Você já se perguntou sobre o fascinante mundo da estampagem de metais? Nesta postagem do blog, embarcaremos em uma jornada empolgante para explorar os meandros desse processo de fabricação essencial. Como engenheiro mecânico experiente, eu o guiarei pelos principais conceitos, compartilhando insights valiosos e exemplos do mundo real. Prepare-se para descobrir como a estampagem de metais molda nossa vida cotidiana e conheça os segredos por trás de sua notável eficiência e versatilidade.
A estampagem de metais é um processo de fabricação de alto volume que transforma chapas de metal planas em formas específicas usando forças mecânicas. Essa técnica versátil é crucial em vários setores, incluindo o automotivo, aeroespacial, eletrônico e de produção de bens de consumo. O processo envolve vários componentes e estágios importantes:
O que é estamparia?
A estampagem, também conhecida como prensagem, é um processo de fabricação em que chapas planas de metal ou materiais não metálicos são moldados em formas específicas usando ferramentas e equipamentos especializados. Normalmente, esse processo ocorre em temperatura ambiente, o que o distingue como uma técnica de conformação a frio. A definição de estampagem pode ser articulada da seguinte forma:
À temperatura ambiente, uma chapa metálica (ou não metálica) é submetida a uma força controlada usando um prensa de estampagem e uma matriz projetada com precisão. Essa ação induz à separação do material ou à deformação plástica, resultando em componentes com formas, dimensões e propriedades mecânicas predeterminadas.
Os principais aspectos do processo de estampagem incluem:
Temperatura: A estampagem é realizada predominantemente em temperatura ambiente, o que a classifica como um processo de trabalho a frio. Isso elimina a necessidade de aquecimento, aumentando a eficiência energética e o manuseio de materiais.
Matéria-prima: A principal peça de trabalho na estampagem é o material em folha, geralmente metal, o que lhe valeu o termo alternativo "estampagem de chapas metálicas". Os materiais comuns incluem aço, alumínio, latão e várias ligas.
Equipamentos e ferramentas: A estampagem requer três componentes essenciais:
Mecanismo de deformação: A estampagem se baseia na deformação plástica, em que o material é tensionado além do seu ponto de escoamento, mas abaixo da sua resistência à tração final. Isso permite a alteração permanente da forma sem falha do material.
Versatilidade: A estampagem pode produzir uma ampla variedade de peças, desde simples arruelas planas até complexos painéis de carroceria automotiva, por meio de várias operações, como corte, perfuração, dobra e repuxo.
Eficiência na produção: A estampagem é particularmente adequada para a produção de alto volume, oferecendo tempos de ciclo rápidos e qualidade consistente das peças quando adequadamente ferramentada e operada.
Características e aplicações da estampagem de metais:
(1) Alta produtividade com operação simplificada, facilitando a mecanização perfeita e a integração da automação.
(2) Precisão dimensional excepcional e consistência superior entre as peças, o que garante ótima intercambialidade.
(3) Impressionantes taxas de utilização de material, normalmente variando de 70% a 85%, com alguns processos avançados alcançando uma eficiência de até 95%.
(4) Capacidade de produzir geometrias complexas que são desafiadoras ou impossíveis para os métodos de usinagem convencionais, como componentes de paredes finas e de desenho profundo com características complexas.
(5) Permite a produção de peças leves com excelente relação rigidez/peso e alta integridade estrutural.
(6) O processo de conformação a frio elimina a necessidade de aquecimento, resultando em economia de energia e qualidade superior de acabamento da superfície.
(7) Redução significativa dos custos por unidade em cenários de produção de alto volume.
Esses atributos posicionam a estampagem de metal como um processo de fabricação excepcionalmente versátil, combinando alta qualidade, eficiência, conservação de energia e custo-benefício de uma maneira incomparável com os métodos alternativos de usinagem de metais.
Consequentemente, a estampagem de metais encontra amplas aplicações em diversos setores. Nos setores automotivo e de máquinas agrícolas, os componentes estampados constituem de 60% a 70% das peças. Da mesma forma, o setor de instrumentação e medição depende da estampagem para 60% a 70% de seus componentes. O processo é igualmente predominante na produção de uma ampla variedade de utensílios de cozinha em aço inoxidável e itens de uso diário.
A versatilidade da estampagem de metais abrange uma gama impressionante de aplicações, desde componentes eletrônicos em miniatura e ponteiros de instrumentos de precisão até painéis de carroceria automotiva em grande escala e vigas estruturais. Até mesmo no setor aeroespacial, componentes críticos, como revestimentos de aeronaves, são fabricados usando técnicas avançadas de estampagem. Essa amplitude de aplicações ressalta a adaptabilidade do processo a diversos requisitos de escala e complexidade em vários setores.
Desvantagens da estampagem
O ciclo de fabricação do molde é longo e o custo é alto. Como utiliza métodos e meios de processamento tradicionais e materiais de molde tradicionais
Entretanto, com o advento da tecnologia avançada de processamento de moldes e de materiais de molde não tradicionais, essa deficiência pode ser gradualmente superada.
Por exemplo:
Em resumo, o setor de moldes é o setor básico de um país, e o nível de projeto e fabricação de moldes se tornou uma medida do nível de fabricação de produtos em um país.
Os países desenvolvidos dão grande importância ao desenvolvimento de moldes.
O Japão acredita que "o molde é a força motriz para entrar em uma sociedade rica";
Alemanha: "o imperador no setor de processamento de metais";
Romênia: "o molde é Golden Touch"; o molde é considerado uma pedra no setor de arena internacional.
No entanto, os moldes aqui também incluem moldes, matrizes de forjamentoOs moldes de fundição sob pressão, moldes de borracha, moldes de alimentos, moldes de materiais de construção, etc., mas atualmente os moldes a frio e os moldes de plástico são os mais usados, cada um representando cerca de 40%.
（1）Processo de separação
Durante a estampagem, o material a ser processado é deformado por uma força externa.
Quando a tensão de cisalhamento do material na zona de deformação atinge a resistência ao cisalhamento do material, o material é cisalhado e separado para formar uma peça de determinada forma e tamanho.
O processo de separação inclui principalmente corte e perfuração, apagamento, entalhar, fatiar etc.
O processo de separação é indicado a seguir:
A separação ocorre, mas não altera a forma do espaço.
Tabela 1-1 Processo de separação
（2）Formação de metal processo
Durante a estampagem, o material, sob a ação da força externa, a tensão equivalente do material na zona de deformação atinge o limite de escoamento σs do material, mas não atinge o limite de resistência σb, de modo que o material só se deforma plasticamente, obtendo assim peças de determinada forma e tamanho.
O processo de formação inclui principalmente dobra, repuxo, torneamento, encolhimento, abaulamento, etc.
O processo de formação é mostrado a seguir:
Apenas altere a forma do espaço em branco, não ocorre separação.
Tabela 1-2 Processo de formação
Requisitos básicos para estampagem em folhas
Satisfazer os requisitos de desempenho é o primeiro, e atende aos requisitos do processo de estampagem tanto quanto possível, ao mesmo tempo em que atende aos requisitos de desempenho.
1.3.1 Requisitos de processo para materiais de estampagem
1. desempenho de formação de estamparia
O desempenho de formação de estampagem refere-se à capacidade da chapa de se adaptar ao processo de estampagem.
Dois tipos de instabilidade:
O primeiro é como o fenômeno de necking no teste de tração do aço de baixo carbono, e o segundo é o fenômeno de instabilidade da barra de pressão.
Portanto, há um limite de formação, que é dividido em um limite de formação geral e um limite de formação local. Quanto mais alto for o limite de formação, melhor será o desempenho de formação da prensa.
Como medir o desempenho de formação de estampagem da chapa?
(1) A resistência a rachaduras refere-se à capacidade de uma chapa de resistir a danos durante a deformação.
(2) A capacidade de pasta refere-se à capacidade da folha de se adaptar ao formato do molde durante o processo de formação da prensa.
(3) A moldabilidade refere-se à capacidade de uma peça de manter sua forma no molde após a desmoldagem.
As propriedades de formação de estampagem da chapa podem ser medidas pelas propriedades mecânicas da chapa. As propriedades mecânicas podem ser obtidas por meio de experimentos.
Formação de chapas metálicas método de teste de desempenho:
(1) Método de teste direto
Teste de copo cônico（GB/T 15825.6-2008)
(2) Método de teste indireto
Por exemplo, teste de tração de aço de baixo carbono, etc.
Indicadores mecânicos que afetam as propriedades de formação de prensa
(1) Alongamento total δ e alongamento uniforme δb
δ é bom → Permite uma grande deformação plástica
(2) Índice de rendimento σs /σb
σs/σb é pequeno → boa resistência a rachaduras, fixação da forma e boa moldabilidade
(3) Módulo de elasticidade E
Grande módulo de elasticidade E → boa forma
(4) Índice de endurecimento n
n é grande → não é fácil de decifrar
(5) Índice de deformação plástica γ
γ = εb /εt é grande → Boa resistência a rachaduras
(6) Coeficiente de anisotropia específica da deformação plástica
Δγ =(γ0 +γ90 - 2γ45 )/2 é grande → Quanto mais diferente for a anisotropia
1.3.2 Materiais de estampagem e métodos de corte comuns
A．Materiais de estampagem comuns
Leitura relacionada: Metais ferrosos versus metais não ferrosos
Especificações da chapa metálica: fita de aço, chapa de aço, tiras de aço cortadas, etc.
Faixa de tamanho de chapas e tiras de aço (GB/T708-2006)
1) O valor nominal espessura da chapa de aço e tiras de aço (incluindo tiras de aço cortadas) está entre 0,3 mm e 4,0 mm, e a chapa de aço e o aço com espessura nominal abaixo de 1 mm têm qualquer tamanho em múltiplos de 0,05 mm; a espessura nominal está acima de 1 mm. As chapas de aço e o aço estão disponíveis em qualquer tamanho em múltiplos de 0,1 mm.
2) A largura nominal das chapas e tiras de aço está entre 600 mm e 2050 mm, e há qualquer tamanho em múltiplos de 10 mm.
3) O comprimento nominal da placa de aço está entre 1.000 mm e 6.000 mm, e qualquer tamanho em múltiplos de 50.
4) De acordo com as exigências do comprador, placas e tiras de aço de outros tamanhos podem ser fornecidas mediante negociação entre o fornecedor e o comprador.
(1) Máquina de cisalhamento corte
(2) Corte de disco
(3) Outros métodos de corte
Princípio de seleção do equipamento de estampagem:
Tipo de equipamento de estampagem：
Princípio de funcionamento e principais componentes da prensa de manivela
(1) Mecanismo de trabalho
Manivela e mecanismo de ligação: O mecanismo de ligação da manivela é composto por um virabrequim, uma biela e um controle deslizante. O comprimento da biela pode ser ajustado para se adequar a diferentes tamanhos de moldes.
Motor, correia, volante, engrenagem, etc.
(3) Sistema operacional
Sistema de distribuição de ar, embreagens, freios, caixas de controle elétrico, etc.
(4) Peças de suporte
Corpo: aberto, fechado
(5) Sistema auxiliar
Sistema pneumático, sistema de lubrificação
(6) Anexo
Modelo de prensa e parâmetros técnicos
(1) Modelo
1) Tipo de máquina de forjamento:
2) Descrição do código da prensa da manivela JB23-63A
(2) Parâmetros técnicos
Diferentes materiais têm plasticidade diferente sob a mesma condição de deformação, e o mesmo material terá plasticidade diferente sob diferentes condições de deformação.
3 estados principais de tensão:
9 tipos de estados de tensão principal:
Agora, vamos nos aprofundar nos quatro processos fundamentais de estampagem de metal a seguir, cada um deles desempenhando um papel crucial na fabricação moderna:
O blanking é uma operação de corte de precisão em que uma peça plana de metal é separada de uma chapa maior. Esse processo utiliza uma matriz e um punção para criar uma forma bidimensional, muitas vezes servindo como a etapa inicial para operações de conformação subsequentes. A peça resultante, chamada de blank, pode ser o produto final ou passar por um processamento adicional.
A dobra envolve a deformação plástica do metal ao longo de um eixo reto, criando ângulos, formas em U ou em V. Esse processo emprega várias técnicas, como curvatura a ar, bottoming e cunhagem, cada uma oferecendo diferentes níveis de precisão e controle de força. A escolha do método de dobra depende de fatores como propriedades do material, ângulo de dobra desejado e volume de produção.
O Deep Drawing é um processo de conformação complexo que transforma uma peça de metal plana em uma forma oca e tridimensional. Essa técnica é amplamente utilizada na fabricação de itens como painéis de carroceria de automóveis, latas de bebidas e pias de cozinha. O processo envolve a extração do material em uma cavidade de matriz usando um punção, muitas vezes exigindo vários estágios para formas complexas. A consideração cuidadosa do fluxo de material, da lubrificação e do projeto da matriz é fundamental para evitar defeitos como enrugamento ou rasgo.
A conformação abrange uma variedade de operações que moldam o metal sem alterar significativamente sua espessura. Isso inclui processos como gravação em relevo, cunhagem e estiramento. As operações de conformação podem criar geometrias complexas, adicionar rigidez estrutural ou conferir características decorativas à peça de trabalho. Técnicas avançadas, como hidroformação e formação de almofadas de borracha, permitem a criação de formas complexas com melhor distribuição de material e acabamento de superfície.
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Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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