Matrizes de repuxo profundo: Formas essenciais e dicas de seleção

Classificação das matrizes de estiragem

As fieiras de estiragem podem ser classificadas, com base no tipo de flange, em fieiras com aglutinante e fieiras sem aglutinante. Também são classificadas por sequência de operação em fieiras de estiragem de primeira operação e fieiras de estiragem de operação subsequente. Estruturalmente, podem ser divididos em moldes de estiragem direta, moldes de estiragem inversa e moldes de estiragem de desbaste.

A estiragem direta e inversa são normalmente utilizadas na produção de produtos de aço inoxidável. No entanto, devido à fraca condutividade térmica do aço inoxidável, a estiragem de desbaste, que pode levar à acumulação de calor e deteriorar rapidamente as condições de estiragem, é raramente utilizada e não será abordada neste livro.

As matrizes de estiragem direta são ainda subdivididas em tipos montados em cima e montados em baixo. Uma matriz montada na parte superior, em que o punção está por cima e a matriz por baixo, é normalmente utilizada. Inversamente, uma matriz de montagem inferior é aquela em que esta disposição é invertida.

Devido ao alinhamento do punção de estiragem com o punção de corte, as matrizes de estiragem montadas no topo são frequentemente utilizadas em operações de estiragem progressiva.

Primeira operação de extração de matrizes

Os moldes de estiragem de primeira operação dividem-se em moldes de montagem superior e moldes de montagem inferior.

(a) Cabeças de extração de primeira operação montadas no topo

Para peças sem flange que não requerem aglutinante, ou para peças que requerem aglutinante mas com força mínima, são utilizadas matrizes de estiragem montadas na parte superior para aumentar a eficiência com uma descarga inferior conveniente, como mostra a Figura 4-10. Nas matrizes de operação simples, a matriz de estiragem montada no topo depende apenas dos elementos elásticos colocados à volta do punção para fornecer pressão.

1, 5, 6 - Parafusos; 2 - Punho da matriz; 3 - Punção; 4 - Placa de localização; 7 - Sapata inferior da matriz; 8 - Cavilha; 9 - Cavidade da matriz

Por conseguinte, tanto a força de retenção da peça em bruto como o curso são bastante limitados e são normalmente utilizados para peças com uma elevada taxa de estiragem, sem aglutinante, ou com aglutinante mas que requerem uma força mínima.

Para peças não flangeadas, é frequentemente utilizado um método de descarga do tipo passante. Quando o punção sobe, um ligeiro ressalto na borda da peça formada faz com que ela se expanda e se prenda na borda inferior da matriz, facilitando a descarga. Assim, a matriz de estiragem montada no topo é altamente eficiente, como mostra a Figura 4-11.

Os componentes são os seguintes: 1 - Sapata inferior da matriz, 2 - Cavidade da matriz, 3 - Suporte do bloco, 4 - Mola, 5 - Sapata superior da matriz, 6 - Pino piloto móvel.

(b) Cunhos de estiragem de primeira operação montados na parte inferior

Na prática, as matrizes de montagem inferior são mais utilizadas do que as de montagem superior. Isto porque, quando se desenham peças flangeadas numa prensa, as matrizes montadas na parte inferior são mais fáceis de instalar, oferecem mais espaço para os elementos elásticos, proporcionam uma maior força de retenção do bloco e permitem um ajuste mais fácil do suporte do bloco, tornando as operações mais convenientes.

A maioria das matrizes de estiragem de primeira operação instaladas em prensas hidráulicas são concebidas como montadas na parte inferior, utilizando o cilindro hidráulico inferior para ajustar a força de retenção do bloco. Existem também várias conveniências quando se testam as matrizes montadas na parte inferior em comparação com as montadas na parte superior, como se mostra na Figura 4-12.

1-Suporte de matriz inferior 2-Vara de elevação 3-Localizador de placa 4-Punção 5-Punção 6-Suporte de matriz superior 7-Vara de ejeção 8-Placa de ejeção 9-Suporte de placa 10-Placa de retenção de punção 11-Mecanismo de riscador

Operação subsequente Matrizes de estiragem

(a) Cunhos e cortantes de operação subsequente montados na parte inferior

A conceção de matrizes de desenho de operações subsequentes como montadas na parte inferior assegura uma qualidade estável na aparência das peças. Estas matrizes são constituídas por uma matriz, um dispositivo de eliminação, um conjunto de matrizes e um punção, como se mostra na Figura 4-13.

A figura 4-13 ilustra um molde de tração invertido com uma placa superior de cilindro hidráulico standard, pernos de ligação universais, um punção, uma biela, um prensa hidráulica um carro, uma matriz, uma peça de trabalho, uma manga de matriz, uma placa de reforço central, orifícios de ventilação, uma haste de elevação e uma mesa de trabalho de prensa hidráulica.

(b) Operação subsequente de extração de cunhos e cortantes sem aglutinante

As matrizes de estiragem para operações subsequentes sem aglutinante devem ter uma relação de estiragem superior a 0,8 e são normalmente utilizadas para materiais de pequena espessura e produtos com pequenos diâmetros, como nas operações de estiragem contínua, como se mostra na Figura 4-14.

1- Placa de retenção do punção, 2- Punção, 3- Placa de localização, 4- Matriz e 5- Placa de retenção da matriz.

Matrizes de desenho invertido

Quando são necessárias várias operações de desenho para uma peça, a primeira operação utiliza o desenho direto e as operações subsequentes alternam entre desenho direto e inverso para facilitar a conformação, como se mostra na Figura 4-15.

A estiragem inversa consiste em colocar o produto semi-acabado da primeira operação de estiragem numa matriz oca e o punção entra pela superfície exterior para continuar a estiragem. A força exercida pelo punção na peça em bruto é exercida na direção oposta à da operação de estiragem anterior, permitindo a troca das superfícies interior e exterior do material, o que pode aumentar a deformação e melhorar a eficiência da produção.

O desenho invertido tem várias características:

1) Com a estiragem inversa, o grande ângulo de enrolamento entre a peça em bruto e a matriz reduz a resistência à fricção e à flexão, tornando menos provável a formação de rugas. Quando a parede da matriz é mais fina do que 28t, pode não ser necessário um aglutinante.

2) Uma vez que a direção da força e a flexão são opostas à operação anterior, o endurecimento por trabalho do produto semi-acabado é menor do que no desenho direto.

3) A soma dos raios dos cantos interno e externo da matriz não pode exceder a espessura da parede da matriz. Devido às limitações de tamanho da peça de trabalho, o diâmetro da peça em bruto (d) não pode ser inferior a 30t, e o raio do canto interior deve ser superior a 4t.

4) O rácio de estiramento para o estiramento inverso não deve ser demasiado grande, uma vez que pode reduzir a resistência da matriz. Geralmente, o rácio de estiramento pode ser 10% a 15% inferior ao do estiramento direto.

5) A estampagem inversa é um desafio para peças pequenas devido aos maiores raios de matriz necessários, tornando-a mais adequada para peças cilíndricas médias a grandes.

6) O espaço entre o punção e a matriz no estiramento inverso pode ser 15% a 30% maior do que no estiramento direto.

7) A espessura da parede da matriz não deve ser inferior a 10t, e o seu valor absoluto não deve ser inferior a 6mm.

O estiramento invertido oferece vantagens consideráveis para a conformação de peças com grandes áreas não suportadas. As peças em bruto utilizadas na estiragem inversa são fornecidas com topos planos ou esféricos. Durante a estiragem, o contacto entre a peça em bruto de topo esférico e o punção é gradual, tornando-a mais vantajosa para a formação de peças hemisféricas, cónicas ou parabólicas.

Seleção de matrizes de estampagem profunda

Após a receção dos projectos, temos de classificar as peças de repuxo profundo em termos gerais. A forma estrutural da matriz de repuxo profundo considera principalmente a forma da peça de trabalho, com os seguintes factores adicionais:

1) O rácio entre a espessura do material e a dimensão máxima da peça bruta.

2) O rácio entre o tamanho da peça em bruto e as dimensões finais formadas.

3) O rácio de aspeto ou o rácio máximo entre a largura e a altura.

4) A relação entre as dimensões da parte inferior e da parte aberta.

5) Precisão da superfície.

6) O coeficiente de resistência à tração do material.

Uma vez recolhidos todos estes dados, podemos determinar a forma estrutural adequada para a matriz de estampagem profunda.

A seleção de matrizes para estampagem profunda deve basear-se nas seguintes condições:

1) Para d0-d1/2 ≤ 7t, utilizar um molde de descarga direta sem anel de aglutinação.

2) Para 7 < d0-d1/2 < 14t, utilizar um molde cónico de rebaixamento para a descarga sem anel de aglutinação.

3) Para d0-d1/2 ≥ 14t, utilizar um molde de reentrância plana com um anel de aglutinação.

4) As peças cilíndricas de operação única devem utilizar uma matriz de estiramento profundo invertida. As peças cilíndricas longas sem flanges ou com requisitos de baixa planicidade para a flange podem também utilizar uma matriz invertida para múltiplas operações de estiramento profundo, mas deve ser organizado um recozimento intermédio se o endurecimento por trabalho do material for grave.

5) Para peças de estiramento profundo de várias fases que requerem uma elevada planicidade da flange, alternar entre estiramento profundo positivo e negativo para minimizar o efeito da deflexão da alavanca na planicidade da flange.

6) Para peças com mais de três fases de estampagem profunda, considerar a possibilidade de intercalar 1-2 fases com uma matriz de recesso cónico.

7) Para peças cónicas de profundidade média, considerar a combinação de estampagem profunda positiva e negativa.

8) No fabrico de louça de mesa em aço inoxidável, para peças cilíndricas longas em que o desempenho da vedação não é crítico, considere a utilização de tubos soldados com fixação inferior como alternativa ao estiramento profundo.

9) As peças parabólicas devem ser objeto de estampagem profunda seguida de um forte abaulamento do molde.

10) Para peças aerodinâmicas com tendência a enrugar-se na barriga, considere a possibilidade de fazer um desenho profundo de dentro para fora.

11) Para peças com área de aglutinante insuficiente após a segunda fase de estiramento profundo, considerar o aumento do raio de filete da primeira matriz de estiramento profundo e utilizar o método de estiramento profundo de dentro para fora.

12) Para as peças em que a superfície de deformação principal intersecta a linha de perfil, utilizar um anel de encadernação curvo.

13) Se o material do fundo tiver diminuído muito de espessura após as fases subsequentes de estiragem profunda, ou se não houver fonte de material durante a conformação, e se a perfuração for permitida, adicionar um orifício de processo de perfuração para extrair material da área perfurada; se a perfuração não for permitida, assegurar que este material está no lugar durante a primeira fase de estiragem profunda.

14) No caso de peças de trefilagem profunda de corpos rotativos, não são necessárias medidas especiais para superfícies ou alturas cónicas inferiores a metade da altura total; para mais de metade mas menos de dois terços da altura total, utilizar um degrau de trefilagem profunda; para mais de dois terços, utilizar uma nervura de trefilagem profunda, como mostra a figura 4-16.

15) Evitar, se possível, a estampagem profunda de peças cónicas altas; se for permitido, optar pelo corte em leque e pela dobragem para formar cilindros cónicos, seguida de soldadura.