Projeto

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a estampagem um processo de conforma-o mecnica realizado geral-mente a frio, por meio de operaes de corte, dobra e embutimento, nas quais chapas planas adquirem uma forma geomtrica conforme o proje-to. Neste estudo, o enfoque ser a operao de dobra, visto que esta a forma utilizada na fabrica-o das ponteiras(1).

Uso de software CAD 3D no desenvolvimento de ferramenta de dobraDesenvolver ferramentas de dobra no uma tarefa fcil, principalmente quando a pea final possui uma geometria complexa e o prazo para o desenvolvimento do produto curto. Este trabalho apresenta as solues encontradas para desenvolver e fabricar o sistema de catracas da linha 4 do Metr de So Paulo. O projeto foi chamado de Catraca Bloqueio, sendo a estrutura do equipamento fabricada em ao AISI 304. A principal dificuldade foi a fabricao da ponteira, acoplada na parte frontal da catraca, devido sua geometria complexa, sendo necessrio criar uma ferramenta especial de dobra. Todo o projeto foi desenvolvido por meio do software SolidWorks e posteriormente foram confeccionadas e testadas as ferramentas.

No processo de dobramento, a chapa sofre deformao por flexo em prensas e a forma desejada conferida mediante

A. Marques, A. Dutra, U. Boff e L. Schaeffer

emprego de puno e matriz especficos. Para produes em larga escala utilizam-se estampos, cuja confeco gera alto custo, e para a fa-bricao de perfis dobrados e alguns tipos de peas com grandes comprimentos de dobras, utilizam-se prensas

dobradeiras/viradeiras, com ma-trizes e machos (punes) uni-versais (2). O dobramento pode

Angela Selau Marques professora do Instituto Federal Sul-rio-grandense IFSul Campus Sapucaia do Sul e mestranda do Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Minas, Metalrgica e Materiais (PPGE3M). Alexandre dos Santos Dutra engenheiro de processos da empresa Digicon e mestrando do Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Minas, Metalrgica e Materiais (PPGE3M). Uilian Boff doutorando do Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Minas, Metalrgica e Materiais (PPGE3M). Lrio Schaeffer professor, doutor e coordenador do Laboratrio de Transformao Mecnica (LdTM), do departamento de Metalurgia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Este artigo foi apresentado como contribuio tcnica na 2a Conferncia Internacional de Chapas Porto Alegre/RS, 22 a 24 de outubro de 2012. Reproduo autorizada pelos autores.

Fig. 1 Tipos de dobramento em matrizes(2)

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ser concludo com uma ou mais operaes, em uma ou mais peas, de forma progressiva ou individual. A figura 1 (pg. 52) mostra exemplos de operaes de dobramento mais comuns.

Aps a operao a chapa as-sume a forma definida pelo pun-o e pela matriz. importante prever o retorno elstico (sprin-gback) do material, que tende a voltar sua forma inicial. Para que a dobra final fique com o ngulo previsto, o retorno elsti-co pode ser determinado aps o processo, por meio de equaes matemticas. Para a conforma-o de perfis, gabinetes e peas de grande porte, utilizam-se prensas dobradeiras, que tornam a produo economicamente vivel. A figura 2 mostra uma imagem do equipamento utili-zado para dobrar chapas.

As dobradeiras caracterizam-se por possurem uma mesa longa e estreita na qual fixada uma matriz e um cabeote, onde se pode instalar ferramentas para a execuo de dobras com formas e dimenses variadas.

O dobramento, anteriormente aplicado a reduzidas sries de fabricao, j est integrado a linhas de produo em larga es-cala, devido modernizao dos equipamentos e utilizao de ferramentas complementares e da robtica. A fabricao de balces frigorficos, de mobilirio metlico, de chassis para a indstria auto-mobilstica e agrcola e de estrutu-ras metlicas para transportadores serve como exemplo(3).

Fatores que afetam o dobramento

As peas produzidas nas dobra-deiras geralmente so processa-das anteriormente em mquinas de corte a laser ou puncionadei-

ras CNC. Na operao de dobra-mento deve-se levar em conta alguns fatores que so muito importantes, dentre os quais destacam-se os seguintes(4):

Capacidade elstica do material A rea dobrada tem a superfcie externa tracionada, que sofre reduo de espessura, e a super-fcie interna, comprimida. Estas tenses aumentam a partir de uma linha neutra, chegando a valores mximos em ambas.

Raio interno mnimo da pea a ser dobrada Define-se o raio mnimo de dobra como o menor valor admissvel para o raio, de modo a evitar uma grande variao de espes-sura da rea dobrada, em funo do alongamento que o material sofre ao ser tracionado e da es-pessura da chapa que est sendo dobrada.

Comprimento desenvolvido da pea A variao da espessura da chapa na regio da dobra impede que o comprimento desenvolvido seja a soma dos comprimentos retos e curvos da pea. Deve-se levar em conta a variao de espessu-ra da regio dobrada, conforme o comprimento da chapa a ser processada.

Fig. 2 Prensa dobradeira

Fig. 3 Exemplos de ferramentas. a) Perfis diversos das ferramentas de dobramento. b) Exemplo de ferramenta de dobra(6).

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As foras que atuam na operao de dobramento As principais foras que atuam na operao de dobramento so: for-a de dobramento, fora do pren-sa-chapas e fora lateral. A fora de dobramento atua de acordo com a espessura da chapa.

Descrio do processo

Produto (ferramental)As ferramentas de dobramento geralmente so fabricadas em ao C45 (SAE-1045) ou 42CrMo4 (SAE-4140), e podem variar de 10 mm a 8.000 mm de comprimento, com geometria e perfis variados conforme a necessidade do produ-to. Podem ainda receber um tra-tamento trmico localizado (TTL) de tmpera na rea de maior atrito com as chapas, para aumentar a resistncia ao desgaste, evitando

quebras e estilhaos. O TTL au-menta de 3 a 5 vezes a vida til da ferramenta cuja dureza varia entre 50 a 54 RC. Aps o tratamento trmico, na maioria das vezes, as ferramentas so retificadas para garantir as mnimas tolerncias di-mensionais. No processo de fabri-cao, dependendo da aplicao da ferramenta, as tolerncias de projeto podem manter uma preci-so de at 0,02 mm, alm de obter superfcies com alta planicidade e baixa rugosidade. As ferramentas tambm podem ser intercambi-veis, permitindo a troca rpida e a reduo dos custos de fabricao. A figura 3 (pg. 53) demonstra alguns exemplos de ferramentas de dobra.

Desenvolvimento do projetoO uso de sistemas CAD 3D fun-damental no desenvolvimento do

projeto, pois permite prever erros e identificar possveis melhorias, tanto no produto quanto na fer-ramenta. Dentre as vantagens e benefcios proporcionados pelo sistema, destacam-se alguns que foram importantes para o desenvolvimento e fabricao das ponteiras.

O software utilizado para o desenvolvimento do trabalho foi o SolidWorks. Este possui uma barra de ferramentas com recursos es-pecficos para modelagem de cha-pas metlicas, conforme mostra a figura 4, e tabelas para clculos de dobra, nas quais possvel definir diferentes intervalos angulares e atribuir equaes a eles. A figura 5 (pg. 55) mostra um exemplo de tabela de clculo de dobras.

Para o desenvolvimento do projeto da ferramenta das pontei-ras, foi criada a ponteira em 3D e,

Fig. 4 Recursos do software utilizado para trabalhos com chapas metlicas

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em seguida, criou-se o desenho tridimensional de montagem desta pea na dobradeira esta, em tamanho e modelo real em relao mquina utilizada na produo. O produto final foi

colocado na mquina e a partir dele o projetista criou as partes da ferramenta, aproveitando os espaos livres entre o produto e o corpo da mquina. A figura 6 (pg. 56) mostra, atravs de uma

perspectiva 3D, o resultado final da modelagem da ponteira no SolidWorks.

No ambiente de montagem pode-se visualizar um conjunto de modelos e realizar simulaes que comprovem a funcionalida-de do projeto. Caso apresente alguma falha, possvel corrigir o problema antes da fabricao do modelo fsico. A figura 7 (pg. 56) mostra o esquema de monta-gem da pea e da ferramenta.

Aps definidas as medidas e a geometria para a fabricao da ferramenta de dobramento, esta foi dividida em oito partes. O ma-terial utilizado na fabricao da ferramenta foi o ao SAE-1045, as partes foram cortadas, usinadas e unidas por soldagem. Por ltimo foi feito o alvio de tenses.

Fig. 5 Exemplo de tabela de clculo de dobras

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Para executar o dobramen-to utilizou-se uma dobradeira hidrulica da marca Warcom, que possui um sistema sincro-nizado de servovlvulas e r-guas lineares de alta preciso comandadas por CNC, para permitir dobras descentradas, assim como manter o parale-lismo entre o prensador e a mesa. Alm disso, a mquina utiliza as seguintes frmulas para fazer o clculo autom-tico de dobra, de acordo com os dados recebidos(7).

Para se calcular a fora de dobra necessria por metro (F ton/m):

F = {[1 + (4 . S/V] . S2 . R . L}/V

Onde:F = Fora de dobra (ton/m);S = Espessura da chapa (mm);V = Abertura do canal de dobra (mm);R = Limite de resistncia do material ou tenso de ruptura (kgf/mm); L = Comprimento da dobra (m).

Para se calcular o raio interno (Ri), em mm, conhecendo o V:

Ri = V/6

Onde:V = Abertura do canal de do-bra (mm);Ri = Limite de resistncia do material.

Resultados e discusso

Aps a fabricao da ferra-menta, durante o try out, foram identificados alguns problemas, tais como: a rea

de alvio da ferramenta estava funcionando como uma mola, exigindo um esforo desnecess-rio da mquina. Em funo disso, concluiu-se que a ferramenta po-deria, ao longo do tempo, sofrer deformaes permanentes, caso no fosse estruturada.

O projeto passou por reviso a fim de evitar problemas futuros, tais como peas defeituosas, quebra ou deformao da ferra-menta, desgaste desnecessrio da mquina e comprometimento da segurana do operador. A

soluo encontrada pelos proje-tistas foi reforar os topos do fer-ramental e instalar quatro mos francesas na parte posterior, como pode ser visto na figura 8 (pg. 58).

Concluso

O trabalho apresentado fruto de um projeto no qual o uso de software foi fundamental para a fabricao do produto final. Ape-sar de realizadas duas alteraes para reforo da ferramenta, o re-

Fig. 7 Montagem da ponteira e da ferramenta

Fig. 6 Ponteira modelada no software

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Agradecimentos

Os autores agradecem a Univer-sidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), a empresa Digicon

til e aumentando os custos de manuteno.

A figura 10 (pg. 59) mostra imagens das catracas durante e depois da instalao.

sultado do produto desenvolvido no SolidWorks, comparado ao produto fsico, foi melhor do que o previsto, atendendo tambm aos requisitos tcnicos e comer-ciais de fabricao. Na figura 9 pode ser vista a ferramenta fa-bricada e pronta para uso.

As tolerncias de medidas es-tabelecidas durante a produo das ponteiras situaram-se na escala dos dcimos de milme-tro, conforme as solicitaes do desenho de produto, mostrando que o ferramental desenvolvido confivel. Para trabalhos futuros, alguns pontos podem ser abor-dados, como a reduo do peso do ferramental por meio da di-minuio da espessura da chapa estrutural da ferramenta de do-bra, ou pela abertura de jane-las, utilizando a simulao para tentar otimizar o fator resistncia x peso, tendo em vista que para uma produo em larga escala o peso excessivo da ferramenta acarretaria o desgaste prematuro da mquina, diminuindo sua vida

Fig. 9 Ferramenta de dobramento para ponteira da catraca bloqueio

Fig. 8 Correo dos pontos de falha

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SA, e as instituies de fomento pesquisa CNPq e CAPES pelo apoio financeiro. Referncias

1) Silveira. F.D.; Schaeffer. L.; Diretrizes para projeto de ferramenta de estampagem. Disponvel em: http://www.ufrgs.br/ldTM/publicacoes/Diretrizesparte1.pdf Acesso em: 18/08/2012.

2) Marcondes, P.V.P.; Manufatura de

chapas metlicas - Dobramento. Disponvel em: Acesso em: 18/08/2012.

3) Chiaverini, Vicente; Tecnologia Mecnica: Processos de Fabricao e Tratamento, 2 ed., So Paulo: McGraw-Hill, 1986.

4) Schaeffer, L.; Conformao de Chapas Metlicas. Imprensa Livre, Porto Alegre, 2004.

5) Cetlin, P. R.; Helman, H. Fundamentos da

Conformao. Editora Artliber, So Paulo, 2005.

6) Inplaf. Ferramentas para dobradeira e punes para dobra. Disponvel em: < http://www.inplaf.com.br/produtos/ferramentas-para-dobradeira.asp> Acesso em: 18/08/12.

7) Newton. Clculo de dobras. Disponvel em: Acesso em: 18/08/12.

8) Rodrigues, J.; Martins, P. Tecnologia Mecnica Tecnologia da Deformao Plstica. Vol. II, Aplicaes Industriais. Escolar editora, Lisboa, 2005.

Fig. 10 Produto final (inaugurao da Estao Pinheiros do Metr-SP). a) Instalao das catracas; b) Catracas sendo utilizadas pela populao.