Número Browse:27 Autor:editor do site Publicar Time: 2017-09-29 Origem:alimentado
RESUMO:-Este trabalho de projeto trata do projeto de uma puncionadeira de pequena escala controlada pneumaticamente para realizar operações de perfuração em chapas finas (1-2 mm) de diferentes materiais (alumínio e plástico). A redução na exigência de força de punção, sendo o objetivo principal deste trabalho de projeto, é obtida pela modificação no projeto da ferramenta de punção, ou seja, pelo fornecimento de cisalhamento na face do punção. Posteriormente, resulta na redução da quantidade necessária de força de punção. E ainda um modelo CATIA da máquina é desenvolvido com base em cálculos relativos aos requisitos de força de puncionamento.
PALAVRAS-CHAVE:-Força de puncionamento, força de decapagem, punção, cisalhamento simples e duplo, penetração percentual e cilindro pneumático.
Uma puncionadeira pneumática é sempre uma escolha melhor do que uma puncionadeira hidráulica para a produção de produtos similares, se for adequada para o método. É comparativamente mais econômico para a produção de grandes quantidades de produtos, pois utiliza ar comprimido em vez de algum fluido hidráulico, que é bastante caro. Uma puncionadeira pneumática utiliza ar comprimido para gerar alta pressão a ser aplicada no pistão. Uma válvula solenóide controla o fluxo direcional de ar para dentro e para fora do cilindro. Tubos de poliuretano são usados para transmissão de pressão do cilindro pneumático para o conjunto do punção. O ar de alta pressão alimentado ao punção força-o sobre o material e à medida que o punção desce sobre a chapa, a pressão exercida pelo punção causa primeiro a deformação plástica da chapa. Como a folga entre o punção e a matriz é muito pequena, a deformação plástica ocorre em uma área localizada e o material da folha adjacente às arestas de corte das bordas do punção e da matriz fica altamente tensionado, o que faz com que a fratura comece em ambos os lados da folha à medida que a deformação progride.
A puncionadeira pneumática é desenvolvida utilizando diversos componentes. Os componentes são cilindro pneumático, regulador de pressão, válvula solenóide/controle de direção, válvula de controle de fluxo, compressor, mesa de montagem. O cilindro é utilizado para o movimento para cima e para baixo da ferramenta de punção que realiza a operação de puncionamento na chapa de alumínio/material plástico. O compressor fornece ar comprimido ao cilindro, o que provoca o movimento da haste do pistão. Os componentes de automação pneumática utilizam extensivamente material de vedação feito de compostos de borracha. Para um funcionamento eficiente e sem problemas destas vedações, elas precisam ser oleadas ou lubrificadas para reduzir o atrito e a corrosão. Para lubrificar equipamentos acionados por ar comprimido, o método mais eficiente e econômico é injetar o lubrificante no ar comprimido que alimenta esse equipamento. A válvula de controle solenóide/direção é usada para controlar a direção do ar.
O ar comprimido do compressor na pressão de 8 a 12 bar passa por um tubo conectado à válvula solenóide com uma entrada. A válvula solenóide é acionada com unidade de controle e temporização. A válvula solenóide possui duas saídas e uma entrada. O ar que entra na entrada sai pelas duas saídas quando a unidade de controle de temporização é acionada. Devido à alta pressão do ar na parte inferior do pistão, a pressão do ar abaixo do pistão é maior do que a pressão acima do pistão. Isto move a haste do pistão para cima, o que move ainda mais para cima o braço de esforço, articulado pela unidade de controle. Essa força atuante é repassada ao punção que também se move para baixo. O punção é guiado por uma guia de punção que é fixada de modo que o punção seja claramente guiado para a matriz. Os materiais estão entre o punção e a matriz. Assim, à medida que o punção desce, o material é cortado no perfil necessário do punção e a peça bruta é movida para baixo através da folga da matriz.
⒈Seleção de materiais: Para preparar qualquer peça de máquina, o tipo de material deve ser selecionado adequadamente considerando projeto e segurança. A seleção do material para aplicação em engenharia é dada pelos seguintes fatores:
⑴ Disponibilidade de material
⑵ Adequação do material para aplicação do produto.
⑶ Adequação do material às condições de trabalho desejadas,
⑷ Custo dos materiais.
A máquina é basicamente feita de aço macio. Os motivos da seleção são:
① O aço macio está prontamente disponível no mercado,
② É econômico de usar,
③ Está disponível em tamanhos padrão,
④ Possui boas propriedades mecânicas, ou seja, possui boa capacidade de máquina.
⑤ Possui fator de segurança moderado, pois alto fator de segurança resulta em desperdício desnecessário de material e seleção pesada. Baixo fator de segurança resulta em risco desnecessário de falha,
⑥ Tem alta resistência à tração,
⑦ Baixo coeficiente de expansão térmica.
Os materiais das chapas a serem puncionadas são alumínio e plástico, pois estão substituindo muitos metais no cenário atual devido às suas propriedades e características diferenciadas.
⒉ Cálculo de força para projeto de punção existente:
Termos e fórmulas usadas:
• Força de corte: - A força que deve atuar sobre o material bruto para cortar a peça bruta ou apara.
• Força de decapagem: - A força desenvolvida devido ao retorno elástico (ou resiliência) do material puncionado que segura o punção.
• Força de corte = L xtx Tmax
• Força de decapagem =10% -20% da força de corte
• L= Comprimento da periferia a ser cortada em mm
• t= Espessura da chapa em mm
• Tmax= Resistência ao cisalhamento em N/mm2
• A fórmula para calcular a força de pressão é a seguinte-
• Força de prensagem = força de corte + força de decapagem
Cálculo de amostra para folha de alumínio
Aqui está um exemplo de cálculo para calcular a força de punção necessária para diferentes espessuras de chapa de alumínio.
• Comprimento total de corte, L =50 mm.
• Se espessura da chapa, t = 1mm.
• Resistência máxima à tração do alumínio, Tmax = 180 N/mm2
• Força total de corte = L xtx Tmax
• Força total de corte = 50 × 1 × 180
• Força total de corte = 9.000 N
• Força de decapagem = 15% da força de corte = 1350 N
• Força de prensagem = Força de corte + Força de decapagem= 9000 N + 1350 N= 10350 N
Cálculo de amostra para folha de plástico
Aqui está um exemplo de cálculo para calcular a força de punção necessária para diferentes espessuras de folha de plástico.
• Comprimento total de corte L = 50 mm.
• Se espessura da chapa, t = 1mm.
• Resistência máxima à tração do plástico, Tmax = 90 N/mm2
• Força total de corte= 4500 N
• Força de decapagem = 675 N
• Força de prensagem = Força de corte + Força de decapagem= 4500 + 675 N= 5175 N
⒊Modificação no design do punção:
Cisalhamento do Punção: Se a face do punção for normal ao eixo de movimento, todo o perímetro é cortado simultaneamente. Ao inclinar a face do punção em ângulo, uma característica conhecida como cisalhamento, a força de corte pode ser reduzida substancialmente. A periferia agora é cortada de forma progressiva, semelhante à ação de uma tesoura ou à abertura de uma lata de bebida.
Fmax= Força máxima necessária para puncionar a chapa de espessura t em Newton (N)
K= Penetração Percentual
t= Espessura da chapa em mm
I= Quantidade de cisalhamento dado à ferramenta (em termos de t) em mm
i) Folha de alumínio
1) Para I=t/5 e K=0,6
F=0,75Fmáx.
2) Para I=t/4 e K=0,6
F=0,705Fmáx.
3) Para I=t/3 e K=0,6
F=0,643Fmáx.
4) Para I=t/2 e K=0,6
F=0,545Fmáx.
5) Para I=t/1 e K=0,6
F=0,375Fmáx.
⒋ Comparação de forças para chapas de alumínio e plástico:
• Para alumínio, força de punção (F) = 11.643,75 N
• Para Plástico, Força de Perfuração (F) = 5796 N
• Como o cilindro será projetado para força máxima de punção (neste caso alumínio), a espessura da folha de plástico pode variar ainda mais.
• Portanto, a espessura máxima da folha de plástico que pode ser perfurada é calculada como
Falumínio = 1,15 x (L x Tmax xt) plástico
11643,75 = 1,15 x 50 x 90 xt
t = 2,25 mm
Espessura máxima da folha de plástico que pode ser perfurada = 2,25 mm
⒌ Projeto do cilindro:
• Força necessária = 12.000 N (arredondando 11.643,75 para 12.000 N)
• Pressão de trabalho = 10 bar
• Para encontrar o diâmetro do furo do cilindro usamos a seguinte fórmula:-
• De acordo com a fórmula, o diâmetro do furo do cilindro é = 123,6 mm
• De acordo com os padrões, diâmetro do furo = 125 mm
De acordo com o diâmetro do furo,
• O diâmetro da haste do pistão é = 32 mm
• Comprimento do curso = 200 mm
Um modelo CATIA de puncionadeira pneumática é desenvolvido com base em cálculos feitos de acordo com a exigência de força de puncionamento.
A puncionadeira operada pneumaticamente é adequada para indústrias de pequeno e médio porte. Com base no cisalhamento fornecido na face do punção, a redução da força de punção de 25% a 60% aumenta assim a vida útil da ferramenta e reduzindo o custo de usinagem da ferramenta. Portanto, com esta redução de força, somos capazes de perfurar facilmente folhas com espessura de até 2,25 mm para chapas de plástico com resistência à tração de 90 N/mm2 e até 1,5 mm para chapas de alumínio com resistência à tração. 180 N/mm2.
Nesta máquina, o ar comprimido é usado para mover a ferramenta de puncionamento para realizar a operação de puncionamento. Após a conclusão do ciclo, o ar sai pela porta de saída da válvula solenóide. Este ar é liberado para a atmosfera. No futuro o mecanismo poderá ser desenvolvido para utilizar novamente este ar para o funcionamento do cilindro.
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