Estampagem - Relatório Técnico, Trabalhos de Engenharia Civil

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UNIVERSIDADE FEEVALE

INSTITUTO DE CIÊNCIAS CRIATIVAS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

RELATÓRIO 3 – PROCESSOS INDUSTRIAIS

MICHEL GUIMARÃES LOPES

NÍCOLAS BERNARDO KUHN

NOVO HAMBURGO

RESUMO

O presente trabalho irá relatar sobre os diferentes processos de estampagem, processos estes que são de suma importantes para os meios produtivos, nos dias de hoje. Processo de fácil automação, alta produtividade e de bom acabamento superficial, a estampagem está presente nas principais linhas de produção espalhadas pelos diferentes ramos da indústria, podendo ser dividida em dois tipos: estampagem por conformação e estampagem por separação. O objetivo deste trabalho é realizar duas práticas sobre estampagem, sendo a primeira o ensaio de embutimento Erichson, utilizado para verificar a estampabilidade de chapas, e segundo um experimento de corte com uso de diferentes guilhotinas. Foi detalhado os materiais de métodos utilizados em ambas as práticas, seguido pelos resultados obtidos e conclusões tiradas pelos autores deste trabalho. Palavras-chaves: estampagem, embutimento, corte.

1 INTRODUÇÃO

Tendo em vista o consumo acelerado da sociedade e os meios de produção, estudos sobre estampagem são fundamentais dentre os processos de fabricação existentes. Nos dias de hoje, diversos produtos que consumimos são produzidos por algum processo de estampagem, devido a sua rapidez, fácil automação e bom acabamento superficial das peças. O objetivo geral deste trabalho é apresentar as práticas, realizadas pelo Professor Josimar, sobre o ensaio de embutimento Erichsen e sobre um experimento de corte utilizando guilhotinas. Respectivamente, os processos são característicos de estampagem por conformação e estampagem por separação. O objetivo específico é detalhar os materiais e métodos utilizados para realização de ambas as práticas, os resultados obtidos e as conclusões tiradas pelos autores.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo serão abordados alguns conceitos sobre os processos de estampagem por conformação (embutimento e dobra), estampagem por separação (corte) e sobre o ensaio de Erichsen. 2.1 Estampagem por conformação Segundo Scheffer (2005), o processo de estampagem por conformação é definido como aquele processo em que há mudança na geometria da peça, sem separação ou adição de material, tais como os processos de embutimento e dobramento. De acordo com o CIMM - Centro de Informação Metal Mecânica (2020), os processos de estampagem utilizam prensas mecânicas ou hidráulicas para realização da conformação. As mecânicas apresentam como característica principal a velocidade de seus golpes em pequenos períodos de tempo, já as hidráulicas, aplicam golpes lentos e longos. 2.1.1 Embutimento ou estampagem profunda O processo consiste na conformação de chapas planas sobre matrizes impostas a esforços gerados pela ação de um punção. Este processo pode ser divido por estampagem rasa e profunda, sendo a rasa referida a conformação em que a profundidade é menor que a metade do diâmetro estampado, já na profunda o a profundidade é maior que a metade do diâmetro estampado. (CIMM - Centro de Informação Metal Mecânica, 2020). A peça embutida terá a sua geometria interna produzida a partir do formato do punção e o seu externo irá escoar pela matriz. Veja a figura 1: Figura 1: Esquema típico de embutimento de chapas.

2.2 Estampagem por separação Segundo Schaefer (2005), a estampagem por separação consiste no corte realizado por golpes de prensas, que geram tensões internas nas peças, que ao ultrapassarem o limite de resistência ao cisalhamento, provocam a ruptura e separação de um determinado contorno do material. A folga entre matriz e punção deve ser calculada, afim de encontrarmos o ponto correto de ruptura da peça, sem a produção de rebarbas. A folga depende do material, espessura e força aplicada a peça. A folga é calculada pela equação 1:

f =(^ 0,01.e-0,015 )^. √ Ks

Na equação 1, f é a folga (mm) calculada para chapas de até 3 mm de espessura, e é a espessura da chapa (mm) e Ks é a tensão de ruptura ao cisalhamento (MPa).

f =0,005. e. √ Ks (2)

Na equação 2, f é a folga (mm) calculada para chapas com mais de 3 mm de espessura, e é a espessura da chapa (mm) e Ks é a tensão de ruptura ao cisalhamento (MPa). A força de corte é calculada pela seguinte equação 3: Fc = e. L. Ks (3) Na equação 3, Fc é a força de corte (N), e é a espessura da chapa (mm), L é o perímetro de corte (mm) e Ks é a tensão de ruptura ao cisalhamento (MPa). Podemos reduzir a força de corte ao utilizarmos um punção em ângulo, conforme a figura 3.

Figura 3: Comparação das forças de corte utilizando um punção com ângulo. Fonte: Prof. Fernando Penteado, 2020. Ao utilizarmos um ângulo no punção, o percurso de corte será maior para realização do mesmo trabalho, sendo assim necessário uma força menor. 2.3 Ensaio Erichsen O ensaio destrutivo Erichsen tem por objetivo verificar a estampabilidade de chapas metálicas, por meio do embutimento de corpos de prova em matrizes e equipamentos normatizados. (TELECURSO 2000, 1995). A propriedade mecânica avaliada no ensaio é a ductilidade, sendo esta a principal característica de um material para estampagem. Esta propriedade pode ser verificada por outros tipos de ensaios, porém como chapas metálicas podem apresentar heterogeneidades em sua estrutura, fazendo com que haja formação de descontinuidades quando conformado a frio, o ensaio Erichsen reproduz, em condições controladas, o embutimento de chapas, com o intuito de qualificar o material ensaiado para este processo. (TELECURSO 2000, 1995). Segundo Schaeffer (2005), o ensaio é padronizado pelo método MB-362 da ABNT e nas normas DIN 50101 e 50102, consistindo em imprimir a geometria de uma esfera no corpo de prova pela ação de um punção sobre uma matriz com abertura circular. Veja na figura 4: Figura 4: Esquema para ensaio Erichsen.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Tendo em vista o pleno entendimento sobre os processos de estampagem, foi gravado duas práticas, nas dependências da Universidade Feevale: ensaio de embutimento Erichsen e um experimento de corte com guilhotina. Respectivamente são processos de estampagem por conformação e estampagem por separação. O presente capítulo irá apresentar os materiais e métodos utilizados em ambas as práticas gravadas pelo Professor Josimar. 3.1 Ensaio Erichsen Como visto na revisão bibliográfica, o ensaio Erichsen tem por objetivo verificar a estampabilidade de chapas, realizando o embutimento de corpos de prova. Desta forma, fora realizado o ensaio em cinco diferentes corpos de prova, utilizando ferramentas e métodos específicos, que serão apresentados nos decorrentes subcapítulos. 3.1.1 Corpos de prova Para a realização do trabalho prático, foi embutido cinco corpos de prova, variando o material e espessura em cada um deles. Veja tabela 1: Tabela 1: Dados dos corpos de prova utilizados. Corpo de Prova Material Espessura (mm)

CP1 Não

especificado 0,

CP2 Aço 1045^ 1,

CP3 Aço 1045^ 1,

CP4 Aço 1008^ 0,

CP5 Aço 1008^ 0,

Fonte: Autores, 2020.

O aço ao carbono 1008 é comumente aplicado a peças estampadas, devido ao seu baixo teor de carbono. Já o aço ao carbono 1045 não é originalmente utilizado para este tipo de processo de conformação. Os certificados dos materiais estão nos anexos deste trabalho. 3.1.2 Equipamentos O dispositivo utilizado para a realização do ensaio Erichsen é fornecido junto a máquina universal de ensaios EMIC DL-20000. O dispositivo é formado por um corpo ou base, uma matriz com abertura circular de 27 mm, prensa chapas e um punção. É necessário a utilização de graxa grafitada para realização do ensaio. A figura 6 mostra o dispositivo e os materiais utilizados no ensaio: Figura 6: Dispositivos e materiais utilizados. Fonte : Autores, 2020. A máquina universal de ensaios mecânicos modelo EMIC DL-20000 é utilizada para realização da compressão do punção sobre o corpo de prova. A máquina é apresentada na figura 7:

IX. Realização de ensaio de compressão sobre o punção a uma velocidade de 30 mm/ min, até a ruptura do corpo de prova; X. Fim do ensaio. As etapas do processo são apresentadas na figura 8: Figura 8: Etapas de realização do ensaio Erichsen. Fonte: Autores, 2020. 3.2 Corte com guilhotina O experimento de corte com uso de guilhotina realizado, tem por objetivo comparar o corte de uma chapa, do mesmo material e dimensões, utilizando duas guilhotinas diferentes, uma com sua face de corte plana e outra com um ângulo em sua face de corte. 3.2.1 Equipamentos O conjunto de equipamentos utilizados para a realização do experimento consiste na utilização da máquina universal de ensaios mecânicos EMIC DL-20000, uma matriz de fabricação caseira pela oficina tecnológica da Universidade Feevale e duas guilhotinas distintas, também fabricadas pela oficina. O projeto da matriz e guilhotinas estão nos anexos deste trabalho. A máquina universal de ensaios mecânicos é utilizada para realização da compressão da guilhotina sobre a chapa. A matriz e guilhotinas são apresentadas na figura 9:

Figura 9: Matriz e guilhotinas. Fonte: Autores, 2020. Será utilizado como corpo de prova duas chapas de alumínio com a mesma espessura. Chamamos de “CP1” o corpo de prova para o corte com guilhotina de face plana e de “CP2” o corpo de prova para o corte da guilhotina com ângulo na face. 3.2.2 Procedimento de corte Para a realização do experimento para corte de chapas, devemos seguir as seguintes etapas: I. Posicionar a matriz na base da máquina universal de ensaios; II. Inserir a chapa sobre o vão da matriz; III. Inserir a guilhotina pela matriz; IV. Realizar pré carga sobre a guilhotina; V. Executar a compressão da guilhotina sobre a chapa até a sua ruptura; VI. Fim do procedimento. O conjunto posicionado na máquina universal de ensaios é apresentadas na figura 10:

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

O presente capítulo irá apresentar os resultados e discussões relacionadas as práticas sobre os ensaios Erichsen e o experimento de corte com guilhotina. 4.1 Ensaio Erichsen Após a realização do ensaio de embutimento, nos cinco corpos de prova, foi obtido e observado os resultados. As curvas tensão x deformação do ensaio, são apresentadas na figura 11: Figura 11: Gráfico tensão x deformação do ensaio Erichsen. Fonte: Autores, 2020. Nos corpos de prova feitos em aço 1045 e com espessura de 1 mm, foi necessário alcançar uma força máxima de aproximadamente 20 kN para causar a ruptura do mesmo. Já os corpos de prova em aço 1008 e com espessura de 0,8 mm, foi necessária uma força de

aproximadamente 16 kN. O corpo de prova de material desconhecido, foi utilizado apenas para qualificar o método de execução do ensaio. Para determinarmos o índice de Erichson, necessitamos verificar a deformação linear do corpo de prova, ou seja, a distância da superfície até o ponto da ruptura do mesmo. Veja figura 12: Figura 12: Ponto de medição do índice de Erichson. Fonte: Autores, 2020. O gráfico tensão x deformação apresenta os resultados da deformação linear de cada corpo de prova. Os resultados são apresentados na tabela 2. Tabela 2: Deformação linear para cada corpo de prova. Corpo de Prova Deformação Linear (mm)

CP1 9,

CP2 10,

CP3 10,

CP4 10,

CP5 8,

Fonte : Autores, 2020. A deformação linear nas chapas de aço 1045 foi maior que nas demais chapas, porém as mesmas chapas possuem uma espessura 20% maior que as demais. A diferença média de deformação, entre os corpos de prova de aço 1045 para os de aço 1008, é de aproximadamente 10%.

Fonte: Autores, 2020. 5 CONCLUSÃO Ao realizarmos as pesquisas sobre os diferentes tipos de processos de estampagem, podemos concluir que o assunto é de suma importância para estudantes de processos industriais, tendo em vista as diversas aplicações dos mesmos, tais como linhas de produção automobilísticas, em que a maior parte das peças são produzidas por estes processos de estampagem. As práticas complementaram as pesquisar realizadas pelos autores, dando clareza aos métodos e parâmetros observados. Quanto as duas práticas o grupo pode tirar as seguintes conclusões:  Mesmo o índice Erichson sendo maior para as chapas de aço 1045, na primeira prática, podemos concluir que as chapas de aço 1008 possuem uma melhor estambabilidade, tendo em vista a diferença de espessura e de deformação dos corpos de prova;  Na segunda prática, podemos concluir que os dois modelos de guilhotina possuem aplicações distintas. A guilhotina com face de corte plana necessita de mais força para executar um corte, porém apresenta um deslocamento menor. Já a guilhotina com ângulo na face de corte, necessita de menos força, mas requer um deslocamento maior para executar o corte. Os objetivos deste trabalho foram alcançados, tendo em vista o detalhamento dos materiais e métodos apresentados no capítulo 3 e os resultados do capítulo 4.

REFERÊNCIAS

SCHAEFFER, Lirio. Conformação mecânica. Porto Alegre, RS: Imprensa Livre, 1999. Faculdade de Tecnologia de Sorocaba. Tecnologia de estampagem. Disponível em: . Acessado em 18/04/2020. CIMM – Centro de Informação Metal Mecânica. Conformação Mecânica. Disponível em: . Acessado em 18/04/2020. Telecurso 2000. Ensaio de Embutimento. Disponível em: . Acessado em 20/05/2020. SCOPEL, Tiago. Avaliação da estampabilidade do alumínio 1100 no processo de estampagem profunda. Disponível em: . Acessado em 20/05/2020.