Uma carcaça sem costura, moldada a partir de uma chapa plana, custa muito pouco por peça, até que o projeto exija que o metal se estique além do que uma única passagem permite. Nesse momento, a peça se rompe, a ferramenta precisa de outra estação e o orçamento aprovado não cobre mais o trabalho. O processo de estampagem profunda recompensa os compradores que verificam a geometria em relação aos limites do material antes que as ferramentas sejam usinadas.

Este guia aborda as etapas do processo, os índices que limitam a profundidade, quais tipos de chapas devem ser encomendados e como evitar defeitos comuns.

O que é o processo de estampagem profunda?

A estampagem profunda é um método de conformação de chapas metálicas no qual um punção empurra uma chapa plana para dentro da cavidade de uma matriz, a fim de produzir uma peça oca com fundo fechado, como um copo, uma lata ou uma caixa. Um dispositivo de fixação da chapa prende a borda para que ela seja alimentada sem formar rugas. A peça não apresenta costuras e, com várias etapas de estampagem, sua profundidade pode exceder seu diâmetro.

Ao contrário do que ocorre na dobra, o metal flui. A flange que se contrai sofre tensão de compressão circunferencial, enquanto a parede sofre tensão de tração.

Como funciona o processo, passo a passo

1. Corte de chapa. Uma chapa é cortada da bobina, com dimensões que correspondem à área da peça mais uma margem de corte.
2. Fixação. O prendedor de chapa pressiona a chapa contra a superfície da matriz com uma força controlada.
3. Primeira etapa de estampagem. O punção puxa a flange ao longo do raio da matriz para formar uma copa larga e rasa.
4. Reelaboração. As partes mais profundas são redesenhadas com ferramentas menores, por meio da reelaboração convencional ou reversa.
5. Recozimento intermediário, se necessário. O trabalho a frio endurece o metal; o tratamento térmico entre as etapas de trefilagem restaura a ductilidade. Nosso guia sobre recozimento  explica como.
6. Laminagem, quando especificado. Uma matriz apertada reduz a espessura da parede e a uniformiza, como nas latas de bebidas.
7. Corte. A borda irregular é cortada e a peça é inspecionada.

Variáveis de ferramentas que determinam o sucesso

As anotações da aula sobre conformação de chapas metálicas da Universidade Concordia enumeram as principais variáveis:

• Folga. Cerca de 1,1 vez a espessura do material, ou aproximadamente 10% a mais do que a chapa.
• O raio da matriz. Se for muito pequeno, a parede se rompe; se for muito grande, a aba sem apoio se enruga.
• Raio de perfuração. Se for muito afiado, o copo racha na base.
• Força de fixação. Se for muito baixa, a flange fica enrugada; se for muito alta, impede o avanço e a parede se rasga.
• Lubrificação. Os compostos de trefilagem reduzem o atrito sob o flange e ao longo do raio da matriz.
• Velocidade de perfuração. A velocidade adequada depende do material e do lubrificante.

Quais prensas são adequadas para conchas moldadas?

As prensas hidráulicas aplicam força total ao longo de todo o curso, a uma velocidade controlada. As prensas mecânicas operam mais rapidamente e são adequadas para peças rasas em ferramentas de transferência, em produção em grande volume. As prensas servoacionadas oferecem movimento programável do carro, porém a um custo mais elevado. Para peças profundas em volumes moderados, uma prensa hidráulica com almofada de matriz costuma ser a opção mais segura, pois a força e a velocidade podem ser ajustadas durante os testes iniciais.

O que é a relação de desenho e por que ela limita a profundidade?

A relação de estampagem (DR) é o diâmetro da peça em bruto dividido pelo diâmetro do punção, sendo a forma mais rápida de avaliar a intensidade de uma estampagem cilíndrica. As anotações da aula associam esse parâmetro a duas outras medidas:

A palestra sobre análise de estampagem profunda da Universidade Mustansiriyah apresenta os mesmos limites e observa que o limite máximo real depende dos raios das ferramentas, do atrito, da profundidade e da ductilidade e direcionalidade da chapa. Se esses limites forem ultrapassados, a peça precisará de duas ou mais etapas de estampagem, às vezes com recozimento entre elas.

Essas são regras gerais. A relação de estampagem limite (LDR) é a maior peça em bruto que um material pode ser estampado em forma de copo sem falhar, dividida pelo diâmetro do punção. Ela varia de acordo com o tipo de material e as ferramentas utilizadas; portanto, considere 2,0 como um valor de referência para qualquer operação de estampagem, e não como uma garantia.

Exemplo prático: tamanho do espaço em branco, DR e força para um copo cilíndrico

Considere um copo com 50 mm de diâmetro interno e 40 mm de altura, usinado a partir de uma chapa de 1,0 mm, desconsiderando os raios dos cantos, o afinamento e o corte de sobras:

• Diâmetro da peça em bruto. Definir a área da peça em bruto igual à área da peça acabada: Db = √(Dp² + 4·Dp·h) = √(2.500 + 8.000) ≈ 102,5 mm.
• Um sorteio? DR = 102,5 / 50 = 2,05 e r = 0,51. Ambos excedem os limites, e t/Db é 0,98%. Planeje dois sorteios.
• Dois estiramentos. Primeiro, esticar até 60 mm (DR 1,71, r 0,41); depois, esticar novamente de 60 a 50 mm.
• Força de tração inicial. Utilizando a fórmula F = π·Dp·t·TS·(Db/Dp − 0,7) e uma resistência à tração ilustrativa de 300 MPa: F ≈ 57 kN, cerca de 6,4 toneladas americanas antes da margem de tonelagem.
• Força de fixação. Utilizando Fh = 0,015·Y·π·[Db² − (Dp + 2,2t + 2Rd)²], com limite de escoamento de 175 MPa e raio da matriz de 6 mm: cerca de 41 kN.

Esses dois valores de resistência são os valores de referência apresentados na palestra da Mustansiriyah para o aço de baixo carbono. Utilize os valores do certificado da usina para o seu rolo e acrescente o material de corte.

Escolha de materiais em folha

Para aço inoxidável, consulte nosso Comparação entre os aços inoxidáveis 304 e 316. Para o alumínio, nosso guia sobre Como interpretar as designações de ligas de alumínio e de condições de temperamento  explica por que o número da liga, por si só, é insuficiente.

Solicite o aço para desenho pela designação, e não como “aço de baixo teor de carbono”

A norma ASTM A1008/A1008M, que especifica chapas de aço carbono laminadas a frio, lista o aço comercial (CS), o aço para estampagem (DS), o aço para estampagem profunda (DDS) e o aço para estampagem extra profunda (EDDS) como designações distintas. Um desenho que indique apenas “CRS” permite o uso de grau comercial. Nossa posição: para qualquer peça próxima ao limite de DR, indique DDS ou EDDS no desenho e solicite certificados de fábrica. Descobrir uma substituição de grau durante o teste custa muito mais do que especificá-la desde o início.

Verifique o valor r

A razão de deformação plástica, ou valor r (diferentemente da redução r), mede a resistência de uma chapa ao afinamento. A norma ASTM E517 é o método de ensaio para o valor r em chapas destinadas à estampagem profunda. Um valor r médio mais alto aumenta o LDR. As faixas típicas, conforme as notas da Concordia, variam de acordo com o processamento; portanto, verifique sua bobina:

Defeitos comuns na estampagem profunda e como evitá-los

A maioria dos guias on-line ignora os dois últimos, embora rejeitem partes cosméticas. As orelhas se formam porque r varia de acordo com a direção; quando essa diferença é zero, não se formam orelhas.

O que costuma dar errado na produção

A maioria dos problemas surge nos testes de prensagem, não no CAD. Um copo desenhado que simulava perfeitamente acaba se rasgando logo na primeira prensagem porque a bobina difere do tipo de material modelado. Cada correção implica retirar a matriz, reajustar um raio e refazer a amostragem.

Os compradores que aprovam um desenho antes que o fornecedor verifique o DR e a classe de material muitas vezes acabam arcando com os custos de uma estação adicional posteriormente. A simulação por elementos finitos reduz esse risco apenas na medida em que os dados do material forem precisos.

Vantagens e limitações da estampagem profunda

Vantagens: estruturas sem emendas e à prova de vazamentos; baixo custo unitário em produção em série; bom aproveitamento do material; peças rígidas a partir de chapas finas.

Limitações: tempo de preparação das ferramentas e de testes antes da primeira peça em conformidade; estações adicionais para peças profundas; paredes finas próximas à base e mais espessas próximas à borda, a menos que sejam alisadas.

Quando a estampagem profunda é a escolha certa?

Entre as peças típicas obtidas por estampagem profunda estão as caixas de baterias e sensores, pias, utensílios de cozinha, carcaças de filtros, carcaças automotivas, carcaças para equipamentos médicos e cartuchos de artilharia.

Para alguns protótipos, a torneamento, a hidroformação ou a usinagem costumam ser mais econômicas, pois exigem poucas ferramentas específicas. Na produção em série, a estampagem sai mais barata por peça. O ponto de equilíbrio depende do tamanho, da profundidade e do material; portanto, apresente cotações para ambas as opções.

O que incluir no desenho e na solicitação de cotação

• Material por designação (por exemplo, DDS ou EDDS), espessura e tempera
• Diâmetros e profundidades críticas, com planos de referência e tolerâncias
• Espessura mínima da parede no raio da base, onde o afinamento é mais acentuado
• Margem de corte ou especificação para a borda finalizada, já que as abas devem ser cortadas
• Superfícies cosméticas, de modo que imperfeições do tipo “casca de laranja” e de “estiramento” sejam descartadas logo no início
• Volume anual e vida útil do programa, que determinam o número de tiragens e o tipo de impressora

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre estampagem profunda e estampagem?

A estampagem é o amplo conjunto de operações realizadas em prensas: corte de chapas, perfuração, dobra, cunhagem e estampagem por embutimento. A estampagem por embutimento é uma delas, na qual a chapa é moldada em uma forma oca, em vez de ser cortada ou dobrada. Essa operação requer um punção, uma matriz e um prendedor de chapa, e peças com grande profundidade de embutimento geralmente exigem várias estações ou prensas.

Qual é uma boa taxa de sorteio limitante?

As anotações de aulas universitárias indicam cerca de 2,0 como um limite máximo aproximado para uma operação de estampagem de um copo cilíndrico, com redução inferior a 0,5. O valor real depende do tipo de material, do valor r, dos raios da matriz e do punção, da lubrificação e da profundidade. Considere 2,0 como um valor de referência e peça ao seu fornecedor para confirmá-lo com seus próprios dados de testes.

Como evitar que o tecido rasgue e fique amassado?

Equilibre a força de fixação: se for muito fraca, a flange fica enrugada; se for muito forte, impede o avanço da peça e a parede se rompe. Mantenha raios generosos na matriz e no punção, lubrifique a flange e o raio da matriz e mantenha a taxa de estiramento dentro dos limites. Se a peça for muito profunda, adicione uma etapa de reestiramento em vez de forçar uma única passagem.

A estampagem profunda pode ser utilizada para protótipos ou pequenas séries?

É possível, mas o uso de ferramentas dedicadas e os testes de produção tornam as pequenas séries caras por peça. A centrifugação, a hidroformação ou a usinagem geralmente custam menos para poucas peças. Uma abordagem comum é produzir protótipos por outro método e, em seguida, projetar as ferramentas quando o projeto estiver estabilizado e os volumes justificarem o investimento em matrizes e nos testes de produção.

O que causa a formação de rebarbas em um copo trefilado?

A deformação em forma de orelha decorre da anisotropia planar: a chapa se estica de maneira diferente em diversas direções em relação à laminação. A borda do copo, então, se eleva formando quatro, seis ou oito picos. Os compradores minimizam esse efeito encomendando chapas com baixa anisotropia planar e deixando margem de corte suficiente para que a borda irregular possa ser cortada de forma limpa.

Planejando um processo de estampagem profunda para sua próxima peça

Verifique a geometria antes de solicitar cotações. Calcule a peça em bruto, o DR e o t/Db, indique a designação do aço e marque os pontos em que a espessura da parede é relevante. Se os cálculos indicarem duas etapas de estampagem, reserve verba para cada estação de estampagem profunda. Uma análise dos fornecedores antes da fabricação das matrizes gera uma economia maior do que um preço unitário mais baixo.

A Elite Mold Tech oferece estampagem profunda como parte de seus serviço de estampagem de metais. Envie os desenhos por meio do formulário de solicitação de orçamento, ou veja todos os serviços no Página inicial da Elite Mold Tech.