Visando melhorar o cálculo da força necessária para o corte por meio de punções cilíndricos na estampagem de chapas, foram realizados ensaios de compressão e posteriormente analisados os dados obtidos. Foram utilizados quatro punções cilíndricos, todos com diâmetro de 18mm, e progressões comumente utilizadas na indústria, com variação apenas na extremidade dos punções, ou seja, a geometria da face que incide na chapa. Analisou-se também a dureza do material a ser cortado, sendo ensaiadas chapas de aço A36 e A572, e aço inox 304, todas com 4,75 mm de espessura. O resultado obtido possibilita a comparação entre as forças de corte no puncionamento de chapas, além de relacioná-las com diferentes modelos de punções e tipos de materiais.

De acordo com Brito (2), a força de cor te se dá conforme a equação 1:

Sendo “p” o perímetro de corte, “h” a espessura do material a ser cortado e σr, a tensão de ruptura quando o material é submetido ao cisalhamento.

Segundo Garcia et al. (3), a resistência ao cisalhamento e a tensão máxima do material podem ser calculadas pelas equações 2 e 3, respectivamente:

 

Sendo HB a dureza do material em Brinell.

No estudo foram utilizados um punção reto, um punção com um chanfro de 5o na face de corte, um punção com chanfro igual à metade da espessura da chapa a ser cortada e um punção com chanfro igual à espessura da chapa, representados pelos desenhos nas figuras 1-A, 1-B, 1-C e 1-D, respectivamente.

Para a matriz foi adotada uma folga de corte de 15% em relação à espessura da chapa processada. O punção e a matriz foram alinhados por meio de um módulo de furação de guia fixo e um prensa-chapas. O ensaio foi realizado numa máquina universal Schenk, com 20 Tf de tração-compressão. Além da força máxima exercida durante o corte, o software calculou e apresentou a força aplicada em razão do deslocamento realizado.

Procedimento experimental

Visando à repetibilidade e à confiabilidade do experimento, foram realizados três ensaios com os diferentes punções em cada tipo de material a fim de se conseguir uma média dos valores, além de um desvio padrão entre os resultados. O punção chanfrado quebrou após realizar o primeiro furo na chapa de aço inox, fato que impediu o cálculo da média dos valores da força. Mesmo assim, o resultado desse ensaio foi registrado e mantido.

Fig. 1 – Desenhos e dimensões dos tipos de punções utilizados nos ensaios

Resultados e discussão

Durante o processo foram gerados gráficos para cada um dos ensaios realizados, de maneira a obter curvas que relacionam a força aplicada e o deslocamento do punção até o fim da operação. A figura 2 mostra o gráfico

Fig. 2 – Curvas representativas dos ensaios realizados com o punção reto para o processamento do aço A36

referente ao ensaio realizado com o punção reto para o processamento do aço A36, onde cada uma das curvas representa um ensaio. A figura 3 mostra o gráfico com os valores obtidos a partir de ensaios com punção com progressão de uma espessura na estampagem do aço A36.

Todos os demais ensaios feitos com outros punções e corpos de prova tiveram os seus dados registrados, sendo feito em seguida o levantamento de todos eles. A tabela 1 apresenta a força máxima aplicada em cada um dos ensaios e a média dos valores, além do desvio padrão observado nas medições.

Após os ensaios de compressão, os corpos de prova foram submetidos a ensaios de dureza a fim de relacionar essa característica com os valores máximos de força que cada punção necessitou para realizar o corte. Foram realizadas três medições de dureza em cada tipo de material, cujos valores obtidos, bem como a média e o desvio padrão, são mostrados na tabela 2. A dureza trabalhada foi a Vickers, sendo aplicada uma carga de 30 kp na impressão. Ela foi convertida para Brinell a partir de tabelas de dureza de acordo com Bestar(1). Foram calculadas a tensão máxima e a tensão de ruptura do material, bem como a força de corte teórica, cujos valores estão presentes na tabela 2.

Após a obtenção dos valores de forças de corte exercidas pelos punções em cada um dos corpos de prova e dos valores de dureza de cada material utilizado, é possível relacionar a variação da força em cada geometria de punção e a dureza da chapa a ser estampada. A tabela 3 (pág. 19) apresenta os porcentuais dos valores da variação da força de

Fig. 3 – Curvas representativas dos ensaios realizados com o punção de uma determinada espessura para a estampagem do aço A36

 

cada modelo de punção, tendo o punção reto como referência. As porcentagens positivas indicam que o punção analisado efetuou uma força maior que o punção reto, enquanto os percentuais negativos mostram que a força efetuada foi menor.

Conclusão

Analisando a tabela 3, verifica-se que a força necessária ao corte no caso de cada um dos punções relaciona-se com a dureza da chapa a ser processada, sendo que quanto maior a dureza do material, maior a influência da progressão do punção na redução da força de corte.

Em alguns casos a diferença chegou a quase 10%, valor esse que, tratando-se de peças com grande número de recortes e /ou furos, pode ser crucial para a diminuição da força, sugerindo, por exemplo, que este tipo de estampagem seja realizado em prensas de menor capacidade.

Comparando os valores da força de corte do punção reto na tabela 1 (pág. 18) com os valores do mesmo tipo de punção na tabela 2 (pág. 18), observa-se que no caso do aço A36 os resultados não são similares, provavelmente em razão da deformação plástica que este material apresenta até o momento de sua ruptura. Já para os demais materiais avaliados, a estimativa de força se mostra coerente com os resultados ensaiados.

Referências

1)Bestar. Tabelas de Conversão. Disponível em: <http://www.bestar-steel.com/ hardness?lang=po.> Acesso em 19 de junho de 2013.

2) Brito, Osmar de. Estampos de Corte: Técnicas e Aplicações. Hemus, 2004.

3) Garcia, A; Spim, J. A.; Santos, C. A. Ensaios dos Materiais. Livros Técnicos e Científicos SA. Rio de Janeiro, 2000.


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