projecto de uma ferramenta progressiva

FCT-UNL

Projecto de uma Ferramenta Progressiva 3 Trabalho de TM2 2010/2011

Trabalho Realizado por Grupo 23: Pedro Filipe Pereira dos Santos n30592 MIEMc Pedro Torres Fraga n30604 MIEMc

Projecto de uma Ferramenta Progressiva

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ndice

Objectivos 2

A Pea 2

Sequncia de operaes 3

Seleco de materiais 5

Dimensionamento da Ferramenta

Punes 7

Matriz 8

Folga 9

Retorno Elstico 9

Clculo das Foras 11

Molas 13

Manga de Fixao 15

Sntese do Trabalho 17


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Objectivos

Este trabalho visa projectar uma ferramenta de corte progressiva para o fabrico em srie da

pea dada. Para tal, iremos recorrer ao Solid Works para os modelos da pea e ferramenta.

No projecto da ferramenta estaro includos todos os dados relevantes sua concepo: a

sequncia das operaes a executar, a escolha dos materiais e os clculos do

dimensionamento da ferramenta.

A Pea

Material Lato 70/30

Composio Qumica

Cobre, Cu 68.5% a 71.5%

Zinco, Zn 28.5% a 31.5%

Chumbo, Pb 0.07% Ferro, Fe 0.05% Outros 0.15%

Propriedades Fsicas

Tenso de Rotura 300 MPa

Tenso de Cedncia 75 MPa

Extenso de Rotura 68%

Mdulo de Elasticidade 110 GPa

Dureza 54 HRf

Condutividade Trmica 120 W/mK


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Sequncia de Operaes

Para determinar a sequncia de operaes, foi necessrio planificar a chapa.

Para o clculo do comprimento do arco da dobra considera-se:

r = 1.5 mm a = 2.749 mm

r = 2 mm a = 3.534 mm

A pea planificada ter este aspecto e dimenses:

Alt

ura

43

.49

8 m

m

Comprimento 36.637 mm

Com a chapa planificada, a seguinte sequncia de operaes foi proposta.

0 1 2 3 4 5 6

( )

a Comprimento do arco - ngulo da dobra t espessura da chapa r raio interno da dobra K constante dependente da espessura e raio (neste caso, K=2, pois r>2t)


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0 Chapa sem deformao plstica

1 Corte do excesso da largura

2 Furos e corte dos excessos de largura laterias

3 Furo rectangular

4 ---------------------

5 Primeira dobragem

6 Destacamento da pea e 2 dobragem

Como se pode verificar, no existe deformao da chapa na etapa 4. Isto deve-se a uma regra

de dimensionamento da matriz da ferramenta: o ltimo corte efectuado ter de estar

distanciado do fim da matriz 1,5 a 2 vezes a espessura da mesma.


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Seleco dos Materiais

A seleco dos materiais dos componentes da ferramenta influncia o seu desempenho e

durao. Por vezes compensa um material mais caro se este de facto melhorar a performance

da nossa ferramenta.

Punes e Matriz

Os punes e a matriz devem ser do mesmo material. Como componentes essenciais da

ferramenta, a escolha errada do material pode ser catastrfica.

Necessitamos de um material duro, resistente ao desgaste, para trabalho a frio. A

temperabilidade do nosso interesse, visto que um puno com a mesma dureza at ao

ncleo pode ser rectificado e reutilizado.

Tendo em conta estes critrios optmos pelo ao AISI D2, um ao ferramenta rico em carbono

e crmio, muito utilizado neste tipo de aplicaes. Tem elevada dureza, resistncia ao

desgaste, tenacidade e temperabilidade (pode at ser arrefecido ao ar aps a tempera).

Composio Qumica

Carbono, C 1.55%

Crmio, Cr 11.80%

Mangans, Mn 0.40%

Molibdnio, Mo 0.80%

Silicone, Si 0.30%

Vandio, V 0.80%

Propriedades Mecnicas

Dureza (Rockwell) 43 a 63 HRc

Temperatura de Tmpera 93 a 649C



Guias

Para as guias basta um material duro superfcie. Visto que no sofrem desgaste do mesmo

nvel dos punes, no se justifica utilizar o mesmo ao. Escolhemos ento o ao AISI 1020

(DIN 1.0402), indicado para trabalho a frio onde a dureza no ncleo no a mais relevante.

Composio Qumica

Carbono, C Mangans, Mn Fsforo, P Enxofre, S


Dureza (Rockwell) 68 HRb




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Porta punes, Rguas, Base e Tecto

Para estes componentes a estabilidade essencial para o bom funcionamento da ferramenta.

Pensamos que o ao AISI 1040 (DIN 1.1186) satisfaz essa condio.

Composio Qumica

Carbono, C Mangans, Mn Fsforo, P Enxofre, S


Dureza (Rockwell) 80 HRb



Casquilhos

Necessita de alta resistncia ao desgaste, logo queremos um material com alto teor em

mangans. Utilizaremos o AISI 1040 (DIN 1.1186).

Cerra chapa e Colunas de Guia

Para este componente procuramos um ao cuja principal caracterstica seja a resistente ao

desgaste. Optmos pelo ao ferramenta AISI D3, caracterizado pela sua resistncia ao desgaste

e temperabilidade.

Composio Qumica

Carbono, C Crmio, Cr Mangans, Mn Silicone, Si Vandio, V


Dureza (Rockwell) 64 HRc



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Dimensionamento da ferramenta

Punes

Os punes devem ser dimensionados de forma a no encurvarem. A preveno da

encurvadura dos punes evita o acumular de tenses residuais, devidas a deformaes

plsticas, e assegura o bom funcionamento da ferramenta.

Os punes so dimensionados atravs das seguintes frmulas:

Comprimento mximo

- Fora de Corte E= 210GPa Mdulo de Elasticidade do Puno I Momento de inrcia mnimo C Permetro de corte s espessura da chapa

Espessura mnima

Dimetro mnimo (s para punes circulares)

De imediato calculamos a espessura e dimetro mnimo.

Comprimento mximo

Momentos de Inrcia

Punes Rectangulares Punes Circulares

Puno ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

0 81,280 40,015 1,250 6,513 18,601

1 18,850 -------- 3,000 64 121

2 84,772 25,637 16,749 10038 715

3 70,774 31,387 4,000 167 101

4 22,500 10,000 1,250 1,628 17,673


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Como podemos verificar, os punes 0 e 4 so os de menor comprimento. Podemos agora

escolher duas formas de proceder; ou dimensionamos os punes todos para comprimentos

inferiores a 17 mm, ou reforamos os punes 0 e 4.

Escolhendo a ltima das duas, teremos de dimensionar os punes 0 e 4 com 2 seces

diferentes (para alm da cabea do puno). A primeira destas seces ter rea de corte

desejada e uma altura inferior ao comprimento mximo calculado anteriormente. A segunda

seco ter uma rea maior, o que permitir o puno ter um comprimento total maior.

Seco menor Seco maior

Puno ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (

) ( ) 0 40,015 1,250 6,513 18,601 42,500 4,000 227 110 4 10,000 1,250 1,628 17,673 10,000 10,000 833 400

Os punes 0 e 4 podem ter agora comprimentos totais de 128 e 417 mm, respectivamente.

Analisando estes resultados, conclumos que com este mtodo podemos ter punes de 100

mm de comprimento (equivalente ao comprimento mximo do puno 3). Desta forma, os

punes esto dimensionados correctamente, visto que o seu comprimento de 35 mm.

Matriz

Apesar de no existir nenhum modelo de clculo da espessura de matrizes, podemos utilizar

valores recomendados. Atravs da consulta da tabela a baixo conclumos que a nossa matriz

ter uma espessura entre 20 e 22 mm.


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Folga entre os Punes e a Matriz

Para chapa fina (espessura inferior a 3mm), a folga entre os punes e a matriz :

=

- Folga entre os punes e a matriz c constante para uma superfcie de corte limpa

Nas operaes de corte os punes sero minorados da folga e nas operaes de furao as

matrizes sero majoradas da folga.

Retorno Elstico

Ao ser dobrada, a chapa sofre deformaes do tipo elstico e plstico. A deformao plstica

caracterizada por ter um efeito permanente, isto , sem nova aplicao de fora, a chapa

no se altera. Com a deformao elstica o mesmo no acontece: se a chapa for deformada

elasticamente, ela recupera a sua forma quando deixarmos de aplicar a fora de dobragem.

Neste caso, necessrio dimensionar os punes e a matriz para dobrar a pea um pouco

alm dos 90 para que esta tenha uma deformao plstica que compense o retorno elstico.

Os valores de so determinados experimentalmente e retirados do seguinte grfico que relaciona o raio interno com a espessura da chapa.

ri (mm) ri' (mm) () 1.5 0.97 1.448 87.3

2 0.96 1.910 86.4

( ) r' raio ajustado r raio interno da dobra - constante de recuperao elstica

- ngulo de dobra ajustado - ngulo de dobra


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Ento, a matriz na zona da primeira dobra ter de ter um raio de 1.448 mm e fazer um ngulo

de 87.3 para dentro. O puno da primeira dobra ter um raio de 1.448+0.5=1.948 mm.

Para a segunda dobra, a matriz ter de ter um raio de 1.91mm no topo, 2.41mm em baixo e

fazer um ngulo de 86.4 para dentro. O puno da segunda dobragem ter raio de 2.41mm no

topo e 1.91mm em baixo.

Seco da matriz na primeira dobra Seco da matriz na segunda dobra


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Clculos das Foras

Foras de Corte

Puno C (mm) (N)

0 81,280 9754

1 18,850 2262

2 84,772 10173

3 70,774 8493

4 22,500 2700

Permetro de corte total, Fora de Corte total,

Fora de Extraco

A fora de extraco a fora necessria para extrair o puno da chapa. Depende de vrios

factores, mas pode ser estimada atravs da seguinte expresso:

Ento, a fora necessria para extrair todos os punes ser:

Fora de Dobragem

A fora necessria para fazer uma dobra dada pela expresso:

K constante igual a 2 L largura da dobra distncia entre o centro da dobra e ponto de aplicao da fora, que para dobras de 90 igual espessura, t.

Para a primeira dobragem:

Como so feitas 2 dobras, necessria uma fora de 1500 N para a 1 etapa de dobragens.

Para a segunda dobragem:

P Fora de corte - tenso de rotura ao corte,


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H que ter ateno: nesta operao h um furo rectangular entre as dobras. Logo, o

comprimento de dobra considerado apenas das zonas onde h material. Como existem duas

dobras iguais, necessria uma fora de 600 N.

Fora de Dobragem total:

Prensa

Ser necessria uma prensa de 5 ton. No nos devemos esquecer que estes clculos de foras

so apenas estimativas e por isso optmos por uma prensa de fora ligeiramente superior

necessria.


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Molas

Para a escolha das molas necessrio considerar a fora total de dobragem e a fora de

extraco., onde Fmin e Fmax so as foras mnima e mxima que o conjunto de molas far.

O curso da mola pretendida ter de ser superior a 30 mm, que a distncia do topo do cerra

chapa at s dobras da pea.

Consultando o catlogo da Fibro, optmos por molas 241.14.20.076

Considerando os valores para 30% e 80%:

A razo mxima d-nos o n de molas que precisamos. Neste caso precisamos de 11 molas.


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O comprimento mximo:

O comprimento mnimo:


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Manga de Fixao

A posio da manga de fixao pode ser calculada atravs das seguintes frmulas:

Posio da Manga segundo o eixo dos xx

Posio da Manga segundo o eixo dos yy

Para o eixo dos xx:

Puno xi (mm) Pi (N)

0 60,0225 9754

1 87,53 2262

2 107,8485 10173

3 140,3615 8493

4 241,954 2700

D1 209,442 1500

D2 263,381 600

Todos os punes, com a excepo do puno 0, so simtricos em relao ao eixo dos xx.

Logo, para a posio da manga de fixao em relao ao eixo dos xx, basta incluir no clculo o

puno 0.

A manga de fixao na fita ter esta posio (aproximadamente).


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Em relao ao tecto, a manga de fixao ter estas coordenadas, considerando um dos cantos

como a origem:

X= xcg + 41.019 = 155.619 mm

Y=ycg + 183.5/2 = 100.732 mm


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Sntese do Trabalho

O objectivo deste trabalho foi conceber uma ferramenta para a produo em srie de uma

pea dada.

O primeiro passo do nosso projecto foi a anlise da pea a fabricar. Esta obtida por corte,

furao e dobragem de uma chapa fina de lato 70/30. Depois de planificar a pea, foi simples

estimar as dimenses da fita de chapa.

Assim que definimos as operaes a realizar, escolhemos os materiais dos componentes da

ferramenta, tendo em conta a sua funo e as condies a que seriam sujeitos

Componentes Material (AISI)

Punes e Matriz D2

Guias 1020

Porta Punes, Rguas, Base, Tecto, Casquilhos 1040

Colunas Guia, Cerra-chapa D3

Para o dimensionamento dos componentes da ferramenta, utilizmos os modelos propostos

pelo docente e bibliografia recomendada.

Punes:

Espessura mnima: 0.819 mm

Dimetro mnimo: 1.023 mm

Comprimento mximo: 100 mm

Matriz: Espessura recomendada entre 20 e 22 mm

Folga entre os Punes e a Matriz: 0.039 mm

Foras totais:

Fora de corte: 45816 N

Fora de extraco: 4641 N

Fora de dobragem: 2100 N

Fora da prensa: 5000N (5 ton)

Conjunto de 11 Molas:

Fora mxima: 5632 N

Fora mnima: 2112 N

Comprimento mximo: 64 mm

Comprimento mnimo: 44 mm

Posio da manga de fixao (referencial considerado): (X,Y) = (156; 101)mm


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Bibliografia

Apontamentos tericos

Estampos Volumes I, II e III Francesco Provenza, 1993 (Dinalivro Lisboa)

www.fibro.com

www.ramada.pt

www.matweb.com

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