Apostila Aco Inox Gem

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

ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2. O AÇO INOX E OS CUIDADOS COM O SEU MANUSEIO . . . . . . . . . . . . . . 5 3. COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS AÇOS INOXIDÁVEIS . . . . . . . . . . . . 8 4. ESTAMPAGEM DOS AÇOS INOXIDÁVEIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.1 - CORTE E FURAÇÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4.2 - DOBRAMENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.3 - REPUXO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 6. BIBLIOGRAFIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

1. INTRODUÇÃO Esta apostila compõe com outras quatro: Manuseio - Transportes e Estocagem; Soldagem; Conformação e Acabamentos, o Curso básico e modulado “Noções Básicas de Caldeiraria e Serralheria em Aço Inox”. Este curso foi estruturado para levar fundamentação teórico-operacional ao parque reprocessador do aço inox no Brasil, com o objetivo de promover a qualidade dos produtos confeccionados em inox. Neste módulo, “Estampagem dos Aços Inoxidáveis”, pretende-se fazer uma abordagem 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 de auxiliar as empresas já estabelecidas na busca do seu aperfeiçoamento e de introduzir outras neste promissor segmento: o mercado dos produtos de aço inox.

2. O AÇO INOX E OS CUIDADOS COM O SEU MANUSEIO Aço inox é o termo empregado para identificar famílias de aços contendo, no mínimo, 11% de cromo, que lhes garantem elevada resistência à corrosão - conhecida popularmente com “ferrugem”. O cromo, disperso no aço de forma homogênea, em contato com o oxigênio do ar forma uma fina camada, contínua e resistente (50 angstrongs; 1angstron = 10-8 cm) em toda 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 ao aço. Apesar de invisível, estável e finíssima, esta película (chamada de camada passiva) é altamente 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 suas propriedades físicas e mecânicas. De acordo com os elementos de liga contidos, os aços inoxidáveis são agrupados em famílias com características semelhantes e destinados a aplicações específicas. Basicamente, distinguem-se 3 famílias de aços inoxidáveis: à Aços martensíticos; à Aços ferríticos e; à Aços austeníticos.

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Os aços inoxidáveis martensíticos são aços magnéticos que podem atingir altas durezas por tratamento térmico, além de excelente resistência mecânica. São utilizados em cutelaria, instrumentos de medida, lâminas de corte, correntes para máquinas, discos de freio, etc. Estes aços, de aplicações específicas, não serão abordados nesta apostila. Os aços inoxidáveis ferríticos também são aços magnéticos. Normalmente são endurecíveis por 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 de colunas de destilação, moedas, etc. Aços típicos: AISI 430 e AISI 409. Os aços austeníticos são aços não-magnéticos que podem ser endurecidos por trabalho mecânico. Apresentam resistência à corrosão melhorada pela adição do níquel e são facilmente conformados a frio, devido uma combinação favorável de propriedades mecânicas. São utilizados para fins estruturais, equipamentos para indústria alimentícia, aeronáutica, ferroviária, petrolífera, química e petroquímica, papel e celulose, construção civil, etc. O aço típico desta família é o AISI 304. A característica básica dos aços inoxidáveis é a sua elevada resistência à corrosão. São aços fáceis de serem trabalhados, aceitam deformações permanentes sem comprometimento de suas características, são versáteis e de fácil limpeza e manutenção por apresentarem superfície lisa e, em aplicações arquitetônicas e de decoração, apresentam aspecto estético atraente valorizando ambientes. A grande maioria dos atributos dos aços inoxidáveis é conferida pela camada passiva anteriormente descrita. Ela apresenta um papel fundamental eliminando-se a necessidade de revestimentos protetivos externos como fosfatização e pintura, galvanização, bicromatização, etc, procedimentos largamente utilizados para melhorar a resistência à corrosão dos aços carbono. A camada passiva se auto-regenera em presença de oxigênio quando, por exemplo, é danificada por um risco ou arranhão. Nesses casos, esta regeneração não garante a homogeneidade da camada passiva e, em situações críticas e muito agressivas, pode se desenvolver o fenômeno de corrosão no ponto arranhado. Portanto recomenda-se cuidado extremo para a manutenção desta película. A ACESITA garante a integridade da camada passiva em todos os aços inoxidáveis que saem da Usina. Recomenda-se aos reprocessadores e ao parque manufatureiro dos aços inoxidáveis adotar medidas adicionais para evitar danos à camada passiva durante o manuseio, processamento e estocagem de bobinas, chapas e produtos intermediários.

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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.

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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 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. Usar equipamentos de estocagem e movimentação protegidos por plástico, madeira ou feltro, evitando marcar a superfície do aço.

1. Recebimento, manuseio

2. Estocagem de bobinas e chapas

•

• •

3 . Manuseio

• •

•

4. Fabricação

•

Evitar danos à superfície do material. Usar luvas limpas durante o 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. 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 INOXIDÁVEIS Os processos de conformação dos diversos metais são realizados a partir de suas respectivas características mecânicas. Particularidades relativas ao comportamento estrutural de cada liga metálica definem os esforços mínimos necessários para o dimensionamento dos equipamentos e ferramentas a serem utilizados. Com o aço inox não é diferente: os processos de sua conformação mecânica são semelhantes aos dos aços carbono, cuja tecnologia é de domínio geral. As diferenças de comportamento mecânico existentes entre as duas ligas, aço carbono e aço inox, definem diferentes parâmetros de utilização de equipamentos em cada caso. O comportamento estrutural dos aços inoxidáveis, a exemplo dos aços carbono, é definido pela curva tensão-deformação. Um corpo de prova do material com dimensões padronizadas é submetido a um esforço de tração crescente até a sua ruptura. 8

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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) são ligeiramente mais elevados do que os aços inox (tipos 430 e 304) para a condição de aços recozidos. 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 onde ocorrem deformações permanentes: o ramo plástico B-C para os aços inoxidáveis é muito maior do que para os aços carbono. Isto significa que eles suportam deformações maiores sem ocorrer falha do componente. Dentre os aços inoxidáveis, os aços austeníticos (por Estampagem dos aços inoxidáveis

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exemplo o 304) apresentam este ramo plástico maior do que os aços ferríticos (por exemplo o 430) sendo especificados para conformações profundas. Nas operações de conformação onde ocorrem corte e, no caso de dimensionamento de parafusos, rebites e pinos de fixação, que são submetidos a esforços cortantes, a tensão para a qual ocorre a ruptura é chamada de tensão de cisalhamento. Esta tensão é cerca de 65 a 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 aço é o encruamento - aumento das características (dureza, limites de escoamento, de resistência 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 frio impostas 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), demonstram que os esforços necessários para a conformação dos aços inoxidáveis são consideravelmente maiores que os exigidos para os aços carbono. Além dos aços inox apresentarem o LR superior aos dos aços carbono em condições equivalentes, tanto o LE quanto seu LR crescem a uma taxa maior que o crescimento destes parâmetros dos aços baixo carbono. Dentre os aços inoxidáveis, os aços austeníticos “aceitam” maiores deformações que os aços ferríticos e assim diz-se que eles são mais “dúcteis”. Este efeito é conferido pelo níquel contido nos aços austeníticos e ausente nos aços ferríticos. 10

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4. ESTAMPAGEM DOS AÇOS INOXIDÁVEIS Estampagem é um conjunto de operações de conformação a frio (corte, furação, dobramento e repuxo), realizadas na região plástica de deformação dos materiais, pela imposição de uma deformação permanente de uma chapa, com o objetivo de produzir peças com determinada forma. As ferramentas que permitem a obtenção da forma desejada são denominadas estampos e as máquinas que fornecem a energia e os movimentos necessários para a conformação são denominadas prensas. De uma maneira geral, os aços inoxidáveis podem ser estampados de forma semelhante aos aços carbono. Pequenas adaptações no processo são necessárias em função de peculiaridades nas suas propriedades mecânicas, conforme mencionado anteriormente.

4.1 - CORTE E FURAÇÃO Corte e furação por estampagem, são processos semelhantes que fazem a separação de material por cisalhamento utilizando um macho, uma matriz e uma prensa para a produção em série de peças. A tensão de cisalhamento é uma das características mais importantes na avaliação da capacidade do material de ser cortado ou furado. Para os aços inoxidáveis, a tensão de cisalhamento é cerca de duas vezes maior que a observada nos aços carbono. Por este motivo, a força exigida para o corte ou furação de aços inoxidáveis é de 50 a 100% maior que 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 cerca de180ºC, reduz a força de corte necessária e por conseguinte garante uma sobrevida tanto às ferramentas quanto às prensas utilizadas. Em contrapartida, esta prática exige investimentos em operações complementares de aquecimento e posterior polimento para a eliminação dos óxidos produzidos pelo aquecimento. Sua adoção exige um estudo econômico para atestar sua viabilidade. Os principais parâmetros a serem considerados nas operações de corte e furação por estampagem 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

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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)

Material

Espessura (mm)

AÇO, FERRO LATÃO, BRONZE FOSFOROSO, ALUMÍNIO E AÇO INOXIDÁVEL

e ≤ 0,5

0,5 < e ≤ 1

1 < e ≤ 1,5

1,5 < e ≤ 2

2<e≤3

3<e≤5

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A (mm)

B (mm)

C (mm)

D (mm)

E (mm)

F (mm)

Até 10 10 a 30 30 a 100 100 a 300 Até 10 10 a 30 30 a 100 100 a 300 Até 10 10 a 30 30 a 100 100 a 300 Até 10 10 a 30 30 a 100 100 a 300 Até 10 10 a 30 30 a 100 100 a 300 Até 10 10 a 30 30 a 100 100 a 300

0.5 a 1.2 1.2 a 2 2a3 3a5 1 a 1.5 1.5 a 2 2 a 3.5 3.5 a 5.5 1.5 a 2 2 a 2.5 2.5 a 3.5 3.5 a 6 2 a 2.5 2.5 a 3.5 3.5 a 5 5a8 3 a 3.5 3.5 a 4 4a5 5a8 5 a 5.5 5.5 a 6 6a8 8 a 10

0.5 0.5 a 1 1.5 a 2 2 a 2.5 1 1 a 1.5 1.5 a 2 2 a 3.5 1.5 1.5 a 2 2 a 2.5 2.5 a 3.5 2 2 a 2.5 2.5 a 3.5 3.5 a 5 3 3 a 3.5 3.5 a 4.5 4.5 a 6 5 5 a 5.5 5.5 a 6 6a8

1 1 a 1.5 1.5 a 2 2 a 2.5 1.5 1.5 a 2 2 a 2.5 2.5 a 3 2 2 a 2.5 2.5 a 3 3 a 3.5 2.5 2.5 2.5 a 3 3 a 3.5 3.5 3.5 a 4 4 a 4.5 4.5 a 5 5 5a6 6a7 7a8

0.5 0.5 0.5 a 1 1a2 1 1 1a2 2a3 1.5 1.5 1.5 a 2.5 2.5 a 3.5 2 2 2a3 3a4 3 3 3 a 4.5 4.5 a 6 5 6 6a8 8 a 10

3 3 3.5 4 3 3.5 4 4 3 3.5 4 5 3.5 4 4 5 4 4 5 6 5 5 6 8

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Estudo de aproveitamento: exemplo Consideremos a peça mostrada na Fig (4) a ser produzida a partir de comprimento L e largura B

uma tira de

Fig (4)

Neste exemplo,

S =x.t + (y - t) . z (área da peça) B = y + 2b

p = passo da ferramenta:

Solução 1

Solução 2

p=x+c a = p + 2c

p = x + z + 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 + (n-1).p ⇒

n=

L-a +1 p

(L = comprimento da tira)

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O rendimento, para cada situação é medido por: η=

n. S x100 LxB

L = 1000 mm A solução 2 apresentada na Fig (4-c) apresenta um rendimento de 71% enquanto que a solução 1 Fig (4-b) apresenta um rendimento de apenas 49%. A Fig (5) mostra alguns exemplos de “lay out de tiras” para vários tipos de geometria de peças.

Fig (5)

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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 inox com diâmetro externo de 30 mm e diâmetro interno de 10 mm, com uma espessura de 1,00 mm.

Fig (7)

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Considerando-se uma folga de 5% da espessura por face, tem-se: ½ f = 1,00 x 0,05 = 0,05 mm Para a determinação do diâmetro do macho(punção), deve-se tomar a medida máxima do furo. Para as dimensões externas, parte recortada da peça, a medida da matriz deve estar na faixa mínima da tolerância. Esta precaução se deve ao fato de haver desgaste tanto do macho como da matriz, à medida que se estampam as arruelas. Desta forma, as dimensões de macho (punção) e matriz devem ser:

Descrição

Medida nominal (mm)

Tolerância max (mm)

Folga (mm)

Final (mm)

Furação

Punção Matriz

10 10

± 0,20 ± 0,20

+ 0,10

10,20 10,30

Recorte

Punção Matriz

30 30

± 0,20 ± 0,20

+ 0,10

29,70 29,80

Operação

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)

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Desta forma, o cálculo da força de corte Fc pode ser feito a partir da fórmula abaixo, que é função da espessura da chapa, do perímetro de corte e da pressão específica de corte:

Fc = e.p.kc

onde

{

e = espessura da chapa em mm; 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

Fex = (10 - 20)% Fc

Usualmente,

para (d/e) > 8

para 2 ≤ (d/e) ≤ 8

Fex = 10% Fc

A prática de se construir as arestas de corte inclinadas, tanto para o punção como para a matriz, 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 no punção. 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).

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Fig (9)

O gráfico da Fig (10) compara as forças envolvidas quando se utilizam ou não arestas inclinadas.

Gráfico comparativo das forças de corte Fig (10)

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à Dimensionamento da matriz

A primeira etapa no dimensionamento é a determinação da altura (H) da matriz, que é obtida pela relação:

H ≥ 3 Fc

A 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 de guia e arestas de corte. As diferentes distâncias entre elementos da matriz são apresentadas nos desenhos da Fig (11).

Fig. (11)

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Matrizes acima de 200 mm são necessariamente construídas em partes (postiços), em função tanto de distorções provenientes de tratamento térmico quanto da diminuição da altura necessária para suportar o esforço de corte. Isto porque o dimensionamento da 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 que ele possui. A Fig (12) mostra exemplos de matrizes construídas com postiços.

Exemplo de construção de matrizes Fig 12

A seguir, na Fig (13), mostramos vários exemplos de matrizes construídas com postiços

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Fig (13)

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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 de espessura com kc = 50 kgf/mm2.

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Solução: 1º. Cálculo das forças de corte e de extração: Fc = π.d.e.kc ⇒ Fex = 5% Fc

⇒

π x 4 x 0,5 x 50 314 x 0,050

= =

314 kgf 15,7 kgf

2º. Escolha da mola: O bom senso indica escolher uma mola com carga útil de pelo menos 3 vezes a força de extração. 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 mm Para 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 mm

A distribuição dos cursos mencionados pode ser vista na figura 15, que apresenta o gráfico de carga (força) x curso (compressão ou flecha)

Gráfico de distribuição dos cursos por espira Fig. (15)

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3º. Cálculo do número de espiras Supondo-se um curso de extração no estampo de 1 mm, 0,5 mm de espessura da peça e 0,5 mm de penetração do punção na matriz, calcula-se o número de espiras da mola para atender este curso determinado, como se segue: n=

Curso de extração 1 = 0,245 ∆ fu n = 4 espiras

Com o valor do passo da mola p = da + f (fig 14) = 6 + 0,5 = 6,5, calcula-se o comprimento livre 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 mm 4º. Determinação do alojamento da mola no estampo O curso de pré-tensão para as 4 espiras da mola é definido por: fpre = f1 x 4 = 0,157 x 4

⇒

fpre = 0,628 mm

⇒

Lpre = 27,87 mm

e o comprimento pré-tensionado da mola será: Lpre = L - fpre = 28,5 - 0,628

O valor de Lpre deve ser a altura do alojamento da mola no estampo. As molas podem ser montadas de duas formas nos estampos: montagem simples (fig 16-a) e montagem em paralelo (fig 16-b), que permite a utilização de um número maior de molas menores montadas lado a lado.

Fig (16)

24

Estampagem dos aços inoxidáveis

Além das molas tradicionais, helicoidais de arames de seção circular ou retangular, existem molas de poliuretano e mola tipo prato que podem ser utilizadas em estampos. Para estes tipos de mola, o cálculo é semelhante ao apresentado anteriormente, sendo as particularidades de cada uma delas fornecidas pelos fabricantes. A seguir, ilustramos alguns equipamentos de corte e perfuração de chapas de aços inoxidáveis, bem como a concepção de matrizes de furação de chapas:

Fig. (17)

Estampagem dos aços inoxidáveis

25

4.2 - DOBRAMENTO No dobramento, a chapa sofre uma deformação por flexão em prensas que fornecem a energia e os movimentos necessários para realizar a operação. A forma é conferida mediante o 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 a forma a ser dobrada. Para fabricação de perfis dobrados ou alguns tipos de peças com comprimentos de dobras considerados grandes, utilizam-se prensas dobradeiras/viradeiras 26

Estampagem dos aços inoxidáveis

com matrizes e machos (punções) universais (processo considerado no Manual Técnico de Conformação 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 estampos de 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

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 de escoamento (LE) e a outra parte supera a este limite, conferindo à peça uma deformação plástica permanente. Uma vez cessado o esforço de dobramento, a parte da seção que ficou submetida a tensões inferiores ao LE por ter permanecido no domínio elástico, tende a retornar à posição inicial anterior ao dobramento. Como resultado, o corpo dobrado apresenta um pequeno “retorno elástico” ou efeito mola (spring back) que deve ser compensado durante a operação de dobramento. Como indicação, a tabela da figura 21 mostra o retorno elástico de alguns tipos de aços inoxidáveis austeníticos em relação ao raio interno de dobra e à espessura da chapa.

Retorno elástico para dobramento a 90º Raio de dobramento (e = espessura da chapa)

Tipo do Aço Inoxidável

1e

6e

20 e

302 e 304 301

2° 4°

4° 13°

15° 43°

Fig. (21)

28

Estampagem dos aços inoxidáveis

Em alguns casos, é utilizada a prática de se efetuar uma calibragem em estampo específico, já compensado o retorno elástico, para dar as dimensões finais da peça. Este procedimento é viabilizado em produção seriada onde o custo do estampo calibrador pode ser diluído no preço 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

Fig (23)

Para a determinação do raio mínimo, costuma-se utilizar a relação:

50e e Rmin= − Al% 2

onde Rmin = raio mínimo Al% = alongamento % da chapa e = espessura da chapa

Por exemplo, o raio de dobramento mínimo para uma chapa de 1,5 mm de aço inox 304 com alongamento 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: Onde,

4 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

A tabela da figura 24 mostra os valores de f (fator de correção) em função da relação do raio de 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)

Exemplo Calcular o comprimento desenvolvido da chapa utilizada para fabricar o perfil U da fig.25

Fig 25

Material: aço inox 304 Alongamento: 37,5% Espessura Largura Comprimentos

e = 3 mm b = 20 mm c = 40 m d = 20 mm

Estampagem dos aços inoxidáveis

31

Cálculo do raio mínimo: Ri = (50 x 3 37,5) - (3 2) = 2,5 mm Cálculo do comprimento desenvolvido da região dobrada: Ri /e = 2,5 3 = 0,833

⇒

f = 0,65

Ld = 0,0175 x 90 x (2,5 + 0,65 x3÷2) = 5,47 mm O comprimento desenvolvido da peça será: L = 2 Ld + c + 2 d = 2 x 5,47 + 40 + 2 x 20 = 90,940 mm A largura da chapa onde o perfil vai ser dobrado é b = 20 mm Neste caso, especifica-se uma chapa de 3,0 x 20 x 90,940 mm de aço inox 304 para fabricar 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 parte permanece 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

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 medida que a chapa se deforma. A força lateral é máxima quando a chapa atingir uma posição de 45º com a horizontal (fig 27).

Fig.(27)

A tensão necessária para vencer o limite elástico e o encruamento do material para que haja deformação plástica (permanente) é a tensão de dobramento σ, cujos valores são definidos pelas relações da tabela da Fig (28), que levam em consideração coeficientes de segurança para 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 retorno elástico. 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

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 Dobramento simples

Valor da força (Fds) =

bxe x σd 6

(Fdu) =

bxe x σd 3

Força de dobramento (Fd) x

Força de prensa chapa (Fpc)

Dobramento em U

(Fpc) = (15 a 20%) (Fdu)

Dobramento em L

(Fpc) =

Força lateral (Flat)

(Flat) =

Fd xe a Fd 2

A seguir, mostramos alguns tipos de estampos específicos para comprimentos de dobra pequenos para perfis tipo cantoneira (perfil em L), perfis em U e estampo para dobramentos em ângulos diferentes de 90° e/ou para correção de retorno elástico.

Dobras em L Fig (30)

34

Estampagem dos aços inoxidáveis

Duas formas distintas para o acionamentro do prensa chapa Dobra em U Fig (31)

Estampagem dos aços inoxidáveis

35

Estampo para dobramento em U com ângulos diferentes de 90° ou correção do retorno elástico Fig. (32)

36

Estampagem dos aços inoxidáveis

4.3 - REPUXO O repuxo ou embutimento é uma operação de estampagem onde uma chapa, inicialmente plana, é transformada em um corpo oco sem que haja aparecimento de rugas e trincas. As ferramentas 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 pela ação de uma força denominada de força de repuxo (FR). O material da chapa flui para dentro da 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, gerando variações na sua espessura.

Fig. (34)

Estampagem dos aços inoxidáveis

37

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

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.

βοmax = 2,15 - 0,001 .

d e

onde 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,

βο =

D d

onde 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

à Redução percentual

A redução numa operação de repuxo é expressa por:

Redução % =

100 (D - d) 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 10 e 5e 2e

50 a 60 40 a 50 30 a 40 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 matériaprima (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

Existem tabelas de seleção de materiais para ferramental em diferentes aplicações que podem servir de referência. Como exemplo, a figura 37 mostra alguns materiais recomendados para a confecção de punção e prensa-chapa para produção de pequenas, médias e grandes séries de peças.

10.000 peças

100.000 peças

1.000.000 peças

W1 ou 4140 cementado

W1 ou S1 cementado

A2 ou D2

W1 ou O1

W1 ou O1

W1 ou O1

Punção

Ferro fundido ligado

O1

A2 ou D2

Prensa-chapa

Ferro fundido ligado

Ferro fundido ligado

O1 ou A2

Descrição / ferramenta Peças de até 76 mm (seção cilíndrica e quadrada)

Peças redondas (até 305 mm)

Punção Prensa-chapa

Fig.(37)

A deformação da matéria-prima é levada a efeito, principalmente nos raios de curvatura da matriz, 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 - punção

As relações utilizadas para definir os parâmetros acima mencionados são:

Rm = 0,8 (D − d) x e

onde Rm é o raio da matriz e,

δ = e + 0,07 10 x e

onde δ é a folga punção matriz.

Estampagem dos aços inoxidáveis

41

A Fig (38) apresenta, como referência, os intervalos recomendados para o raio da matriz Rm, o raio do punção r e a folga matriz - punção δ em função da espessura do blank.

Material Aço Aço Aço Aço

carbono inox austenítico inox ferrítico inox martensítico

Rm 4a8 5a8 7 a 15 7 a 15

r e e e e

2e 4e 5e 5e

folga (d) 1,05 1,20 1,15 1,15

a a a a

1,15 1,40 1,20 1,20

e e e e

e = 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:

42

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.

Estampagem dos aços inoxidáveis

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

Lubrificante Redução r%

Base

Tipo

Eliminação Efetividade com de com Desengra- aplicação 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

Aquosa

Pasta diluída de sabão e graxa Emulsão de óleo p/ uso pesado, com Cl- e S=

6 10

5 8

8 7

% > 40

Aquosa

Pasta pigmentada sabão/graxa Pasta cera/sabão/borax

5 8

3 3

10 8

r% ≤ 10

Oleosa

Óleo residual de processo Óleo mineral

8 8

10 10

6 6

Oleosa

Óleo mineral c/ 10 - 30% de ácido graxo Idem com 2 - 20% de óleo clorado ou sulfuradoi

8 7

10 8

8 7

6

6

8

21 ≤ r% ≤ 40

Oleosa

Ácidos graxos Óleo mineral com 5 - 50% de: - óleo clorado não emulsionável - óleo clorado emulsionável Óleo fosfatado concentrado

5 8 6

8 8 6

6 6 7

% > 40

Oleosa

Mistura de óleo mineral com pastas pigmentadas sabão/graxa

5

5

9

21 ≤ r% ≤ 40

11 ≤ r% ≤ 20

Fig (39)

Obs: Os lubrificantes foram classificados em notas de zero a dez, com o valor zero correspondendo ao pior comportamento e dez ao melhor comportamento. A redução da coluna à esquerda se refere à porcentagem de redução de diâmetro de peças cilindricas.

44

Estampagem dos aços inoxidáveis

O pó de grafite e graxa de sulfeto de molibdênio só se recomendam em aplicações a altas temperaturas. à Forças que atuam na operação de repuxo

As forças que atuam na operação de repuxo são as forças de repuxo e de prensachapa. Considerando: Resistência à tração do aço inox (σB)

em kgf / mm2

Fator de correção da severidade de repuxo (s)

s = 1,2 x

Área de atuação do prensa-chapa (Ac)

Ac = p = 0,25 [ (β0 - 1)2 +

Pressão do prensa-chapa (p)

βο− 1 βοmax −1

π 2 2 (D -d0 ) em cm2 4 0,5d 2 ] σ B em kgf / cm 100e

Definem-se: Força de repuxo (FR)

⇒

Força do perensa chapa (Fpc)

FR = π .d . e .σ B. s ⇒

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

Exemplos: Calcular os blanks das figuras acima, onde d = 50 mm; d1 = 50 mm; d2 = 55 mm e h = 100 mm Cálculo do blank da fig (40-a) β0 =

150 = 3,00 50

⇒

D = 50 2 + 4 x 50 x 100 = 150 mm

sendo β0max = 2,15 - 0,001 x

50 = 2,09 0,80

Como β0>β0max, a peça será estampada em mais de uma operação de repuxo. Cálculo do blank da fig (40-b) β0 =

15174 , = 3,03 50

⇒

D = 552 + 4 x 50 x 100 = 151,74 mm

sendo β0max = 2,15 - 0,001 x

50 = 2,09 0,80

Também neste caso, a peça será estampada em mais de uma operação de repuxo. ã

Cálculo de blanks não cilindricos

Seja por exemplo, calcular o blank da cuba de pia de aço inox da figura 41.

Fig (41)

46

Estampagem dos aços inoxidáveis

As dimensões do blank vão ser o comprimento desenvolvido pela largura desenvolvida da cuba acrescidos de uma borda para o contato com o prensa chapa. As dimensões desenvolvidas são tomadas em relação à fibra média (metade de espessura). O comprimento desenvolvido das regiões dobradas (·, ¹, » e ½) é calculado pela fórmula apresentada na página 30: e Ld = 0,0175.α (Ri + f ) 2

Comprimento

Largura

¶ = ¾ = 10 - 5 - 0,80 = 4,20 mm · = ¹ = » = ½ = 0,0175 x 90 x (5 + ½ 0,8) = 8,51 mm ¸ = ¼ = 90 - 2 x 5,8 = 78,40 mm º = 480 - 2 x 5 = 470 mm Comprimento desenvolvido

¶ = ¾ = 4,20 mm · = ¹ = » = ½ = 8,51 mm ¸ = ¼ = 78,40 mm º = 280 - 2 x 5 = 270 mm Largura desenvolvida

A = 2 x 4,2 + 4 x 8,51 + 2 x78,4 + 470 A = 669,24 mm

A = 2 x 4,2 + 4 x 8,51 + 2 x78,4 + 270 B = 469,24 mm

Portanto, 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 das paredes laterais. Na operação de repuxo de peças não cilindricas, os raios de repuxo apresentam um comportamento idêntico ao de uma peça cilindrica. Por esta razão, considerase 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, para facilitar o escoamento do metal. Para se determinar o recorte do excesso de material do blank já calculado, calcula-se o diâmetro do cilindro imaginário (Dci) desenhando-o conforme o mostrado na figura 42. Estampagem dos aços inoxidáveis

47

Fig. (42)

O valor de Dci é determinado por: Dci = d 22 + 4. d1.h , onde d2 = 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 cuba

Dci = 140 2 + 4x120x90 = 250,66 mm A cota da tangente ao Dci é dada por: t=

D ci 250,66 = 7,83 = 32 32

Com estes valores, pode-se traçar o blank teórico para o primeiro teste (“try-out”) do estampo com o objetivo de se definir o blank real. ˆ 3ˆ 2 = 7,83 β0 =

250,66 = 2,07 120

sendo β0max = 2,15 - 0,001 x

120 = 2,00 0,80

Para calcularmos a força de repuxo, utiliza-se a fórmula da página 45, FR = π.d . e . σB. s

48

Estampagem dos aços inoxidáveis

onde: 2 σB = 50 kgf/mm ,

s = 1,2 x

β0 − 1 2,08 − 1 = 1,31 = 1,2 x 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 + 11.309,73 S = 131.309,73 O 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

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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Este manual técnico contém as informações básicas para o desenvolvimento dos conhecimentos de profissionais interessados no assunto. As informações nele contidas, são gerais e servem como uma primeira abordagem prática. Em nenhum momento se pretendeu esgotar 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 mesmas espessuras. Porém, em grande parte dos casos, o maior grau de encruamento dos aços inoxidáveis pode ser compensado pela sua excelente resistência à corrosão atmosférica, viabilizando o emprego de espessuras menores do que aquelas especificadas para os aços carbono. E, com espessuras reduzidas, os componentes e peças de aços inox ficam mais leves e os esforços de conformação podem se aproximar daqueles exigidos para a conformação dos aços carbono. Vale a pena enfatizar a absoluta necessidade de se proceder a 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. Caso isto não seja economicamente viável, é imprescindível adotar a prática de limpar as ferramentas antes de iniciar o serviço. Em qualquer situação, é uma boa prática conformar o aço inox com a película protetora de PVC ou polietileno. Em suspeita de contaminação por resíduos de aço carbono, existe a necessidade de se proceder a sua remoção e restabelecer a camada passiva. O processo consiste em tratar as partes atingidas por solução levemente aquecida (50 a 60 ºC) de ácido nítrico em concentração de 20%. Na seqüência, a peça deve ser lavada e enxugada. Uma solução alternativa é submeter a peça ao jateamento ou lixamento das partes afetadas para remoção da contaminação. O oxigênio do ar deverá ser suficiente para recompor a camada passiva. A tabela a seguir mostra o desempenho comparativo dos aços inoxidáveis produzidos pela ACESITA, disponíveis no mercado brasileiro Limite de Escoamento (MPa)

Aços

Perfuração

Dobramento

Calandragem

C B B B B

B A A A A

B A A A A

Austeníticos

301 304 304L 316 316L

250 240 240 250 240

Ferríticos

409 430

180 a 320 250 a 430

A A/B

A A

A A

Martensítico

420

250 a 450

B/C

C

C/D

A= excelente

50

a a a a a

Desempenho

370 350 350 370 350

B = bom C = razoável

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D = não recomendado.

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 referências bibliográficas tradicionais e respeitáveis. O desempenho dos aços inoxidáveis em serviço ou durante a fabricação de produtos, pode sofrer alterações com mudanças de temperatura, PH, traços de elementos contaminantes, bem como em função do estado de conservação e correta ajustagem dos equipamentos de soldagem ou conformação, sendo ainda a adequada qualificação de mão-de-obra operacional de grande importância no processo. Por estas razões, as informações contidas nesta publicação, devem ser consideradas apenas como referência inicial para testes ou para uma especificação mais precisa por parte do comprador. A Acesita não se responsabiliza por perdas e/ou prejuízos decorrentes da utilização inadequada das informações aqui contidas.

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