Folga, Raios e Força na Estampagem Profunda
Um copo estampado é feito ou perdido em três números. A folga entre punção e matriz, o raio na abertura da matriz e a quantidade de metal que o blank suporta. Esta página reúne as tabelas de origem para esses números, as fórmulas de diâmetro do blank e os limites de força e redução que decidem quantas estampagens um copo precisa.
| Espessura do blank, in. (mm) | Primeiras estampagens | Reestampagens | Estampagem de calibração |
|---|---|---|---|
| Up to .015 (0.38) | 1.07t to 1.09t | 1.08t to 1.1t | 1.04t to 1.05t |
| .016 to .050 (0.41 to 1.27) | 1.08t to 1.1t | 1.09t to 1.12t | 1.05t to 1.06t |
| .051 to .125 (1.30 to 3.18) | 1.1t to 1.12t | 1.12t to 1.14t | 1.07t to 1.09t |
| .136 (3,45) e acima | 1.12t to 1.14t | 1.15t to 1.2t | 1.08t to 1.1t |
Fonte: Fundamentals of Tool Design, 6ª edição (Society of Manufacturing Engineers, 2010), Capítulo 8, Tabela 8-3. Os valores são o espaço punção-matriz expresso em múltiplos de t, a espessura do blank original.
- No exemplo da fonte, um blank de .125 in. (3,18 mm) requer uma folga de estampagem de .138 a .140 in. (3,50 a 3,56 mm), que é a linha de 1,1t a 1,12t lida em relação à espessura de trabalho.
- A coluna de estampagem de calibração é usada para copos de paredes retas onde o diâmetro ou a espessura da parede importam, ou onde o acabamento superficial precisa melhorar o suficiente para reduzir o custo de acabamento.
| Espessura do material, in. (mm) | Raio de estampagem, in. (mm) |
|---|---|
| 1/64 (0.4) | 1/16 (1.6) |
| 1/32 (0.8) | 1/8 (3.2) |
| 3/64 (1.2) | 3/16 (4.8) |
| 1/16 (1.6) | 1/4 (6.4) |
| 5/64 (2.0) | 3/8 (9.5) |
| 3/32 (2.4) | 7/16 (11.1) |
| 1/8 (3.2) | 9/16 (14.3) |
Fonte: Fundamentals of Tool Design, 6ª edição (Society of Manufacturing Engineers, 2010), Capítulo 8, Tabela 8-2. Os valores são baseados em um raio de aproximadamente quatro vezes a espessura do material, e a fonte permite quatro a seis vezes na prática.
Os dois modos de falha que ficam em cada lado
Um raio muito grande permite que o sujeitador libere o metal antes que a estampagem esteja completa, e a parede enruga. Para um copo de parede reta estampado sem flange, um raio grande pode dobrar o metal à medida que o controle do sujeitador é perdido. Além de seis vezes a espessura do material há pouca redução adicional na força de estampagem, e aproximar-se de dez vezes a espessura convida ao enrugamento à medida que o metal flui sobre o raio.
Um raio muito pequeno rompe o material ao cruzar o raio ou apoiar-se contra a face do punção. Um raio apertado também tensiona mais o metal, o que aumenta o encruamento, que por sua vez exige mais força na próxima passagem.
| Geometria do copo | Fórmula para o diâmetro do blank |
|---|---|
| d/r de 20 ou mais | D = √(d² + 4dh) |
| d/r entre 15 e 20 | D = √(d² + 4dh − 0.5r) |
| d/r entre 10 e 15 | D = √(d² + 4dh − r) |
| d/r abaixo de 10 | D = √((d − 2r)² + 4d(h − r) + 2πr(d − 0.7r)) |
| Parede afinada mais fina que o fundo | D = √(d² + 4dh × t / T) |
- D é o diâmetro do blank, d o diâmetro do copo, h a altura do copo, r o raio de canto, t a espessura da parede e T a espessura do fundo.
- As fórmulas assumem que a área superficial do blank é igual à área superficial do copo acabado. Onde a parede é afinada mais fina que o fundo, o volume de metal deve corresponder, e um copo como um estojo de latão é desenvolvido por tentativa.
- No exemplo da fonte, um copo de 2,75 in. (69,9 mm) com 1,5 in. (38,1 mm) de altura e uma razão d/r acima de 20 é estampado a partir de um blank de 4,9 in. (124,5 mm), e a razão entre a área do blank e a área do nariz do punção de cerca de 4 para 1 o mantém dentro de uma única estampagem.
| Limite | O que a fonte fornece |
|---|---|
| Primeira estampagem, área do blank contra área do punção | A área do blank não deve ser mais que 3,5 a 4 vezes a área da seção transversal do punção. Quanto maior a diferença entre o diâmetro do blank e do copo, mais metal tem que fluir em uma operação e maior a tensão necessária para movê-lo. |
| Razão de espessura t/D | À medida que a razão cai, a tendência a enrugar aumenta e mais pressão do sujeitador é necessária para controlar o fluxo e evitar o início de rugas. |
| Primeira estampagem de ação simples | Um limite superior de cerca de 48 por cento de redução, retirado da prática. |
| Reestampagem de ação dupla | Um limite de 30 por cento, modificado pelos raios de canto, atrito e o ângulo das faces de sujeição contra a parede do copo. |
| Terceira e posteriores estampagens | Não mais que 20 por cento de redução sem uma operação de recozimento, devido ao encruamento já presente no metal. |
De onde vêm os limites
A área de metal mantida entre as faces de sujeição deve permanecer razoavelmente proporcional à área que o punção está pressionando, porque há um limite para quanto metal pode ser feito fluir em uma operação. O aço que encrua entre passagens deve ser amolecido antes da próxima, e os cronogramas para isso estão em annealing and normalizing chart.
| Quantidade | Fórmula | Notas de trabalho |
|---|---|---|
| Força de estampagem | P = π d t s (D / d − C) | s é a resistência ao escoamento do metal, e C uma constante de 0,6 a 0,7 que cobre atrito e dobramento. Toda a carga passa através do punção para o fundo do copo. |
| Força do sujeitador | De alguns quilos até um terço da força de estampagem | Determinada em grande parte por tentativa e erro. Pressão suficiente para evitar rugas sem retardar o fluxo de metal para dentro da matriz. |
O exemplo resolvido
No exemplo da fonte, a força de estampagem resulta em 20 toneladas (178 kN) para o copo descrito acima, e uma força de sujeitador em torno de 6 toneladas (53 kN) é citada como mais que adequada. Uma prensa inclinável de costas abertas padrão de 30 toneladas (267 kN) executa o trabalho.
A força é limitada pela falha por tração da parede lateral, portanto depende da área da seção transversal da parede e da resistência ao escoamento do metal conforme ele é trabalhado. Quando a força é limitada pela prensa e não pela matriz, as respostas são as mesmas do corte. Distribua o trabalho ao longo do curso e mantenha o pico longe do fundo do curso da prensa.
| Root cause | What it looks like |
|---|---|
| Estampabilidade do material muito baixa | A parede estrangula ou afina perto do raio do punção antes de atingir a profundidade. |
| Força do sujeitador de blank muito alta | O metal não consegue fluir para dentro da cavidade e a parede se estica até rasgar. |
| Riscos ou agarramento nas superfícies da matriz | O arrasto aumenta ao longo do raio de estiramento e a parede sofre danos. |
| Geometria do sujeitador de blank e raio de estiramento | O metal não pode espessar e fluir suavemente para dentro da cavidade da matriz. |
| Lubrificante incorreto ou insuficiente | Atrito e força aumentam juntos, e o acabamento superficial piora. |
| Profundidade de estiramento ou redução percentual muito grande | A parede lateral falha antes de atingir a profundidade total. |
| Necessário mais um estiramento | O copo exige um reestiramento, com recozimento entre passes onde o aço endurece rapidamente por deformação. |
Detecte o estrangulamento antes que ele rompa
Uma falha por estrangulamento é precedida por afinamento local que geralmente é invisível na peça acabada. O afinamento pode ser acompanhado com um medidor de espessura ultrassônico antes que a parede rompa, e as áreas que precisam de atenção são aquelas onde a peça é estirada ou conformada com mais severidade. O início do problema aparece primeiro como uma tendência de aceleração nas medições.
Quando o dano é risco ou agarramento na face da matriz, o modo de desgaste relevante e os aços para ferramentas escolhidos contra ele estão reunidos na página de aços para ferramentas resistentes ao desgaste adesivo.
| Classe de operação | Lubrificantes típicos |
|---|---|
| Operações leves | Óleo mineral de viscosidade média-pesada a pesada, soluções de sabão de 0,03 a 2 por cento de sabão de alto título, ou emulsões de gordura e óleo graxo em base de sabão. |
| Operações médias | Gordura ou óleo em emulsões de base de sabão com cargas finamente divididas como cré ou litopônio, óleos sulfurados, metais dissimilares depositados sobre aço, depósitos de ferrugem ou fosfato, ou um filme de sabão seco. |
| Operações severas | Filme seco de sabão ou cera com revestimentos leves de ferrugem ou fosfato, revestimentos de sulfeto ou fosfato com emulsões com carga, combinações contendo enxofre, ou misturas à base de óleo sulfurado com cargas. |
O anel de estiramento é uma peça de aço para ferramentas
A matriz de um estiramento é frequentemente o próprio anel de estiramento, feito de aço para ferramentas com a borda da cavidade formando uma zona esférica sobre a qual o metal é estirado. Matrizes de estiramento grandes geralmente possuem um anel de estiramento intercambiável inserido em aço para ferramentas, para que a borda de trabalho possa ser renovada sem descartar o bloco atrás dela.
O material evolui com o volume de produção
A fonte escala o material da matriz com o número de peças. Abaixo de cem peças, um molde de plástico ou liga de zinco é satisfatório; algumas centenas de peças rodam em um anel de ferro fundido simples; e os ferros fundidos podem ser endurecidos por chama ou cromados duros e nitretados por íons para produções mais longas. O aço para ferramentas entra para produções longas em matrizes pequenas, onde a escolha segue o desgaste, a resistência e a dureza, e insertos de carboneto assumem as produções muito longas em material abrasivo.
A questão do grau para uma matriz de estiramento
Qual aço para ferramentas suporta uma matriz de estiramento profundo segue a mesma lógica do restante da família de trabalho a frio. A lista reduzida usada neste site, com as razões para cada grau, está na página de seleção de matrizes de estiramento profundo, e uma discussão mais longa sobre o comércio por trás disso está no artigo sobre aço para ferramentas de estiramento profundo.
Os blocos chegam recozidos
Uma matriz de estiramento é usinada no estado macio e endurecida depois, portanto o bloco é encomendado na condição recozida com material suficiente para movimentação durante o tratamento térmico. O que essa condição significa para a usinagem e para a etapa de endurecimento está descrito na página de condição recozida, e a família de conformação e estiramento como um todo está reunida em matrizes de conformação, estiramento e dobramento.
Confirme antes de fornecer um orçamento.
Estes valores são apenas para referência geral. A folga de estiramento e os raios variam com o material, o lubrificante, o sujeitador de blank e a prensa. Confirme com seu próprio teste ou entre em contato com a Aobo Steel.
Páginas de referência relacionadas
Aços para ferramentas de trabalho a frio · Folga da matriz e força de corte · Retorno elástico e tolerância de dobra · Seleção de conformação e estiramento · Tabela de rugosidade superficial · Tool steel supply
Fontes: Fundamentals of Tool Design, Sixth Edition (Society of Manufacturing Engineers, 2010), Capítulo 8, as seções de projeto de matriz de estiramento, fatores de redução, força, causa de falha e lubrificação, com as Tabelas 8-2 e 8-3 e as Equações 8-17 a 8-22. Dados de referência apenas para comparação. Confirme o cronograma de estiramento, o material da matriz e a capacidade da prensa com sua ferramentaria antes da produção. A Aobo Steel fornece aço para ferramentas na condição recozida.