Capítulo Um: O que é uma matriz de estampagem de metal?

A estampagem de metal é um processo de conformação a frio que começa com uma tira de metal, conhecida como tarugo ou aço ferramenta. Através do uso de uma ou mais matrizes, este método corta e molda o metal para obter a forma desejada da chapa ou do perfil. A força aplicada ao tarugo altera sua geometria, induzindo tensões que tornam a peça adequada para ser dobrada ou moldada em formas complexas. As peças estampadas produzidas por este método podem variar muito em tamanho, desde excepcionalmente pequenas até extremamente grandes, dependendo da aplicação específica.

A estampagem de metais, também conhecida como prensagem, engloba diversas técnicas como puncionamento, corte, perfuração, cunhagem e várias outras operações. A precisão no projeto é essencial para garantir que cada punção atinja a qualidade ideal.

As matrizes utilizadas na estampagem são ferramentas especializadas, projetadas para produzir designs específicos, desde itens simples do dia a dia até componentes complexos de computador. Elas podem ser projetadas para operações de função única ou como parte de uma série sequencial de funções executadas em etapas. Existem quatro tipos de matrizes de estampagem de metal: matrizes de punção simples, matrizes progressivas, matrizes compostas e matrizes de transferência.

Ao projetar uma matriz de estampagem, preste atenção ao aço e aos materiais conforme descrito abaixo:

Se o material de estampagem tiver alta dureza, como o aço inoxidável, a matriz de estampagem precisa ser feita de aço com boa resistência ao desgaste, como o Cr12MoV.

1.2 Para materiais macios, Para materiais como o alumínio, a exigência de resistência ao desgaste da matriz de estampagem é ligeiramente menor, mas a aderência do material deve ser considerada para evitar que ele grude na matriz. Pode-se optar por um aço para matrizes com boas propriedades antiaderentes.

Para matrizes sujeitas a grandes cargas de impacto durante a operação, como matrizes de estampagem para grandes tampas automotivas, o material deve ter alta tenacidade, e aços como o SKD11 podem ser selecionados.

Se o ambiente de trabalho da matriz apresentar riscos de corrosão, como em ambientes úmidos, deve-se escolher um aço para matrizes com resistência à corrosão, como o aço inoxidável.

Para lotes pequenos, os requisitos de desempenho do material da matriz podem ser reduzidos adequadamente, e materiais de menor custo, como o aço 45, podem ser selecionados, sendo que um tratamento térmico apropriado pode ser realizado para melhorar o desempenho.

Para grandes lotes, deve-se escolher aço para matrizes com alto desempenho, alta resistência ao desgaste e longa vida útil. Materiais como o carboneto cementado podem ser usados ​​para matrizes de estampagem para produção em massa.

Moldes de alta precisão exigem pequena deformação do material, como o aço CrWMn, que apresenta pequena deformação por têmpera e é adequado para a fabricação de moldes de estampagem de alta precisão.

Partindo do pressuposto de atender aos requisitos de desempenho, o preço do aço para moldes, o custo de processamento, etc., são considerados de forma abrangente. Por exemplo, alguns aços para moldes novos apresentam bom desempenho, mas preços elevados, e o custo-benefício deve ser avaliado.

Uma matriz ou molde de punção simples é composto por um molde côncavo e um molde de punção, ou por múltiplos moldes côncavos e múltiplos moldes de punção. Cada punção realiza apenas uma única operação de punção, formando um furo ou uma forma específica, pois sua estrutura e função são fixas e projetadas para um processo específico. Não pode ser aplicada a outros processos de fabricação de metal. Geralmente, é utilizada em produções de pequena ou média escala, especialmente em situações onde a posição ou a forma da punção precisam ser alteradas com frequência. Pode ser ajustada e substituída com flexibilidade durante o processo de produção, e o custo da matriz de punção simples é baixo. É adequada para a produção de pequenos lotes de peças estampadas em metal com processos relativamente simples.

Primeiramente, posicione a chapa metálica a ser estampada na área de trabalho da matriz de punção simples. A peça geralmente é fixada para garantir estabilidade durante o processo de estampagem. O punção da matriz de punção simples desce, exercendo força de impacto sobre a peça metálica. Isso forma o furo ou a forma desejada. Após o impacto, o punção é levantado, preparando a peça para a próxima estampagem. Em seguida, remova manualmente a peça e repita a operação.

2.1 Produção mais rápida – Vários cortes podem ser feitos a partir de diversas matrizes.

2.2 Posicionamento da peça bruta – Carregar e reposicionar a peça bruta é fácil. Ela pode ser girada, virada e deslocada com pouco esforço.

2.3 Geometrias complexas – Produz geometrias complexas sem a necessidade de cálculos ou ajustes especiais.

2.4 Manuseio de matrizes – As matrizes são mais leves e menos dispendiosas de manusear.

2.5 Ferramentas – As ferramentas são menores e de fácil acesso.

A estampagem progressiva, também chamada de estampagem contínua ou matriz contínua, é uma matriz de estampagem a frio que utiliza matéria-prima em formato de tira em um único golpe de estampagem, empregando diversas estações para completar múltiplos processos de estampagem simultaneamente em um conjunto de moldes. Cada processo de estampagem é concluído em um molde. A fita de material se move a uma distância fixa, e as peças a serem cortadas são gradualmente formadas no molde contínuo. A estampagem contínua é um método de processo com processos concentrados, facilitando a execução de cortes, incisões, ranhuras, punções, deformações plásticas e estampagem. Todos esses processos são realizados em um único molde.

A matriz progressiva pode executar múltiplos processos em uma única alimentação. A seguir, o fluxo de trabalho típico de uma matriz progressiva:

(1) A placa ou tira de metal é alimentada na matriz progressiva na forma de um rolo. O sistema de alimentação guia o material metálico para garantir seu posicionamento preciso no molde.

(2) O sistema guia a tira metálica para dentro do molde, o sistema de fixação garante que a tira metálica permaneça estável durante todo o processo de estampagem e o sistema de guia garante que a tira metálica seja posicionada com precisão.

(3) Primeiro processo de estampagem: No primeiro processo da matriz progressiva, a tira de metal passa pelo primeiro punção e matriz para completar o primeiro processo de estampagem, que pode ser punção, corte ou conformação, etc.

(4) A correia metálica guia a peça que completou o primeiro processo até o local do próximo processo através do sistema móvel.

(5) Estampagem do segundo processo: No segundo processo, a tira de metal passa por outro conjunto de punções e matrizes novamente para completar o segundo processo. Este processo é repetido ao longo do molde, com cada operação sendo concluída em uma tira contínua de metal.

(6) Continue até que a peça passe por todos os processos projetados.

(7) Descarga: Após a conclusão de todos os processos, a peça é descarregada do molde para a próxima operação, como montagem ou processamento subsequente.

3.1 As matrizes progressivas são ideais para produzir peças de complexidade simples a moderada, com formas repetitivas e características uniformes.

3.2 São altamente eficientes para alimentação contínua de material e requerem intervenção mínima do operador.

3.3 As matrizes progressivas são adequadas para longas séries de produção com um design de peça consistente.

3.4 Cada estação na matriz é responsável por executar uma operação específica, como corte, dobra, perfuração ou conformação, à medida que a tira avança.

A matriz composta é uma matriz de estampagem que realiza simultaneamente os processos de furação interna e conformação externa na mesma estação da matriz (pode executar múltiplas operações de estampagem simultaneamente em um único golpe). Vários processos podem ser concluídos em uma única estampagem, incluindo a perfuração de múltiplos furos ou a conformação de formas. O design multiprocesso combina, em certa medida, as vantagens das matrizes de punção simples e das matrizes progressivas.

Matrizes compostas são aplicáveis ​​em diversas operações de estampagem de metais. Quando uma peça estampada em metal requer mais de uma característica a ser estampada e essas operações podem ser executadas independentemente uma da outra, uma matriz composta pode ser utilizada. As matrizes compostas permitem a estampagem de múltiplas características em metal a cada golpe da prensa. Além disso, as matrizes compostas proporcionam excelente planicidade da peça.

4.1 Eficiência - Matrizes compostas cortam peças complexas em um único golpe, evitando a necessidade de múltiplas matrizes.

4.2 Relação custo-benefício - A estampagem composta fabrica peças rapidamente, economizando tempo e dinheiro.

4.3 Velocidade - A estampagem composta produz peças em segundos e pode produzir mais de 1000 peças por hora.

4.4 Repetibilidade - O uso de uma única matriz na estampagem com matrizes compostas garante que cada peça tenha as mesmas dimensões e configuração.

A matéria-prima a ser processada é colocada na posição designada por meio de dispositivos automáticos ou manuais. Quando o molde superior desce sob a ação do cursor da prensa, o molde, o descarregador e o punção no molde superior entram em contato com a tira e continuam a pressurizá-la. Em seguida, as bordas externas do punção e o molde côncavo atuam sobre o molde e o punção, criando saliências e reentrâncias. O furo interno do molde é simultaneamente cortado e puncionado para separar a peça da tira.

As matérias-primas são moldadas diretamente após serem estampadas pelo molde composto.

A estampagem por transferência é semelhante à estampagem progressiva, mas as peças são transferidas de uma estação para outra por meio de um sistema de transferência mecânica. É utilizada principalmente quando as peças precisam ser removidas da tira para permitir a realização de operações em seu estado livre. O molde de transferência pode ser um molde único ou múltiplos moldes ou máquinas dispostos em linha para formar uma linha de produção. Normalmente, é utilizada para produzir peças mais complexas, onde cada estação de trabalho pode realizar diferentes operações, como puncionamento, dobra, estiramento e outras.

5.1 As matrizes de transferência são adequadas para peças complexas que exigem múltiplas operações e posicionamento preciso.

5.2 Eles são capazes de produzir peças complexas com tolerâncias rigorosas.

5.3 As matrizes de transferência são frequentemente usadas em produções de alto volume devido à sua eficiência e capacidade de automação.

5.4 A peça de trabalho se move entre as estações, e cada estação pode realizar operações como corte, dobra, perfuração ou cunhagem.

A estampagem por transferência utiliza um dispositivo de transmissão para transferir a peça de trabalho. Após cada estação ser estampada, a peça é movida mecanicamente ou manualmente para a próxima estação para o processamento da estampagem. Os sistemas de estampagem por transferência podem consistir em múltiplas matrizes individuais distintas ou em uma série de matrizes.

De modo geral, aço, alumínio, cobre, aço inoxidável e latão são matérias-primas comumente utilizadas na estampagem.

6.1 A matriz de punção única é simples e flexível, mas a velocidade é lenta.

6.2 A estampagem progressiva permite fabricar peças com geometrias complexas de forma rápida, económica e com elevada repetibilidade.

6.3 A estampagem composta é formada em uma única etapa, sendo, portanto, adequada para peças com estruturas relativamente simples.

6.4 A matriz de transferência é adequada para situações em que vários processos precisam ser concluídos em uma única operação.

Manutenção

Remova cavacos de metal, detritos e resíduos de lubrificante da matriz após cada uso ou em intervalos regulares. Utilize escovas, sopradores de ar ou solventes de limpeza (adequados ao material da matriz) para manter a superfície da matriz limpa. Por exemplo, em uma operação de estampagem de alto volume de peças automotivas, a matriz pode precisar ser limpa diariamente.

Aplique regularmente o lubrificante apropriado para reduzir o atrito entre as partes móveis da matriz. Óleos ou graxas de alta qualidade para estampagem podem prevenir o desgaste e o superaquecimento. A frequência da lubrificação depende da velocidade e da carga de estampagem; para uma matriz com uso moderado, a lubrificação pode ser necessária uma vez por semana.

Verifique rotineiramente sinais de desgaste, como marcas de desgaste em punções e matrizes, rachaduras ou deformações. Utilize inspeção visual, lupas ou métodos de ensaio não destrutivos, como o ensaio por partículas magnéticas. Por exemplo, verifique as arestas de corte das matrizes de estampagem quanto a sinais de desgaste a cada poucos milhares de ciclos de estampagem.

Afiar ou substituir punções e matrizes

Se as arestas de corte de punções e matrizes ficarem cegas, podem ser afiadas para restaurar sua capacidade de corte. Em casos de desgaste severo, a substituição dos componentes desgastados é necessária. Por exemplo, uma punção usada para perfurar furos pode precisar ser afiada após um certo número de usos para manter as bordas dos furos limpas.

Para pequenas fissuras ou áreas danificadas no corpo da matriz, a soldagem pode ser uma opção viável de reparo. No entanto, é crucial utilizar um processo de soldagem e um material de enchimento adequados ao material da matriz para garantir que a área reparada tenha propriedades semelhantes às do material original. Após a soldagem, a peça reparada geralmente requer tratamento térmico e usinagem para restaurar sua forma e dimensões.

Se os componentes da matriz ficarem desalinhados devido a vibração ou impacto durante a estampagem, o alinhamento precisa ser ajustado. Isso pode envolver o uso de calços ou mecanismos de ajuste de precisão para realinhar os punções e matrizes. Por exemplo, em uma matriz de estampagem progressiva, o desalinhamento pode levar à formação imprecisa da peça, e o realinhamento das estações pode corrigir esse problema.

Uma matriz de estampagem de metal é uma ferramenta especializada usada no processo de fabricação. Ela é projetada para cortar, moldar ou dar forma a chapas de metal em formatos e componentes específicos desejados.

- Geralmente, consiste em várias partes, como o conjunto de matrizes (incluindo as metades superior e inferior da matriz), punções e cavidades. As punções são usadas para aplicar força para deformar ou cortar o metal.

Existem 4 tipos de matrizes de estampagem com base nas operações que realizam: matrizes de corte para recortar formas de uma chapa maior, matrizes de perfuração para criar furos e matrizes de dobra para dobrar o metal.

- As matrizes são feitas de materiais como aço ferramenta, que podem suportar altas pressões e impactos repetidos durante o processo de estampagem.

A precisão no projeto e na fabricação é crucial, pois determina a exatidão e a qualidade das peças estampadas. Elas precisam de manutenção adequada para garantir desempenho consistente e longa vida útil em ambientes de produção industrial, onde desempenham um papel fundamental na produção em massa de componentes metálicos com eficiência.