Como escolher uma ferramenta de prensa dobradeira? – Guia definitivo

Ferramentas para prensas dobradeiras é muitas vezes erroneamente considerado um acessório menor na conformação de metais, mas a realidade é bem o oposto. Apesar do avanço da Freios de prensa em máquinas sofisticadas, multieixos e autoestabilizadoras, é crucial reconhecer que o ferramental é o único elemento que interage diretamente com a peça durante o processo de dobra.

A distinção entre ferramentas RFA, New Standard, europeias e americanas tornou-se menos clara. Muitas características essenciais para atingir dobra de alto desempenho permearam vários tipos de ferramentas. Independentemente da ferramenta escolhida e do estilo de fixação, é imperativo garantir que ela satisfaça pelo menos alguns requisitos fundamentais.

Elementos básicos de ferramentas de prensa dobradeira

Alta precisão

As ferramentas devem ser fabricadas com tolerâncias dentro da faixa de 0,0004 polegadas. Isso é essencial para atingir a precisão da peça sem calços ou outros ajustes durante a configuração.

Seções segmentadas

Elas permitem que você construa vários comprimentos a partir de várias peças pré-cortadas. Peças pequenas são mais seguras e fáceis de manusear também.

Instalação auto-retentiva. 

Você deve ser capaz de carregar as ferramentas com o aríete para cima. O sistema de fixação de ferramentas deve segurar várias peças no lugar até que a pressão de fixação seja aplicada.

Auto-assento

Conforme a pressão de fixação é aplicada, os punções são puxados mecanicamente para cima na posição. Isso elimina a necessidade de encaixar o punção na matriz durante a configuração.

Carregamento frontal 

Você deve conseguir instalar ferramentas pela frente da máquina. Isso encurta o tempo de configuração porque você não precisa mais gastar tempo deslizando ferramentas da extremidade da prensa dobradeira. Na maioria dos casos, o carregamento frontal também elimina a necessidade de empilhadeiras e pontes rolantes.

Tamanhos padrão

Ferramentas de altura comum podem reduzir a necessidade de ajustes na máquina ao mudar de trabalho. Braços de suporte dianteiros, alturas de batente traseiro e dispositivos de segurança permanecem todos em uma posição comum. E como as ferramentas são feitas nas mesmas alturas, você pode adicionar peças prontas para uso e ter certeza de que elas combinarão com suas ferramentas existentes.

Muitas ferramentas de dobradeira de alta qualidade são feitas de acordo com padrões métricos. Então, uma abertura em V de tamanho nominal de 0,250 pol. é, na verdade, de 6 mm, ou 0,236 pol. Além disso, as curvas em chapas metálicas têm raios de canto ligeiramente elípticos, então você só precisa chegar perto para acertar. Para simplificar, as dimensões imperiais são arredondadas neste artigo.

Note que a discussão a seguir foca na dobra de ar, e por um bom motivo. A tendência é abandonar o bottoming ou o coining e adotar a dobra de ar sempre que possível. Esteja ciente, no entanto, de que nem todas as peças podem ser produzidas usando técnicas clássicas de dobra de ar.

Operadores em todo o setor usam ferramentas muito diferentes para fazer peças de qualidade similar ou idêntica. Muitos operadores fazem peças aceitáveis com ferramentas incorretas porque não têm acesso às ferramentas corretas. Eles fazem funcionar; mas "fazer funcionar" não é eficiente ou repetível, e pode prejudicar seriamente o fluxo de trabalho. As melhores práticas na seleção de ferramentas realmente devem ter uma meta elegantemente simples: obter as peças da melhor qualidade no menor tempo possível.

Quais ferramentas você precisa e por quê?

Uma oficina de manutenção precisará e usará ferramentas de prensa dobradeira diferentes das de um fabricante personalizado. Então, antes de mergulhar em detalhes, identifique suas necessidades e restrições orçamentárias.

Por exemplo, você pode precisar de ferramentas adicionais para encurtar os tempos de configuração. Você pode seguir os princípios da manufatura enxuta e reconhecer os benefícios de ter uma biblioteca de ferramentas separada para cada prensa dobradeira — e, portanto, estar disposto a investir em conjuntos duplicados de ferramentas armazenadas nas máquinas. Você não perde um tempo valioso de configuração andando de e para o depósito de ferramentas e em outros lugares procurando as ferramentas corretas. Um benefício adicional aqui é que a compatibilidade do estilo de ferramenta de máquina para máquina não é mais necessária, porque as ferramentas tendem a ficar com a máquina pretendida (consulte Figura 3).

Se você precisar comprar ferramentas adicionais e duplicadas para expandir o berço de ferramentas dedicado de cada freio, escolhê-las é relativamente simples. Você frequentemente encontrará essas ferramentas localizadas em lugares convenientes, se ainda não estiverem nas prensas dobradeiras. Procure as ferramentas com mais desgaste — aquelas com superfícies de trabalho brilhantes e brilhantes. O corpo das ferramentas provavelmente estará limpo e brilhante também. Ferramentas enferrujadas e sujas na parte inferior do suporte não são candidatas prováveis.

Seleção de matrizes

Para obter o maior retorno do seu investimento, escolha um número mínimo de matrizes inferiores que cubram toda a gama de espessuras de metal que sua loja forma. Lojas com pouco conhecimento tribal, aplicações imprevistas e orçamentos limitados devem tentar selecionar matrizes inferiores usando o Regra 8×2.

Primeiro, determine a faixa de espessuras de metal que você quer dobrar. Por exemplo, você pode precisar dobrar material de 0,030 pol. até 0,250 pol. de espessura.

Segundo, avalie o menor molde em V necessário multiplicando o metal mais fino por 8. Nesse caso, um material de 0,030 pol. precisaria do menor molde, portanto: 0,030 × 8 = 0,24, que arredondaremos para 0,25.

Terceiro, avalie o maior molde em V necessário multiplicando o metal mais espesso por 8. Nesse caso, o material mais espesso de 0,250 pol. precisaria do maior molde: 0,250 × 8 = 2.

Agora você determinou o menor e o maior molde que precisa — 0,25 e 2 pol. Para preencher o que precisa no meio, comece com o menor molde V e dobre seu tamanho. Neste caso, isso lhe dá um molde de 0,5 pol. (0,25 × 2 = 0,5). Em seguida, dobre o molde de 0,5 pol. para obter 1,0 pol., depois dobre isso para obter 2,0 pol. Isso lhe dá um mínimo de quatro aberturas diferentes de molde V para dobrar material de 0,030 a 0,250 pol.: 0,25, 0,5, 1,0 e 2,0 pol.

Seleção de socos

Você também usa a espessura do material para determinar o número mínimo de punções superiores. Para material de 0,187 pol. e mais fino, você pode usar um punção de faca de deslocamento agudo com um raio de 0,04 pol. O ângulo agudo permite dobrar além de 90 graus, e o deslocamento permite que você forme formas de J. Para lidar com as forças mais altas ao formar material entre 0,187 e 0,5 pol. de espessura, considere um punção reto com um raio de cerca de 0,120 pol.

Observe que para algumas aplicações, incluindo aquelas que usam material mais espesso e de alta resistência, a peça de trabalho tende a vincar, rachar ou até mesmo se partir em duas ao usar padrões comuns de dobra da indústria. Tudo se resume à física. Uma ponta de punção estreita exerce mais força na linha de dobra; combine isso com uma abertura estreita da matriz em V, e as forças aumentam ainda mais. Para aplicações desafiadoras, e especialmente quando as espessuras do material estão acima de 0,5 pol., é melhor consultar seu fornecedor de material sobre o raio recomendado da ponta de punção.

A regra dos 8

Em um mundo perfeito, você deveria ser capaz de selecionar a abertura da matriz em V usando o que chamamos de regra de 8; ou seja, a abertura da matriz em V deveria ser 8 vezes a espessura do material. Para determinar isso, multiplique a espessura do material por 8 e escolha a matriz mais próxima disponível. Então, se você tem um material de 0,060 pol. de espessura, você precisa de uma matriz de 0,5 pol. (0,060 × 8 = 0,48; 0,50 pol. é a largura de matriz mais próxima); para material de 0,125 pol., você precisa de uma matriz de 1 pol. (0,125 × 8 = 1). Essa proporção fornece o melhor desempenho angular, e é por isso que muitos a chamam de "ponto ideal" para seleção de matriz em V. A maioria dos gráficos de dobra publicados são centralizados em torno dessa fórmula.

Simples o bastante? Bem, seria naquele mundo perfeito, e você poderia viver naquele mundo perfeito se os designers de chapas metálicas sempre seguissem a regra dos 8. Mas, infelizmente, no mundo real, as exceções abundam.

A abertura da matriz em V determina o raio

Ao dobrar aço macio com ar, o raio de curvatura interno se forma em aproximadamente 16 por cento da abertura da matriz em V. Então, se você dobrar material com ar sobre uma matriz em V de 1 pol., seu raio de curvatura interno será de cerca de 0,16 pol.

Digamos que uma impressão especifique material de 0,125 pol. Em um mundo perfeito, você multiplicaria essa espessura por 8 e usaria uma matriz V de 1 pol. Simples o suficiente. Mas muitos projetistas de chapas metálicas gostam de especificar um raio de curvatura igual à espessura do metal. E se a impressão especificar um raio interno de 0,125 pol.?

Novamente, o material dobra no ar um raio interno que é cerca de 16 por cento da abertura da matriz. Isso significa que sua matriz de 1 pol. pode produzir um raio de 0,160 pol. E agora? Basta usar uma matriz V mais estreita. Uma matriz de 0,75 pol. lhe dará um raio interno que será próximo a 0,125 pol. (0,75 × 0,16 = 0,12).

Pensamento semelhante se aplica a impressões que especificam raios de curvatura maiores. Digamos que você precisa formar aço macio de 0,125 pol. de espessura para um raio de curvatura interno de 0,320 pol. — mais que o dobro da espessura do material. Nesse caso, você escolheria uma matriz de 2 pol., o que produziria um raio de curvatura interno de cerca de 0,320 pol. (2 × 0,16).

Há limites para isso. Por exemplo, se você descobrir que para atingir o raio de curvatura interno especificado você precisa de uma abertura de matriz V que seja menor que cinco vezes a espessura do metal, você comprometerá a precisão angular, possivelmente danificará a máquina e suas ferramentas, e se colocará em uma situação muito insegura.

Comprimento mínimo do flange

Tenha em mente os comprimentos de flange ao escolher suas matrizes V. O flange mínimo que uma matriz V pode formar é aproximadamente 77 por cento de sua abertura. Então, uma peça sendo formada sobre uma matriz V de 1 pol. precisará de pelo menos um flange de 0,77 pol.

Muitos projetistas de chapas metálicas gostam de economizar metal e especificar um flange muito curto, como um flange de 0,5 pol. em uma espessura de material de 0,125 pol. (consulte Figura 4). De acordo com a regra de 8, um material de 0,125 pol. de espessura exige uma matriz V de 1 pol. — mas essa matriz V de 1 pol. requer que a peça de trabalho tenha um flange de pelo menos 0,77 pol. E agora? Novamente, você pode usar uma matriz V mais estreita. Por exemplo, uma matriz de 0,625 pol. pode formar peças com flanges tão curtas quanto 0,5 pol. (0,625 × 0,77 = 0,48, arredondando para 0,5).

Isso também tem limites. Assim como com raios de curvatura internos apertados, se um flange exigir uma largura de matriz menor que cinco vezes a espessura do material, você terá problemas de precisão angular, causará possíveis danos à máquina e suas ferramentas e se colocará em perigo.

Regras de seleção de socos

Para formas em L, as regras são... não há regras. Quase qualquer formato de punção funcionará. Então, ao selecionar punções para um grupo de peças, você sempre deve considerar essas peças em forma de L por último, considerando que praticamente qualquer formato de punção pode lidar com elas.

Ao formar essas formas em L, use um punção que também possa formar outras peças, em vez de adicionar ferramentas desnecessárias à biblioteca. Lembre-se, ao especificar ferramentas, menos é sempre melhor — não apenas para minimizar o custo das ferramentas, mas também para reduzir o tempo de configuração, reduzindo o número de formas de ferramentas necessárias no chão de fábrica (consulte Figura 5).

Outras formas exigem regras específicas para seleção de punção. Por exemplo, ao formar formas J, as regras são (veja Figura 6):

• Quando a perna pequena de cima for maior que a perna de baixo, você precisa de um soco em formato de pescoço de ganso.
• Quando a perna pequena de cima é mais curta que a de baixo, qualquer formato de soco funcionará.
• Quando a perna pequena de cima for igual à perna de baixo, você precisará de um soco agudo deslocado.

Como você pode ver, as regras de seleção de punção lidam principalmente com a interferência da peça de trabalho, e é aqui que o software de simulação de dobra pode desempenhar um papel importante. Se você não tiver acesso ao software de simulação de dobra, você pode usar os desenhos do seu fornecedor de ferramentas com fundos de grade para verificar manualmente a interferência punção-peça.

Regras de compensação

Se você estiver usando um conjunto de ferramentas convencional, precisará usar dois ciclos de ram para formar deslocamentos ou formas Z. Para essas formas, as regras são (consulte Figura 8):

• A perna central (teia) deve ser maior que a metade da largura do corpo da matriz em V; observe que esta é a largura total do corpo da matriz, não a abertura da matriz em V.
• A perna lateral deve ser mais curta que a altura da matriz em V mais a altura do espelho.
• Quando a perna central (teia) tem menos da metade da largura do corpo da matriz em V, você precisará de uma ferramenta especial que forme ambas as dobras em um golpe de aríete. A vantagem dessas ferramentas de forma é que você não precisa virar a placa. A desvantagem é que elas exigem cerca de três vezes a força de dobra de ar padrão.

Regras para dobrar em recortes e esquadrias

Qualquer material sem suporte dentro da matriz V está sujeito a deformação; em furos e outros recortes, essa deformação se manifesta como estouros. Quando os furos próximos às linhas de dobra são pequenos, o estouro associado também será pequeno. Além disso, a maioria das aplicações aceitará alguma distorção, então não há uma regra definitiva sobre a melhor largura da matriz V para escolher quando um recorte está em ou perto de uma linha de dobra.

Quando os flanges, recortes e esquadrias estão claramente muito próximos da linha de dobra para a espessura do metal, você pode especificar matrizes do tipo balancim. Os balancins giram e dão suporte ao material durante todo o processo de dobra e, assim, eliminam o estouro.

A imagem abaixo mostra partes idênticas com recortes próximos às linhas de dobra; a do primeiro plano — com o estouro revelador — foi formada usando uma matriz V convencional; a do fundo foi formada com uma matriz do tipo rocker. Observe também que os dois ovais à esquerda têm a mesma largura (da frente para trás) e estão à mesma distância da linha de dobra; apenas seus comprimentos são diferentes. Você pode ver claramente mais estouro na oval mais longa.

Altura do punção para uma determinada profundidade de caixa

A altura do punção se torna crítica ao formar caixas de três e quatro lados. Em alguns casos, punções curtas podem formar caixas de três lados se um lado formado puder ficar pendurado na lateral da prensa dobradeira durante a dobra final (terceira). Se você estiver formando caixas de quatro lados, precisa escolher um punção alto o suficiente para abranger a altura da caixa diagonalmente 

Se não houver flanges superiores (de retorno), ou se os flanges superiores se projetarem para fora, você não precisará de muita folga entre o punção superior e a matriz inferior para remover a peça após a dobra. Mas se você tiver flanges de retorno (flanges superiores que se projetam para dentro) em todos os quatro lados, precisará de folga suficiente para torcer e remover a caixa após a dobra.

Combinação de dobra e bainha

As ferramentas de dobra e bainha podem formar peças com bordas com bainha em uma única configuração, conforme mostrado em Figura 11. Saiba que se você precisar fazer bainhas com espessuras maiores que 0,125 pol., poderá precisar de ferramentas personalizadas para acomodar as forças excessivas necessárias.

As regras de seleção de abertura de matriz em V aqui são basicamente as mesmas das ferramentas de dobra padrão. As pré-dobras de 30 graus para as bainhas exigem flanges mínimas um pouco mais longas — a 115 por cento da abertura de matriz em V selecionada — por causa dos ângulos agudos. Por exemplo, se você estiver formando material sobre uma matriz em V de 0,375 pol., você precisaria que a flange tivesse pelo menos 0,431 pol. (0,375 × 1,15).

Peças sem riscos

Quase todas as ferramentas típicas de dobra de matriz em V deixam algumas marcas na peça, simplesmente porque o metal está sendo puxado para dentro da matriz durante a dobra. Na maioria dos casos, a marcação é mínima e aceitável, e aumentar o raio do ombro pode reduzir as marcações.

Para aplicações onde mesmo marcações mínimas não são aceitáveis, como ao dobrar materiais pré-pintados ou polidos, você pode usar inserções de náilon para eliminar arranhões (consulte Figura 12). A dobra sem arranhões é especialmente importante para a fabricação de peças críticas de aeronaves/aeroespaciais, porque é difícil para os inspetores inspecionar visualmente uma peça e diferenciar um arranhão de uma rachadura.

Simplicidade é uma virtude

As ferramentas de precisão e prensas dobradeiras de hoje podem atingir níveis de precisão sem precedentes. E com as ferramentas certas e material consistente, uma operação de prensa dobradeira pode dobrar um flange em um ângulo específico com um raio de curvatura interno específico. Mas, novamente, a dobra a ar forma o raio de curvatura interno para uma porcentagem da abertura da matriz — e ter as ferramentas certas é importante. Especificar uma infinidade de raios diferentes e com tolerâncias rígidas aumentará os custos de ferramentas. E quanto mais ferramentas você precisar, mais trocas você terá, o que aumenta ainda mais os custos.

Dito isso, os projetistas de peças de chapa metálica podem tornar a seleção de ferramentas e a operação geral de dobra muito mais fáceis se seguirem algumas regras básicas ao projetar peças:

1. O raio de curvatura interno deve ser 1,5 vezes a espessura do metal.
2. O comprimento do flange deve ser pelo menos seis vezes a espessura do metal. Isso se aplica também aos furos na peça; ou seja, os furos devem estar localizados longe da linha de dobra a uma distância que seja pelo menos seis vezes a espessura do material.

1. A dimensão da banda deslocada (formato Z) deve ser pelo menos 10 vezes a espessura do metal.

Exceções a essas regras são abundantes, e cada uma vem com complicações. Você pode usar uma abertura mais estreita da matriz em V para dobrar um raio mais apertado ou um flange mais curto — mas dobrar um raio muito acentuado e você corre o risco de vincar a linha de dobra e exceder a classificação de tonelagem para a ferramenta e o freio de prensa. Você pode dobrar um deslocamento mais estreito, mas, novamente, isso requer uma ferramenta especial e uma tonelagem de formação significativa.

Se uma peça não precisa de um flange curto, um deslocamento estreito ou um raio apertado, por que complicar as coisas? Siga estas três regras simples e você melhorará o desempenho angular, encurtará o tempo de configuração e reduzirá o custo da ferramenta.

Conclusão

Ao considerar cuidadosamente esses fatores, você pode tomar decisões informadas ao selecionar ferramentas de prensa dobradeira que atendam às suas necessidades específicas de dobra de metal.