odiâmetro do cilindro imaginário (Dci) desenhando-o conforme o mostrado na figura 42. Estampagem dos aços inoxidáveis 47
  46. 46. Fig. (42)O valor de Dci é determinado por:Dci = d 2 + 4. d1.h , onde 2d2 = 2 x (60 + 10) = 140 mm (diâmetro correspondente ao raio externo da aba da cuba)d1 = 2 x 60 = 120 mm (diâmetro correspondente ao raio de concordância das paredes laterais)h = 90 mm (profundidade da cubaDci = 140 2 + 4x120x90 = 250,66 mmA cota da tangente ao Dci é dada por: D ci 250,66t= = = 7,83 32 32Com estes valores, pode-se traçar o blank teórico para o primeiro teste (“try-out”) do estampocom o objetivo de se definir o blank real.ˆ 3ˆ 2 = 7,83 250,66 120β0 = = 2,07 sendo β0max = 2,15 - 0,001 x = 2,00 120 0,80Para calcularmos a força de repuxo, utiliza-se a fórmula da página 45, FR = π.d . e . σB. s 48 Estampagem dos aços inoxidáveis
  47. 47. onde: σB = 50 kgf/mm , 2 β0 − 1 2,08 − 1 s = 1,2 x = 1,2 x = 1,31 β0 max− 1 2,00 − 1 o diâmetro d é substituído pelo diâmetro equivalente definido por: deq = 1,13 S, S = área transversal do macho de repuxo.No nosso caso, a área S é:S = ¶ + 2 x · + 2 x ¸ + 4 x ¹ = 57.600 + 2 x 9.600 + 2 x 21.600 + 11.309,73S = 131.309,73O valor da força de repuxo necessária é então:FR = π x 1,13 x 131309,73 x 0,80 x 50 x 1,31 = 67.407,47 ≅ 67 toneladas . Estampagem dos aços inoxidáveis 49
  48. 48. 5. CONSIDERAÇÕES FINAISEste manual técnico contém as informações básicas para o desenvolvimento dosconhecimentos de profissionais interessados no assunto. As informações nele contidas, sãogerais e servem como uma primeira abordagem prática. Em nenhum momento se pretendeuesgotar o assunto tratado.Diferenças de comportamento mecânico entre os aços inoxidáveis e aços carbono exigem,para a conformação do inox, equipamentos mais robustos para conformar as mesmasespessuras.Porém, em grande parte dos casos, o maior grau de encruamento dos aços inoxidáveis podeser compensado pela sua excelente resistência à corrosão atmosférica, viabilizando oemprego de espessuras menores do que aquelas especificadas para os aços carbono. E, comespessuras reduzidas, os componentes e peças de aços inox ficam mais leves e os esforços deconformação podem se aproximar daqueles exigidos para a conformação dos aços carbono.Vale a pena enfatizar a absoluta necessidade de se proceder a limpeza criteriosa dosequipamentos e ferramentas que processam simultaneamente aços inoxidáveis e açoscarbono. Neste caso, recomenda-se o uso de ferramentas exclusivas para a conformação dosaços inoxidáveis. Caso isto não seja economicamente viável, é imprescindível adotar aprática de limpar as ferramentas antes de iniciar o serviço. Em qualquer situação, é uma boaprática conformar o aço inox com a película protetora de PVC ou polietileno. Em suspeita decontaminação por resíduos de aço carbono, existe a necessidade de se proceder a suaremoção e restabelecer a camada passiva. O processo consiste em tratar as partes atingidaspor solução levemente aquecida (50 a 60 ºC) de ácido nítrico em concentração de 20%. Naseqüência, a peça deve ser lavada e enxugada. Uma solução alternativa é submeter a peçaao jateamento ou lixamento das partes afetadas para remoção da contaminação. O oxigêniodo ar deverá ser suficiente para recompor a camada passiva.A tabela a seguir mostra o desempenho comparativo dos aços inoxidáveis produzidos pelaACESITA, disponíveis no mercado brasileiro Limite de Desempenho Aços Escoamento (MPa) Perfuração Dobramento Calandragem 301 250 a 370 C B B 304 240 a 350 B A A Austeníticos 304L 240 a 350 B A A 316 250 a 370 B A A 316L 240 a 350 B A A 409 180 a 320 A A A Ferríticos 430 250 a 430 A/B A A Martensítico 420 250 a 450 B/C C C/D A= excelente B = bom C = razoável D = não recomendado. 50 Estampagem dos aços inoxidáveis
  49. 49. 6. BIBLIOGRAFIA à Fabrication of Chromium - Nickel Stainless Steel - 300 Series - International Nickel Publication à Forming of Stainlen Steel and heat resisting alloys - Metal Handbook vol 4 à Mexinox “El Embutido de Aceros Inoxidables” - Mexico Elaborado por El Dr. Rafael R. Ruiz Vázquez à Berruti Aldo - Stampi e Presse à Oehler - Kaiser - Herramientas de Troquelar, Estampar y Embutir à Bortoloto J. A. - Apostila de Estampagem.As informações contidas nesta publicação, resultam de testes de laboratório e de consultas às referênciasbibliográficas tradicionais e respeitáveis.O desempenho dos aços inoxidáveis em serviço ou durante a fabricação de produtos, pode sofrer alteraçõescom mudanças de temperatura, PH, traços de elementos contaminantes, bem como em função do estado deconservação e correta ajustagem dos equipamentos de soldagem ou conformação, sendo ainda a adequadaqualificação de mão-de-obra operacional de grande importância no processo. Por estas razões, as informaçõescontidas nesta publicação, devem ser consideradas apenas como referência inicial para testes ou para umaespecificação mais precisa por parte do comprador. A Acesita não se responsabiliza por perdase/ou prejuízos decorrentes da utilização inadequada das informações aqui contidas. Estampagem dos aços inoxidáveis 51

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