Otimização da folga de corte: Dicas e truques para o corte de precisão

Blanking é um processo de estampagem no qual uma parte do contorno fechado de uma chapa é separada de outra parte por meio da utilização de uma matriz.

O termo "folga de corte" refere-se à diferença de dimensões entre a borda superior da matriz e a borda inferior da matriz durante o processo de corte.

Esse é um parâmetro técnico fundamental no projeto, na fabricação e na produção de matrizes.

Para garantir a longevidade da matriz e a qualidade das peças em branco, bem como melhorar a eficiência da produção, é essencial gerenciar e otimizar adequadamente a lacuna de corte durante a produção real.

Análise do processo de deformação de corte

O processo de deformação do blanking pode ser categorizado em três fases: a fase de deformação elástica, a fase de deformação plástica e a fase de fratura.

O estado de tensão da placa durante esse processo está representado na Figura 1.

Fig. 1 Análise de tensão da placa durante a deformação de corte

Na figura,

• F_C é a força de cisalhamento que atua na matriz superior
• F_{C '}é a força de cisalhamento que atua sobre o matriz inferior;
• F_L é a força transversal que atua no molde superior, F_{L '}é a força transversal que atua na matriz inferior;
• μ é o coeficiente de atrito;
• F_H é a força do componente horizontal recebida pela placa da borda superior da matriz, e F_H' é a força do componente horizontal recebida pela placa da matriz inferior;
• F_V é o componente vertical da força recebida pela placa da borda superior da matriz, F_{V '}é a força do componente vertical recebida pela placa da matriz inferior;
• M_g é o momento de flexão da placa;
• I é o braço da alavanca;
• C é a folga de vedação.

Estágio de deformação elástica

Durante esse estágio, depois que a borda da matriz superior entra em contato com a placa, a placa é inicialmente achatada e, em seguida, as bordas das matrizes superior e inferior são pressionadas contra a placa.

Devido à lacuna "C", a força combinada da matriz superior e a força combinada da matriz inferior não estão alinhadas, fazendo com que a placa sofra um momento de flexão "Mg'" e se dobre levemente sob compressão elástica.

À medida que a matriz superior continua a descer, a tensão na borda de corte do material atingirá seu limite elástico.

Estágio de deformação plástica

À medida que a matriz superior continua seu movimento descendente, a tensão na placa aumenta, atingindo o limite de escoamento e causando deformação plástica.

À medida que o grau de deformação plástica aumenta, a tensão de tração e o momento de flexão dentro da placa continuam a aumentar, fazendo com que o material endureça ainda mais. O material próximo à borda atingirá seu limite de resistência primeiro.

Estágio da fratura

À medida que a matriz superior continua a descer, as rachaduras aparecem inicialmente nas laterais das bordas superior e inferior da matriz.

Nesse ponto, a energia armazenada nas fases de deformação elástica e plástica é liberada, espalhando-se para dentro ao longo da direção da tensão de cisalhamento máxima.

Quando as rachaduras primárias nas bordas superior e inferior da matriz se alinham, o material é cortado e separado.

Se a folga na borda da lâmina não for razoável e as duas rachaduras primárias não se alinharem, surgirá uma terceira rachadura primária.

Influência da folga de corte na seção e sua seleção

Com base na análise do processo de deformação do corte em branco descrito acima, a seção transversal das peças cortadas consiste principalmente no ângulo de colapso "R", na zona brilhante "B", na zona de fratura e na rebarba "h", e tem um ângulo de fratura "α", conforme mostrado na Figura 2.

Fig. 2 Composição da seção das peças de corte

Influência da folga de obturação no colapso do ângulo

No estágio de deformação elástica, o material próximo à borda de corte forma uma superfície livre que é puxada para dentro da lacuna de corte, criando o ângulo de colapso. A altura do ângulo de colapso aumenta com o aumento da lacuna de corte.

A presença da folga de corte faz com que a força resultante das bordas superior e inferior da matriz da placa não esteja em uma linha reta, resultando na geração de um momento de flexão (mg).

À medida que a lacuna de obturação aumenta, o momento de flexão da placa também aumenta, levando a um maior efeito de flexão na placa. Isso, por sua vez, faz com que a altura do ângulo de colapso aumente proporcionalmente.

Influência da folga de corte na tira brilhante

No estágio de deformação plástica, a chapa sofre deformação por cisalhamento e flexão por tração na borda de corte, principalmente por cisalhamento, o que cria uma faixa brilhante. A faixa brilhante tem uma superfície lisa e excelente perpendicularidadetornando-o o formato ideal para uma seção de placas.

No entanto, à medida que a folga da obturação aumenta, a altura da faixa brilhante diminui. Se a folga de obturação for muito pequena, as trincas principais superior e inferior não se alinharão, o que resultará na formação de uma segunda faixa brilhante longa e estreita. Essa faixa é caracterizada por rebarbas longas, bordas dentadas irregulares e pequenos cones, o que leva à criação de detritos que são facilmente removidos e levados para o processo subsequente. Isso, por sua vez, causa uma indentação deficiente, que é uma das principais causas de paralisação da produção.

Um aumento na folga de corte aumenta o efeito de tração e flexão na chapa, reduzindo a força relativa do efeito de cisalhamento. Isso torna a placa mais propensa a ser separada e a formar uma zona de fratura, e a altura da zona brilhante também é reduzida.

Influência na rebarba

No início, a altura da rebarba aumenta gradualmente, mas depois aumenta continuamente à medida que a folga do corte aumenta.

No estágio de fratura, as trincas se formam na lateral da borda de corte, em vez de no meio da fenda de corte, o que inevitavelmente leva à formação de rebarbas.

Se a lacuna de corte for menor do que um valor razoável, as rachaduras principais na chapa não coincidirão, resultando em rebarbas pequenas e difíceis de remover. No entanto, se a lacuna de corte for maior do que um valor razoável, a placa será puxada para dentro da lacuna de corte por tensão e flexão, fazendo com que a rachadura principal apareça no lado relativamente distante da borda de corte e acabe se rompendo.

Isso resulta em uma grande altura de rebarba, que é outra causa importante da formação de rebarbas e uma fonte significativa de tempo de inatividade da produção.

Seleção da folga de obturação

Conforme mostrado na Figura 3, a relação entre a folga de corte e a vida útil da matriz e a qualidade da seção da peça foi analisada com base nas informações discutidas acima e na literatura relevante.

Ao selecionar a folga de corte, é necessário considerar tanto a qualidade da seção da peça quanto a vida útil da matriz.

α representa a folga de apagamento relativa que resulta na melhor qualidade da seção da peça, β representa a folga de apagamento relativa que resulta na boa qualidade da seção da peça, γ representa a folga de apagamento relativa que resulta em uma boa vida útil da matriz e δ representa a folga de apagamento relativa que resulta na melhor vida útil da matriz.

Fig. 3 Efeito da folga de corte relativa na qualidade da seção e na vida útil da matriz

A folga relativa de corte pode ser expressa pela fórmula (1), que mostra a relação entre a folga de corte e a espessura da placa.

C=xt (1)

Na fórmula, "C" representa a folga de apagamento (mm), "x" representa o coeficiente de proporção e "t" representa a espessura da placa (mm).

Com base na experiência prática de produção, sugere-se usar x=6% ~ 8% quando a tampa do corpo for feita de chapa de açoe x=10% quando a tampa do corpo é feita de chapa de alumínio. Isso equilibra a qualidade da seção da peça e a vida útil dos moldes.

Leia mais:

• Como determinar a folga do punção e da matriz?

Um método para medir e avaliar rapidamente a folga de obturação na produção prática

Medição da folga de obturação

Há vários métodos para medir a folga de corte, inclusive o uso de um calibrador de folga. No entanto, esse método tem baixa eficiência de medição para formatos complexos de lâminas e é difícil medir lâminas internas, o que leva a uma baixa eficiência operacional.

Portanto, na produção real, é importante usar um método rápido e simples para medir a folga de corte.

Um desses métodos é usar papel de teste com folga de 0,06 mm e revestimento de chumbo vermelho, conforme mostrado na Figura 4. Esse método é adequado para peças com coberturas de corpo feitas de chapas de aço com espessura de cerca de 0,7 mm, que é o caso desta postagem. A espessura do revestimento de chumbo vermelho aplicado é geralmente entre 0,01 mm e 0,02 mm.

Fig. 4 Ferramentas de medição

Para começar, é necessário determinar a faixa razoável para a folga de apagamento. Com base nas informações discutidas acima, usando um coeficiente proporcional de x=6% ~ 8%, a faixa razoável pode ser calculada como sendo de 0,04 mm a 0,06 mm.

Em seguida, a placa de prensagem deve ser removida e o molde deve ser instalado na prensa. O ponto de medição no molde inferior deve ser selecionado e o papel de teste de folga deve ser aplicado uniformemente no ponto de medição, conforme mostrado na Figura 5.

Fig. 5 Colagem do papel de teste de folga da borda de corte de uma matriz

Depois disso, uma camada de revestimento de chumbo vermelho deve ser aplicada uniformemente no molde superior.

Em termos de registro da folga de corte de deslocamento, recomenda-se, neste documento, registrá-la com base no número de inserções na borda superior da matriz, conforme mostrado na Figura 6. Isso ajuda a evitar confusão no registro de dados e garante a precisão da coleta de dados.

Fig. 6 Método de registro de dados

Por fim, o máquina de prensagem deve ser operado com um curso de uma polegada na velocidade real de produção e o estado da fita adesiva deve ser observado visualmente para determinar a folga de supressão.

As etapas envolvidas nesse processo estão resumidas na Tabela 1.

Tabela 1 Etapas de operação da medição de folga

Julgamento da folga de obturação

Após a conclusão da medição dos dados, é necessário revisar e analisar os dados. A análise baseia-se no estado do papel de teste de lacuna na borda. O espaço vazio pode ser determinado de forma aproximada observando-se o estado da fita adesiva.

O método de análise é mostrado na Tabela 2.

É importante observar que a variação na espessura da placa pode causar erros dentro de uma determinada faixa. Se a variação na espessura da placa for de 0,7 mm ± 0,05 mm, o erro pode ser desconsiderado. Entretanto, se a variação na espessura da placa exceder essa faixa, os resultados da Tabela 2 deverão ser reavaliados.

Tabela 2: Padrão de julgamento da folga de obturação

NÃO.	Situação de chumbo vermelho	Condição da fita	Faixa de espaço (mm)	esboço esquemático
1	Chumbo vermelho completamente raspado contra a borda da matriz inferior	A fita está completamente amassada.	0.03~0.04
2	Raspagem de chumbo vermelho na borda da matriz inferior	Baixa integridade da fita adesiva	0.05~0.06
3	O chumbo vermelho raspa na borda da matriz inferior	Fita intacta	0.06~0.07
4	O chumbo vermelho não arranhou a borda da matriz inferior	Fita intacta	>0.07

Análise da qualidade da seção e otimização da folga

Análise da seção de perfuração

Os dados da folga de bloqueio medida devem ser registrados conforme descrito acima.

Atualmente, o valor de folga razoável para a placa de aço usada no teste é de 0,04 mm a 0,06 mm, mas, para determinar o valor ideal da folga de corte, é necessário analisar a seção da placa.

A ferramenta usada neste artigo é uma lupa modelo peak2008-50 × 50 vezes, que é mostrada na Figura 7. Seus parâmetros estão listados na Tabela 3.

Tabela 3 parâmetros da lupa do pico2008-50 × 50

Fig. 7 Parâmetros da lente de aumento do pico2008-50 × 50

Neste artigo, é estudado o efeito da folga de corte na qualidade da seção da chapa.

Uma peça bruta de aço inoxidável com espessura de 0,7 mm é usada na análise, e as seções são tiradas com folgas de obturação de 0,03 mm, 0,04 mm, 0,05 mm, 0,06 mm e 0,07 mm, respectivamente. Isso resulta em cinco grupos de dados, cada um com uma folga de obturação relativa de 4,3%, 5,7%, 7,1%, 8,5% e 10,0%.

A seção da chapa é fotografada usando uma lupa de 50x do Peak2008. A altura do ângulo de colapso (R), a altura da faixa brilhante (B) e a altura da rebarba (h) são usadas como indicadores de análise para determinar a relação entre a chapa e esses indicadores sob diferentes condições de folga de apagamento. Os resultados são exibidos na Tabela 4.

A seção da chapa é examinada com uma lupa de 50x. A altura do ângulo de colapso (R), a altura da faixa brilhante (B) e a altura da rebarba (h) são selecionadas como indicadores de análise para determinar a relação entre a chapa e esses indicadores em condições variadas de folga do blank.

Os resultados são mostrados na Tabela 4.

Tabela 4 Índice de análise de seção das peças de corte

Folga de vedação (mm)	Folga de bloqueio relativa (%)	Altura de colapso do ângulo R (mm)	Altura da faixa clara B (mm)	Altura da rebarba h (mm)	Foto da seção da placa
0.03	4.3	0.04	0.56	0.01
0.04	5.7	0.05	0.46	0.02
0.05	7.1	0.05	0.34	0.02
0.06	8.5	0.06	0.28	0.02
0.07	10.0	0.09	0.16	0.04

Os cinco grupos de dados medidos são plotados em um gráfico de dispersão e uma análise de regressão é realizada.

Como pode ser visto na Figura 8, a altura do ângulo de colapso aumenta com o aumento da lacuna de obturação. A razão para isso se deve ao maior momento de flexão da placa e ao aumento dos efeitos de flexão e alongamento à medida que a lacuna de obturação se torna maior, fazendo com que a altura do cinturão de filete aumente.

Fig. 8 Influência da folga da obturação na altura do colapso R

Conforme mostrado na Figura 9, a altura da faixa brilhante diminui à medida que a folga de corte aumenta. A faixa brilhante é caracterizada por sua orientação lisa, plana e perpendicular à placa, o que a torna uma seção ideal para o corte. A diminuição da altura se deve ao enfraquecimento da ação de cisalhamento da placa, o que leva à formação de uma zona de fratura e a um aumento na altura da zona de fratura.

Fig. 9 Efeito da folga de obturação na altura B da tira brilhante

À medida que a lacuna de obturação diminui, a altura da faixa brilhante aumenta devido à redução dos efeitos de flexão e tração na placa, ao fortalecimento do efeito de cisalhamento e ao prolongamento de seu estágio de deformação plástica. Além disso, nessas condições de lacuna, as trincas principais superior e inferior não coincidem, resultando em separação secundária.

A peça que é apagada forma uma segunda faixa brilhante por atrito na parede lateral da matriz inferior. A superfície dessa segunda faixa brilhante é propensa a descascar, conforme mostrado na Figura 10. Esse tipo de superfície será descolado e parcialmente preso à superfície da placa de prensagem durante o processamento subsequente, e os detritos deixarão um recuo na placa durante o próximo golpe do molde.

A formação dessas indentações ruins leva a um aumento significativo no número de falhas e reduz a eficiência da produção.

Fig. 10 Seção da placa com folga de 0,03 mm

Como visto na Figura 11, a altura da rebarba aumenta com o aumento da folga do blanking. A rebarba é um aspecto problemático da processo de apagamento e pode afetar o uso normal das peças vazias.

Conforme analisado anteriormente, quando a lacuna de corte é pequena, as rachaduras superior e inferior da placa se alinham na direção da tensão de cisalhamento máxima, resultando em uma pequena altura de rebarba que é facilmente removível. No entanto, quando a lacuna de apagamento é grande, a flexão e o estiramento da placa se alinham na direção da tensão de cisalhamento máxima, resultando em uma pequena altura de rebarba que é facilmente removida. chapa metálica e as rachaduras têm maior probabilidade de se formar ligeiramente longe da borda de corte das matrizes superior e inferior. Isso torna a chapa metálica mais propensa a rasgar, levando a uma altura maior de rebarba que é difícil de remover.

A rebarba resulta em um desperdício significativo de tempo de produção e reduz a eficiência, tornando-a um aspecto importante do gerenciamento da produção.

Fig. 11 Efeito da folga de corte na altura da rebarba h

Otimização da folga de obturação

O foco deste artigo é a altura da faixa brilhante e a altura da rebarba e, portanto, a folga de corte é otimizada para esses dois parâmetros.

Conforme mostrado na Tabela 4, quando a lacuna de supressão da placa de teste é de 0,06 mm (representando uma lacuna de supressão relativa de 8,5%), a altura da faixa brilhante representa 1/3 da espessura da placa. Nesse momento, a altura do filete e a altura da rebarba estão em um estado ideal, sem resíduos de indentação nem rebarbas altas.

Na produção prática, não é viável gerenciar estritamente a folga de corte de acordo com esse valor, pois a indentação e a rebarba não podem ser completamente eliminadas, mas é possível obter boas condições de produto dentro de uma determinada faixa de valores de folga e a qualidade atende aos requisitos de produção.

Este artigo determina se a lacuna está dentro da faixa de bons produtos usando a relação entre a altura da faixa brilhante e a espessura da chapa (a altura relativa da faixa brilhante) e a lacuna de apagamento. A otimização pode ser realizada dentro dessa faixa na produção real, conforme mostrado na Tabela 5.

Tabela 5: Esquema de otimização da seção de peças de corte com base na altura relativa da tira brilhante

Faixa de folga de obturação (mm)	Altura relativa da zona clara	Status da rebarba	gráfico	Sugestões de modificação
0.03~0.04	>2/3	Rebarbas facilmente removíveis		Necessidade de aumentar a folga de vedação
0.04~0.05	1/3~1/2	Rebarbas removíveis		Necessidade de manter boas condições do produto
0.05~0.06	1/3	Bom estado do produto		Necessidade de manter boas condições do produto
0.06~0.07	1/5~1/3	Pequena rebarba		Necessidade de manter boas condições do produto
>0.07	<1/5	A rebarba fica maior com marcas de rasgo		É necessário reduzir a folga de obturação.

Dois conjuntos de moldes foram otimizados e gerenciados usando o painel de teste com base na faixa de folga indicada na tabela, e seu desempenho de produção foi monitorado.

A Figura 12 exibe as estatísticas de falhas de rebarbas após o gerenciamento otimizado da lacuna de obturação a partir de 8 de dezembro. Após um período de produção, a taxa de falhas diminuiu e se estabilizou.

A Figura 13 mostra as estatísticas de falhas de indentação após a otimização do gerenciamento da lacuna de obturação a partir de 8 de dezembro. Após um período de produção, a taxa de falhas diminuiu e se estabilizou.

Fig. 12 Estatísticas de falhas de rebarba antes e depois da otimização

Fig. 13 Estatísticas de falha de indentação antes e depois da otimização

Conclusão

Este artigo examina brevemente o processo de deformação da estampagem e a estrutura e os fatores que influenciam a seção da peça estampada. Ele também apresenta um método para determinar de forma rápida e fácil a folga de corte na produção prática. Esse método envolve o uso de um papel de teste de folga de 0,06 mm combinado com tinta vermelha de chumbo para avaliar visualmente a folga de corte na borda de corte da matriz.

A análise da seção de uma placa de aço inoxidável de 0,7 mm de espessura com a marca GX220BDL+ZF é conduzida sob diferentes lacunas de corte e o esquema ideal de lacuna de corte é estabelecido com base na altura relativa da faixa brilhante. Isso melhora os problemas de indentação ruim causada por uma lacuna de apagamento muito pequena e rebarbas ruins causadas por uma lacuna de apagamento muito grande.

Por meio do monitoramento subsequente da produção, foi confirmado que a taxa de falhas diminuiu e se estabilizou.