Folga entre punção e matriz para barramento de cobre e alumínio

A folga é a fresta entre a aresta de corte do punção e a aresta de corte da matriz. É um único número, é fácil de errar e, em barramento, é errado com mais frequência do que qualquer outro parâmetro de ferramental. A maior parte da orientação publicada foi escrita para estampagem de chapa de 1-3 mm; barramento é 6-20 mm de cobre mole, dúctil e que encrua. Os percentuais se transferem. As consequências não.

Existem duas convenções e elas diferem por um fator de dois. A folga total é a diferença entre a abertura da matriz e a dimensão do punção. A folga por lado é metade disso, a fresta radial em qualquer ponto ao redor do perímetro. Uma tabela de fornecedor dizendo "cobre, 20%" e uma oficina rodando 10% podem estar descrevendo ferramental idêntico. Estabeleça qual convenção um número usa antes de compará-lo com qualquer coisa. Este artigo usa por lado o tempo todo, e converte as fontes citadas quando necessário.

O que a aresta cortada está dizendo

Um furo puncionado em barramento tem quatro zonas, visíveis na parede e espelhadas no recorte. Lê-las é o diagnóstico mais rápido que você tem, e não custa nada.

O arredondamento de borda fica na face de entrada do punção, onde o material escoa e é puxado para dentro do furo antes de cortar, deixando um lábio arredondado. A profundidade do arredondamento cresce com a folga, com o desgaste da ferramenta e com a maciez do material, então não é defeito por si só. Em cobre recozido é sempre visível.

A banda polida é a faixa brilhante abaixo do arredondamento, onde a parede do furo foi esfregada pelo flanco do punção. É lisa e reta e, dimensionalmente, ela é o furo. A orientação de ferramental da Dayton Lamina descreve a folga ótima como aquela que produz um recorte com banda polida de aproximadamente um terço da espessura do material e um plano de fratura uniforme alinhado com ela, o que também funciona como regra de aceitação para barramento.

A fratura é o restante fosco e grosseiro. Corre em ângulo porque a trinca viaja da aresta do punção até a aresta da matriz, e é a folga que fixa esse ângulo. Uma superfície de fratura reta, uniforme e contínua com a banda polida significa que as duas trincas se encontraram. É esse o objetivo inteiro.

A rebarba fica na face de saída do punção: o último ligamento de material alongando e rasgando em vez de cisalhar. A altura da rebarba cresce com a folga, com o desgaste da aresta e com a maciez.

Duas assinaturas de falha importam mais que as demais. Uma banda de cisalhamento secundária, ou seja, um segundo anel polido no meio da parede com um degrau entre os dois, diz que a trinca do punção e a trinca da matriz não se encontraram no mesmo plano e o material entre elas teve de ser cisalhado duas vezes. Isso é folga de menos. Um arredondamento grande com rebarba fina e esfarrapada e banda polida muito curta é folga demais.

Guarde um recorte de cada jogo novo de ferramentas, etiquetado com material, espessura e folga. Comparar um recorte suspeito com um comprovadamente bom leva quinze segundos e resolve a maior parte das discussões sobre se a ferramenta precisa de retífica ou se a folga está errada.

Folga como percentual da espessura, por lado

A expressão de trabalho é:

c = k × t          (folga por lado, mm)
abertura da matriz = tamanho do punção + 2c

em que t é a espessura do material e k é a razão de folga. Para barramento de cobre, k fica em uma faixa de 5-12% por lado. Abaixo de 5% você entra em cisalhamento secundário e dano térmico. Acima de aproximadamente 12% em barra grossa, o arredondamento de borda e o controle do recorte começam a dominar. Em torno de 10% por lado é o valor de trabalho comum, e é onde a maioria dos fornecedores de ferramental fica para barra meio-dura.

A faixa, calculada para as espessuras que aparecem em conjuntos de manobra:

Ou seja, cobre de 6 mm quer aproximadamente 0.3-0.7 mm por lado, e cobre de 10 mm aproximadamente 0.8-1.2 mm por lado trabalhando na metade superior da faixa. Essas aberturas de matriz parecem alarmantemente grandes ao lado do punção se o seu instinto vem de trabalho em chapa fina. Elas estão corretas. A matriz para um punção de 13 mm em cobre de 10 mm a 10% por lado é 15 mm, e o furo que ela faz vai medir perto de 13 mm, porque quem fixa a parede é a banda polida, não a matriz.

As tabelas publicadas variam, e há razão para isso. O guia de ferramental da Conic dá ao cobre uma razão de folga de 0.20-0.25 como valor total em prensas servo e hidráulicas, o que são 10-12.5% por lado, com uma nota para multiplicar por 1.4 acima de 3.2 mm de espessura. Tomado ao pé da letra, isso empurra o cobre grosso para 14-17% por lado. A UniPunch lista cobre em 20% da espessura para meio-duro e 25% para têmpera dura, de novo como total. O trabalho de folga de engenharia da Dayton, que é estampagem de chapa fina, vai ainda mais alto. A dispersão é real, e não desleixo: o ótimo depende de você estar comprando vida de ferramenta, rebarba mínima ou repetibilidade dimensional, e essas três coisas não têm o pico na mesma folga.

Folga de menos

A trinca do punção e a trinca da matriz partem cada uma da sua própria aresta de corte e se propagam uma em direção à outra. Com folga correta, elas ficam no mesmo plano e se juntam. Com folga insuficiente, passam uma pela outra, e o ligamento entre elas tem de ser rasgado em um segundo evento. Isso dá a banda de cisalhamento secundária, uma parede áspera e inconstante, e um furo abaixo da medida em relação ao punção.

As consequências na ferramenta são piores que as consequências na peça. O cobre retorna elasticamente sobre o flanco do punção após o rompimento, então, com folga apertada, o furo se fecha sobre o punção e todo golpe termina em um ajuste com interferência que precisa ser forçado na volta. A força de extração sobe, o flanco sofre abrasão e o calor de atrito se acumula na ponta. Os exemplos de campo da Dayton mostram descoloração atrás da ponta exatamente por esse mecanismo, com o tratamento térmico do punção danificado e a sua vida encerrada muito antes de a aresta em si estar gasta. Em casos severos a ponta sofre fadiga e se solta.

A retirada, e não o curso de corte, é onde acontece boa parte do desgaste. A Dayton a coloca em até dois terços do desgaste total do punção, e ela é inteiramente função de quão apertado o furo aperta o flanco. Esse é o argumento mais forte contra rodar a folga no fundo da faixa em cobre. O cobre é mole, então a prensa nunca reclama. A conta de ferramental, sim.

A tonelagem de pico também sobe com folga apertada, porque mais da espessura é cisalhada em vez de fraturada. Em uma máquina com pouca folga de força, esse é um caminho plausível para um martelo travado na barra mais espessa do serviço.

Folga demais

O material se dobra para dentro da matriz antes de cortar. O arredondamento cresce, a banda polida encurta, a zona de fratura toma conta da maior parte da parede e a altura da rebarba sobe. O furo fica acima da medida e a sua aresta deixa de ser esquadrada, o que importa onde o furo é uma face de junta parafusada.

A falha operacional é o retorno do recorte. Conforme a folga aumenta, o recorte fica mais folgado na matriz e sobe junto com o punção na retirada em vez de cair. Ele pousa sobre a barra e é prensado no furo seguinte, ou encalha no extrator. Em cobre os mecanismos são a adesão por película de óleo e o vácuo formado entre o recorte abaulado e a face do punção. A adesão magnética, o terceiro culpado usual em trabalho com aço, não se aplica.

As contramedidas são mecânicas: um pino ejetor com mola na face do punção com um furo lateral de respiro, um ângulo de cisalhamento que abaúle o recorte para que o próprio retorno elástico dele o solte, ou uma matriz com assento de corte curto seguido de um alívio mais estreito que segure o recorte para que ele não suba. Restringir a entrada do punção na matriz a cerca de 0.5-0.8 mm no fundo do curso ajuda, já que entrada profunda cria mais vácuo na saída. A lista completa e quanto vale cada item está em vida da ferramenta e custo por furo.

Furos pequenos em barra grossa

O barramento tem um problema de geometria que a estampagem de chapa fina não tem. Um furo de passagem para M12 tem 13 ou 13.5 mm. Em barra de 10 mm a razão entre diâmetro do furo e espessura é cerca de 1.3; em barra de 12 mm é cerca de 1.1. É um furo atarracado e profundo, e não se comporta como um furo de 25 mm em chapa de 3 mm.

Abaixo de uma razão diâmetro/espessura de aproximadamente 1.5, o recorte fica difícil de dobrar e de se soltar. A carga no punção sobe, a banda polida se alonga, a rebarba cresce e o furo sai abaixo da medida. A orientação da Dayton é acrescentar 1% por lado à folga nominal assim que o furo cai para 1.5 vez a espessura, subindo para aproximadamente 4% por lado a mais quando o diâmetro do furo iguala a espessura. Aplicada a um furo de 13 mm em cobre de 12 mm, essa correção não é opcional, e explica por que um jogo de ferramentas que funciona lindamente em 6 mm se comporta mal em 12 mm no mesmo percentual nominal.

Os dados de vida de ferramenta da PASS Stanztechnik concordam pelo outro lado: os fatores de redução deles são 0.6-0.8 para um detalhe cortado menor que 1.5 vez a espessura da chapa e 0.3-0.5 para um menor que 1.0 vez a espessura. Um furo pequeno em barra grossa custa entre metade e dois terços da vida de ferramenta que você teria de outro modo.

Força de furo, e o que a geometria da ponta faz com ela

A força necessária é a área cisalhada multiplicada pela resistência ao cisalhamento do material, F = perímetro × t × τ, ou F = π × d × t × τ para um furo redondo. Exemplos trabalhados e um conjunto de referência de resistências ao cisalhamento estão no artigo companheiro sobre dimensionamento da força de prensa para furo de barramento, e a aritmética roda diretamente na calculadora de força de furo em barramento.

A folga interage com isso, e a geometria da ponta também. Um punção de face plana corta o perímetro inteiro de uma vez, então toda a força chega como um pico e o alívio de rompimento é violento. Retificar um ângulo de cisalhamento na face do punção escalona o corte e a tonelagem de pico cai, mas em barramento grosso cai menos do que o marketing sugere. A tabela de fator de cisalhamento de H. Weiss dá, em material de 1/4 in (6.35 mm), fator 0.90 para uma profundidade de 1/16 in (1.6 mm), 0.85 para 3/32 in (2.4 mm) e 0.65 para 3/16 in (4.8 mm). Um ângulo raso em cobre grosso compra 10%. Chegar a 35% exige uma profundidade de cisalhamento próxima de três quartos da espessura da barra, o que é uma ponta longa e frágil.

Plana dá a maior força de pico, o furo mais esquadrado e o recorte mais plano. Ângulo único, uma face retificada em ângulo atravessando o punção, dá a maior redução de força mas empurra o punção lateralmente e, em um punção atarracado de barramento, essa carga lateral vai para a guia e para o extrator. Duas águas, simétrico em relação à linha de centro, equilibra as cargas laterais e é a escolha usual para tudo que não sejam os furos menores. Em furação, ponha o ângulo no punção e não na matriz: o membro que carrega o ângulo distorce o seu lado do corte, e em um furo o recorte é sucata enquanto a barra é o produto.

Alumínio não é cobre, e 6101 não é 1350

O alumínio muda duas coisas. A resistência ao cisalhamento cai muito, e não cai de forma uniforme entre os graus usados em barramento.

Os graus condutores moles da série 1xxx ficam perto de 60-80 N/mm² em cisalhamento; a UniPunch lista o 1100-O em 62 N/mm² e o 1100-H14 em 76 N/mm², que é a ordem certa para barra 1350-H111. Barra ligada e tratada termicamente é outro material. A resistência ao cisalhamento publicada para o 6101-T6 é de cerca de 22 ksi, aproximadamente 150 N/mm², e o 6061-T6 é listado em 207 N/mm². Dimensionar uma prensa ou um jogo de ferramentas para "alumínio, 80 N/mm²" e depois receber barra 6101-T6 quase dobra a força de que você de fato precisa. Estabeleça a liga e a têmpera antes do cálculo de tonelagem.

A folga para barramento de alumínio corre ligeiramente abaixo da do cobre na mesma espessura, tipicamente em torno de 8-10% por lado, porque a menor resistência ao cisalhamento deixa a fratura se propagar com facilidade. O problema do alumínio é a adesão. Ele engripa no aço-ferramenta, se acumula no flanco do punção e depois risca os cem furos seguintes. Revestimento ajuda, e a PASS Stanztechnik cita um fator de vida de ferramenta de 2.0-4.0 para um revestimento adequado, ou seja, um grau específico para alumínio, e não TiN de uso geral. A lubrificação ajuda mais. O fator de redução da PASS para rodar sem lubrificação de chapa é 0.4-0.6, então furar barramento de alumínio a seco é falsa economia.

A têmpera do cobre importa do mesmo jeito. Sob a EN 13601, a barra de Cu-ETP é fornecida como R220 recozida mole em 220-260 N/mm² de tração, R240 meio-dura em 240-300 e R290 dura em 290-360. Isso está suficientemente afastado para que um jogo de ferramentas ajustado para uma têmpera não seja ótimo em outra.

Especificar a rebarba no desenho

A maioria dos desenhos de barramento não diz nada sobre rebarba, e depois a inspeção rejeita peças contra um padrão não escrito. O mecanismo para dizê-lo direito é a ISO 13715, Documentação técnica de produto — Arestas de forma indefinida — Indicação e cotação, terceira edição de 2017.

A norma dá um símbolo gráfico colocado sobre a aresta, com um sinal e um valor dentro dele. O sinal carrega o significado:

• + indica excesso de material permitido, que a norma chama de passing. Uma rebarba é explicitamente definida como caso especial de passing externo. Um único valor positivo significa que o outro limite é zero, então rebaixo não é permitido.
• − indica remoção de material exigida, um rebaixo. Um único valor negativo significa que passing não é permitido, então nenhuma rebarba é admitida e a aresta tem de ser quebrada.
• ± indica que qualquer um dos dois é permitido, e só pode ser usado com um valor de tamanho.

O tamanho é o desvio máximo permitido, escrito depois do sinal. Limites superior e inferior podem ser dados juntos, empilhados. A ISO 13715 também prevê a indicação da direção em que passing ou rebaixo é permitido, e é essa a cláusula que mais importa em barramento, porque uma rebarba na face de junta de uma conexão parafusada é um problema diferente de uma rebarba na face livre.

O que a ISO 13715 não faz é dizer qual número escrever. Isso vem da função da aresta:

• Faces de junta parafusada: a rebarba fica entre dois condutores em contato e os mantém afastados, reduzindo a área de contato e elevando a resistência da junta. Como a IEC 61439 fixa um limite de elevação de 70 K nos terminais para conexão de condutores externos, a resistência da junta é uma questão de conformidade, e não estética. Especifique o lado da rebarba, e especifique apertado.
• Paredes de furo por onde passa a haste do parafuso: a rebarba aqui atrapalha a montagem e pode riscar o parafuso. Um controle moderado basta.
• Arestas próximas de uma barreira isolante ou de um entreferro: é uma questão de distância de isolamento e de escoamento da IEC 60664-1, já que uma rebarba aguda levantada eleva localmente a intensidade de campo. É também onde alguém normalmente afirma que uma norma obriga a chanfrar. Nenhuma obriga. O tratamento de aresta é um meio de atender às prescrições dielétricas, não um requisito por si só.

Para padrões de furos conforme a DIN 43673-1, que fixa posição e tamanho de furo mais os dados básicos das conexões aparafusadas em barramentos retangulares, a especificação de rebarba pertence ao mesmo desenho do padrão.

Onde o limite for apertado a ponto de o furo sozinho não conseguir mantê-lo, a resposta é uma operação a jusante, e não uma folga cada vez mais apertada. A rebarbação por escova ou cinta em uma máquina como a BND800-2, que trabalha barra de 0.5 a 50 mm de espessura e de 100 a 800 mm de largura, encerra a discussão. Correr atrás de uma rebarba de 0.05 mm apertando a folga custa vida de punção e qualidade de furo ao mesmo tempo.

Ajustar e conferir na máquina

A folga pertence ao jogo de ferramentas, não à prensa, então em uma máquina de furo e corte ela fica definida quando o punção e a matriz são encomendados e é verificada quando são montados. Meça punção e matriz separadamente e calcule a folga, em vez de confiar na etiqueta; um punção retificado no flanco em vez da face já não tem a medida gravada nele. Depois confira a concentricidade, porque um valor por lado tem de valer em toda a volta. Um punção 0.1 mm fora de centro em uma folga nominal de 0.8 mm dá 0.7 mm de um lado e 0.9 mm do outro, e a rebarba vai ficar visivelmente assimétrica. Em um centro de processamento com torre de várias estações mantendo ±0.05 mm de posicionamento, o alinhamento das estações e a limpeza da torre fazem parte da cadeia da folga.

O que esse escoamento plástico local faz com a retilineidade da barra é tratado em planeza, retilineidade e torção após o processamento, e a visão geral do processo de furo cobre onde o furo se encaixa no resto da rota.