Fundamentos da matriz de estampagem: estampagem profunda

Jul 31, 2023

Nota do Editor: Este é o quinto de uma série de artigos que apresentam os fundamentos do projeto e construção de matrizes de estampagem.

O estiramento é um processo de conformação de metal no qual o fluxo de material sobre um punção ou dentro de uma cavidade é controlado. Na estampagem profunda, a profundidade do produto é duas ou mais vezes maior que sua largura ou diâmetro.

A estampagem profunda é usada para geometrias de peças acabadas que exigem muita forma ou formato, como filtros de óleo, panelas e frigideiras, xícaras e tigelas. O processo normalmente requer uma peça bruta semidesenvolvida, mas certos formatos de peças podem ser feitos usando uma peça bruta não desenvolvida.

Durante o processo de trefilação, ocorre algum estiramento do metal à medida que o metal é puxado para dentro da cavidade por meio de tensão. Isso pode fazer com que o metal estique e fique mais fino, mas também pode fazer com que ele fique mais espesso, já que certas geometrias de peças, como copos, forçam a peça bruta a se comprimir à medida que flui para dentro da matriz.

O fluxo de metal para dentro da cavidade e sobre o punção é controlado por uma almofada de tração ou fichário. Ele pode restringir o movimento do metal para evitar enrugamento à medida que o material flui para a área da matriz (veja a Figura 1).

Muitas aplicações de repuxo profundo usam um conceito de engenharia chamado teoria da razão de estiramento. A relação de trefilação é a relação direta entre o diâmetro do punção de trefilação e o tamanho da peça bruta. Se a peça bruta for muito grande em relação ao punção, muito material ficará preso entre a face da matriz e o ligante. O excesso de material entre essas duas superfícies pode causar resistência ao fluxo do metal, resultando em alongamento excessivo, adelgaçamento ou potencial rachadura do metal.

Para ilustrar, imagine que eu pedi para você segurar a ponta de uma folha de papel e depois tentei tirá-la de você. Provavelmente, eu conseguiria soltá-lo de seus dedos. No entanto, se eu pedisse para você prender o mesmo pedaço de papel entre as palmas das mãos, o papel provavelmente rasgaria quando eu tentasse puxá-lo por suas mãos. Isso ocorre porque você segura uma área de superfície muito maior ao usar as palmas das mãos do que ao segurar a borda com os dedos.

Para entender a teoria da razão de estiramento, você deve compreender os fundamentos do fluxo de metal. Um conceito básico é que quando uma peça bruta de grande diâmetro é forçada a fluir para uma peça de diâmetro menor, o metal deve ser comprimido. A ação de apertar é normalmente chamada de compressão. Se a compressão ocorrer ao redor de um vaso, como um copo, ela é chamada de compressão circunferencial. A compressão criada por um raio de perfil de canto é chamada de compressão radial. O ponto principal a lembrar é que o metal em compressão tem uma grande resistência ao fluxo (ver Figura 2).

Devido a esta resistência, o punção de estiramento deve estar próximo o suficiente da borda bruta para minimizar a área superficial do metal em compressão. Em termos simples, o punção de estiramento deve ter um diâmetro aceitável em relação ao diâmetro da peça bruta. Esta relação pode ser simplesmente definida como a relação limite de estiramento.

Se o punção estiver muito longe da borda bruta, o metal comprimido não fluirá e poderá ocorrer estiramento e possível rachadura. Se a peça bruta estiver próxima o suficiente do punção, o metal se comprimirá e fluirá para dentro, resultando em alongamento e afinamento limitados (veja a Figura 3).

Podem ser necessárias múltiplas operações de desenho para obter uma geometria de peça muito alta. Este processo é conhecido como redução de empate. Um processo de redução de estiramento bem-sucedido requer prestar muita atenção não apenas à relação entre a peça bruta inicial e o punção de trefilação, mas também às relações entre cada operação de trefilação.