Corte fino: O guia definitivo

A diferença entre a obturação normal e a obturação fina processo de branqueamento

Comparação das faces de corte de peças de estampagem normais e de peças de corte fino

Durante o processo de perfuração, a placa de pressão da engrenagem anelar é utilizada para aplicar força no material e pressioná-lo sobre a matriz fêmea, criando uma pressão lateral na superfície interna do dente em forma de V. Isto ajuda a evitar o rasgamento na zona de cisalhamento e o fluxo lateral do metal.

Peça da ventoinha do travão de mão FORD com 6 mm de espessura (sector do travão de mão)

À medida que as matrizes de perfuração são pressionadas no material, a contrapressão do ejetor é aplicada para comprimir o material. Isto, juntamente com a utilização de uma pequena folga e de uma matriz côncava com um rebordo arredondado, elimina a concentração de tensões e coloca o metal na zona de cisalhamento sob tensão de compressão de três vias, reduzindo a tensão de tração e melhorando a plasticidade do material.

Esta abordagem evita a dobragem, o estiramento e o rasgamento que normalmente ocorrem no corte normal, fazendo com que o material seja cortado em peças através de cisalhamento puro ao longo da forma da borda da matriz, resultando em superfícies de cisalhamento de alta qualidade, lisas e uniformes.

Peças do banco TESLA com 6 mm de espessura

No corte fino, a força de prensagem, a folga de corte e o raio da aresta da matriz são interdependentes e essenciais. A influência destes factores está interligada e, quando a folga é uniforme e o raio do bordo é adequado, é possível produzir uma secção lisa com o mínimo de material de prensagem.

Flange de composição de tubos TOYOTA com 6 mm de espessura

Requisitos de planicidade extremamente elevados

Descrição geral da obturação fina

01 O que é o Fine Blanking

O corte fino, também conhecido como corte de precisão, é um processo avançado de estampagem de metal que evoluiu a partir de técnicas de corte convencionais. Embora ambos os processos se enquadrem na categoria de separação de chapas metálicas, o corte fino utiliza parâmetros específicos e configurações de ferramentas que o distinguem do corte geral. As peças resultantes apresentam características de qualidade superior, incluindo superfícies de corte excecionalmente lisas, formação mínima de rebarbas e tolerâncias dimensionais apertadas.

Este processo de alta precisão utiliza uma prensa de ação tripla e ferramentas especialmente concebidas, incorporando características como um punção de corte fixo, um contra-punção e um indentador de anel em V. O fluxo de material controlado durante a operação permite a produção de geometrias complexas com uma precisão de forma quase líquida, eliminando frequentemente a necessidade de operações secundárias.

Quando integrado com processos complementares de conformação a frio, como a dobragem, a estampagem profunda, o flangeamento, a cunhagem e a extrusão de precisão, o corte fino demonstra um potencial significativo para substituir os métodos de fabrico tradicionais. Oferece uma alternativa convincente ao corte convencional, maquinagem, forjamento, fundição e metalurgia do pó em várias indústrias, incluindo a automóvel, aeroespacial, eletrónica e maquinaria de precisão. Esta substituição é impulsionada pelas vantagens técnicas da estampagem fina, tais como uma melhor utilização do material, uma maior funcionalidade das peças e tempos de ciclo de produção reduzidos, juntamente com os seus benefícios económicos, incluindo custos de produção globais mais baixos e maior produtividade.

A capacidade da estampagem fina para produzir componentes com características intrincadas, tolerâncias apertadas e excelente acabamento superficial numa única operação torna-a particularmente valiosa para o fabrico de peças críticas, tais como engrenagens, rodas dentadas, componentes de bloqueio e suportes complexos. Como as indústrias continuam a exigir maior precisão e eficiência, o corte fino está posicionado para desempenhar um papel cada vez mais importante nos processos de fabrico modernos.

02 Classificação da obturação fina

Os diferentes métodos de corte fino são classificados do seguinte modo, de acordo com os seus métodos tecnológicos:

03 Princípio de funcionamento da obturação fina

1. Diferença entre branqueamento e corte fino

O corte fino de que falamos frequentemente não é o corte fino no sentido geral (como o corte, o corte de acabamento e o corte de alta velocidade, etc.), mas o corte fino com uma placa de pressão forte (ver figura abaixo).

• P_R–anel de engrenagem força
• P_S–força de perfuração
• P_G-pressão nas costas

O princípio básico do corte fino consiste em utilizar uma prensa especial (força de três vias) para produzir deformação plástica e de cisalhamento do material com a ajuda de uma matriz especialmente estruturada para obter peças de corte fino de alta qualidade.

2. Corte fino características do processo

O quadro seguinte apresenta as características dos dois métodos de processamento diferentes: corte geral e corte fino.

3. Princípio de funcionamento da matriz

A máquina de corte fino é um equipamento especial para a realização do processo de corte fino.

Como mostra a figura abaixo, existem três tipos de forças (P_S, P_R, P_G) que actua sobre o cunho durante a obturação fina.

Antes do início da perfuração do anel, a força P_Ratravés da linha de corte no exterior da placa de guia (6), de modo a que a forma de V anel de engrenagem (8) pressionado no material e pressionado na matriz, gerando assim uma pressão lateral na superfície interna do anel de engrenagem em forma de V para evitar que o material na zona de cisalhamento se rasgue e o fluxo lateral de metal fora da zona de cisalhamento.

Ao mesmo tempo, a contrapressão P_G é pressionado pelo ejetor (4) na linha de corte, que pressiona o material contra os excêntricos, e no estado pressionado, sob a ação da força de perfuração P_S.

O metal na zona de cisalhamento está num estado de tensão de compressão de três vias, o que aumenta a plasticidade do material.

Neste ponto, o material segue a forma da borda da matriz e perfura a peça em forma de cisalhamento puro.

No final da perfuração, P_R e P_G a pressão é libertada, a matriz é aberta e as peças e os resíduos são ejectados pela força de ejeção P_RA e a força de ejeção P_AG respetivamente, e são soprados com ar comprimido.

• Soco
• Morrer
• Punção interno
• Ejetor
• Haste de ejeção
• Placa de guia
• Prato de impressão
• Engrenagem de anel
• Materiais de corte fino
• Peças de corte fino
• Resíduos internos
• Ps-Força de bloqueio
• Força da engrenagem PR-Ring
• PG-Pressão traseira
• PRA-Força de descarga
• Força de ejeção PGA
• SP-Desnível de branqueamento

4. Processo de trabalho de corte fino 

(a) A matriz é aberta e o material é alimentado;

(b) A matriz é fechada e o material dentro e fora da aresta de corte (linha de corte) é comprimido pela força do anel e pela contrapressão;

(c) O material é esvaziado com a força de esvaziamento P_Se a força de pressão P_R e P_G são efetivamente pressionados em todo o processo;

(d) No final do curso do êmbolo, o punção está na matriz e os resíduos do furo são descarregados na matriz de saída;

(e) A força anelar P_R e a contrapressão P_G são retiradas e o coto é aberto;

(f) Na posição em que a força do anel dentado é aplicada, o efeito é a ejeção dos resíduos do furo e a remoção da força de descarga P_RA do colo de perfuração;

(g) Na posição em que a contrapressão é aplicada, neste ponto o efeito é: a força de topo P_AG do dado.

O material começa a ser alimentado;

h) Descarregar com sopro ou remover os resíduos de peças de corte fino e de furos interiores.

A alimentação de material está concluída.

• P_R-força da engrenagem do anel
• P_G-pressão nas costas
• Ps-força de bloqueio
• P_RA-força de descarga
• P_AG-força de ejeção
• 1- Placa de prensagem
• 2-Molde côncavo
• 3-Punção de obturação (blanking)
• 4-Ejetor
• 5-Material de corte fino
• 6-Peças de corte fino
• 7-Furar a sucata do furo interior

Peças de corte fino

01 Tecnologia de peças de corte fino

A tecnologia de peças de corte fino tem como principal objetivo cumprir os requisitos técnicos e funcionais das peças, sendo ao mesmo tempo simples e económica durante a produção em série. Os factores que influenciam a tecnologia incluem:

1. Conceção das peças.
2. Tolerâncias dimensionais e posicionais das peças.
3. Propriedades e espessura do material.
4. Qualidade da superfície prensada.
5. Conceção da matrizqualidade de fabrico e longevidade.
6. Seleção de máquinas de corte fino, etc.

A tecnologia da estrutura da peça de corte fino refere-se aos elementos que compõem a geometria da peça, incluindo a determinação do raio de filete mínimo, da abertura, da espessura da parede, da largura do anel, da largura da ranhura e do módulo de perfuração, entre outros. Estes valores tendem a ser menores para peças de corte fino do que para peças de corte geral, conforme determinado pelo princípio do corte fino. No entanto, parâmetros estruturais bem concebidos podem melhorar a qualidade do produto e reduzir os custos de produção.

Nota: A figura referida no texto original não está incluída.

02 Nível de dificuldade das peças de corte fino

De acordo com a geometria da peça e as suas unidades estruturais, divide-se em S₁, S₂ e S₃ em cada um dos diagramas.

• S₁-simples, adequado para materiais de corte fino com resistência ao cisalhamento Ks=700N/mm²
• S₂-médio, que é adequado para materiais de corte fino com resistência ao cisalhamento Ks=530N/mm²
• S₃-complexo, que é adequado para materiais de corte fino com resistência ao cisalhamento Ks=430N/mm²

Na gama abaixo de S₃Se o sistema de corte fino não for adequado, ou se forem necessárias medidas especiais, o sistema de corte fino não é adequado.

Quando se utiliza a gama de S₃A condição é que o elemento de perfuração seja feito de aço de alta velocidade e a resistência à tração do material de corte fino seja δb≤600 N/mm² (resistência ao cisalhamento Ks≤430N/mm²).

Exemplo:

O came de comutação na figura, o material é Cr15 (esferoidização), Ks=420N/mm²que determina o seu grau de dificuldade.

• diâmetro do furo d = 4,1 mm S₁
• sucata b = 3,5mm S₃
• módulo de engrenagem m = 2,25 mm S₂
• raio do filete R_a= 0,75 mm S₁/S₂

A dificuldade máxima desta parte é a volta b, pelo que a dificuldade total é S₃ e pode ser bem apagado.

03 Requisitos técnicos para peças de corte fino

1. Tolerâncias dimensionais

As tolerâncias dimensionais das peças de precisão em bruto dependem de: forma da peça, qualidade de fabrico das ferramentas, espessura e propriedades do material, lubrificantes e ajustes da prensa, que podem ser seleccionados a partir da Tabela 1.

2. Tolerância de planeza

A planicidade de uma peça de perfuração de precisão é a deflexão do plano da peça, que tem o valor:

f = h - s

As peças de corte fino têm uma boa planicidade devido ao estado de prensagem do material durante o processo de corte fino. A planicidade pode variar consoante o tamanho, a forma, a espessura do material e as propriedades mecânicas das peças.

Geralmente, as peças mais grossas são mais rectas do que as peças finas, os materiais de baixa resistência são mais rectos do que os materiais de alta resistência e os materiais com maior força de pressão são mais rectos do que os materiais com menor força de pressão.

A superfície do material no lado convexo da matriz é sempre côncava, enquanto o lado côncavo da matriz é sempre convexo.

No entanto, se a peça tiver de ser estampada, vincada, entalhada, dobrada ou perfurada com uma matriz contínua, a planicidade pode variar muito devido à deformação local ou a diferentes direcções de perfuração na peça.

No entanto, a planeza das peças estampadas de precisão é sempre melhor do que a das peças estampadas normais. A figura abaixo mostra o esquema geral retidão medido a uma distância de 100 mm.

3. Perpendicularidade Tolerância

A superfície de uma peça fina e a superfície de base formam um ângulo com uma certa tolerância, conhecido como não perpendicularidade. Esta é influenciada por factores como a espessura e as propriedades do material, o estado da aresta de corte durante o puncionamento, a rigidez da matriz e o ajuste da prensa.

Geralmente, quando a espessura do material é de 1 mm, a não perpendicularidade é de 0,0026 mm, e quando a espessura do material é de 10 mm, o lado da rebarba é 0,052 mm maior do que o lado afundado. A relação entre a espessura do material e a não perpendicularidade é mostrada abaixo.

4. Qualidade da superfície de obturação

A qualidade das peças de corte fino é largamente determinada pela superfície de corte.

Esta superfície é afetada por factores como o tipo de material, as suas propriedades e estrutura metalúrgica, a qualidade da matriz e da aresta de corte, a utilização de lubrificantes e o ajuste da prensa.

A superfície de corte tem quatro componentes distintos: superfície lisa, superfície de separação, superfície com defeito de afundamento e superfície de rebarba.

A figura seguinte mostra as três características principais da superfície de obturação e o seu significado.

Na figura:

• S - espessura do material.
• h - fração mínima de acabamento em percentagem da espessura do material S na rutura (%).
• l - fração mínima de acabamento em percentagem da espessura do material S com fratura em escama de peixe (%).
• b - a largura máxima admissível da fratura da escama de peixe, em que a soma de b não é superior a 10% do perfil relevante.
• t - a profundidade de fratura permitida é de 1,5% S.
• e - altura da rebarba (mm).
• c - 30% da largura do canto recolhido S (máximo).
• d - 20% S (máximo) para a profundidade de colapso (30% S para os veios dos dentes).
• E-Largura máxima da fita de separação.

(1) Supressão rugosidade da superfície

O acabamento da superfície de corte varia em diferentes direcções e posições à volta do perímetro. Normalmente, o lado que colapsou é mais liso do que o lado da rebarba. A rugosidade da superfície de corte é representada pelo valor médio aritmético aR, com um valor que varia tipicamente entre Ra = 0,2 e 3,6, que é dividido em seis classes (ver Tabela 2).

A direção de medição é perpendicular à direção de perfuração e o local de medição situa-se no meio da superfície de corte (como se mostra na Figura 6a). A relação entre a rugosidade da superfície de corte e a resistência à tração do material é ilustrada na Figura 6b.

Tabela 2 Blanking rugosidade da superfície

(2) Taxa de integridade da superfície de obturação

Existem cinco níveis de integridade na superfície de corte de peças de corte fino.

(3) Grau de fratura da superfície de corte

Existem quatro níveis de fendas na superfície de corte das peças de corte fino.

(4) Método e importância da qualidade da superfície de branqueamento

A representação e o significado das características de qualidade da superfície de perfuração são apresentados na figura seguinte.

Por exemplo,

• a rugosidade da superfície em branco é Ra = 2,4 μm;
• o acabamento é h = 90%S;
• l = 75%S;
• o grau de rutura é 2.

04 Colapso de peças de precisão em branco

O ângulo de colapso refere-se à deformação plástica irregular da curva convexa na junção da superfície lisa, do plano de contorno interior e exterior das peças de perfuração fina (como se pode ver na Figura 8).

A dimensão do colapso é influenciada por vários factores, como a espessura do material, propriedades dos materiaisforma da peça, contrapressão e altura do anel dentado. Pode ser selecionado um método de cálculo para o ângulo de colapso, consultando a figura abaixo.

Em geral, tE≈(5～10)S, bE≈(5～10)tE.

Calcular o valor do ângulo de colapso tE e bE

05 Rebarbas em peças de precisão

As rebarbas são projecções irregulares na aresta da superfície de corte de peças de corte fino. O tamanho das rebarbas depende de vários factores, como o tipo de material, a folga, o estado da aresta de corte da matriz, a profundidade da matriz no material e o número de ciclos de corte.

A rebarba gerada durante o corte fino não resulta de um corte, mas sim de uma rebarba de extrusão. O tamanho da rebarba não é apenas determinado pela sua altura, mas também pela espessura da sua raiz.

De acordo com a norma VDI3345, quando a aresta da matriz é afiada, é produzida apenas uma rebarba fina, com um tamanho de 0,01 a 0,08 mm. Por outro lado, quando a aresta do molde se torna baça, é produzida uma rebarba mais grossa, com um tamanho de 0,1 a 0,3 mm (como mostra a figura abaixo).

 06 Tolerâncias dimensionais

O corte fino é um processo de cisalhamento em que a matriz de corte cria uma forte deformação dos cristais de tecido metálico, levando à separação. O tipo de material de corte fino afecta a qualidade da superfície, a precisão dimensional e a vida útil da ferramenta das peças de corte fino.

Os requisitos básicos para o efeito são:

1. Deve ter uma boa maleabilidade e uma grande capacidade de desnaturação

Isto permite principalmente que o fluxo de material na zona de cisalhamento continue até ao fim do cisalhamento sem rasgar.

Os melhores resultados de corte fino são obtidos com aços com uma resistência à tração δb ≤ 650 N/mm² e um teor de carbono de 0,35%.

[1] Desempenho de corte fino do material

• -Resistência à tração
• -Limites de rendimento
• -Taxa de extensão
• -Dureza

-Grau de deformação dos corpos e carbonetos de cementação (esferonização)

[2] Deformabilidade dos materiais

• -Limite de rendimento baixo
• -Baixa resistência à tração
• -Elevado alongamento de fratura
• -Alta retração da face

Os materiais de corte fino com valores mais elevados de alongamento na rotura e retração final possuem melhores propriedades de deformação. Um limite de elasticidade baixo indica que o material começa a fluir a baixa pressão. A gama de resistência adequada para materiais de corte fino está representada na figura seguinte, com o teor de carbono representado como teor de carbono equivalente.

2. Deve ter uma boa estrutura organizacional

Os materiais de corte fino têm requisitos elevados relativamente à sua estrutura metalúrgica. A qualidade do corte fino pode ser significativamente afetada pela estrutura metalúrgica, mesmo que o material utilizado seja o mesmo, mas tratado de forma diferente.

Para aço-carbono e liga de aço com um teor de carbono superior a 0,35%, a forma e a distribuição da cementita (Fe3C) desempenham um papel crucial no acabamento superficial do cisalhamento.

Os carbonetos após a esferoidização, que estão uniformemente distribuídos numa forma de grão fino, e a estrutura de perlite das aparas conduzem a uma superfície de corte boa e lisa.

A figura abaixo mostra como as diferentes estruturas metalográficas do aço carbono com carbono 0,45% resultam em diferentes qualidades de superfície de cisalhamento. À esquerda, a estrutura perolada pré-ferrite não tratada e, à direita, o corpo esferulítico cementado após esferoidização.

3. Endurecimento a frio durante a estampagem fina

O corte fino é um processo complexo que envolve a extrusão e o cisalhamento de materiais. O material na zona de cisalhamento sofre uma forte deformação a frio, resultando num aumento da dureza na zona de endurecimento por trabalho a frio em comparação com a dureza da matriz.

Para compreender o processo de corte fino, é crucial ter uma compreensão clara das leis do endurecimento a frio e determinar o tamanho, a forma e a profundidade do endurecimento a frio, bem como o seu impacto real nas peças acabadas de corte fino.

A Fig. 12 mostra o endurecimento a frio dos materiais durante o corte geral e o corte fino.

07 Seleção de materiais de corte fino

1. Princípio de seleção

É importante satisfazer os requisitos funcionais das peças de corte fino e, ao mesmo tempo, ter em conta a relação custo-eficácia. Para tal, é necessário ter em conta factores como o tipo e a disponibilidade do material, as tolerâncias dimensionais, a qualidade da superfície e o nível de dificuldade em conseguir um corte preciso.

2. Variedade de materiais

Os metais ferrosos incluem: aço macio (C≤0,13%); aço não ligado (0,12-1,0%C); aço ligado (0,15-0,20%C); aço inoxidável (C≤0,15%); aço de grão fino (0,10-0,22%C).

Os metais não ferrosos incluem: cobre e ligas de cobre; alumínio e ligas de alumínio.

Leitura relacionada: Metais ferrosos versus metais não ferrosos

3. Estado de abastecimento

Para requisitos de aço:

1. Tipos de fornecimento: tiras laminadas a quente, tiras laminadas a frio, barras planas, mas em diferentes estados, tem recozido, recozido amolecido, recozido esferoidal, etc.
2. Tamanho: é determinado pelo desenho da matriz.
3. Tolerância de espessura: Deve ser consistente com as peças.
4. Qualidade da superfície: diferentes métodos de laminagem permitem obter diferentes qualidades de superfície, nomeadamente decapagem e jato de areia, decapagem, laminados a frio, etc.
5. Organização metalográfica: de acordo com os requisitos das peças do produto, divide-se em três níveis:

FSG I: Resistência máxima à tração, sem a exigência de organização metalúrgica.

FSG II: após recozimento tratamento, material C>0.15%, contendo cerca de 80-90% corpos esféricos de cementação.

FSGIII: Amolecido e recozido, material C>0,15%, contendo cerca de 100% de corpo esférico de cementação.

Para os metais não ferrosos, o cobre, o alumínio e as suas ligas têm uma composição química e requisitos de estado de laminagem.

4. Avaliação da obturação fina

A avaliação dos materiais de obturação fina e a sua seleção são apresentadas no Quadro 5.

Notas:

1. Material de corte fino muito bom-ideal, com uma elevada finura da superfície de corte e uma longa vida útil da matriz.
2. Material de corte fino adequado, com a suavidade da superfície de corte e vida útil normal da matriz.
3. Material de corte bastante fino, quando utilizado para peças com formas complicadas, a superfície de corte é rasgada e a vida útil da matriz é curta.