Por Ajay Yadav e Taylan Altan* 

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de janeiro de 2009. 

 

Na hidroconformação de chapas com punção (SHF-P), a matriz-fêmea usada na estampagem convencional é substituída por uma câmara de pressão. A chapa é conformada por estampagem profunda sobre a superfície do punção, de encontro à contrapressão exercida pela câmara de pressão, que é gerada por um fluido pressurizador, conforme é mostrado na figura 1.

 

Fig. 1 – No processo de hidroconformação de chapas com punção (SHF-P), uma matriz-fêmea convencional é substituída por uma câmara de pressão. Este processo permite a conformação de peças mais profundas com espessura uniforme de parede, em comparação com o que pode ser conseguido por estampagem convencional.

 

 

O operador pode pressurizar positivamente o fluido por meio de uma bomba externa ou pode permitir que a pressão seja gerada negativamente durante o curso avante do punção, a controlando por uma válvula de alívio que permite que algum fluido escape à medida que o punção e a chapa são empurrados sobre a câmara.

 

No processo de hidroconformação de chapas com punção, a fricção na interface punção/chapa evita que o blanque sob deformação escorregue sobre a superfície do punção. Dessa forma é reduzido, ou mesmo eliminado, o estiramento que ocorre durante a estampagem profunda convencional, resultando em uma parede com espessura mais uniforme e maior estampabilidade.

 

Assim, o processo de hidroconformação de chapas com punção pode reduzir o número de operações de estampagem normalmente requeridas durante a conformação de peças complexas. A figura 2 mostra como esse processo pode ser combinado com a estampagem convencional para a conformação de peças com protuberâncias.

 

Fig. 2 – Uma combinação do processo de hidroconformação de chapas com punção, estiramento e estampagem profunda convencional pode conformar peças com protuberâncias dentro de um pequeno número de operações de conformação. Fonte: Siegert et al.

 

 

Diferenças entre o processo de hidroconformação de chapas com punção e a estampagem convencional

Uma comparação entre a estampagem convencional e o processo de hidroconformação de chapas com punção revela que este último apresenta as seguintes características exclusivas:

 

• Elimina a necessidade de uma matriz-fêmea, portanto, reduz os custos de ferramental;

 

• Frequentemente, permite a conformação de peças complexas em uma única operação, e, desse modo, reduz o número de conjuntos de matrizes e operações requeridos;

 

• Requer um tempo de ciclo por operação mais longo – de 60 a 80 segundos – em vez dos poucos segundos necessários para a estampagem convencional.

 

O processo de hidroconformação de chapas com punção é adequado para a produção de peças em quantidades relativamente pequenas. Por exemplo, diversos painéis externos do modelo Solstice, da General Motors, foram produzidos por meio desse processo na planta da empresa Amino, em Saint Thomas, Ontário (Canada), porque o número de unidades previsto para este carro variou entre 20.000 e 30.000 por ano.

 

Prensa para o processo de hidroconformação de chapas com punção

 

Diversos fabricantes de prensas, tais como Schuler, Amino e Schnupp, fabricam máquinas para o processo de hidroconformação de chapas com punção, como a que é mostrada na figura 3, as quais possuem baixos tempos de ciclo. Nestas prensas, a matriz superior é movida para cima e para baixo com o uso de um cilindro de curso longo que requer um pequeno volume de fluido hidráulico sob baixa pressão.

 

Fig. 3 – Nas prensas usadas para a hidroconformação de chapas com punção, a matriz superior é movida para cima e para baixo usando um cilindro de longo curso que requer um pequeno volume de fluido hidráulico sob baixa pressão. Fonte: K. Schnupp e M. Kerschner; Presses for Hydromechanical Drawing of Panels for Automobiles; In: K. Siegert (org.), Hydroforming of Tubes, Extrusions and Sheet Metals; vol. 3, 2003, p. 409-421.

 

O pistão é indexado na posição central inferior pelo uso de travas mecânicas, o que elimina a necessidade de um sistema hidráulico de alta pressão na matriz superior. Cilindros de fechamento hidráulicos de curso curto, montados no leito da prensa, são ativados durante o processo de hidroconformação de chapas com punção para aplicar a força de compressão requerida para contrabalançar a força gerada pela câmara de pressão.

 

Projeto de ferramental para o processo de hidroconformação de chapas com punção

O conceito de projeto de ferramental para o processo de hidroconformação de chapas com punção é similar ao da estampagem convencional. O punção e o prensa-chapas são especificamente projetados conforme o formato da peça, enquanto a câmara de pressão, projetada para suportar altas pressões, é comum para todos os tipos de peças. Além disso, a câmara de pressão e a interface da chapa precisam ser vedadas para evitar o vazamento do fluido de pressurização durante o processo.

 

A pressão na câmara requerida para conformar uma peça depende completamente do raio mínimo ou raio de filete que existe na peça. Desse modo, peças com cantos ou filetes agudos requerem prensas com capacidade muito alta, o que demanda investimentos mais altos. 

 

A figura 4 ilustra um projeto de ferramental no qual pinos amortecedores elásticos foram montados na câmara de pressão. Ao se aproximar do fim do processo de hidroconformação de chapas com punção, os cantos agudos são conformados por esses pinos, e não pela pressão da câmara.

 

Fig. 4 – No processo de hidroconformação de chapas com punção (SHF-P), uma câmara de pressão com pinos amortecedores elásticos ajuda a conformar cantos agudos. Os pinos amortecedores elásticos na câmara de pressão ajudam a reduzir a capacidade requerida para a prensa. Fonte: D. Stremme, H. Cherek e R. Kolleck; Manufacturing of Large-Size Outer Panels Using Active Hydromechanical Sheet Metal Forming; In: K. Siegert (org.), Hydroforming of Tubes, Extrusions and Sheet Metals; vol. 2, 2001, p. 249-258.

 

Dessa forma, os cantos agudos podem ser conformados mecanicamente, sem a necessidade da aplicação de altas pressões. Na parte I desse estudo, que foi publicada na seção Tecnologia em conformação, foi discutida somente a hidroconformação usando matriz (SHF-D). A parte III, que será publicada no site de Corte e Conformação de Metais, discutirá a otimização das peças hidroconformadas com matriz e com punção.

 

Referências

1) Maki, T. Current Status of Fluid Forming in the Automotive Industry. In: SIEGERT, K. (org.). Hydroforming of Tubes, Extrusions and Sheet Metals, vol. 3, 2003, p. 25-44.

 

2) Siegert, K.; Schwager, A.; Rieger, R.; Haussermann, M. New Press Concept for Hydroforming. In: Siegert, K. (org.). Hydroforming of Tubes, Extrusions and Sheet Metals, vol. 1, 1999, p. 123-138.

 

3) Ibid.

*Este estudo foi preparado por Ajay Yadav, membro da equipe do Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final (Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing, ERC/NSM), da Universidade do Estado de Ohio (EUA), e por Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor da instituição. Este artigo foi publicado originalmente na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de janeiro de 2009 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

Tecnologia em conformação

---