Folga da matriz e força de corte em ferramentaria para prensa
A folga entre punção e matriz determina a borda de corte, a rebarba, a vida da matriz e a tonelagem que a prensa precisa fornecer. Esta página reúne as faixas de folga que a fonte fornece para materiais de chapa comuns, as fórmulas por trás das forças de corte, extração e lateral, e as decisões de projeto que reduzem a tonelagem de pico.
| Material da peça | Folga por lado | O que esperar |
|---|---|---|
| Aço carbono | 5 a 12 por cento | A faixa mais ampla dos materiais comuns. Aumentar a folga dentro da faixa reduz a força de corte e prolonga o intervalo entre reafiagens, tendo a altura da rebarba e a conicidade da borda como limites. |
| Alumínio, latão, aços laminados a frio de qualidade para estampagem profunda | 9 a 11 por cento | Materiais macios funcionam melhor no meio de sua faixa. |
| Aço laminado a frio de baixo carbono, laminado a quente decapado e oleado, cobre CDA 110, latão endurecido | 12 a 13 por cento | Esses materiais funcionam melhor no limite superior da faixa do aço carbono. |
| Aço de maior teor de carbono e aço inoxidável recozido | 14 por cento | Material mais duro precisa de mais espaço para o caminho de fratura se propagar. |
| Material endurecido | Acima dos valores listados | Material endurecido precisa de folga adicional entre punção e matriz. |
Fonte: Fundamentals of Tool Design, 6ª edição (Society of Manufacturing Engineers, 2010), Capítulo 8. Trate os números como pontos de partida. A fonte observa que levar a folga ao seu melhor valor para um dado material pode exigir alguma experimentação.
- Os valores de folga são por lado. A folga física entre punção e matriz é o dobro do valor listado.
- Uma borda de corte feita com folga normal apresenta cerca de um terço de borda cisalhada e dois terços de borda fraturada, tanto na peça quanto no retalho.
| Faixa de folga | O que proporciona | O que custa |
|---|---|---|
| Apertada, 3 a 5 por cento por lado | Menos conicidade na borda de corte e menos retalhos puxados para fora da abertura da matriz | Forças de corte mais altas e tendência à dupla ruptura, particularmente em material espesso |
| Generosa, 7 a 25 por cento por lado | Maior vida do punção e da matriz entre reafiagens, forças de corte menores e ausência de dupla ruptura | Torna-se necessário um extrator de retalhos, e a borda de corte apresenta mais conicidade e maior altura de rebarba |
Dupla ruptura e como é solucionada
A dupla ruptura aparece quando a folga é muito apertada. A fratura inicia de cada lado, os caminhos não se encontram de forma uniforme e a borda fica irregular, com áreas brilhantes secundárias dentro do furo ou no retalho. A solução usual é mais folga, frequentemente obtida reduzindo o punção, o que mantém tanto o tamanho do furo quanto o tamanho da peça. Aços macios podem precisar de 12 a 15 por cento por lado, e blanks espessos ocasionalmente 25 por cento. A porção fraturada da borda de corte então apresenta uma conicidade pronunciada.
Uma folga generosa também aumenta a força lateral sobre o punção e a matriz, o que pode reduzir a vida da ferramenta. A janela entre uma borda limpa e uma ferramenta de longa duração geralmente é encontrada na prensa, e não no papel.
| A parte que importa | Elemento fabricado na medida | Onde vai a folga |
|---|---|---|
| O retalho puncionado se torna a peça | Abertura da matriz, fabricada na medida da peça ou do blank | Subtraída do punção |
| A abertura puncionada é funcional | Punção, fabricado na medida do furo | Adicionada à abertura da matriz |
Onde isso chega na oficina
Para uma arruela, os dois casos estão na mesma peça. O diâmetro externo é um blank, então a matriz é fabricada na medida e o punção acompanha. O furo é funcional, então o punção é fabricado na medida e a abertura da matriz acompanha. Um desenho que não indica qual elemento é o produto deixa a decisão para a oficina.
O grau que uma oficina escolhe para esse tipo de ferramentaria é discutido na página de seleção para matrizes de corte e puncionamento.
| Quantidade | Fórmula | Notas de trabalho |
|---|---|---|
| Força de corte de pico | Fs = L × t × Ss | L é o comprimento total de corte, t a espessura do material, e Ss a resistência ao cisalhamento. A resistência ao cisalhamento é tipicamente 60 a 80 por cento da resistência à tração máxima. |
| Força de extração | F = L × T × 1.5, F in tons, L and T in inches | Uma aproximação grosseira. O valor real varia com a área de metal em contato com o punção, a folga, a afiação do punção e a posição das molas do extrator. |
| Força de extração, métrica | F = L × T × 20,600, F in kN, L and T in metres | A fonte imprime L e T em milímetros contra este coeficiente. O coeficiente concorda com a regra imperial em 20.600 kN por metro quadrado, que é cerca de 20,6 MPa de área de corte, então a forma métrica lê L e T em metros. |
| Força lateral | FH = FV × C / (T − P) | C é a folga, T a espessura do material, e FV the cutting force. P is the penetration, typically 0.33 × T. |
| Tonelagem da prensa | Soma de todas as forças no curso | Adicione a força de extração onde um extrator com mola é usado, porque suas molas se comprimem durante o corte, e adicione a pressão de mola para conformação, almofadas de estampagem e elementos similares. |
- O cálculo da força de corte não considera ângulos de cisalhamento nem o momento de entrada do punção, o que deixa um fator de segurança dentro do resultado. O aço laminado a frio AISI SAE 1010 tem resistência à tração máxima aproximada de 56.000 psi (386 MPa) e resistência ao cisalhamento de 42.000 psi (290 MPa). A resistência ao cisalhamento aumenta nas altas taxas de deformação da prensagem, e a resistência à tração máxima é a base mais segura para a estimativa.
- No trabalho com matriz progressiva, o comprimento de corte deve incluir cada furo piloto e todo o corte feito na tira transportadora. O aço para ferramentas para essa classe de matriz está apresentado na página de seleção de matriz progressiva.
Por que o alinhamento importa tanto quanto a tonelagem
Para furos redondos e simétricos, as forças laterais se equilibram, embora a matriz ainda tenha que suportar a carga de expansão. Chanfros, cisalhamentos e outros cortes desbalanceados colocam toda a carga lateral no sistema de alinhamento, e a pressão pode exceder a força da prensa por um fator de três ou mais. À medida que a deflexão do punção cresce, a folga cresce com ela, e a força lateral cresce novamente. Pinos guia e blocos de encosto existem para manter essa deflexão dentro de limites aceitáveis.
| Medida | O que ela faz | Detalhe que vale saber |
|---|---|---|
| Escalonar os punções em comprimento | Punções que diferem em comprimento por um terço da espessura do material cortam em sequência. Três punções idênticos escalonados dessa forma precisam de cerca de um terço da tonelagem de um corte simultâneo. | O escalonamento também distribui a carga ao longo do curso, o que suaviza o choque no rompimento. |
| Retificar cisalhamento no punção ou na matriz | Cisalhamento igual a um terço da espessura do material reduz a tonelagem em cerca de 50 por cento sobre a área que o suporta. | Coloque o cisalhamento no membro que contata o refugo, para que a deformação fique longe da peça. Na perfuração, o corte vai das extremidades externas do contorno em direção ao centro. |
Snap-through
O estrondo alto no rompimento é energia armazenada na prensa e na matriz liberando-se de uma vez. As prensas não são projetadas para suportar carregamento reverso acima de cerca de 10 por cento da capacidade, e o choque pode soltar componentes da matriz. O objetivo do sincronismo dos punções e do cisalhamento da matriz é uma liberação gradual da tonelagem. Os limites são a tonelagem que a prensa pode suportar acima do fundo do curso, e a energia do volante disponível por curso.
Encontrando o ponto
O centro de pressão é o ponto no qual as forças de cisalhamento se equilibram. É o centro de gravidade da linha que forma o perímetro do blank, não o centro de gravidade da área dentro dele. É encontrado a partir do comprimento de cada elemento de aresta de corte e da distância de cada elemento a dois eixos traçados no desenho, e o mesmo procedimento cobre qualquer contorno.
O cálculo completo é tedioso, e um resultado dentro de cerca de 0,5 in. (12,7 mm) do ponto verdadeiro é normalmente suficientemente próximo. Um método rápido é dobrar um arame macio no contorno do blank e equilibrar a armação sobre um lápis em duas direções. O software CAD retorna a mesma informação. A ferramenta é então montada de modo que o centro de pressão fique no eixo central do carneiro. A fonte cita o corte fino entre os trabalhos onde isso mais importa, e o aço para ferramentas para essas matrizes é uma discussão separada na página de seleção de matriz de corte fino.
O que o aço para matrizes suporta
As ferramentas de prensa desgastam-se nas arestas dos punções e na abertura da matriz, e suportam a carga lateral que cresce com a folga. A resistência ao desgaste decide a maioria das matrizes de longa duração, e a tenacidade decide as ferramentas que lascam antes de desgastar. D2 e sua família cobrem o lado do desgaste, e O1 cobre trabalho geral de prensa a custo menor.
Onde a quebra é o limite
Material espesso, cortes desbalanceados e prensas apertadas deslocam a decisão do desgaste para a resistência ao impacto. Os graus resistentes ao choque abrem mão de alguma resistência ao desgaste para comprar tenacidade, e S7 é o nome comum nesse grupo. Os modos de falha por trás da escolha estão reunidos na página de resistência ao lascamento.
A folga tem que sobreviver ao tratamento térmico
Uma folga retificada em uma matriz só se mantém se a ferramenta conservar seu tamanho através da têmpera e do revenimento. O movimento que cada grau faz durante o tratamento, e as formas de planejar em torno disso, estão apresentados na página de variação dimensional no tratamento térmico.
O lado do material do mesmo trabalho
Folga e tonelagem ficam sobre uma decisão de grau. Volume de produção, espessura do material, carga de impacto e estabilidade dimensional são as entradas, e a forma como elas se mapeiam nos graus é trabalhada na página de matrizes de estampagem, corte a frio e puncionamento.
Confirme antes de fornecer um orçamento.
Estes valores são apenas para referência geral. Folga, tonelagem e condição da aresta variam com o material, o lote, a condição da ferramenta e a prensa. Confirme com seu próprio teste ou contate a Aobo Steel.
Páginas de referência relacionadas
Aços para ferramentas de trabalho a frio · Folga e raios de estampagem profunda · Retorno elástico e tolerância de dobra · Tabela de classificação de usinabilidade · Hardness conversion · Tool steel supply
Fontes: Fundamentals of Tool Design, Sixth Edition (Society of Manufacturing Engineers, 2010), Capítulo 8, as seções de folga, forças, redução das forças de corte e centro de pressão, com Figuras 8-2 a 8-10. Dados de referência apenas para comparação. Confirme a folga, a capacidade da prensa e a condição da ferramenta com sua oficina de matrizes antes da produção. A Aobo Steel fornece aço para ferramentas na condição recozida.