Pergunta: Tenho tido dificuldades para entender como o raio de curvatura (como mencionei) na impressão se relaciona com a seleção da ferramenta. Por exemplo, estamos tendo problemas com algumas peças feitas de aço A36 de 0,5 polegadas. Usamos punções de 0,5 polegadas de diâmetro para essas peças. Se eu usar a regra dos 20% e multiplicar por 4 polegadas, ao aumentar a abertura da matriz em 15% (para aço), obtenho 0,6 polegadas. Mas como o operador sabe que deve usar uma punção com raio de 0,5 polegadas quando a impressão exige um raio de curvatura de 0,6 polegadas?
A: Você mencionou um dos maiores desafios enfrentados pela indústria de chapas metálicas. Trata-se de um equívoco que tanto engenheiros quanto equipes de produção precisam combater. Para solucionar isso, vamos começar pela causa raiz: os dois métodos de conformação e a falta de compreensão das diferenças entre eles.
Desde o surgimento das dobradeiras na década de 1920 até os dias atuais, os operadores moldam peças com dobras ou rebaixos na base. Embora a dobra na base tenha caído em desuso nos últimos 20 a 30 anos, os métodos de dobra ainda influenciam nosso pensamento quando dobramos chapas metálicas.
As ferramentas de retificação de precisão entraram no mercado no final da década de 1970 e mudaram o paradigma. Portanto, vamos analisar como as ferramentas de precisão diferem das ferramentas de aplainamento, como a transição para as ferramentas de precisão transformou o setor e como tudo isso se relaciona com a sua pergunta.
Na década de 1920, a moldagem evoluiu das dobras em disco para matrizes em V com punções correspondentes. Uma punção de 90 graus era usada com uma matriz de 90 graus. A transição da dobra para a conformação representou um grande avanço para a chapa metálica. O processo é mais rápido, em parte porque a recém-desenvolvida dobradeira de chapas é acionada eletricamente – eliminando a necessidade de dobrar manualmente cada dobra. Além disso, a dobradeira permite a operação por baixo, o que melhora a precisão. Além dos batentes traseiros, o aumento da precisão pode ser atribuído ao fato de a punção pressionar seu raio contra o raio de curvatura interno do material. Isso é obtido aplicando a ponta da ferramenta em uma espessura do material menor que a espessura desejada. Sabemos que, se conseguirmos um raio de curvatura interno constante, podemos calcular os valores corretos para subtração de dobra, tolerância de dobra, redução externa e fator K, independentemente do tipo de dobra realizada.
Muitas vezes, as peças têm raios de curvatura internos muito acentuados. Os fabricantes, projetistas e artesãos sabiam que a peça resistiria porque tudo parecia ter sido reconstruído – e de fato foi, pelo menos em comparação com os dias de hoje.
Tudo vai bem até que algo melhor apareça. O próximo passo em frente ocorreu no final da década de 1970 com a introdução de ferramentas retificadas com precisão, controladores numéricos computadorizados e controles hidráulicos avançados. Agora você tem controle total sobre a prensa dobradeira e seus sistemas. Mas o ponto de virada é uma ferramenta retificada com precisão que muda tudo. Todas as regras para a produção de peças de qualidade mudaram.
A história da conformação é repleta de avanços e progressos. Em um único salto, passamos de raios de flexão inconsistentes para dobradeiras de chapas a raios de flexão uniformes criados por meio de estampagem, aplicação de primer e relevo. (Observação: Moldagem por fricção não é o mesmo que fundição; você pode pesquisar os arquivos da coluna para obter mais informações. No entanto, nesta coluna, uso "dobra inferior" para me referir aos métodos de moldagem por fricção e fundição.)
Esses métodos exigem uma tonelagem significativa para conformar as peças. É claro que, de muitas maneiras, isso é uma má notícia para a prensa dobradeira, a ferramenta ou a peça. No entanto, eles permaneceram o método de dobra de metal mais comum por quase 60 anos, até que a indústria deu o próximo passo em direção à conformação por ar comprimido.
Então, o que é formação de ar (ou dobra a ar)? Como funciona em comparação com a flexão inferior? Essa mudança altera novamente a forma como os raios são criados. Agora, em vez de estampar o raio interno da dobra, o ar forma um raio interno "flutuante" como uma porcentagem da abertura da matriz ou da distância entre os braços da matriz (veja a Figura 1).
Figura 1. Na dobra a ar, o raio interno da dobra é determinado pela largura da matriz, e não pela ponta do punção. O raio "flutua" dentro da largura da forma. Além disso, a profundidade de penetração (e não o ângulo da matriz) determina o ângulo de dobra da peça.
Nosso material de referência é um aço carbono de baixa liga com resistência à tração de 60.000 psi e raio de conformação a ar de aproximadamente 16% do furo da matriz. A porcentagem varia dependendo do tipo de material, fluidez, condição e outras características. Devido às diferenças inerentes à chapa metálica, as porcentagens previstas nunca serão exatas. No entanto, são bastante precisas.
O alumínio macio se molda por ar em um raio de 13% a 15% da abertura da matriz. O material laminado a quente, decapado e oleado, apresenta um raio de moldagem por ar de 14% a 16% da abertura da matriz. O aço laminado a frio (nossa resistência à tração base é de 60.000 psi) se molda por ar em um raio de 15% a 17% da abertura da matriz. O raio de moldagem por ar do aço inoxidável 304 é de 20% a 22% do furo da matriz. Novamente, essas porcentagens podem variar devido às diferenças entre os materiais. Para determinar a porcentagem de outro material, você pode comparar sua resistência à tração com a resistência à tração de 60 KSI do nosso material de referência. Por exemplo, se o seu material tiver uma resistência à tração de 120 KSI, a porcentagem deve estar entre 31% e 33%.
Vamos supor que nosso aço carbono tenha uma resistência à tração de 60.000 psi, uma espessura de 0,062 polegadas e o que chamamos de raio de curvatura interno de 0,062 polegadas. Dobre-o sobre o furo em V da matriz de 0,472 polegadas e a fórmula resultante será a seguinte:
Assim, o raio de curvatura interno será de 0,075″, que você pode usar para calcular tolerâncias de dobra, fatores K, recuo e subtração de dobra com certa precisão, ou seja, se o operador da sua prensa dobradeira estiver usando as ferramentas corretas e projetando as peças levando em consideração as ferramentas com as quais os operadores estão acostumados.
No exemplo, o operador usa 0,472 polegadas. Abertura do carimbo. O operador entrou no escritório e disse: “Houston, temos um problema. É 0,075.” Raio de impacto? Parece que realmente temos um problema; onde conseguimos um desses? O mais próximo que conseguimos é 0,078. “ou 0,062 polegadas. 0,078 pol. O raio de punção é muito grande, 0,062 pol. O raio de punção é muito pequeno.”
Mas essa é a escolha errada. Por quê? O raio do punção não cria um raio de curvatura interno. Lembre-se, não estamos falando de flexão inferior; sim, a ponta do punção é o fator decisivo. Estamos falando da formação de ar. A largura da matriz cria um raio; o punção é apenas um elemento de pressão. Observe também que o ângulo da matriz não afeta o raio de curvatura interno. Você pode usar matrizes agudas, em V ou em canal; se todas as três tiverem a mesma largura, você obterá o mesmo raio de curvatura interno.
O raio de punção afeta o resultado, mas não é o fator determinante para o raio de dobra. Agora, se você usar um raio de punção maior que o raio flutuante, a peça terá um raio maior. Isso altera a tolerância de dobra, a contração, o fator K e a dedução de dobra. Bem, essa não é a melhor opção, certo? Você entende – essa não é a melhor opção.
E se usarmos um raio de furo de 0,062 polegadas? Este resultado será bom. Por quê? Porque, pelo menos ao usar ferramentas prontas, é o mais próximo possível do raio de curvatura interno "flutuante" natural. O uso deste punção nesta aplicação deve proporcionar uma curvatura consistente e estável.
Idealmente, você deve selecionar um raio de punção que se aproxime, mas não exceda, o raio da peça flutuante. Quanto menor o raio da punção em relação ao raio de dobra da peça flutuante, mais instável e previsível será a dobra, especialmente se você acabar dobrando muitas peças. Punções muito estreitas irão amassar o material e criar dobras acentuadas com menos consistência e repetibilidade.
Muitas pessoas me perguntam por que a espessura do material só importa na hora de escolher o diâmetro do furo da matriz. As porcentagens usadas para prever o raio de conformação a ar partem do princípio de que o molde utilizado possui uma abertura adequada à espessura do material. Ou seja, o furo da matriz não será maior nem menor do que o desejado.
Embora seja possível diminuir ou aumentar o tamanho do molde, os raios tendem a se deformar, alterando muitos dos valores da função de dobra. Um efeito semelhante também pode ser observado se o raio de impacto estiver incorreto. Portanto, uma boa regra prática é selecionar uma abertura da matriz oito vezes maior que a espessura do material.
Na melhor das hipóteses, os engenheiros irão até a oficina e conversarão com o operador da prensa dobradeira. Certifique-se de que todos conheçam a diferença entre os métodos de moldagem. Descubra quais métodos e materiais eles utilizam. Obtenha uma lista de todos os punções e matrizes disponíveis e, em seguida, projete a peça com base nessas informações. Depois, na documentação, anote os punções e matrizes necessários para o processamento correto da peça. É claro que podem surgir circunstâncias excepcionais em que seja necessário ajustar as ferramentas, mas isso deve ser a exceção, e não a regra.
Operadores, eu sei que vocês são todos pretensiosos, eu mesmo já fui um deles! Mas os tempos em que vocês podiam escolher suas ferramentas favoritas já passaram. No entanto, o fato de lhe dizerem qual ferramenta usar para projetar uma peça não reflete sua habilidade. É apenas uma realidade. Agora somos feitos de ar e não podemos mais nos dar ao luxo de ser preguiçosos. As regras mudaram.
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Data da publicação: 04/09/2023