QU1NAGEM E CORTE QUINAGEM

1.- INTRODUÇÃO

1.1.-GENERALIDADES

A QUINAGEM é um dos processos de conformação plástica aplicado a peças obtidas a partir

de chapas planas. Consiste basicamente na obtenção de uma dobra linearpela penetração de uma

ferramenta de forma adequada, que se designa por punção, numa ferramenta aberta designada

por matriz (Figura 1).

Figura 1 - Quinagem - posições relativas da chapa a quinar e das ferramentas antes e durante a quinagem

Para a realização deste trabalho, particularmente em peças longas, utilizam-se prensas

quinadoras, também designadas simplesmente porquinadoras.

Em regra, este processo é aplicado na conformação de peças relativamente compridas e

estreitas quando utilizadas em quantidades que não justificam a sua produção por um processo

continuo - por exs, conformação plástica por períiladora.

Apesar da simplicidade do processo, são inúmeros os exemplos de aplicação desta técnica

que encontramos no dia a dia:

- Na Agricultura: fabrico de peças integrantes de diversas maquinarias e alfaias;

INTRODUÇÃO

^

- Na Indústria Extractiva: construção de vagonetas de transporte, baldes de carregamento, etc.

- Na Construção Civil: execução de estruturas metálicas de edifícios (normalmente em

fábricas), caleiras de escoamento de águas pluviais, portas de acesso (com ou sem

segurança integradas), aparelhos de ar condicionado; etc,;

- Nas nossas casas: fabrico de electrodomésticos (frigoríficos, arcas frigoríficas, fornos e

fogões, etc.), de aparelhos de aquecimento e de condicionamento do ar, etc.;

- Nos nossos escritórios: fabrico de secretárias e cadeiras, arquivos e armários, armaduras

de iluminação, tectos falsos, etc.;

-Na Indústria Transformadora: construçãode máquinas e equipamentos, transformadores de

tensão, armários eléctricos e chassis de computadores, etc.;

- Nas vias de comunicação: desde a construção dos rails de protecção de estradas, à da

sinalização vertical;

- Na Indústria automóvel: desde a construção das calhas de afinação dos bancos à das

carroçarias exteriores de carros especiais ( ex2: "jeep UMM");

- Na Indústria Aeronáutica: execução de perfilados diversos, desde os utilizados em trens de

aterragem, aos de reforço de superfícies de comando, e até a execução das próprias asas,

etc.;

1.2. - PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DE QUINAGEM

A quinagem não é mais que um processo de flexão elasto-plástica aplicado a uma viga

rectilínea. Assim, enquanto a dobra é realizada o material do lado interior é comprimido e o do lado

exterior é traccionado (Figura 2).

A força aplicada (P) e o valor da penetração (F) induzida criam um gradiente de tensão ao

longo da espessura. Os valores de tensão máxima aparecem nas fibras extremas (interiores e

exteriores) na zona de ataque do punção à chapa.

Ao ultrapassar-se o limite elástico do material nessas fibras, estamos em presença de

deformações permanentes (deformações plásticas) que produzem a dobra pretendida.

O valor da abertura da matriz (V, Figura 2), também designado por 'Vê da matriz", funciona,

pois, como distância entre apoios da viga durante o processo de flexão. Esse valor afecta, pois,

a força requerida para induzir a flexão plástica.

QUINAGEM E CORTE QUINAGEM

Figura 2 - Princípio de quinagem- O ângulo de quinagem a depende da posição relativa dos3 pontos de contacto (1,2 e 3)

O "Vê" da matriz e o grau de penetração do punção naquela afectam o valor do ângulo

de quinagem (a).

O raio interior (ri) da quinagem é afectado ou pelo valor do "Vê" da matriz - caso da

quinagem no ar - ou pelo valor do raio do punção - caso da quinagem a fundo. O raio interiortem

um papel importante no sucesso ou na falha de uma operação de quinagem.

Para concluir, retenhamos as seguintes designações:

FORÇA DE QUINAGEM - força que é necessário aplicar durante a quinager.

PROFUNDIDADE DE QUINAGEM - grau de penetração do punção na matriz para se obter

o ângulo de quinagem.

1.3. - TÉCNICAS DE QUINAGEM

A quinagem pode executar-se por três formas:

i) - Na QUINAGEM LIVRE (Figura 3), também designada por "QUINAGEM NO AR", só se

utiliza o efeito de flexão plástica simples, por contacto da chapa entre as ferramentas

segundo as linhas exteriores 1 e 2 e linha interior 3, para provocar na chapa a deformação

pretendida.

O valor do ângulo de quinagem (a da Figura 3), para uma dada espessura de chapa num

INTRODUÇÃO

material determinado, é função do grau de penetração do punção (linha 3) no interior da matrize do valor da abertura desta - "Vê" (V Figura 3).

Após quinagem, verifica-se, como é sabido, um retorno elástico (1) da chapa, que altera o

vaiordoânguiodesejado. Para compensar esta variaçãoénecessárioefectuarumasobrepenetraçãodo punção para além do exigido geomeíricameníe por aquele ângulo. Normalmente o vaior dessa

sobre penetração é determinado experimentalmente, por tentativas, para cada tipo de material.

Assim, as ferramentas de quinagem são normalmente previstas com ângulos ligeiramente

mais agudos do que o requerido pelo ângulo da peça quinada.

Como principais vantagens da "QUINAGEM LIVRE", podemos referir as seguintes:

a) Exigência de menorforça, permitindo, por isso, a utilização de máquinas de mais reduzida

capacidade para a execução dos trabalhos;

b) Provocação de menor desgaste nas ferramentas por as pressões de contacto serem

relativamente baixas;

c) Possibilidade de utilizar o mesmo conjunto de ferramentas universais para obter os mais

diferentes ângulos, com a consequente redução de custos, não só na aquisição de

ferramentas como também no trabalho de preparação e montagem das mesmas.

A precisão de quinagem, sendo relativamente limitada (embora suficiente para muitas

aplicações), é muito condicionada pela qualidade da máquina e das ferramentas onde o

trabalho é executado.

ii) - Na QUINAGEM FORÇADA (Figura4), também designadapor"QUINAGEM A FUNDO",

a chapa é esmagada entre o punção e a matriz, sendo assim forçada a moldar-se ao

contorno das ferramentas.

O retorno elásíico, quando se aplica esta técnica da quinagem, é reduzido em função da

força de esmagamento aplicada. Podemos até em chapas finas, esmagadas fortemente pela

aresta do punção, obter ângulos de quinagem mais agudos que o ângulo nominal das ferramentas.

ueve, pois, tomar-se em consideração as acções descritas sobre retorno elástico no

projecto das ferramentas de quinagem.

(1) Também designado por regressão elástica ou "spring back".

Ç QUINAGEM E CORTE ) QUINAGEM

—V —

Figura 3- Quinagem no ar - Só há contacto em Spontos (1,2 e 3)

Figura 4• Quinagam a fundo - há contacto entre a chapa e

as faces das ferramentas

^

As vantagens deste tipo de quinagem são evidentes:

- É o mais preciso, permitindo, por outro lado, a obtenção de raios interiores mais

apertados (2) - dobras mais vincadas;

- É melhor a repetibilidade do ângulo de quinagem, isto é, o ângulo mantem-se em

quinagens sucessivas em chapas idênticas. As irregularidades da espessura são

calibradas nesta técnica por aplicação de um acréscimo da força;

- A resistência do material é acrescida pela compressão da zona quinada e plasticamente

conformada durante a operação.

Todavia apresenta os seguintes inconvenientes;

- Exige forças 3 a 5 vezes superiores (conforme o grau de agudez da aresta) às requeridas

para obter o mesmo ângulo em "QUINAGEM LIVRE". Daí que a sua aplicação seja

geralmente reservada às chapas finas (em princípio, até 1-2mm de espessura);

- Requer um par de ferramentas (punção-matriz) para cada ângulo de quinagem;

- Provoca maior desgaste nas ferramentas.

(2) O raio interior de quinagem, sempre inferior à espessura da chapa, é igual ao raio da extremidade do punção.

INTRODUÇÃO

iii) - Finalmente, refira-se a título indicativo e formativo o método de QUINAGEM EM TRÊSPONTOS.

^

Este método (patenteado pela firma suiça HãmmerleZofingen) consiste basicamente no

seguinte (ver Figura 5):

F = almofada hidráulica

Y = curso da almofada hidráulica

S = punção

a = ângulo de quinagem (")

1 = ponto batente interior da matriz

2e3 = arestas interiores da matriz

H = profundidade da matriz

V = abertura da matriz

B = batentes ajustáveis

M = matriz

Figura 5- Quinagem em três pontos - Os pontos de contacto 1, 2 e 3

situam-se do mesmo lado

O punção S, suspenso por uma almofada de pressão hidráulica F (simbolizada por uma

mola), faz penetrar a chapa a quinar no interior da matriz, apoiando-se nas suas arestas interiores

2 e 3. Para determinar o ângulo de quinagem, um conjunto de batentes B interior à matriz define

o 3a ponto de contacto 1 a uma profundidade H.

Como o punção S é formado por um conjunto de pequenas fracções suspensas

hidraulicamente, consegue-se no fim da quinagem - contacto da superfície exterior da chapa nos

pontos 1, 2 e 3 - aplicar à aresta de quinagem uma força uniformemente distribuída.

Com esta técnica limita-se, enormemente, quer a influência da espessura da chapa, desde

que dentro de certos limites - o contacto é sempre assegurado pelo mesmo lado -, quer a influência

da deformação dos aventais - a força é sempre distribuída uniformemente ao longo da aresta de

quinagem.

As principais limitações do processo residem na complexidade da máquina e das suas

ferramentas, o que torna o processo extremamente dispendioso e difícil de rentabilizar.

Aplica-se pois o processo em casos muito especiais onde sejam exigidas grandes precisões

em peças complexas com muitas quinagens.

CARACTERIZAÇÃO DO TRABALHO DE QUINAGEM

A Norma DIN 6935 é normalmente utilizada quer no cálculo do formato planificado, quer na

determinação das condições a seguir na quínagem.

3.2.1.- Norma DIN 6935

a) Generalidades

A Norma aplica-se a peças de aço laminado, cortado e quinado a frio.

No corte do formato há que ter em consideração o sentido de laminagem. Tanto quanto possível,

os bordos deverão ser cortados para que a quinagem se faça perpendicularmente ao sentido da

laminagem.

A aptidão do material à quinagem melhora com a qualidade das superfícies laminadas e dos

bordos cortados à guilhotina (direitos e com arestas vivas). As arestas extremas cortadas à guilhotina

deverão ser rebarbadas na zona a quinar para evitar a criação de fissuras a partir dessas arestas para

o interior.

b) Raio de quinagem

A Norma apresenta tabelas para os raios de quinagem mínimos admitidos, para diferentes

resistências (tensões de ruptura) do aço, em função da espessura da chapa.

Ex2:

Aço com resistência (tensão

de ruptura) à tracção de 40 a

50 daN/mm2

ESPESSURAS

S

r . L lamin.

r • // lamin.

1

1.2

1,2

de1a

1.5

2

2

de1.5a

2.5

3

3

de2.5a3

4

4

de3a4

5

6

de4a5

8

10

de5a6

10

12

de6a7

12

16

de7a8

16

20

de | de8a10

20

25

10a

12

25

de12a14

28

32 j 36

de14a16

32

40

ae16a18

40

45

de18a

20

45

50

NOTA: Os valores indicados são válidos para um ângulo de quinagem B > 60".

c) Cálculo do comprimento planificado

O comprimento planificado é dado por:

L = a + b + v

O termo v varia com a importância do ângulo de quinagem. Trata-se de um valor de

compensação que, para um ângulo de quínagem de O" a 65° (exactamente 65°24'30"), pode ser

QUINAGEM E CORTE ) QUINAGEM

negativo ou positivo. Para ângulos de quinagem superiores a 65° é sempre negativo.

Expressões a utilizar no cálculo de v:'

c.1) ÂNGULO DE QUINAGEM p DE 0° a 90°

180°r+--k -2(r

' PSdJt

c.2) ÂNGULO DE QUINAGEM p DE 90° a 165°

V=7T180°-P

180°2 ,,.̂ s,,an^

C.3) ANGULO DE QUINAGEM p DE 165° a 180°

v = 0

TABELA DOS FACTORES DE CORRECÇÃO K a entrar nas fórmulas acima:

Relação entre o raiointerior de quinagem

e a espessura da chapari:s

Factor de correcção K>0,65

0,6> 10,7

> 1,50,8

>2.40,9

>3,81

O factor de correcção K relaciona a posição da fibra neutra da chapa quinada relativamente à

sua espessura média

d) Representação e posição da linha de quinagem nos formatos planificados

A linha de quinagem representa-se

no desenho do formato planificado

a traço contínuo fino.

a -t- b -f v

-r —"-i a +