Tecnologia Mecânica I - Corte por Arrombamento - PDF

TECNOLOGIA MECÂNICA I CORTE POR ARROMBAMENTO Carlos Leitão Ivan Galvão Ivo Bragança  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Peças - exemplos...

TECNOLOGIA MECÂNICA I CORTE POR ARROMBAMENTO Carlos Leitão Ivan Galvão Ivo Bragança  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Peças - exemplos 2  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento O processo de corte por arrombamento realiza-se num tipo de máquina- ferramenta, denominada por Prensa. 3  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento O processo de corte por arrombamento realiza-se num tipo de máquina- ferramenta, denominada por Prensa. 4  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento O processo de corte por arrombamento realiza-se num tipo de máquina- ferramenta, denominada por Prensa. 5  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento O processo de corte por arrombamento realiza-se num tipo de máquina- ferramenta, denominada por Prensa. 6  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento O processo de corte por arrombamento realiza-se num tipo de máquina- ferramenta, denominada por Prensa. 7  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento O processo de corte por arrombamento realiza-se num tipo de máquina- ferramenta, denominada por Prensa. 8  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento O processo de corte por arrombamento realiza-se num tipo de máquina- ferramenta, denominada por Prensa. 9  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Enquadramento No processo de corte por arrombamento pretende-se obter formas geométricas, a partir de chapas submetidas à acção de pressão exercida por um punção ou uma lâmina de corte Quando o punção, ou a lâmina, inicia a penetração na chapa, o esforço de compressão converte-se em esforço de corte, provocando a separação brusca de uma parte da chapa 10  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Enquadramento Processo tecnológico muito importante a nível industrial Muitas vezes associado a outros processos de deformação plástica, como, por exemplo, estampagem, quinagem, entre outros Exemplos de produtos: carroçarias dos automóveis e dos camiões, fuselagens dos aviões, painéis das carruagens de caminho de ferro, móveis de escritório, computadores, electrodomésticos e utensílios de cozinha ou discos para cunhagem de moeda Banda metálica (arco) e peça onde foram realizadas operações de corte por arrombamento 11  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Enquadramento Apesar de ser usado principalmente em chapa, também é aplicável a tubo, perfis, barra e varão Espessura desde décimas a alguns milímetros O corte depende significativamente de:  Material  Tensão de rotura  Espessura  Características geométricas do perímetro de corte 12  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Algumas Características do Processo Taxas de produção elevadas (com alimentador) Precisão dimensional e bom acabamento Resistência mecânica do material das peças “inalterada” Custo baixo (função da série de fabrico) Corte de chapas a frio Geralmente, a espessura máxima de corte para chapa de aço é: 6-8 mm 13  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Matéria-prima No corte por arrombamento utiliza-se chapa fina de materiais com alguma ductilidade, o qual é fornecido em: Bobinas (material contínuo) Chapas com determinada dimensão 14  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento O Processo Durante o processo de corte por arrombamento, a chapa é deformada plasticamente e levada até à rotura nas superfícies em contacto com as arestas afiadas do par punção/matriz (ferramenta) 15  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Caracterização Dependendo do tipo de corte, podem ser definidos diversos grupos de operações na prensa: A operação de corte exterior (corte de arrombamento ou blanking) é usada para produzir peças ou preparar o material para posteriores processos (ex. estampagem). A parte desejada é cortada (removida) da chapa original O fabrico de furos (puncionamento ou punching) caracteriza uma operação de corte em que o metal removido é descartado. Pretende-se obter a peça que fica sobre a matriz. 16  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Classificação do processo tecnológico O corte por arrombamento é habitualmente classificado em função das seguintes variantes tecnológicas: Corte por arrombamento convencional Aparamento ou shaving Processo de acabamento de elevada precisão, geralmente utilizado como operação complementar ao corte por arrombamento convencional, destina-se a obter uma superfície de corte lisa, brilhante e com dimensões muito precisas Corte fino ou de precisão Processo de corte por arrombamento de precisão muito utilizado na produção de peças na forma final, com superfícies lisas e polidas, sem as irregularidades características do corte por arrombamento convencional 17  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Classificação ferramentas Principais tipos de ferramentas de corte por arrombamento, em função do modo como funcionam: Ferramenta de corte simples - executa só cortes interiores, ou só cortes exteriores Ferramenta de corte progressivo - executa cortes interiores e exteriores Ferramenta de corte composto ou simultâneo - executa os cortes interiores e exteriores simultaneamente 18  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Ferramenta 19  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Ferramenta simples Este tipo de ferramentas executa, exclusivamente, cortes interiores ou exteriores (periféricos), podendo, no entanto, possuir vários punções e matrizes 20  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Ferramenta progressiva Este tipo de ferramentas consiste numa combinação de ferramentas de corte simples que permite executar, a cada golpe, cortes interiores e exteriores porta-punções punções piloto arco matriz base arco Ferramenta de corte em fases progressivas para fabrico de anilhas 21  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Ferramenta progressiva O princípio de funcionamento deste tipo de ferramentas baseia-se numa sequência de operações (fases) Na primeira fase, executam-se os cortes interiores, enquanto que na segunda fase são feitos os cortes exteriores e, por conseguinte, a separação da peça da banda metálica A cada golpe da prensa, corta-se o perfil exterior duma peça e o interior da próxima peça a produzir Fundamental que, antes de cada golpe da prensa, se avance a banda metálica (arco) e se proceda à sua centragem por meio de guias ou pilotos montados nos punções Vantagem: mais económico. Desvantagem: possibilidade de aparecerem diferenças na colocação ou centramento dos furos e nem sempre as peças cortadas ficam perfeitamente planas 22  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Ferramenta composta Este tipo de ferramentas apresenta a particularidade de executar os cortes interiores e exteriores simultaneamente O punção interior e a matriz interior destinam-se a realizar o corte interior A matriz interior, que actua simultaneamente como punção exterior, e a matriz exterior destinam-se a realizar o corte exterior Ferramenta de corte composto ou simultâneo para fabrico de anilhas 23  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Ferramenta composta Executam simultaneamente os cortes interior e exterior da mesma peça Vantagem: grande precisão dimensional As peças saem planas não só porque são fixas por encostadores/desembainhadores durante o corte, mas também porque não tem de haver deslocamento entre as diferentes estações de corte Desvantagem: aumento dos padrões de exigência na concepção e fabrico das ferramentas e, portanto, no aumento do custo final das peças 24  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Sequência do processo Uma ferramenta típica de corte por arrombamento é constituída por um punção, cujo contorno tem a geometria da peça a cortar, e por uma matriz, que assegura a passagem do punção e das peças cortadas. 25  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Sequência do processo Contacto entre o punção e a chapa Ligeira flexão no início da deformação Deformação plástica e abertura de fendas Separação completa da peça Extracção da peça e inversão de movimento do punção 26  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Sequência do processo Folga entre o punção e a matriz - o seu valor é muito pequeno quando comparado com o da espessura da chapa ( ~ 5% - 10%) É usual considerar que o corte se processa através de tensões de corte que se distribuem pela espessura da peça, ao longo do perímetro do contorno de corte 27  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Mecanismo de corte O momento flector que se desenvolve na fase inicial promove um pequeno empeno da chapa. As forças de corte passam a actuar concentradas ao longo das arestas de corte, de tal modo que somente o material na zona da folga irá sofrer deformação plástica. (pressupõe ainda que as ferramentas possuem arestas bem afiadas) Punção F F Chapa     M a t r iz F F Representação esquemática do modelo adoptado para estudo do corte por arrombamento 28  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento  Estado de tensão    Numa secção genérica CD, inclinada um ângulo , relativamente à secção vertical   AB, as tensões normal e tangencial h por unidade de comprimento são: A C  Fn F sen  F F  CD    cos .sen   sen 2 Ft Fn CD h h 2h F D B cos  Decomposição da força aplicada pelo Ft F cos F CD    cos2  punção (F) segundo as direcções normal CD h h e tangencial de uma secção genérica CD, cos inclinada um ângulo α com a vertical 29  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Estado de tensão Para  = 0o  CD = máx. e CD = 0  secção AB (estado de corte puro) Quando F for tal que AB =crit  inicia-se o escorregamento na secção AB crit = max critério de plasticidade de Tresca, conclui-se que a deformação plástica se iniciará quando a tensão de corte crítica for igual à tensão limite de elasticidade do material em corte puro Observa-se que: A tensão tangencial (corte) é máxima na secção vertical A tensão normal é nula na secção vertical 30  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Mecanismo de corte Por acção das tensões de corte o material na região da folga ABCD distorce progressivamente, acompanhando o avanço do punção (AA’) A distorção aumenta quando a folga diminui (AC), para a mesma penetração do punção (AA’) j C F A F C Distorção    A'   AA' / AC D B D B' Representação da folga radial (j) existente entre o punção e a matriz e da distorção (γ), que resulta da acção das tensões de corte que actuam na região da folga, ABCD 31  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Mecanismo de corte Com o avanço do punção a deformação plástica do material vai aumentando, em concordância com o aumento da distorção na zona da folga Com o esgotar da capacidade de deformação plástica, surgem condições para se iniciar um mecanismo de fractura que irá permitir a separação da peça da banda O início do mecanismo de fissuração depende, essencialmente, das características mecânicas do material que se está a cortar Para cada material, pode definir-se um valor máximo de distorção acima do qual o material já não suporta mais deformação plástica 32  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Mecanismo de corte Atingindo-se a capacidade máxima de deformar plasticamente, as condições são propícias a que surjam fendas As direcções que fazem 45° com a direcção vertical são as mais favoráveis à abertura das fissuras, uma vez que nelas actuam tensões normais de tracção máximas As fissuras iniciam-se simultaneamente na vizinhança da aresta de corte do punção e da matriz (devido às concentração de tensões) segundo direcções que fazem 45° com a vertical As fendas vão rodando, e aproximando-se da direcção vertical, de modo a se encontrarem e permitirem a separação da peça da banda 33  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Repuchamento Morfologia da superfície cortada (Repuchamento) A folga entre a matriz e punção influencia significativamente a morfologia da superfície de corte, observando-se, inicialmente, o repuchamento da superfície livre. Se a folga for muito reduzida, há elevação do material junto à aresta de corte (deformação plástica). Formação de repuchamento nas superfícies livres adjacentes ao punção e à matriz para pequenas folgas (esquerda) e para folgas normais e grandes (direita) 34  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Penetração Morfologia da superfície cortada (Penetração) À medida que o punção continua o seu curso, as superfícies resultantes da deformação plástica tornam-se verticais e passam a ser definidas pelas paredes laterais do punção e da matriz, respectivamente, na banda e na peça que, entretanto, foi penetrando na matriz Esta fase denominada por penetração vai-se desenvolvendo enquanto a distorção imposta pelo processo for inferior à distorção máxima que o material pode suportar A parte da superfície de corte gerada através deste mecanismo apresenta morfologia polida e brilhante, bem como dimensões regulares e precisas 35  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Cone de Rotura Rebarba Morfologia da superfície cortada (Cone de Rotura; Rebarba) Atingido o valor máximo de distorção que o material pode suportar em deformação plástica (γmax), dá-se o início da fissuração junto das arestas do punção e da matriz em direcções a 45º com a vertical. Com a penetração do punção dá-se a propagação de fissuras obtendo-se uma superfície cónica, irregular, rugosa e baça. Propagação das fendas segundo a direcção resistente, com pormenor de formação da rebarba Secção resistente (esquerda) e separação da peça da banda, com formação do cone de rotura e pormenor mostrando Cone de rotura as rebarbas (direita). 36  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Morfologia da superfície cortada A superfície de corte apresenta, em geral, quatro regiões: - Arredondada - formada pela deformação plástica inicial (repuchamento) - Lisa - formada pelo atrito da peça com as paredes da matriz/punção (penetração) - Rugosa - devido à propagação de fissuras (cone de rotura) - Com rebarba - devido ao escoamento de material (rebarba) A qualidade das bordas cortadas geralmente melhora com a redução da espessura da chapa 37  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Morfologia da superfície cortada zona de repuchamento 1. Repuchamento superfície polida e brilhante 2. Zona de penetração superfície irregular 3. Cone de rotura originada pela fissuração 4. Rebarba empeno rebarba Rebarba A dimensão da rebarba é função de: Desgaste da aresta de corte Cone de rotura Ductilidade do material a cortar Dimensão da folga Penetração Valor da força de corte aplicada localmente Repuchamento 38  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Força de corte Durante a operação de corte, o valor da força necessária vai variando, dado a força de corte depender da secção resistente e do encruamento Evolução da força de corte com o deslocamento do punção no corte por arrombamento 39  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Evolução da força de corte Durante o repuchamento e a fase de penetração, verificam-se simultaneamente dois fenómenos que determinam a evolução da força de corte: Com a penetração do punção a secção resistente vai diminuindo O material vai encruando devido à deformação plástica crescente Força Porém, o efeito do encruamento sobrepõe-se Repuchamento Penetração ao da diminuição da secção resistente Secção resistente Deslocamento Início da  a força de corte vai aumentando fissuração gradualmente até que seja alcançado um valor máximo Evolução da força de corte com o deslocamento do punção, durante as fases de repuchamento e penetração 40  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Evolução da força de corte Após surgirem as fissuras, a força de corte decresce bruscamente em virtude da rápida diminuição da secção de corte, decorrente da alta velocidade de propagação das fissuras Na parte final da operação, existe uma estabilização da força de corte com o deslocamento - devido à força necessária aplicar para vencer o atrito entre a peça/rombo e as paredes da matriz e, também, entre o punção e a superfície do furo da banda Força 2/3 Fmax Fmax h 1/3 h Deslocamento Cone de rotura 41  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Evolução da Força de Corte A dimensão conjunta das zonas de repuchamento e penetração depende, fundamentalmente, do valor da folga e das características mecânicas do material Materiais muito dúcteis: O aumento da força de corte é gradual, até ao aparecimento das fissuras. O valor da força de corte é alcançado para uma penetração maior A diminuição da força de corte é mais progressiva pois o material tem maior capacidade para absorver parte da energia da propagação da fissuras Dimensão conjunta do repuchamento Como a zona de penetração é maior, a força e da penetração em percentagem, necessária para vencer o atrito entre a peça e matriz para valores de folga ideal (aquela e punção e banda são maiores que corresponde ao consumo mínimo de energia) 42  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Força de corte máxima Cálculo simples da força de corte máxima: (também designada força principal de corte) Força Fc max   R pc h 2/3 Fmax Fmax R - tensão de rotura ao corte h pc - perímetro de corte h - espessura Deslocamento Cone de rotura (produto da área pela tensão de rotura em corte) Força máxima e sua variação  Selecção das máquinas-ferramenta e projecto das ferramentas Para os cálculos da força de corte máxima e do trabalho de corte é habitual usar-se a dimensão nominal da matriz 43  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Correcção da força de corte máxima De um modo geral, não se encontra tabelado o valor da tensão de rotura ao corte (R), mas sim a tensão de rotura à tracção uniaxial (R) O encruamento que o material sofre antes da rotura é maior para estados de tensão de corte puro, do que para a tracção uniaxial Devido ao encruamento e dado que no ensaio de tracção uniaxial a tensão de corte máxima surge numa secção com tensões normais e de corte iguais a R/2, haverá que corrigir o valor da tensão de rotura ao corte, usando-se para o efeito o coeficiente 0.8 para efeitos de projecto (em vez de 0.5), obtendo-se: Material C Fc max  C  R pc h Aços 0.7 a 0.8 C - quociente entre as tensões de rotura, C = τR /σR Latão 0.65 a 0.7 Alumínios 0.6 a 0.75 Fc max  0,8  R pc h 44  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Trabalho de Corte O trabalho de corte não pode ser calculado pelo produto da força máxima de corte pela espessura do material a cortar, uma vez que a força de corte não é constante ao longo do curso 2 Wc  Qw Fmax h  0.8 R pc h 2 3 QW = 2/3 Coeficiente de correcção aplicado à força máxima de corte para determinação do trabalho de corte h Quando as arestas de corte perdem o afiamento o valor do trabalho de corte aumenta significativamente, podendo, em alguns casos, crescer cerca de 20% em relação ao valor de referência 45  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Existem dois métodos geralmente usados para reduzir a força principal de corte: Decalagem de punções Inclinação das arestas de corte do punção ou da matriz Em ambos os métodos o trabalho de corte é realizado durante um curso maior, mas com uma força menor O trabalho total de corte é igual ao que teria de se aplicar caso o corte fosse efectuado com os punções/matrizes sem inclinação e sem decalagem 46  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Decalagem de Punções Consiste em utilizar punções com alturas diferentes Esta estratégia só pode ser adoptada quando existe mais do que um punção de corte 47  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Decalagem de Punções Penetração do primeiro punção > ½ h  Início do corte com o segundo punção F o rç a c o m d e c a la g e m s e m d e c a la g e m 1 2 Decalagem de punções. 2 1 1/2h Representação esquemática para dois h punções e evolução da força de corte. 1 /2 h D e s lo c a m e n to h 3 /2 h O trabalho de corte é o mesmo com ou sem decalagem, pois as áreas delimitadas pelas curvas que traduzem a evolução da força de corte com o deslocamento são iguais 48  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Decalagem de Punções Considere-se, agora, que o primeiro furo tem diâmetro superior ao segundo Quando o primeiro punção tiver penetrado o final da zona de penetração (1/3h a 1/2h), deve-se iniciar o corte do 2º punção Torna-se possível cortar ambas as peças com uma força inferior à correspondente à soma dos dois perímetros de corte cortados em simultâneo 49  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Decalagem de Punções Inconvenientes Aumento do curso da ferramenta Aumento da penetração dos punções nas matrizes Aumento da tendência para o empenamento, pois a resultante das forças pode não estar centrada com o eixo da prensa Os punções de grande secção devem actuar antes dos punções com pequena secção Se os punções actuarem ao contrário, corre-se o risco de fracturar os punções mais pequenos, pois, quando o punção maior começar a cortar, haverá deformação do arco, o que provocará uma solicitação adicional nos Decalagem de punções em que se punções pequenos combinam punções largos com punções pequenos 50  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Inclinação das Arestas de Corte Esta estratégia consiste em efectuar-se o corte progressivamente através da inclinação dos punções ou das matrizes Inclinação das arestas de corte: Matriz - Quando se pretende produzir peças que saem pela matriz Punção - Quando se pretende produzir peças que ficam sobre a matriz Possível reduzir significativamente a força de corte máxima (depende da inclinação de corte) 51  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Inclinação das Arestas de Corte Produz um corte progressivo (o perímetro activo de corte modifica-se ao longo da progressão do punção) A ferramenta, sempre que possível, deve ser simétrica, dado atenuar o desgaste de corte A inclinação máxima deve ser inferior a 4º (definida em função do punção/matriz) Corte inclinado. Operação de arrombamento com matriz inclinada e operação de puncionamento com punção inclinado. 52  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Inclinação das Arestas de Corte Escolhendo o ângulo indicado, deixa-se de cortar, simultaneamente, todo o perímetro e passa-se a ter um perímetro activo (pa) de menor dimensão O corte é progressivo, sendo, por isso, diferentes os estados de deformação a que a chapa está sujeita, ao longo do perímetro activo Para determinar a força de corte, deve considerar-se que no perímetro activo actua uma tensão de corte equivalente (eq = 2/3 R) A mecânica do corte inclinado pode ser explicada através do corte em guilhotina separação; zona de penetração; início 53  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Inclinação das Arestas de Corte Entre as posições 1 e 2, a lâmina avança através da espessura da chapa e o perímetro de corte instantâneo varia desde zero até ao valor máximo de pact, tendo como consequência o aumento da força de corte De 2 a 4, o perímetro de corte instantâneo mantém-se constante e igual ao perímetro activo (pact), de tal forma que a força de corte assume um valor sensivelmente constante Depois de 4, a lâmina de corte avança a espessura da chapa até à completa separação, levando a que a força de corte decresça até zero 54  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Inclinação das Arestas de Corte O perímetro não é cortado todo ao mesmo tempo  Redução da força 2 Fmax  0.8  R pa h 3 pa - perímetro activo Correcção da tensão (devido ao facto de se estar a cortar material em diversas fases) 55  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Redução das Forças de Corte Inclinação das Arestas de Corte Inverter, virar e “encaixar” no espaço livre inicial 2 Wci  0.8 R pc h 2 3 pc - perímetro de corte ou total ptanα - h O trabalho é igual no corte direito e inclinado, contudo tem de se desprezar o trabalho associado à deformação que a chapa sofre devido a inclinação das lâminas 56  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte por Arrombamento Em, operações de corte por arrombamento a peça obtida sai pela matriz, em operações de puncionamento, a peça fica sobre a matriz No primeiro caso, para que a peça fique com as dimensões exigidas, a cota nominal da peça deve ser atribuída à matriz, sendo a folga e as tolerâncias de fabrico estabelecidas a partir desse valor nominal Quando se tratar de um processo de puncionamento, a cota nominal de referência deve ser definida no punção, pelas razões atrás apontadas Parâmetro essencial que influencia qualidade das superfícies e forças aplicadas Exemplos de valores da folga ideal Folga j Material (% espessura do arco) Aço elevado teor carbono 15 dm  d p  2 j Aço macio 9 Alumínio duro 10 Alumínio macio 7 Latão duro 7 Latão macio 6 57  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Folgas Folga inferior à ideal (jr) Folga ideal (ji) - Folga para a qual o trabalho de corte é mínimo Uma menor penetração do punção é suficiente para atingir a distorção máxima do material Como as fissuras se formam e propagam mais cedo, pode acontecer que atinjam o limite da zona solicitada sem se encontrarem A propagação das fissuras cessa e, devido à continuação do avanço do punção, reinicia-se uma Folga inferior à ideal. Interrupção da propagação nova fase de deformação plástica, que resulta no das fissuras e criação de novas zonas de deformação plástica. aparecimento de uma nova zona de repuchamento/penetração seguida de fractura O processo repete-se até que as fissuras se encontrem e permitam a separação da peça 58  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Folgas Folga inferior à ideal (jr) Valor máximo da força de corte aumenta Valor máximo da força de corte atingido para menor penetração (γmax atingida mais cedo)  Trabalho de corte aumenta A queda da força de corte, após fissuração, ocorre de forma mais suave Tipos IV e V As fendas alcançam o limite da zona solicitada sem se encontrarem. O corte tem, então, de se reiniciar com novas zonas de deformação plástica e fractura Evolução da força de corte para folgas inferiores à ideal 59  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Folgas Folga superior à ideal (js) Valor máximo da força de corte diminui Valor máximo da força de corte atingido para maior penetração (γmax atingida mais tarde)  Trabalho de corte aumenta O repuchamento torna-se muito acentuado A superfície de corte torna-se muito imperfeita (cone de rotura excessivamente aberto e rebarba exagerada) Tipos I e II A queda da força de corte, depois de iniciada a fissuração, ocorre de modo mais suave (as zonas de repuchamento e penetração são maiores - maiores forças de atrito) Evolução da força de corte para folgas superiores à ideal Esta situação pode resultar do prolongamento excessivo do uso da ferramenta entre afiamentos 60  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Folgas Folga Radial de matrizes e punções:  O valor da folga radial j que existe entre o punção e a matriz determina a dimensão final dos recortes (furos) e das peças. Objectivo: Peça com diâmetro D Objectivo: Furo com diâmetro D d p  dm  2 j dp  D dm  D dm  d p  2 j 61  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Morfologia da superfície obtida no corte por arrombamento em Folgas/Qualidade da Superfície Obtida  Tipo I função do valor da folga entre o punção e a matriz R e b a rb a Quando o uso da ferramenta é prolongado até ao máximo admissível. C o n e d e r o tu r a Grande repuchamento, um cone de rotura muito aberto e uma P e n etra çã o rebarba importante. Trabalhos de pouca precisão ou em operações em que o repuchamento e a rebarba não afectam a utilização da peça R e p u c h a m e n to  Tipo II R e b a rb a C o n e d e r o tu r a Elevado repuchamento e um cone de rotura de abertura média. Está geralmente associada a folgas a que corresponde o máximo da P e n e tra ç ã o R e p u c h a m e n to vida da ferramenta, produzindo ainda peças aceitáveis para a generalidade das aplicações  R e b a rb a Tipo III C o n e d e r o tu r a Corresponde à folga ideal. A superfície apresenta um P e n e tr a ç ã o equilíbrio entre as diferentes zonas, podendo considerar-se a R e p u c h a m e n to mais perfeita 62  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Morfologia da superfície obtida no corte por arrombamento em função do valor da folga entre o punção e a matriz Folgas/Qualidade da Superfície Obtida  R e b a rb a Tipo IV C o n e d e r o tu r a Aconselhada para peças que irão sofrer operações de P e n e tr a ç ã o acabamento, como seja o “shaving” ou aparamento R e p u c h a m e n to  Tipo V Conduzem a uma menor vida da ferramenta, em especial no caso de materiais duros. Podem, no entanto, ser adequadas para materiais macios como o latão, chumbo, alumínio ou cobre macio 63  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Enquadramento Processo de corte por arrombamento de precisão Produz peças na forma final com superfícies lisas e polidas, sem as irregularidades características do corte por arrombamento convencional (geradas sem aparecerem mecanismos de fissuração) As folgas são da ordem de 0,5~1% da espessura a cortar As prensas e as ferramentas de corte fino têm que ser extremamente rígidas e muito bem guiadas A ferramenta tem elementos que contrariam o aparecimento dos defeitos característicos do corte por arrombamento convencional, designadamente o abaulamento, o repuchamento, a fractura e a rebarba  ferramentas mais complexas 64  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Neste tipo de corte são necessários elementos que contrariem o aparecimento dos defeitos característicos do corte por arrombamento convencional: Encostador/desembainhador Encostadores com anéis de retenção O encostador/desembainhador executa ambas as funções durante o corte. Numa fase inicial, actua como encostador (acção fundamental para o corte). Posteriormente, exerce a função de desembainhador (quando se torna necessário extrair a peça da matriz) O corte fino exige controlo independente dos três elementos activos da ferramenta (punção, encostador com anel de retenção, encostador/desembainhador) 65  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Para obtenção de boa qualidade superficial é fundamental usar-se uma folga de dimensão muito reduzida (0.5~1% da espessura). Contudo, este aspecto não é suficiente para evitar o aparecimento de fissuras A acção combinada do anel de retenção e do encostador/desembainhador induz um estado de tensão na zona solicitada que contraria a formação de fendas, levando a que o corte se processe integralmente no domínio plástico São obtidas superfícies com excelente qualidade superficial e dimensional, completamente lisas e brilhantes. Não têm, praticamente, repuchamento nem rebarba 66  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão 1 2 3 5 6 4 Representação esquemática do princípio de funcionamento de uma ferramenta de corte fino ou de precisão 67  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Sequência de operações 1. Alimentação da banda O punção e o encostador encontram-se no ponto morto superior (PMS) 2. Fixação da chapa O encostador (munido com um anel de retenção) indenta a banda, prendendo-a de encontro à matriz A contrapressão do encostador/desembainhador (opondo-se ao movimento descendente do punção) assegura que a chapa fique comprimida nessa zona 3. Continuação do movimento descendente do punção (corte) Durante este movimento, o punção tem de vencer, adicionalmente, a contrapressão exercida pelo encostador/desembainhador 68  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Sequência de operações 4. Recuo do punção Uma vez efectuado o corte, o punção inicia o seu movimento de extracção da banda em direcção ao PMS 5. Libertação da chapa O encostador (com anel de retenção) move-se em direcção ao PMS 6. Extracção da peça O encostador/desembainhador funciona como extractor da peça que se encontra no interior da matriz 69  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Força de corte Fmáx (corte fino) > Fmáx (corte convencional) Força Arrombamento convencional Corte fino  A folga é muito pequena Fmax  O estado de compressão induzido pelos encostadores aumenta o valor da tensão de corte crítica No corte de precisão o decréscimo da força é muito menos acentuado, já que:  Não surgem fissuras  As forças de atrito entre os elementos (punção/banda, peça/matriz) h Deslocamento são mais elevadas Evolução da força de corte com o deslocamento do punção para o corte por arrombamento convencional e O trabalho exigido no corte fino é superior para o corte fino ou de precisão ao exigido no corte convencional 70  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Força de corte Fcfmáx  C f  R p h Cf varia entre 0.9-1.2, função da folga e da pressão exercida pelo anel de retenção (o estado de compressão induzido pelos encostadores aumenta o valor da tensão de corte crítica) Trabalho de corte 3 Wcf  Fcf max h 4 O trabalho exigido é igualmente superior ao do corte convencional 71  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Qualidade das Superfícies Obtidas Corte convencional Corte fino ou de precisão 72  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Exemplos 73  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Vantagens  Não é necessário recorrer a operações de acabamento  Produzem-se peças com tolerâncias dimensionais muito mais apertadas  A fiabilidade e reprodutibilidade das grandes séries de fabrico é assegurada  Redução significativa do choque e consequente redução do ruído e vibrações 74  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Corte Fino ou de Precisão Desvantagens  Maior complexidade da ferramenta  Maiores custos dos equipamentos (ferramentas/prensas mais robustas, mais precisas e com excelente guiamento) 75  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Implantação das Peças Aproveitamento do Arco A disposição das peças na banda metálica é determinante para a economia do processo, sobretudo para séries de produção muito elevadas A quantificação da disposição das peças na banda metálica é fundamental para o apuramento do custo final de cada unidade produzida Para que seja possível comparar as diversas implantações de uma peça sobre a banda, define-se a percentagem Implantação múltipla, mostrando o aumento da percentagem de utilização do arco de utilização da banda O estudo da implantação das peças na banda metálica é muito importante para a selecção de aquisição ou o projecto e concepção das ferramentas 76  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Implantação das Peças Regras a observar no estudo da implantação Devem existir excessos para evitar problemas de alimentação e defeitos geométricos Variáveis para definir as dimensões do arco 77  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Implantação das Peças Regras a observar no estudo da implantação Os excessos encontram-se tabelados em função da geometria da peça e da espessura da banda 78  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Implantação das Peças 79  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Corte por Arrombamento Resultante das forças de corte Ponto de aplicação Ferramenta (1 punção) + Geometria de corte simétrica Ponto de aplicação da força coincide com o eixo geométrico do punção Ferramenta (vários punções) + Geometria de corte assimétrica Necessário determinar o ponto de aplicação da força (x,y) - Ponto onde o somatório dos momentos das várias forças actuantes F1, F2, …,Fi é nulo Determinação do ponto de aplicação da resultante das forças 80  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I  Dúvidas? Questões? Até à próxima aula!  Licenciatura em Engenharia Mecânica / Tecnologia Mecânica I