Fundamentos da matriz de estampagem: estampagem profunda

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

A trefilação 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 requerem muita forma ou formato, como filtros de óleo, potes e panelas, xícaras e tigelas. O processo normalmente requer uma peça bruta semi-desenvolvida, mas certas formas de peças podem ser feitas usando uma peça bruta não desenvolvida.

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

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

Muitas aplicações de estampagem profunda usam um conceito de engenharia chamado teoria da taxa de extração. A taxa 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 fichário. O excesso de material entre essas duas superfícies pode causar resistência ao fluxo de metal, resultando em estiramento excessivo, afinamento ou rachadura potencial do metal.

Para ilustrar, imagine que eu pedisse para você segurar a borda de uma folha de papel e depois tentasse tirá-la de você. As chances são de que eu seria capaz de puxá-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 se rasgaria quando eu tentasse puxá-lo entre suas mãos. Isso ocorre porque você está segurando 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 taxa de extração, você deve entender os fundamentos do fluxo de metal. Um conceito básico é que, quando um bloco de diâmetro grande é forçado a fluir para uma peça de diâmetro menor, o metal deve se espremer. A ação de espremer é normalmente chamada de compressão. Se a compressão ocorrer em toda a volta 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 ser lembrado é que o metal em compressão tem uma grande resistência ao fluxo (consulte a Figura 2).

Devido a essa resistência, o punção deve estar próximo o suficiente da borda bruta para minimizar a área da superfície do metal em compressão. Em termos simples, o punção de extração deve ter um diâmetro aceitável em relação ao diâmetro da peça bruta. Essa relação pode ser simplesmente definida como a taxa de trefilação limitante.

Se o punção estiver muito longe da borda bruta, o metal em compressão não fluirá e pode ocorrer estiramento e possível rachadura. Se a peça bruta estiver perto o suficiente do punção, o metal será comprimido e fluirá para dentro, resultando em alongamento e afinamento limitados (consulte a Figura 3).

Várias operações de desenho podem ser necessárias para obter uma geometria de peça muito alta. Este processo é conhecido como redução de tração. Um processo de redução de estiramento bem-sucedido requer muita atenção não apenas para a relação entre o bloco inicial e o punção de estiramento, mas também as relações entre cada operação de estiramento.