RESUMO

A rugosidade na estampagem de metal é causada principalmente por tensões compressivas circunferenciais na área da aba quando o diâmetro da chapa é reduzido ao diâmetro do copo. Quando o material não consegue comprimir-se sobre si mesmo, ele encurva.

O método de prevenção mais eficaz é aplicar a pressão correta do Força do Prensa-Chapas (BHF) para restringir o fluxo do material sem causar rasgamentos. Para aço, uma pressão de aproximadamente 2,5 N/mm² é a referência padrão. Controles secundários incluem o uso de cordões de Embutimento para restringir mecanicamente o fluxo em áreas complexas e garantir que raios da Matriz estejam otimizados (não muito grandes) para manter a tensão. Os operadores devem priorizar o equilíbrio entre a resistência ao fluxo e a Relação Limite de Embutimento (LDR) do material.

A Física da Rugosidade: Por Que o Metal Encurva

Para prevenir efetivamente o enrugamento, os engenheiros devem primeiro compreender o mecanismo do instabilidade compressiva . Durante a estampagem profunda, uma chapa plana é transformada em uma forma tridimensional. À medida que o material flui da borda externa da chapa em direção à cavidade da matriz, a circunferência diminui. Essa redução força o material a comprimir-se tangencialmente (tensão circunferencial). Se essa tensão compressiva exceder a tensão crítica de flambagem do material, o metal ondula ou dobra, criando rugas.

Esse fenômeno é regido pela Razão limite de estiramento (LDR) —a relação entre o diâmetro da chapa e o diâmetro do punção. Quando a chapa é muito grande em relação ao punção, a quantidade de material "acumulada" na aba torna-se incontrolável, levando a um espessamento severo. Se a folga entre a face da matriz e o prendedor de chapa não for rigorosamente controlada para acomodar esse espessamento (geralmente permitindo apenas 10-20% de folga acima da espessura nominal), o material fletirá no espaço vazio.

O enrugamento manifesta-se em duas formas principais: Ruga na Flange (de primeira ordem), que ocorre na área sob o prendedor, e Ruga na Parede (de segunda ordem), que acontece na região não suportada entre o raio da matriz e o raio do punção. Identificar onde a ruga se inicia é o primeiro passo no diagnóstico: rugas na flange sugerem pressão insuficiente do prendedor, enquanto rugas na parede frequentemente indicam raios excessivos da matriz ou má conformação do material.

Solução Principal: Otimização da Força do Prendedor de Chapa (BHF)

A Fixador da chapa (ou prendedor) é a variável de controle primária para prevenir rugas. Sua função é aplicar pressão suficiente à flange para suprimir flambagem, ao mesmo tempo em que permite que o material flua para dentro da matriz. Se a pressão for muito baixa, formam-se rugas; se for muito alta, o material rompe (fratura) porque não consegue fluir.

De acordo com padrões da indústria, a pressão específica necessária varia significativamente conforme o tipo de material. Uma regra prática útil para configuração inicial é:

• Aço: ~2,5 N/mm²
• Ligas de Cobre: 2,0 – 2,4 N/mm²
• Ligas de Alumínio: 1,2 – 1,5 N/mm²

Os engenheiros devem calcular a força necessária com base na área projetada da aba sob o prensador. É aconselhável adicionar um fator de segurança de aproximadamente 30% a esse cálculo durante a fase de projeto, pois é mais fácil reduzir a pressão na prensa do que gerar mais força do que o projeto permite.

Para peças complexas, a pressão uniforme muitas vezes não é suficiente. Configurações avançadas utilizam sistemas de pressão variável (almofadas hidráulicas ou de nitrogênio) que podem ajustar a força ao longo do percurso — aplicando alta pressão inicialmente para fixar a aba e reduzindo-a à medida que a peça aprofunda, para prevenir rasgos. Utilizar espaçadores ou blocos equalizadores (blocos de parada) é essencial para manter uma folga precisa ligeiramente mais grossa que o material, garantindo que o prensador não simplesmente esmague a chapa, mas sim a restrinja.

Controles de Projeto de Ferramental: Repuxos e Raios

Quando a pressão isoladamente não consegue controlar o fluxo de material — situação frequente em peças automotivas não simétricas — cordões de Embutimento são a solução de engenharia necessária. As linhas de estampagem são nervuras elevadas na prensa-chapa que forçam o material a dobrar e desdobrar antes de entrar na cavidade da matriz. Esta ação mecânica cria uma força de retenção independente do atrito, permitindo um controle preciso do fluxo local.

A geometria do raio da matriz é igualmente crítico. Um raio demasiado pequeno restringe o fluxo e provoca fissuras, mas um raio que é muito Grande reduz a área de contato e a tensão efetiva na aba, incentivando o material a fluir demasiado livremente e a criar rugas. O raio da matriz deve ser perfeitamente polido e geometricamente preciso para manter o "ponto ideal" de tensão.

Além disso, a rigidez da própria ferramenta é importante. Se a a base não for suficientemente espessa, poderá flexionar sob a tonelagem, criando uma distribuição irregular de pressão. Os pinos-guia devem ser robustos o suficiente para impedir qualquer movimento lateral das ferramentas superior e inferior, o que causaria folgas inconsistentes e rugas localizadas.

Variáveis do Processo: Lubrificação e Seleção de Material

O atrito é uma faca de dois gumes na estampagem profunda. Embora lubrificação seja essencial para evitar gripagem e ruptura, uma lubrificação excessiva (escorregamento em excesso) pode realmente piorar o enrugamento se a força do prensador não for aumentada para compensar. O material flui tão facilmente que o prensador não consegue gerar atrito suficiente para conter as forças de flambagem. Certifique-se de que o lubrificante seja aplicado de forma consistente e que os bicos estejam fixos em posição.

Propriedades do material também ditam a janela do processo. Em aplicações com aço inoxidável, substituir o 304com 304L padrão pode melhorar significativamente a conformabilidade. O 304L possui um limite de escoamento mais baixo (aproximadamente 35 KSI contra 42 KSI do 304), o que significa que resiste menos ao fluxo e encrua mais lentamente, reduzindo a força necessária para mantê-lo plano. Verifique sempre se o material bruto foi especificado como "Deep Draw Quality" (DDQ) para minimizar a anisotropia.

Mesmo com um design perfeito, a capacidade física do seu parceiro de fabricação é um fator limitante. Para componentes automotivos de alto volume, como braços de controle ou subestruturas, a precisão é inegociável. Fabricantes como Shaoyi Metal Technology utilizam prensas com capacidades de até 600 toneladas e certificação IATF 16949 para preencher a lacuna entre prototipagem rápida e produção em massa. Associar-se a um especialista garante que os cálculos teóricos de BHF sejam compatíveis com a capacidade real dos equipamentos, evitando defeitos antes que cheguem à linha de montagem.

Lista de Verificação para Solução de Problemas: Um Protocolo Passo a Passo

Quando surgirem rugas na linha de produção, siga este fluxo de trabalho diagnóstico sistemático para identificar a causa raiz:

1. Inspecione a Prensa: Verifique a existência de guias desgastadas ou não paralelismo do cabeçote. Se o cabeçote não estiver descendo nivelado, a distribuição de pressão será irregular.
2. Verifique as Especificações do Material: A espessura do material é consistente? Meça a borda da bobina; variações de apenas 0,076 mm podem afetar a folga do prato de fixação.
3. Verifique os espaçadores: Os batentes estão definindo a folga correta? Se estiverem desgastados ou soltos, o prensador pode estar "encostando" antes de aplicar força à chapa.
4. Ajuste a Força do Prensador Gradualmente: Aumente a pressão do prensador em pequenos incrementos. Se as rugas persistirem, mas começarem a ocorrer rasgos, você reduziu a janela do processo excessivamente — considere o uso de rebarbas de embutimento ou alterações na lubrificação.
5. Audite a Lubrificação: Verifique se a mistura de lubrificante está muito concentrada ou sendo aplicada em excesso na área da aba.
6. Examine a Superfície da Ferramenta: Procure por gretamento nas rebarbas de embutimento ou raios que possam estar causando arraste irregular.

Dominando o Fluxo

Evitar o enrugamento não se trata de eliminar a força, mas de gerenciá-la com precisão. Isso exige uma abordagem holística que equilibre a física da tensão circunferencial com os controles de engenharia da força do prensador, geometria da ferramenta e seleção de material. Ao tratar o processo de estampagem como um sistema de variáveis interativas, e não etapas isoladas, os fabricantes podem produzir peças embutidas profundas consistentes e livres de defeitos.

O sucesso está nos detalhes: o cálculo preciso da pressão em N/mm², o posicionamento estratégico dos cordões de embutimento e a disciplina para manter as condições da prensa e das ferramentas. Com esses controles em lugar, até as geometrias mais complexas podem ser formadas com confiabilidade.

Perguntas Frequentes

1. Como calculo a força correta do prendedor de chapa?

O cálculo básico envolve multiplicar a área da aba (sob o prendedor) pela pressão específica necessária para o material. Para aço de baixa resistência, utilize aproximadamente 2,5 N/mm² (MPa). Sempre adicione uma margem de segurança (por exemplo, +30%) aos requisitos de capacidade da prensa para permitir ajustes durante a tentativa.

2. O excesso de lubrificante pode causar rugas?

Sim. O lubrificante reduz o atrito, que é uma das forças que ajuda a restringir o fluxo do material. Se o atrito diminuir significativamente sem um aumento correspondente na Força do Prendedor de Chapa, o material pode fluir livremente demais na cavidade da matriz, levando ao enrugamento e formação de rugas.

3. Qual é a diferença entre enrugamento e rasgo?

Rugosidade e rasgamento são modos de falha opostos. A rugosidade é causada por compressão excessiva e restrição insuficiente ao fluxo (material solto). O rasgamento (fissuração) é causado por tração excessiva e restrição excessiva ao fluxo (material tenso). O objetivo do prensador é encontrar a "janela de processo" entre esses dois defeitos.