Como selecionar corretamente as ferramentas para uma prensa dobradeira

Como selecionar corretamente as ferramentas para uma prensa dobradeira

Muitas pessoas acreditam que as ferramentas de prensa dobradeira são um acessório insignificante no processamento de metais, quando na verdade é bem o contrário. Apesar das prensas dobradeiras serem máquinas multiaxiais de alta precisão, são as ferramentas que entram em contato com o metal durante a dobra (veja a imagem acima).

As diferenças entre as ferramentas de RFA, europeias, americanas e de novo tipo de fixação estão desaparecendo gradualmente. Muitas funções necessárias para uma dobra altamente eficaz já estão implementadas nos diversos tipos de ferramentas. Independentemente do estilo de ferramenta e fixação que você escolher, certifique-se de que atenda aos requisitos mínimos listados abaixo.

Alta precisão. As ferramentas devem ser fabricadas com tolerâncias na faixa de 0,01 mm. Isso é crucial para alcançar alta precisão nos detalhes, sem distorção ou travamento durante a operação.

Instrumentos seccionados. Esses tipos de ferramentas permitem alcançar diferentes comprimentos combinando ferramentas seccionadas pré-selecionadas de diferentes larguras. Peças menores são mais seguras e muito mais convenientes de trabalhar.

(ver Figura 1)

Ferramentas de liberação rápida

O sistema de fixação de ferramentas deve ser capaz de manter firmemente no lugar um número variável de ferramentas segmentadas até que o sistema de travamento as aperte (ver Figura 1).

Figura 2: As ferramentas devem ser mantidas no lugar enquanto o mecanismo de fixação estiver aberto.

Carregamento frontal (tipo Roll2). Você deve ter a possibilidade de carregar as ferramentas pela parte frontal da máquina. Isso reduz o tempo necessário para a configuração, pois não é mais preciso perder tempo precioso deslizando todas as ferramentas pela lateral da prensa dobradeira. Com o carregamento frontal, na maioria dos casos, também se elimina a necessidade de empilhadeiras e guindastes.

Tamanhos padrão. Ferramentas de altura padrão podem reduzir a necessidade de ajustes adicionais na máquina ao alternar entre tarefas. Os braços dianteiros, a altura do batente traseiro e os sistemas de segurança permanecem na mesma posição. E, como as ferramentas são fabricadas na mesma altura, você pode adicionar peças pré-fabricadas com a garantia de que elas se encaixarão perfeitamente em suas ferramentas existentes.

Muitas ferramentas de prensa dobradeira de alta qualidade são fabricadas segundo padrões métricos. A dimensão nominal é de 6,35 mm e a abertura em V é de 6 mm. Todas as dimensões neste artigo foram arredondadas para maior simplicidade.

Como você poderá observar, o texto a seguir se concentra principalmente na dobra a ar, e por um bom motivo. A tendência atual é evitar a cunhagem e o corte de fundo (entre o punção e a matriz) e trabalhar com a dobra a ar, sempre que possível. Lembre-se, porém, que nem todas as peças podem ser fabricadas usando as técnicas clássicas de dobra a ar.

Em toda a indústria, os operadores trabalham com diversas ferramentas para produzir peças com qualidade semelhante ou até idêntica. Muitos operadores fabricam peças com ferramentas inadequadas por não terem acesso às corretas. Mesmo assim, conseguem atingir um processo de trabalho adequado, mas frequentemente isso ocorre à custa da produtividade e da repetibilidade.

As melhores práticas na seleção de ferramentas para prensa dobradeira devem ter um objetivo principal: alcançar a produção de peças com a mais alta qualidade possível no menor tempo possível.

Que tipo de ferramentas você precisa exatamente e por quê?

Um departamento de produção de manutenção precisará e utilizará uma gama mais ampla de ferramentas de prensa dobradeira, em comparação com empresas que produzem peças específicas, por exemplo. Portanto, antes de entrar em detalhes específicos, você deve primeiro identificar suas necessidades e determinar qual orçamento pode investir nas ferramentas.

Por exemplo, você pode precisar de ferramentas adicionais para reduzir o tempo necessário para a configuração das ferramentas.

Seleção de matrizes

Para obter o melhor resultado dentro do seu orçamento, selecione o número mínimo de matrizes necessário para atender a toda a gama de espessuras de chapas metálicas processadas pela sua empresa. Empresas com conhecimento básico, pedidos (aplicações) não padronizados e orçamento limitado devem optar por um número menor de matrizes, seguindo a regra 8x2.

Primeiro, determine a faixa de espessuras de metal que você deseja dobrar, que podem variar entre 0,5 mm e 20 mm, por exemplo.

Em seguida, determine a menor matriz V multiplicando a espessura do material mais fino por 8. Para um material de 0,5 mm, a menor matriz será: 0,5 × 8 = 4 mm.

Por fim, determine a maior matriz em V necessária multiplicando a espessura do material mais espesso por 8. Nesse caso, o material mais espesso, de 10 mm, precisará de uma matriz de: 10 × 8 = 80 mm.

Você já definiu a matriz em V menor e a maior necessária – respectivamente 4 mm e 80 mm. Em seguida, comece com a menor matriz em V e dobre seu tamanho para preencher o espaço necessário entre elas. Neste caso, isso resulta em uma matriz de 8 mm. Depois, dobre-a novamente para obter 16 mm, e mais uma vez para 32 mm, e assim por diante. Ao final, você terá no mínimo seis furos diferentes na matriz em V para dobrar um material com espessura de 0,5 mm a 10 mm: 4, 8, 16, 32, 64 e 80 mm.

Seleção de um ponche

Para determinar o número mínimo de punções necessárias, você também deve considerar a espessura do material a ser dobrado. Para materiais com 4,75 mm ou menos de espessura, pode-se usar uma faca de corte angular afiada com raio de 1,016 mm. O ângulo agudo permite dobras superiores a 90 graus, e o corte angular possibilita dobrar o material em formato de J. Ao moldar materiais com espessura entre 4,75 mm e 12,7 mm, recomenda-se o uso de uma punção reta com raio de aproximadamente 3 mm, para suportar a maior pressão.

Tenha em mente que, para algumas aplicações, incluindo aquelas que utilizam materiais mais espessos e altamente resistentes à flexão, quando se aplicam os padrões gerais de dobra da indústria, a peça tende a entortar, rachar ou até mesmo se partir em duas. Isso está relacionado à física. A ponta estreita do punção exerce mais força na linha de dobra; e quando combinada com um furo estreito na matriz em V, a pressão aumenta. Para peças específicas, e especialmente quando a espessura do material for superior a 12,7 mm, é recomendável consultar seu fornecedor de ferramentas sobre o raio de curvatura ideal do punção.

A regra "até às 8"

Geralmente, você pode selecionar uma matriz em V com a abertura correta usando a regra "por 8"; isso significa que a abertura da matriz deve ser 8 vezes a espessura do material que você está dobrando. Para determinar isso, multiplique a espessura por 8 e selecione a matriz com o valor mais próximo. Se o material tiver uma espessura de 1 mm, a matriz em V deve ter uma abertura de 8 mm (8 x 1 = 8); para um material com 1,25 mm de espessura, a matriz em V deve ter 10 mm (1,25 x 8 = 10). Essa proporção proporciona o melhor resultado possível na dobra. A maioria das tabelas publicadas se baseia nessa fórmula.

Parece fácil, não é? Sim, mas os produtores de chapas de impressão e os projetistas nem sempre seguem a regra "por 8" e as exceções são muitas.

A abertura em V determina o raio.

Na conformação a ar de aço macio, o raio interno é formado com aproximadamente 16% da abertura da matriz em V. Portanto, se você aplicar a conformação a ar a um material em uma matriz em V com abertura de 40 mm, o raio interno será de cerca de 6 mm.

Vamos supor, por exemplo, que o desenho descreva um material com 1,25 mm de espessura. É fácil multiplicar a espessura do material por 8 e concluir que é necessário usar uma matriz em V com abertura de 10 mm. No entanto, muitos fabricantes de chapas metálicas e desenhistas preferem determinar o raio de curvatura interno igualando-o à espessura do material. O que acontece se o desenho exigir um raio de curvatura interno de 1,25 mm?

Novamente, na dobra a ar, o raio de curvatura interno é de aproximadamente 16% da abertura da matriz em V. Isso significa que uma matriz em V com uma abertura de 10 mm produzirá um raio interno de 1,6 mm. E depois? Basta usar uma matriz em V com uma abertura menor. Uma matriz com uma abertura de 8 mm produzirá um raio de curvatura interno próximo a 1,25 mm (8 x 0,16 = 1,28).

A mesma abordagem se aplica quando o desenho exige um raio de curvatura maior. Digamos que você precise conformar uma chapa de material com 1,25 mm de espessura com um raio de curvatura interno de 5 mm – mais que o dobro da espessura do material. Nesse caso, você precisará de uma matriz em V com uma abertura de 32 mm, que resultará em um raio de curvatura interno próximo ao necessário (32 x 0,16 = 5,12).

Essa abordagem tem limitações. Por exemplo, se você precisar usar uma matriz em V com um furo 5 vezes menor que a espessura do material para obter o raio de curvatura interno desejado, você sacrificará a precisão do ângulo e provavelmente danificará a máquina e suas ferramentas, além de se colocar em uma situação perigosa.

Comprimento mínimo do flange

Ao escolher uma matriz em V, é preciso levar em consideração o comprimento da flange. A dimensão mínima da flange que uma matriz em V pode formar é de aproximadamente 77% da sua abertura. Portanto, um elemento formado com uma matriz em V com abertura de 100 mm deve ter uma flange de pelo menos 77 mm.

Muitos desenhistas técnicos utilizam elementos com uma aba curta para economizar material. Por exemplo, uma aba de 12 mm de comprimento para um material com 3 mm de espessura (veja a Figura 3). De acordo com a regra "por 8", um material com 3 mm de espessura requer uma matriz em V com uma abertura de 24 mm. Mas uma matriz com uma abertura de 24 mm requer uma aba com 18,5 mm de comprimento. E agora? Novamente, você pode usar uma matriz em V com uma abertura menor. Por exemplo, uma matriz com uma abertura de 15,6 mm pode formar elementos com uma aba de 12 mm. (15,6 x 0,77 = 12.012)

Essa abordagem também tem suas limitações. Assim como ocorre com elementos de raio interno estreito, se a flange exigir uma matriz com abertura inferior a 5 vezes a espessura do material, imprecisões no ângulo de dobra serão observadas, danos à máquina e suas ferramentas poderão ocorrer, colocando você em uma situação perigosa.

Figura 3: Para a conformação deste elemento com uma espessura de 3 mm, você escolheria uma matriz com uma abertura de 24 mm. Mas, devido ao comprimento da flange, você precisa escolher uma matriz com uma abertura menor.

Como selecionar o furador correto

Para formatos em L, as regras não são rígidas. Um punção com praticamente qualquer formato servirá. Portanto, ao escolher punções para moldar as diversas peças, os formatos em L devem ser considerados por último, pois um punção com praticamente qualquer formato funcionará com eles.

Ao moldar peças em forma de L, utilize punções que também podem formar outros elementos, em vez de adicionar ferramentas desnecessárias ao estoque. Lembre-se de que, ao escolher um conjunto de ferramentas, quanto menos, melhor. Para reduzir custos, tempo de preparação e número de ferramentas em torno da base (veja a Figura 4).

Figura 4

Outras formas exigem regras mais específicas para a escolha do furador. Por exemplo, ao formar figuras em J, as regras são (ver Figura 5):

Quando a aba superior for mais comprida que a inferior, você deve usar um punção tipo pescoço de ganso.

Quando a aba superior for mais curta que a inferior, um punção de qualquer formato funcionará.

Quando a flange superior tiver o mesmo comprimento que a inferior, você deve usar uma ferramenta com um deslocamento adequado.

Figura 5: Algumas peças em formato de J exigem regras específicas para a escolha do punção correto. Quando a aba superior tem o mesmo comprimento que a inferior, deve-se usar uma ferramenta com um deslocamento adequado (esquerda). Se a aba superior for mais longa que a inferior, deve-se usar um punção tipo pescoço de ganso (direita).

Como você pode ver, o principal fator na escolha da faca correta é a possibilidade de contato indesejado da peça com a ferramenta. Para evitar esse problema, um software de simulação de dobramento pode ser útil. Caso você não tenha acesso a um software desse tipo, pode utilizar os desenhos do fabricante da ferramenta, onde poderá visualizar a geometria específica e ter uma ideia da possibilidade de uma colisão indesejada entre a ferramenta e a peça (veja a Figura 6).

Figura 6

Regras para utilização de ferramentas para formar figuras em Z

Caso utilize ferramentas comuns, a viga superior deve realizar 2 movimentos para formar figuras em Z (ver Figura 7).

Figura 7

A aba central deve ser maior que a metade da largura total da matriz em V. Não considerando a largura da abertura, mas sim a sua largura total.

A aba lateral deve ser mais curta que a altura da matriz em V mais a distância entre as ferramentas.

Quando a aba central for mais curta que a metade da largura total da matriz em V, será necessária uma ferramenta especial para fazer as duas dobras de uma só vez no cabeçote superior. A vantagem dessas ferramentas é que não é preciso girar a peça. A desvantagem é que é necessária uma força de dobra cerca de 3 vezes maior (veja a Figura 8).

Figura 8

Regras para curvatura em torno de aberturas e outros tipos de processamento.

Qualquer elemento sem suporte na matriz em V está sujeito a deformação; no caso de elementos com aberturas internas e outros tratamentos, essa deformação é chamada de inchamento (Figura 9). Quando as aberturas próximas à linha de dobra são pequenas, o inchamento correspondente também é pequeno. Além disso, a maioria das aplicações permite pequenas deformações, portanto, não há uma regra específica sobre qual matriz em V é mais adequada para essas situações.

Figura 9

Quando flanges, aberturas e outros tipos de acabamento estão próximos à linha de dobra, podem ser utilizadas matrizes com elementos móveis adicionais. Elas giram e suportam a peça durante todo o processo de dobra, eliminando assim deformações.

A Figura 9 mostra detalhes idênticos com aberturas próximas à linha de dobra; a abertura em primeiro plano – com as deformações óbvias – é formada por uma matriz em V simples; a abertura ao fundo é formada por uma matriz com elementos móveis adicionais.

Altura do punção ao formar caixas com dimensões específicas

A altura do punção é essencial na confecção de caixas com 3 e 4 lados. Em alguns casos, punções curtas podem formar caixas com 3 lados se o elemento for estendido na extremidade da ferramenta, de modo que um dos lados formados se projete para fora da lateral ao dobrar o último (terceiro) lado. Se você estiver formando uma caixa com 4 lados, deve escolher um punção com altura igual à diagonal da caixa (Figura 10).

Altura mínima de perfuração ao dobrar uma caixa =
(Profundidade da caixa / 0,7) + (Espessura da viga superior / 2)

Figura 10

Uma combinação de dobra e bainha

As ferramentas de dobra e bainha podem formar dobras e bainhas sem a necessidade de troca de ferramentas, como pode ser visto na Figura 11. Lembre-se de que, se precisar de uma espessura de bainha superior a 3 mm, serão necessárias ferramentas especiais para compensar a necessidade de maior potência.

Figura 11

Aqui, a seleção da abertura da matriz segue as mesmas regras das ferramentas padrão. A pré-dobra de 30 graus para a bainha requer uma flange ligeiramente mais longa – 115% – do que a abertura da matriz selecionada, devido ao ângulo agudo. Por exemplo, se você estiver conformando um material usando uma matriz com uma abertura de 10 mm, precisará de uma flange com 11,5 mm de comprimento.

Detalhes sem arranhões

Quase todas as matrizes em V deixam riscos nos detalhes porque o metal é pressionado contra a matriz durante a dobra. Na maioria dos casos, os riscos são mínimos e aceitáveis, e o uso de uma matriz com um raio maior dos ângulos de abertura (R) pode reduzir sua aparência (ver Figura 12).

Figura 12

Em casos onde até mesmo arranhões mínimos são inaceitáveis, por exemplo, ao dobrar materiais pintados ou polidos, você pode usar elásticos especiais para evitá-los (veja a Figura 13). Criar peças sem arranhões é extremamente importante na produção de componentes para os setores de aviação e aeroespacial, pois é difícil distinguir visualmente entre um arranhão e uma trinca.

Quanto mais simples, melhor.

As prensas dobradeiras e suas ferramentas de precisão podem atingir um alto nível de precisão atualmente. E, ao trabalhar com as ferramentas corretas e material de qualidade, é possível obter uma flange com um ângulo e um raio interno específicos. Lembre-se de que a dobra a ar forma um raio interno como uma porcentagem da abertura da matriz em V, portanto, o uso das ferramentas corretas é muito importante. Ao fabricar peças com múltiplos raios e com pequena tolerância de desvio, o custo das ferramentas aumenta. E com as ferramentas, o tempo necessário para trocá-las também aumenta, o que eleva ainda mais o custo.

Com isso em mente, os produtores podem limitar o número de ferramentas e operações necessárias se seguirem algumas regras simples ao projetar os detalhes:

O raio interno deve ser 1,5 vezes a espessura do material.

O comprimento das flanges deve ser de pelo menos 6 vezes a espessura do material. Isso também se aplica às aberturas no detalhe. Isso se deve ao fato de que as aberturas devem estar a uma distância de 6 vezes a espessura do material da linha de dobra.

É claro que existem exceções a essas regras, e cada uma delas traz consigo diferentes complicações. Você pode usar uma matriz em V com uma abertura menor para dobrar um raio menor ou uma aba mais curta, mas se dobrar um raio muito estreito, corre o risco de ocorrerem rachaduras ao longo da linha de dobra, excedendo a tonelagem suportada pela ferramenta ou pela prensa dobradeira. Você pode dobrar um deslocamento menor, mas isso também requer uma ferramenta especial e uma força considerável para obtê-lo.

Se os detalhes não exigem flange curta, perfil em Z ou raio estreito, por que complicar o processo?

Siga estas regras simples e você melhorará a qualidade dos ângulos, reduzirá o tempo de preparação e os custos das ferramentas.

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