Equipamentos e ferramentas de estampagem profunda: Guia essencial

A trefilação é um processo de formação de chapas metálicas no qual uma chapa plana é pressionada em uma parte oca aberta sob a pressão de uma prensa e a ação de uma matriz.

De modo geral, o processamento de trefilação deve usar uma matriz de trefilação para concluir o processo de trefilação por meio da pressão da prensa. A Figura 1 mostra o diagrama esquemático do processo de trefilação cilíndrica. A peça em branco colocada na superfície da matriz côncava 3 é puxada para dentro da matriz côncava 3 sob a pressão do suporte da peça em branco do suporte da peça em branco 1 e a força de estiramento do punção 2, formando finalmente uma peça cilíndrica estirada.

1-Tabuleiro
2 perfurações
3-Die

I. Equipamentos e ferramentas para desenho

O processo de formação de trefilação pode obter peças de paredes finas de vários formatos, como cilíndrico, escalonado, cônico, quadrado, esférico e vários formatos irregulares.

Na produção, o processamento do desenho pode ser realizado em prensas gerais de ação simples (usadas principalmente para peças de desenho médias e pequenas) ou em prensas de ação dupla ou tripla (usadas principalmente para peças de desenho complexas de grande e médio porte ou painéis automotivos), enquanto a matriz de desenho é a ferramenta mais importante para concluir o processo de desenho.

Em geral, a precisão do processamento da peça trefilada está relacionada à estrutura e à precisão da matriz de trefilação e à forma e ao tamanho da própria peça trefilada. O grau de tolerância econômica dimensional de peças trefiladas em geral deve ser mantido abaixo de IT11.

1. Estruturas comuns de moldes de desenho

As formas em constante mudança das peças trefiladas resultam em uma ampla variedade de estruturas de matrizes de trefilação. As matrizes de trefilação comumente usadas para peças de chapa metálica são, em sua maioria, matrizes de operação única, que completam apenas uma trefilação por curso de prensa.

As matrizes de trefilação podem ser divididas em dois tipos com base na sequência de processamento das peças trefiladas: matrizes de trefilação inicial e matrizes de trefilação subsequente. Elas também podem ser classificadas em com ou sem porta-branco, dependendo do uso ou não de um porta-branco.

(1) Matrizes de desenho sem porta-bloco

A Figura 2 mostra a estrutura da primeira matriz de trefilação para peças cilíndricas não flangeadas sem um suporte para o blank. A ranhura rasa D na superfície superior da matriz côncava 2 na figura é usada para colocar o bloco de desenho. Sua profundidade não tem nenhum requisito especial, desde que seja conveniente para a colocação do blank.

1-Modelo inferior
2-Die
3 socos
Modelo 4-Upper

(2) Matrizes de extração com suporte para blanks

A Figura 3 mostra a estrutura da matriz usando um suporte de blanks para o desenho inicial. O suporte do blank 4 é instalado na matriz inferior, e a força de retenção do blank é transmitida pelo pino ejetor 5 instalado na matriz inferior. A fonte da força de retenção do blank pode ser um amortecedor elástico, uma mola ou uma força de cilindro da prensa, etc. O material em branco é colocado e posicionado no anel de posicionamento do suporte de branco 4. A cooperação entre o punção 3, a matriz 2 e o suporte do blank 4 extrai o blank.

1-Haste de pressão
2-Die
3 socos
4-Tabuleiro
5-Pino ejetor

A estrutura da matriz mostrada na Figura 3 também pode ser usada para o desenho inicial e os desenhos subsequentes de peças desenhadas com flanges. Durante o desenho, o flange previamente desenhado é posicionado no anel de posicionamento do suporte da peça bruta 4.

2. Composição estrutural da matriz de trefilação

Conforme apresentado acima, a matriz de trefilação geralmente consiste em três partes: o punção, a matriz e o suporte da peça bruta (às vezes, pode não ter um suporte da peça bruta). Além disso, há dispositivos de posicionamento e dispositivos de descarga, entre outros. O punção e a matriz são os componentes principais que produzem diretamente a ação de trefilação no material, enquanto o suporte do blank é usado principalmente para ajustar a pressão no blank e controlar a resistência de alimentação do blank.

II. Determinação dos parâmetros do processo de desenho

Para garantir a qualidade das peças de desenho, é essencial determinar os seguintes parâmetros de processo ao formular o processo de desenho e projetar as matrizes de desenho relacionadas.

1. Determinação do tamanho do bloco para peças de desenho

A exatidão do cálculo do tamanho do material em branco para peças de desenho afeta diretamente a qualidade do processamento de peças de estamparia. Embora as fórmulas de cálculo para o material em branco de peças de desenho com formatos diferentes sejam diferentes, elas seguem o mesmo princípio básico para calcular o diâmetro do material em branco: "Como a espessura do blank muda muito pouco antes e depois do desenho, o volume antes e depois da deformação permanece inalterado, o que significa que a área da superfície do blank antes do desenho é igual à área da superfície da peça após o desenho."

Antes de calcular o material do blank, considerando fatores como folga irregular da matriz de trefilação e anisotropia dos materiais de trefilação, na maioria dos casos, a borda da borda ou do flange da peça trefilada não é uniforme e precisa ser aparada. Portanto, uma certa margem de corte Δh deve ser reservada na direção da altura ao calcular o tamanho do blank.

A tolerância de corte Δh para peças trefiladas de formatos diferentes varia. A Tabela 1 mostra a tolerância de corte para peças cilíndricas sem flange.

Tabela 1 Tolerância de corte Δh para peças cilíndricas sem flange (unidade: mm)

Altura total da peça h	Altura relativa da peça h/d				Diagrama suplementar
	0.5～0.8	0.8～1.6	1.6～2.5	2.5～4
10	1	1.2	1.5	2
20	1.2	1.6	2	2.5
50	2	2.5	3.3	4
100	3	3.8	5	6
150	4	5	6.5	8
200	5	6.3	8	10
250	6	7.5	9	11
300	7	8.5	10	12

Após determinar a margem de corte, o diâmetro do blank D para peças cilíndricas sem flange pode ser calculado usando a seguinte fórmula (os significados dos parâmetros na fórmula são mostrados no diagrama suplementar da Tabela 1):

D=√[d²+4d(h+Δh)]

2. Determinação do número de passes de sorteio

O grau de deformação de peças trefiladas com diferentes materiais e formas varia. Para desenhar peças qualificadas, é necessário determinar o grau de deformação e, assim, determinar o número de passagens de desenho. Caso contrário, durante o processo de trefilação, devido à deformação excessiva, a tensão de tração em seções transversais perigosas pode exceder o limite, levando a rachaduras.

O grau de deformação da trefilação de peças trefiladas com formatos diferentes também varia. O número de passagens de trefilação para peças cilíndricas sem flange pode ser determinado por meio de dois métodos diferentes de cálculo de processo.

1) Calcule a altura relativa do desenho h/d da peça desenhada e a espessura relativa t/D×100 do material. O número de passagens de trefilação pode ser obtido consultando diretamente a Tabela 2.

Tabela 2 Altura máxima relativa do desenho h/d para peças cilíndricas sem flange

Observação: A relação h/d grande é aplicável ao primeiro processo com raio de canto de matriz grande (quando t/D×100=2～1,5, r_morrer=8t a t/D×100=0,15～0,08, r_morrer=15t), e uma relação pequena é aplicável para raio de canto de matriz pequeno r_morrer=(4～8)t.

2) Use a fórmula para calcular diretamente o número de operações de desenho n:

n=1+[lgd_n-lg(m₁D)]/lgm_n

Na fórmula

• n - número de operações de desenho;
• d_n - diâmetro da peça de trabalho (mm);
• D - diâmetro do blank (mm);
• m₁ - primeiro coeficiente de desenho, consulte a Tabela 3;
• m_n - coeficiente de desenho médio para desenhos subsequentes, consulte a Tabela 3.

O número calculado de operações de desenho é considerado como o maior valor inteiro, que é o número necessário de operações de desenho.

Tabela 3: Coeficientes de extração para vários materiais metálicos

①O grau 1Cr18Ni9Ti foi cancelado no GB/T20878-2007

3. Cálculo da força de tração

O objetivo do cálculo da força de estiramento é selecionar equipamentos e projetar moldes. Para peças cilíndricas sem flanges, a força de estiramento F para o primeiro processo de estiramento é calculada como F=πd₁tσ_bk₁e para o segundo processo e os subsequentes, a força de tração F é calculada como:

F=πd_ntσ_bk₂

Na fórmula

• F - força de tração (N);
• d₁, d₂, ..., d_n - diâmetros das camadas neutras da parte cilíndrica para o 1º, 2º, ..., enésimo processo, calculados pela linha neutra (d₁=d-t, d₂=d₁-t, ..., d_n=d_n-1-t) (mm);
• t - espessura do material (mm);
• σ_b - limite de resistência (MPa);
• k₁, k₂ - consulte a Tabela 4.

Tabela 4: Coeficientes k₁, k₂ para desenho de peças cilíndricas

4. Determinação da folga do molde de extração

A folga de lado único z da matriz de trefilação é igual à metade da diferença entre o diâmetro do furo da matriz D_morrer e o diâmetro do punção D_socoque é um parâmetro importante que afeta a qualidade das peças trefiladas.

Uma folga muito pequena aumenta o atrito, facilitando a fratura da peça trefilada, arranhando a superfície e reduzindo a vida útil da matriz; uma folga muito grande facilita o enrugamento da peça trefilada e afeta a precisão da peça. Desenho folga da matriz é geralmente considerado nas duas situações a seguir:

1) Sem usar um porta-branco, considerando a possibilidade de enrugamento, sua folga em um único lado z=(1～1.1)t_máximo, onde t_máximo é o limite superior da espessura do material.

2) Ao usar um porta-bloco, o valor da folga é selecionado de acordo com a Tabela 5.

Tabela 5: Valor de folga de um lado z para trefilação profunda com porta-blocos (Unidade: mm)

Observação: 1. para materiais mais espessos, use o menor valor entre parênteses e, para materiais mais finos (t/D×100=1～0,3), use o maior valor entre parênteses.
2. Na tabela, z é a folga unilateral do punção e da matriz (mm); tmax é o limite superior da espessura do material (mm); t é a espessura nominal do material (mm); a é o valor aumentado (mm), consulte a Tabela 6.

Tabela 6 Valor de aumento a (unidade: mm)

Ao desenhar peças retangulares, considerando que os cantos do material se tornarão significativamente mais espessos, a folga nos cantos da matriz de desenho deve ser maior em um valor de 0,1t em comparação com as peças de borda reta.

Ao trabalhar em uma prensa de dupla ação com um porta-blank rígido, é necessário especificar a folga mínima para uma determinada espessura de material, de modo a não pressionar o blank sem movimento, nem permitir a ocorrência de rugas. O valor de aumento a pode ser determinado pela fórmula: a≈0,15t (t é a espessura do material).

Na produção, para peças de repuxo profundo com requisitos de alta precisão, uma folga negativa é frequentemente usada, o que significa que a folga de repuxo é definida como (0,9-0,95)t.

5. Determinação do tamanho das seções de trabalho do punção e da matriz

A determinação do tamanho da seção de trabalho da matriz de trefilação inclui principalmente os raios dos cantos do punção e da matriz e os tamanhos e as tolerâncias de fabricação do punção e da matriz, o que afeta diretamente a precisão dimensional e a qualidade da superfície da peça trefilada.

(1) Determinação do raio do canto da matriz de desenho

O raio do canto da matriz de trefilação tem um impacto significativo no processo de trefilação. Em geral, o raio do canto da matriz deve ser o maior possível. Um raio de canto maior pode reduzir a taxa de desenho limite e melhorar a qualidade da peça desenhada.

Entretanto, se o raio do canto da matriz for muito grande, ele enfraquecerá a ação do porta-branco e poderá causar enrugamento. Ao selecionar a taxa de desenho normal, o raio do canto da matriz r_Côncavo para o sorteio inicial também pode ser selecionado de acordo com as tabelas 7 e 8.

Tabela 7 Raio do canto da matriz de desenho inicial r_Côncavo com um porta-branco (unidade: mm)

Tabela 8 Raio da matriz de desenho inicial r_Côncavo sem um porta-branco (unidade: mm)

Para os processos de desenho subsequentes, o raio do canto da matriz r_{Côncavo n} pode ser gradualmente reduzido, geralmente para r_{Côncavo n} = (0.6-0.8)r_{Côncavo n-1}mas não deve ser inferior a 2t.

(2) Determinação do raio do canto do punção r_Convexo

O impacto do raio do canto do punção r_Convexo no desenho não é tão significativo quanto o raio do canto da matriz r_Côncavo, mas se r_Convexo for muito pequeno, ele reduzirá a resistência à tração efetiva da zona de perigo da transmissão da parede cilíndrica, causando um afinamento significativo na zona de perigo.

Se r_Convexo for muito grande, a largura da peça bruta que não entra em contato com a superfície da matriz no estágio inicial do desenho aumentará, tornando essa parte da peça bruta propensa a enrugar. A seleção do raio do canto do punção r_Convexo geralmente segue os seguintes princípios:

1) Para o primeiro sorteio, quando t/D×100>0,6, pegue r_Convexo=r_Côncavo.

2) Quando t/D×100=0,3-0,6, considere r_Convexo=1.5r_Côncavo.

3) Quando t/D×100<0,3, considere r_Convexo=2r_Côncavo.

4) Para sorteios intermediários, pegue r_Convexo=(d_n-1-d_n-2t)/2, ou assumir um valor igual ou ligeiramente menor que o raio do canto da matriz r_Côncavoou seja, pegue r_Convexo=(0.7-1.0)r_Côncavo. No sorteio final, r_Convexo deve ser igual ao raio da peça.

(3) Determinação dos tamanhos do punção e da matriz

Os tamanhos do punção e da matriz são determinados de acordo com os seguintes princípios:

1) Para a matriz de desenho no processo final, os tamanhos do punção e da matriz e suas tolerâncias devem ser determinados de acordo com os requisitos da peça de trabalho.

2) Quando as dimensões externas da peça de trabalho são necessárias, o tamanho da matriz é usado como referência para o cálculo, ou seja,

Tamanho da matriz DCôncavo=(D-0.75Δ)+δCôncavo0
Tamanho do punção DConvexo=(D-0.75Δ - 2z)0-δConvexo

Onde

• D - tamanho nominal da forma da peça de trabalho (mm);
• Δ - tolerância da peça de trabalho (mm);
• z - folga unilateral do punção e da matriz (mm);
• δ_Convexo, δ_Côncavo - tolerâncias de fabricação do punção e da matriz, respectivamente. Se a tolerância da peça de trabalho estiver acima de IT13, a tolerância de fabricação do punção e da matriz estará entre IT6 e IT8. Se a tolerância da peça de trabalho for inferior a IT14, a tolerância de fabricação do punção e da matriz será IT10.

3) Quando as dimensões internas da peça de trabalho são necessárias, o tamanho do punção é usado como referência para o cálculo, ou seja,

Tamanho da matriz dConvexo=(d+0,4Δ)0-δConvexo
Tamanho do punção dCôncavo=(d+0.4Δ+2z)+δCôncavo0

Onde d é o tamanho interno nominal da peça de trabalho (mm).

4) Para processos de transição intermediários de produtos semiacabados, como não são necessárias restrições rigorosas, o tamanho da matriz só precisa corresponder ao tamanho do blank de transição. Se estiver usando a matriz como referência, então

Tamanho da matriz Dmorrer=D+δmorrer0
Tamanho do punção Dsoco=(D-2z)0-δpunch

III. Instalação e ajuste de matrizes de estampagem profunda

Durante o processo de estampagem profunda, em primeiro lugar, é necessário seguir rigorosamente os procedimentos de operação de estampagem para evitar erros de operação. Em segundo lugar, para garantir uma boa estampagem profunda das peças, a instalação e o ajuste adequados da matriz devem ser realizados.

O desenho profundo de chapas metálicas usado com mais frequência é feito em uma prensa de ação única, e seus métodos de instalação e ajuste incluem principalmente os seguintes aspectos.

1. Instalação da matriz de repuxo profundo

A instalação e o ajuste da matriz de repuxo profundo são semelhantes aos da matriz de dobra. Além dos problemas comuns, como os dispositivos de descarga e os dispositivos de descarga elástica encontrados durante a depuração das matrizes de corte e dobra, há uma questão específica relacionada ao ajuste da força do suporte do blank.

Se a força do suporte do blank for muito grande, as peças trefiladas estarão sujeitas a rachaduras; se for muito pequena, as peças estarão sujeitas a rugas. Portanto, até certo ponto, o ajuste da pressão do anel do suporte do blank é crucial para o sucesso do processamento de estampagem profunda. O ajuste da pressão deve ser feito continuamente, fazendo os ajustes necessários até que seja apropriado.

Se estiver desenhando peças simétricas ou de formato fechado (como peças cilíndricas), durante a instalação e o ajuste do molde, o molde superior pode ser fixado no carro da prensa, enquanto o molde inferior é colocado na mesa de trabalho sem ser fixado. Primeiro, alguns espaçadores equivalentes à espessura da peça de trabalho são colocados uniformemente na parede da cavidade e, em seguida, os moldes superior e inferior são alinhados automaticamente, com folga uniforme. Depois que a posição fechada é ajustada, o molde inferior é então fixado na mesa de trabalho.

Se não houver um dispositivo de guia para a matriz de repuxo profundo, durante a instalação, amostras padrão ou calços podem ser usados para de encaixe ajuste, usando o método de controle da folga do desenho para determinar as posições relativas dos moldes superior e inferior.

2. Pontos principais do ajuste da matriz de repuxo profundo

O ajuste da matriz de repuxo profundo deve se concentrar nos seguintes aspectos:

(1) Ajuste da resistência de alimentação

Durante o processo de estampagem profunda, se a resistência de alimentação da matriz for muito grande, o produto estará sujeito a rachaduras, enquanto que se for muito pequena, poderá enrugar. Portanto, a chave no processo de ajuste é ajustar o tamanho da resistência de alimentação. O método de ajuste da resistência do desenho inclui:

• Ajustar a pressão do controle deslizante da prensa para trabalhar sob pressão normal.
• Ajuste da superfície de prensagem do anel do suporte da matriz de desenho para garantir boa compatibilidade com a peça bruta.
• Modificar o raio de filete da matriz para torná-lo apropriado.
• Usando bons lubrificantes e aumentando ou diminuindo a frequência de lubrificação.

(2) Ajuste da força do suporte do espaço em branco

O método de ajuste da força do suporte do blank é o seguinte: Quando o punção entra na cavidade com 10 a 20 mm de profundidade, é possível iniciar um punção de teste. Quando a estampagem começa, o anel do suporte do blank deve ser ativado, de modo que o material seja submetido à força do suporte do blank. Quando a força do suporte do blank for ajustada até o ponto em que não haja rugas ou rachaduras óbvias na área do flange das peças de repuxo profundo, a profundidade do repuxo poderá ser aumentada gradualmente.

O ajuste da força do suporte do blank deve ser equilibrado. Geralmente, ela pode ser ajustada em dois ou três estágios, de acordo com os requisitos de altura das peças de repuxo profundo. Cada ajuste deve garantir que não haja rugas ou rachaduras na peça de trabalho.

Quando a força do suporte do molde é fornecida pelo colchão de ar na parte inferior da prensa, a força pode ser controlada ajustando-se a pressão do ar comprimido. Se a força for fornecida pela elasticidade da borracha ou das molas no mecanismo ejetor instalado na parte inferior do molde, a quantidade de compressão da borracha e das molas poderá ser ajustada para ajustar a força do suporte do molde.

A força de suporte do blank de uma prensa de dupla ação é fornecida pelo controle deslizante externo da prensa, cuja magnitude é ajustada pelo parafuso (parafuso de avanço) que conecta o controle deslizante externo. Durante o ajuste, o parafuso que conecta o controle deslizante externo deve ser ajustado uniformemente para garantir o progresso normal do trabalho de estampagem profunda.

(3) Ajuste da profundidade do desenho e da folga

No processo de estiramento, a profundidade e a folga inadequadas do estiramento levarão a uma formação insatisfatória das peças de trabalho.

1) Ao ajustar a profundidade do desenho, a profundidade pode ser dividida em 2 a 3 seções para ajuste, começando com uma seção mais rasa e, em seguida, ajustando mais profundamente, até que a profundidade de desenho necessária seja atingida.

2) Ao ajustar a folga, o molde superior é primeiramente fixado no controle deslizante da prensa e o molde inferior é colocado na mesa de trabalho sem ser fixado. Em seguida, uma amostra é colocada na cavidade da matriz, e os moldes superior e inferior são alinhados e centralizados. A folga em todas as direções é ajustada para ser uniforme e consistente, após o que os moldes estão na posição fechada, os parafusos são apertados e o molde inferior é fixado na mesa de trabalho, e a amostra é removida, pronta para o teste de puncionamento.

IV. Operação de peças típicas estiradas em chapa metálica

Na produção real, a variedade e as formas estruturais das peças trefiladas são diversas. Para garantir a qualidade do processamento de várias peças trefiladas, primeiro é necessário projetar os moldes correspondentes de acordo com as diferentes estruturas das peças, desenvolver técnicas de processamento razoáveis e adotar operações adequadas.

1. Método de estampagem profunda para peças hemisféricas

No processo de repuxo profundo de peças hemisféricas, o punção só entra em contato com a parte central da peça bruta em um ponto. Como o ponto de contato precisa suportar toda a força de estiramento, o material no ponto de contato tende a ficar muito mais fino.

Além disso, no processo de desenho, a maior parte do material não é pressionada pelo anel de suporte do blank, portanto, é fácil enrugar e, devido à grande folga, as rugas produzidas não são facilmente removidas. As estruturas comuns de peças hemisféricas são mostradas na Figura 4.

Como o coeficiente de estiramento m das peças estiradas hemisféricas é constante para qualquer diâmetro, seu valor é

m=d/D=d/√(2d²)=1/1.414=0.71

Portanto, o coeficiente de desenho de peças hemisféricas não pode ser usado como base para a formulação de planos de processo. Em vez disso, a espessura relativa t/D da peça bruta deve ser usada como a base principal para avaliar a dificuldade de formação e selecionar o método de desenho. Os princípios para a formulação de seu plano de processamento e projeto de molde são:

1) Quando a espessura relativa do blank t/D×100% é maior que 3, não é necessário um suporte para o blank, e um molde simples pode ser usado para desenhar a peça hemisférica. Para garantir a qualidade da superfície, a forma geométrica e a precisão dimensional da peça hemisférica, o molde deve ser projetado com um fundo esférico para que uma modelagem final possa ser feita dentro do molde no final do processo de desenho. A estrutura do molde é mostrada na Figura 5.

2) Quando a espessura relativa do blank t/D×100 está entre 0,5 e 3, é necessário um molde de trefilação com um suporte de blank para evitar o enrugamento. Nesse momento, a função do suporte do blank não é apenas evitar o enrugamento na seção intermediária sem suporte, mas também induzir a tensão de estiramento radial e aumentar a expansão devido à resistência de atrito causada pela força de retenção do blank.

3) Quando a espessura relativa da peça em bruto t/D×100% for menor que 0,5, será necessário um desenho reverso ou um molde de desenho com um cordão de tração. A estrutura do molde é mostrada na Figura 6.

a) Desenho invertido
b) Desenho com cordão de tração

Além disso, para o processamento de desenho de materiais finos com pequena espessura relativa da peça bruta, os seguintes pontos também devem ser observados ao formular planos de processamento ou projetos de molde:

1) No caso de peças hemisféricas finas e sem flange, ao usar um suporte de blank para desenho, uma margem de corte não inferior a 10 mm de largura deve ser adicionada ao blank, reservada na forma de um flange na peça desenhada; caso contrário, será difícil desenhar corretamente a peça de trabalho.

2) Para peças esféricas grandes de paredes finas, uma combinação de métodos de desenho direto e reverso pode ser usada para eliminar a necessidade de um suporte de peça bruta (consulte a Figura 7). A folga em cada lado entre o molde macho-fêmea e a matriz é considerada como (1,3-1,5)t, e a folga em cada lado entre o molde macho-fêmea e o punção é (1,2-1,3)t.

3) Para a trefilação hemisférica de materiais finos, também é possível usar a formação hidráulica ou de borracha, o que não apenas reduz o número de trefilações e melhora as condições de trabalho, mas também beneficia o processo de trefilação.

2. Operação de trefilação de peças hemisféricas

Para peças hemisféricas de pequeno e médio porte, os moldes de desenho dedicados geralmente são projetados diretamente para completá-las, sendo que a principal operação envolve a instalação e o ajuste corretos dos moldes.

Quando influenciado pelo equipamento de produção, pelos custos de fabricação etc., especialmente para o desenho de peças hemisféricas de chapas grandes e grossas, a prensagem pontual ou a prensagem a quente é frequentemente usada. A prensagem pontual e a prensagem a quente são métodos comuns em fabricação de chapas metálicasA prensagem de ponto permite que moldes menores formem peças grandes, e a prensagem a quente pode obter a prensagem de chapas metálicas mais espessas com menor pressão.

(1) Operação de pressionamento de ponto

Conforme mostrado na Figura 8a, a parte hemisférica grande tem um diâmetro interno de 6.000 mm, feita de chapa de aço 16MnR com espessura de 20 mm. Devido ao seu grande tamanho e à espessura da chapa, ela precisa ser dividida em 11 pétalas para o blanking, com cada placa esférica pesando cerca de 800 kg. A Figura 8b mostra o padrão desdobrado de uma das pétalas. Ao usar a prensagem por pontos, as seguintes precauções devem ser observadas.

1) Princípio da prensagem de pontos. A operação da prensagem de pontos é mostrada na Figura 9.

Durante a prensagem pontual, sob a força externa da prensa, o material se deforma dentro da área de prensagem pontual do molde devido à pressão do molde, criando uma tensão interna no material que resiste à deformação, e essa tensão se equilibra com a força externa.

A prensagem contínua até que a força externa seja igual à força de escoamento do material faz com que a camada externa sofra deformação plástica, espalhando-se da superfície externa para o centro. Nesse ponto, a prensagem é interrompida e a deformação plástica dentro do molde é retida, causando uma deformação permanente. A movimentação gradual do material para a prensagem de ponto contínuo completa a modelagem das pétalas esféricas.

2) Seleção de moldes macho e fêmea. Os moldes geralmente são feitos de aço fundido processado ou materiais de ferro fundido e, em alguns casos, também podem ser montados com materiais de chapa de aço.

As dimensões do molde de pressão pontual incluem principalmente a largura e o raio dos moldes macho e fêmea. Geralmente, a largura dos moldes macho e fêmea é determinada primeiro e, em seguida, seu raio de formação é definido com base na largura. Como a largura dos moldes macho e fêmea afeta diretamente a eficiência da prensagem de pontos, ela geralmente é determinada com base em fatores como o tamanho da mesa de trabalho da prensa, o tamanho da peça de trabalho e as condições reais de construção.

Por exemplo, nesse caso, a prensagem de pétalas esféricas usa uma prensa de 1200t prensa hidráulicacom a largura da superfície operacional dentro das colunas da prensa sendo de 2600 mm. Com a prática repetida, concluiu-se que a largura ideal para os moldes está entre 800 e 1000 mm. Embora o aumento do diâmetro do molde possa reduzir o número de prensas pontuais, ele complica a operação e aumenta os custos do molde e a pressão operacional necessária. Por outro lado, a diminuição do diâmetro do molde resulta em um número excessivo de prensagens pontuais, aumentando a intensidade do trabalho de manuseio do material e reduzindo a eficiência. Portanto, a largura do molde fêmea para essa pétala esférica é definida como ϕ1000 mm (veja a Figura 10).

Deve-se observar que a largura do molde macho deve ser 50 a 100 mm mais estreita do que a do molde fêmea correspondente para evitar a deformação reversa durante a prensagem. Nesse caso, a largura do molde macho para a pétala esférica é selecionada como ϕ950 mm.

Durante a prensagem, a camada interna dentro da área de prensagem do molde é comprimida enquanto a camada externa é esticada, levando à deformação elástica juntamente com a deformação plástica. Além disso, devido à tensão da parte não prensada, ocorre um retorno elástico da curvatura na área de prensagem.

O cálculo dessa quantidade de retorno elástico é complexo; portanto, na prática de produção, um método de cálculo empírico é comumente usado, o que envolve deixar um valor de folga entre o raio das superfícies projetadas do molde macho e fêmea e o raio da superfície formada necessária (raio de formação da peça de chapa metálica), geralmente levando de 10 a 30 mm, conforme apropriado. A prensagem é realizada com pressão variada para garantir o raio esférico projetado.

Esse método de prensagem não só garante as dimensões da peça processada, mas também permite a prensagem de superfícies esféricas com vários raios de curvatura.

Como o raio da superfície esférica da peça de trabalho é grande e a espessura da placa tem pouco impacto, o diâmetro interno da esfera R3000mm pode ser usado diretamente como o raio do modelo para a prensagem da pétala esférica. Quando a folga entre o raio da superfície côncava do molde e o raio da superfície de formação da peça de trabalho necessária (ou seja, o raio do modelo para a prensagem da pétala esférica) é definida como 10 mm, o raio da superfície côncava do molde pode ser calculado como 2432 mm, conforme mostrado na Figura 10.

O raio da superfície convexa do molde também é determinado como sendo 2432 mm, mas a largura do molde convexo é definida como 950 mm. Deve-se observar que, para outros formatos de peças de chapa metálica, o tamanho do molde para a prensagem pontual pode ser determinado usando o mesmo método.

3) Método de operação de prensagem. Durante a prensagem, deve ser realizada uma prensagem de teste para selecionar a pressão e, em seguida, uma verificação de modelo é usada para determinar o valor de pressão mais adequado. Para essa prensagem de pétalas esféricas, é usada uma prensa hidráulica de 1200 t. Após a prensagem de teste, a pressão de superfície de 90-120 kg/mm² é selecionado, o que significa usar uma força de 450-600t para pressionar.

Para reduzir o número de vezes que a chapa é movida e aumentar a eficiência, a ordem de prensagem é mover gradualmente e pressionar a ponta a partir da borda, conforme mostrado na Figura 11. Com base no material e na experiência de prensagem, geralmente é suficiente prensar duas ou três vezes para formar.

1-O último ponto de pressão
2-Material de pétalas de melão
3-O primeiro ponto de pressão

A distância movida a cada vez durante a prensagem não deve ser muito grande, geralmente em torno de 100 mm. Após uma rodada de prensagem, use um gabarito para verificar as direções longitudinal e transversal da pétala esférica. Para o mesmo tipo de material, a direção da fibra de laminação está relacionada à elasticidade da formação; a formação é melhor ao longo da direção da fibra de laminação, enquanto a vertical resulta em maior retorno elástico. Portanto, após a primeira rodada de prensagem, use um gabarito para verificar se a curvatura é menor ao longo da direção da fibra e maior na direção vertical da fibra.

Durante a segunda rodada de prensagem, a distância de movimentação deve ser reduzida ao se mover na direção vertical da fibra, e os pontos de prensagem devem ser densificados. Em geral, após a segunda rodada de prensagem, a forma básica está formada. É necessário apenas usar um modelo para verificar e realizar a reimpressão do ponto local. Para o corte local, um molde convexo com um raio menor pode ser usado para a prensagem de pontos, e o domínio da pressão adequada garante excelente qualidade de formação.

(2) Operação de formação de prensagem a quente

Para aprimorar o grau de deformação dos materiais, reduzir a resistência à deformação do material e garantir a qualidade das peças formadas, a prensagem a quente é frequentemente usada quando a espessura da chapa metálica excede 12 mm e a espessura de ambos os lados é superior a 10 mm durante a dobra ou a formação de trefilação profunda.

A formação de prensagem a quente é um método em que a peça bruta de repuxo profundo é primeiramente aquecida a uma determinada temperatura e, em seguida, o repuxo profundo é realizado. Deve-se observar que a operação de formação de prensagem a quente é aplicável à formação de prensagem pontual ou à formação de molde de repuxo profundo completo e a outros tipos de repuxo profundo.

1) Temperatura para formação de prensagem a quente.

A temperatura para a conformação por prensagem a quente de metal deve garantir que a força de conformação necessária para a peça bruta seja relativamente baixa e, ao mesmo tempo, esteja acima da temperatura de recristalização. Isso se deve ao fato de que a recristalização pode eliminar as tensões internas produzidas durante a conformação e evitar a ocorrência de endurecimento por trabalho. A Tabela 9 mostra as temperaturas de prensagem a quente para alguns materiais de aço. Para materiais que exigem tratamento de recozimento ou têmpera + revenimento, é necessário realizar um tratamento térmico adicional após a conformação a quente.

Tabela 9 Temperatura de formação a quente para vários aços (Unidade: ℃)

Observação: Os números entre parênteses são designações padrão antigas.

Durante a operação de prensagem a quente, a temperatura de aquecimento da chapa é geralmente avaliada pela observação da cor do fogo. A Tabela 10 lista a cor do fogo para várias temperaturas. Deve-se observar que a observação da cor do fogo está relacionada à luminosidade do ambiente. As cores listadas na Tabela 10 são avaliadas a partir da observação da cor do fogo em um local escuro, que será diferente quando observada à luz do dia.

Tabela 10 Cor do aço quando aquecido a várias temperaturas (Unidade: ℃)

Por exemplo, quando observada de um local escuro, a chapa fica vermelho-cereja quando aquecida a 770-800°C. Quando observado em um ambiente muito claro, o aço terá ultrapassado 800°C quando aparecer vermelho-cereja.

2) Folga das matrizes de prensagem a quente.

Os moldes usados na conformação a quente são geralmente chamados de matrizes de prensagem a quente. Devido à expansão da chapa após o aquecimento, sua espessura aumenta, e a espessura da parte superior da peça de trabalho também aumenta devido à deformação por prensagem a quente (especialmente para peças de repuxo profundo a quente). Portanto, a folga do molde de prensagem a quente deve ser maior do que a do molde de prensagem a frio, e a folga dos moldes de repuxo profundo a quente deve ser maior do que a dos moldes de dobragem a quente. Valores específicos podem ser consultados na Tabela 11.

Tabela 11 Valor da folga lateral única das matrizes de prensagem a quente (excluindo a espessura do material) (Unidade: mm)

3) Cálculo das dimensões da peça de trabalho para moldes convexos e côncavos. Ao projetar moldes de prensagem a quente, o fenômeno de encolhimento a frio da peça de trabalho deve ser considerado, o que significa que as dimensões da peça de trabalho dos moldes convexos e côncavos devem ser aumentadas de forma correspondente para compensar o encolhimento a frio. Geralmente, a contração a frio pode ser considerada como 0,6%-0,75%.

3. Método de repuxo profundo de peças parabólicas

As características de deformação da estampagem profunda para peças parabólicas são semelhantes às das peças hemisféricas. A Figura 12 mostra uma estrutura esquemática de peças parabólicas. O plano de processamento e os princípios de projeto do molde são os seguintes:

(1) Peças com formato parabólico raso (h/d<0,5)

Suas características de estampagem profunda e a estrutura do molde são semelhantes às das peças hemisféricas.

(2) Peças com formato parabólico profundo (h/d>0,5)

Requer várias extrações profundas ou extrações reversas. Os métodos comumente usados incluem:

1) Primeiro, desenhe a parte inferior em um formato aproximado por tamanho; depois, durante o estágio de redesenho, desenhe a parte superior da peça e, por fim, forme a peça inteira. A Figura 13 mostra a sequência de processamento de desenho profundo de uma tampa de farol de carro.

a) Processo de desenho profundo 1
b) Processo de desenho profundo 2
c) Processo de desenho profundo 3
d) Processo de desenho profundo 4

2) Use vários desenhos para formar primeiro uma forma cilíndrica escalonada aproximada e, em seguida, formá-la completamente.

3) Use vários desenhos para reduzir o diâmetro do desenho, criar uma forma de pré-forma circular e, em seguida, realizar um desenho reverso e, por fim, formá-la completamente.

(3) Peças em formato parabólico feitas de material fino

Use a formação hidráulica ou de borracha.

4. Operações de repuxo profundo para peças com formato parabólico

Assim como no caso das peças hemisféricas, para peças de formato parabólico de diferentes formas, tamanhos e espessuras de material, suas operações de estampagem profunda podem usar métodos como prensagem de pontos, prensagem a quente e conformação integral direta, com operações semelhantes às das peças hemisféricas.

Deve-se observar que não apenas as peças de formato hemisférico e parabólico, mas também a estampagem profunda de outros componentes moldados podem adotar os métodos de formação mencionados acima.

V. Defeitos comuns em peças estampadas e soluções

Os defeitos comuns em peças de repuxo profundo incluem não conformidade de dimensões, rugas e rachaduras. As causas podem estar relacionadas ao material de repuxo profundo, à depuração do molde ou a problemas no molde e a erros do operador. As soluções devem se basear em uma análise cuidadosa das causas dos defeitos e na adoção de medidas específicas. Consulte a Tabela 12 para ver os defeitos comuns em peças de repuxo profundo e as medidas de melhoria.

Tabela 12 Defeitos comuns em peças estampadas profundas e soluções