Conformação de Chapas na Tecnologia de Fabricação

Introdução aos Processos de Fabricação 1 ProfDr Guilherme Canuto da Silva 4 CONFORMAÇÃO DE CHAPAS Em sua essência a conformação de chapas faz uso de energia mecânica para transformar chapas em produtos diversos A transformação ocorre através da compressão da chapa contra a superfície de uma matriz e o resultado é um produto de geometria e dimensões específicas As espessuras das chapas podem ser mensuradas a partir de poucos milímetros chapas grossas chegando até a espessuras de décimos e centésimos de milímetros chapas finas Podese ainda fazer uso de óleos lubrificantes e de temperatura para respectivamente reduzir os efeitos do atrito e os esforços do processo de deformação Figura 41 Características básicas da tecnologia o autor 2018 A conformação pode ser feita com uso de prensas ou de máquinas específicas As tecnologias deste grupo incluem corte dobramento puncionamento estampagem estiramento e calandramento 41 Problema Os fundamentos que envolvem o uso de tensão para provocar deformações permanentes já foram apresentados no capítulo 3 Assim as seções seguintes irão se dedicar aos princípios da estampagem uma vez que esta tecnologia contém em si outros princípios como o corte e a dobra de metais 42 Modelo físico Os modelos físicos tipicamente utilizados para representar a tecnologia de estampagem contém um punção o material de trabalho e uma matriz O punção aplica uma força no material que por sua vez é comprimido contra a matriz Após a compressão o punção retorna a sua posição de origem e o produto estampado pode ser retirado As figuras 41 e 42 ilustram estes princípios transformação característica principal tensãodeformação permanente disciplinas básicas materiais e suas propriedades mecânica dos corpos deformáveis termodinânica entrada matériaprima chapas saída produtos diversos estampados Introdução aos Processos de Fabricação 2 ProfDr Guilherme Canuto da Silva Figura 41 Estampagem modelo físico o autor 2020 Para exemplificar os estágios de uma operação de estampagem a figura 42 mostra o processo de conformação de um cilindro metálico copo Figura 42 Estágios da estampagem o autor 2020 A tabela 41 apresenta as ações e variáveis envolvidas em cada estágio indicado na figura 42 Introdução aos Processos de Fabricação 3 ProfDr Guilherme Canuto da Silva Tabela 41 Estágios ações e variáveis envolvidas na estampagem o autor 2020 43 Variáveis A tabela 42 mostra um conjunto de variáveis envolvidas no estudo da estampagem Tabela 42 Variáveis de estampagem o autor 2018 estágio ação variáveis envolvidas símbolo I posicionamento do blank sobre a matriz II posicionamento do prensachapas força de aperto III trabalho do punção contra o blank dobramento do blank força de aperto força de estampagem coeficiente de atrito velocidade do punção IV trabalho do punção contra o blank endireitamento do material força de aperto força de estampagem coeficiente de atrito velocidade do punção V trabalho do punção contra o blank compressão e deformação do flange força de aperto força de estampagem coeficiente de atrito velocidade do punção VI trabalho do punção contra o blank conformação final do produto força de estampagem coeficiente de atrito velocidade do punção VII retorno do punção velocidade do punção VIII retorno do punção retorno do prensachapas velocidade do punção prensachapas de desloca com a mesma velocidade variável símbolo unidades tensão de engenharia MPa deformação de engenharia deformaçao de compressão tensão verdadeira MPa tensão máxima limite de resistência MPa tensão de escoamento MPa tensão média de escoamento MPa deformação verdadeira diâmetro do punção mm diâmetro do blank mm espessura inicial do blank mm raio de adoçamento mm razãolimite de estampagem adm redução adm razão espessuradiâmetro adm folga entre punção e matriz N força do prensachapas Nm força de estampagem Nm velocidade do punção ms potência de estampagem W potência nominal máquina W Introdução aos Processos de Fabricação 4 ProfDr Guilherme Canuto da Silva 44 Modelos matemáticos A tabela 43 mostra exemplos básicos de modelos matemáticos que podem ser adotados para representar a relação eou determinar o comportamento de variáveis para estampagem Wick et al 1984 Groover 2016 Tabela 43 Modelos matemáticos básicos o autor 2018 variável símbolo equação unidades tensão de engenharia MPa deformação de engenharia deformaçao de compressão tensão verdadeira MPa tensão de escoamento MPa tensão máxima limite de resistência MPa tensão média de escoamento MPa deformação verdadeira razãolimite de estampagem adm redução adm razão espessuradiâmetro adm folga entre punção e matriz mm força de aperto prensachapas N força de estampagem N potência de estampagem W potência nominal máquina W Introdução aos Processos de Fabricação 5 ProfDr Guilherme Canuto da Silva 45 Hipóteses Algumas hipóteses que podem ser formuladas para tratativa de problemas de estampagem são H1 o material é homogêneo H a força de aperto é constante H3 a força do punção é constante H4 a velocidade do punção é constante 46 Solução A solução esperada envolve a formulação de uma ou mais equações Estas equações devem ser capazes de integrar as variáveis de interesse uma vez que a formulação de hipóteses pode suprimir variáveis dispensáveis ao problema tratado Devem ser capazes ainda de representar a relação entre as variáveis e o fenômenocomportamento do sistema 47 Avaliação Avaliar a solução requer atenção reflexão e autocrítica Dependendo da solução equação encontrada algumas alternativas de avaliação podem ser utilizadas Exemplos 1 analisar a consistência entre equações e o fenômeno físico 2 comparar variáveis participantes da solução e com variáveis contidas no fenômeno 3 verificar ordenação das variáveis em relação à igualdade das equações 4 fazer análise dimensional das equações 4 comparar a solução encontrada com problemas análogos 5 conduzir testes de hipóteses 6 simular a solução no computador Exemplos de informações de referência estão contidos nas tabelas da seção 310 Introdução aos Processos de Fabricação 6 ProfDr Guilherme Canuto da Silva 48 Validação Após avaliação temse a validação da solução A validação ocorre quando os resultados obtidos satisfazem a pergunta que definiu o problema de engenharia Se o resultado não for satisfatório a validação não ocorre As etapas da modelagem devem ser reformuladas até que se tenha uma solução adequada para o problema É importante ressaltar que a reformulação pode incluir ainda a adequação eou modificação do próprio problema de engenharia 49 Aplicação A aplicação envolve o levantamento e uso de parâmetros para as variáveis Parâmetro é uma informação numérica que fornece a variável estudada um valor conhecido válido e aceito Por meio destes parâmetros é possível avaliar como as variáveis se comportam e como as mesmas influenciam outras variáveis do fenômeno Ao inserir valores no modelo matemático têmse respostas quantitativas para o problema Os parâmetros podem ser obtidos a partir de duas fontes básicas 1 as fontes textuais e 2 as fontes documentais Fontes textuais incluem livros manuais e demais referências de texto Fontes documentais incluem catálogos sites de fabricantes histórico de problemas análogos relatórios e informações de campo processo eou especialistas Podese ainda fazer o uso combinado de parâmetros obtidos de ambas as fontes A Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT fixa requisitos exigíveis para encomenda fabricação e fornecimento de chapas finas de açocarbono laminadas a frio para estampagem com espessura até 300 mm inclusive Os graus de estampagem estão relacionados a composição química dos aços variando porcentagens de carbono C manganês Mn fósforo P enxofre S alumínio Al e titânio Ti A tabela 44 mostra as informações ABNT NBR 5915 2013 Introdução aos Processos de Fabricação 7 ProfDr Guilherme Canuto da Silva Tabela 44 Variáveis para tensãodeformação adaptado de ABNT NBR 5915 2013 A tabela 45 reúne exemplos de parâmetros para o desenvolvimento de estudos da estampagem Tabela 45 Parâmetros para estudos da estampagem o autor 2020 tensão de escoamento tensão máxima expoente de encruamento graus de estampagem média EM 140280 270390 30 28 profunda EP 140260 270370 35 33 016 extraprofunda EEP grau 1 140230 270350 38 36 019 extraprofunda EEP grau 2 140210 270360 39 37 020 extraprofunda EEP grau 3 140180 270 mín 41 39 022 extraprofunda EEP grau 4 120160 260 mín 42 40 023 Deformação Lo corresponde ao comprimento entre marcas do corpo de provas antes da aplicação da carga ABNT NBR6673 1981 deformação MPa MPa 50mm 80mm variável símbolo parâmetro unidade diâmetro interno do produto 77 mm altura do produto 35 mm blank 140 mm espessura inicial 25 mm limite de resistência a tração 370 MPa limite de escoamento 215 MPa raio de adoçamento 5 mm velocidade do punção 15 ms eficiência da prensa E 90 Introdução aos Processos de Fabricação 8 ProfDr Guilherme Canuto da Silva 410 Quadro resumo Introdução aos Processos de Fabricação 9 ProfDr Guilherme Canuto da Silva Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR59152 Chapas e bobinas de aço laminadas a frio Parte 2 Aços para estampagem Rio de Janeiro p23 2013 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR6673 Produtos planos de aço Determinação das propriedades mecânicas à tração Rio de Janeiro p2 1981 GROOVER MP Introdução aos processos de fabricação Rio de Janeiro LTC 2016 SILVA GC Notas de aula da disciplina ESTA02313 Introdução aos processos de fabricação Universidade Federal do ABC UFABC Santo André 2018 SILVA GC Notas de aula da disciplina ESTG01717 Introdução aos processos de fabricação metalmecânico Universidade Federal do ABC UFABC Santo André 2018 WICK C BENEDICT JT VEILLEUX RF Tool and manufacturing engineers handbook 4ed vol2 forming Society of Manufacturing Engineers Dearborn Michigan 1984 É proibida a duplicação ou reprodução deste material no todo ou em sua parte sob quaisquer formas ou por quaisquer meios eletrônico mecânico gravação fotocópia distribuição 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