Calculadora de Força de Estampagem

O que esta ferramenta calcula

Esta ferramenta calcula a força que uma prensa precisa para puncionar, recortar ou cisalhar chapa, e a converte na tonelagem de prensa que você realmente especifica.

A partir do perímetro do corte, da espessura do material e da resistência ao cisalhamento do material ela calcula a força de corte, depois adiciona uma tolerância de extração para tirar o punção e um fator de segurança pela variação real, dando a força total da prensa em quilonewtons e toneladas, ou libras e toneladas curtas.

Ela também estima a resistência ao cisalhamento a partir da tração quando você não a tem, modela a redução de força de um punção com ângulo de corte, lida com várias formas puncionadas em um curso, e inclui um modo separado de força de dobra para trabalho de dobradeira.

A razão pela qual isso importa é que especificar a prensa é o passo decisivo ao planejar uma operação de estampagem ou corte. Uma prensa pequena demais não consegue fazer a peça, ou trava e danifica a ferramenta; uma grande demais desperdiça capital e espaço e pode ser menos controlável. A força de corte em si é apenas o mínimo teórico — a carga real inclui a força de extração e uma margem por desgaste da ferramenta, mudanças de folga e variação do material — então o número que dimensiona a prensa é sempre maior que a força de corte de livro. Acertar esse total, e conhecer as alavancas que o mudam, é o coração da seleção de prensa e do projeto de ferramenta.

O que distingue esta calculadora é que ela dá o quadro completo, não só a força de puncionamento bruta. Ela reporta a força de corte, a força de extração e a tonelagem total da prensa juntas; deriva a resistência ao cisalhamento da tração quando preciso; modela um ângulo de corte e várias formas para você ver como caber um trabalho em uma prensa menor; e cobre tanto corte quanto dobra. Ela traz uma referência de resistência ao cisalhamento por material, plota a força contra a espessura, e roda inteiramente no seu navegador sem armazenar nada.

Como usar esta calculadora, passo a passo

Comece escolhendo a operação e as unidades. O modo de corte cobre puncionamento, recorte e cisalhamento; o modo de dobra cobre uma dobra ao ar na dobradeira. Escolha métrico, com milímetros e newtons por milímetro quadrado, ou imperial, com polegadas e psi. Os campos mudam com a operação, então só é pedido o que aquele modo precisa, e a espessura do material e uma resistência à tração opcional são compartilhadas por ambos.

Para uma operação de corte, insira o perímetro do corte, a espessura e a resistência ao cisalhamento. O perímetro é o comprimento total da aresta cortada — para um furo redondo é π vezes o diâmetro, então um furo de 20 mm tem um perímetro de cerca de 62,8 mm, e para um perfil é o comprimento de todo o contorno.

Se você não sabe a resistência ao cisalhamento, insira a resistência à tração e deixe em branco o campo de cisalhamento; a calculadora estima o cisalhamento como cerca de 0,7 vezes a tração. Depois defina o número de formas puncionadas no mesmo curso, qualquer redução por ângulo de corte e o percentual de extração.

A calculadora abre com um exemplo resolvido — um furo de 20 mm em aço doce de 3 mm a 350 N/mm², 10 por cento de extração e um fator de segurança de 1,2 — dando uma força total da prensa de cerca de 87 kN, ou 8,9 toneladas.

Leia o painel de resultados, que começa pela força total da prensa em quilonewtons e toneladas, depois lista a força total em newtons, a força de corte ou puncionamento bruta, a força de extração e a resistência ao cisalhamento usada (marcada se foi derivada da tração). O gráfico plota como a força de corte cresce com a espessura do material, o que torna visível o forte efeito da espessura. No modo de dobra, insira o comprimento da dobra e a abertura da matriz, e a ferramenta devolve a força de dobra. Você pode baixar ou compartilhar o resultado, tudo localmente.

A fórmula da força de puncionamento

A força de corte no puncionamento, recorte e cisalhamento vem toda da mesma ideia: o punção tem que cisalhar o material ao longo da linha de corte, e a força é a tensão de cisalhamento que o material pode suportar multiplicada pela área que é cisalhada. Essa área cisalhada é o perímetro do corte vezes a espessura da chapa — imagine desenrolar a aresta cortada num retângulo fino cujo comprimento é o perímetro e cuja altura é a espessura. Multiplicar essa área pela resistência ao cisalhamento dá a força: F = perímetro × espessura × resistência ao cisalhamento. É uma fórmula compacta, mas cada termo tem peso real na prática.

O perímetro é fixado pela forma que se corta, não por sua área. Um furo redondo tem um perímetro de π vezes seu diâmetro; um rasgo retangular tem um perímetro de duas vezes seu comprimento mais duas vezes sua largura; um desenvolvimento complexo tem o comprimento de todo o seu contorno.

Por isso um rasgo longo e fino pode exigir tanta força quanto um furo redondo muito maior — a força segue o comprimento do corte, não a área fechada. A espessura entra linearmente, então dobrar a espessura da chapa dobra a força.

A resistência ao cisalhamento é a propriedade do material, a tensão em que o metal falha ao cisalhamento, e vai de menos de 100 N/mm² para o alumínio macio a 600 ou mais para o inoxidável, por isso a mesma ferramenta precisa de muito mais força num material duro que num macio.

Quando várias formas são cortadas em um curso e todas cisalham no mesmo instante, suas forças se somam, então o total é a soma do produto perímetro-por-espessura-por-resistência de cada forma; para formas idênticas é simplesmente a força de uma forma vezes o número. Esse comportamento aditivo é por que uma matriz que punciona muitos furos de uma vez pode exigir uma prensa muito grande, e por que escalonar os punções ou retificar ângulos de corte — para que os cortes não cheguem todos ao pico juntos — é uma forma comum de manter a força de pico dentro de uma prensa menor. A calculadora lida com o número de formas e o ângulo de corte para você ver ambos os efeitos.

Da força de corte à tonelagem da prensa

A força de corte é o mínimo teórico, mas a prensa tem que fornecer mais, e a diferença é o que transforma uma força em uma capacidade de tonelagem. Primeiro há a força de extração: uma vez que o punção perfura a chapa, o material o aperta, e o extrator tem que empurrar a chapa para fora do punção no curso de retorno. Essa força de extração é uma fração da força de corte — comumente 5 a 20 por cento para extratores de mola e 25 a 30 por cento para uretano — e embora atue no retorno, é parte da carga que o sistema de prensa deve lidar, então é somada à força de corte. A calculadora toma o percentual de extração e o adiciona.

Segundo há o fator de segurança. A força teórica supõe uma ferramenta afiada, folga ideal e material nominal; na realidade a aresta do punção se desgasta e precisa de mais força, a folga entre punção e matriz varia, a lubrificação muda, e a resistência e a espessura do material variam dentro da tolerância.

Um fator de segurança de cerca de 1,2 a 1,3 cobre isso, garantindo que a prensa não seja dimensionada bem no limite teórico onde uma ferramenta cega ou um lote de material forte a travaria.

A força total da prensa é a força de corte mais a de extração, multiplicada pelo fator de segurança, e é este número, convertido em toneladas ou toneladas curtas, que você compara com a capacidade nominal de uma prensa.

A convenção para expressar a capacidade difere por região e tipo de prensa. As prensas mecânicas e hidráulicas são classificadas em toneladas-força ou toneladas curtas, então a calculadora converte a força total de newtons para quilonewtons e toneladas no métrico, ou para libras e toneladas curtas no imperial. Especifique sempre uma prensa cuja capacidade nominal supere a força total com margem de sobra, e lembre-se de que a tonelagem nominal de uma prensa mecânica só está disponível perto do fundo do curso — um ponto que importa para operações profundas mas não para o corte de chapa fina que esta fórmula cobre.

Cinco exemplos resolvidos que você pode seguir

Exemplo 1: o furo redondo padrão

Um furo redondo de 20 mm em aço doce de 3 mm com resistência ao cisalhamento de 350 N/mm². O perímetro é π·20 ≈ 62,8 mm, então a força de corte é 62,8 × 3 × 350 ≈ 65.970 N. Adicionar 10 por cento de extração e um fator de segurança de 1,2 dá um total de cerca de 87.080 N, perto de 87 kN ou 8,9 toneladas — então uma prensa de 10 toneladas é uma escolha sensata.

Exemplo 2: estimar a partir da tração

O mesmo furo em um aço do qual você só conhece a tração, 500 N/mm². Insira 500 como UTS e deixe em branco o cisalhamento; a calculadora usa cerca de 0,7 × 500 = 350 N/mm², recuperando o mesmo resultado. O campo de resistência ao cisalhamento é marcado como derivado para você saber que é uma estimativa.

Exemplo 3: vários furos de uma vez

A mesma matriz agora punciona quatro desses furos de 20 mm em um curso. A força de corte quadruplica para cerca de 264.000 N, e a força total da prensa sobe para cerca de 348 kN, perto de 35 toneladas. Puncionar os quatro juntos precisa de uma prensa muito maior que um furo — a razão do escalonamento ou dos ângulos de corte.

Exemplo 4: um ângulo de corte

Volte a um furo mas retifique um ângulo de corte que reduz a força de pico em 40 por cento. A força de corte cai de cerca de 66.000 N para cerca de 40.000 N, e a força total da prensa cai em proporção, permitindo rodar o trabalho em uma prensa menor. O trabalho total não muda; só o pico é menor.

Exemplo 5: uma dobra na dobradeira

Mude para o modo de dobra: uma dobra de 100 mm de comprimento em material de 3 mm de 450 N/mm² de tração em uma matriz de 24 mm. A força é 1,33 × 450 × 100 × 3² ÷ 24 ≈ 22.450 N, cerca de 22 kN ou 2,3 toneladas — muito menos que puncionar, e cai mais com uma matriz mais larga.

Três dicas de especialista para resultados confiáveis

A matemática por trás dos resultados

A fórmula de força de corte segue da definição de resistência ao cisalhamento como força por unidade de área cisalhada. Quando um punção cisalha uma forma fechada da chapa, a superfície que se corta é uma faixa fina que corre ao redor do perímetro da forma e através de toda a espessura da chapa; sua área é o perímetro vezes a espessura.

A resistência ao cisalhamento é a força por unidade de área em que o material falha ao cisalhamento, então multiplicá-la por essa área dá a força para cisalhar todo o perímetro de uma vez: F = perímetro × espessura × resistência ao cisalhamento.

O número de formas multiplica isso quando várias formas idênticas cortam simultaneamente, e o fator de ângulo de corte reduz o pico porque um chanfro significa que só parte do perímetro é cortada a cada instante.

Os cálculos de extração e força total são proporções diretas. A força de extração é o percentual de extração vezes a força de corte, refletindo que o aperto da chapa sobre o punção é empiricamente uma fração da força que fez o corte. A força total da prensa é a soma da força de corte e da de extração, multiplicada pelo fator de segurança, que escala toda a carga para cima para cobrir desgaste e variação. As conversões para toneladas e toneladas curtas dividem a força em newtons pelo peso de uma tonelada (9.806,65 newtons) ou pelas libras de uma tonelada curta (2.000), para o resultado ser lido direto contra uma capacidade de prensa nas unidades em que é vendida.

A fórmula de força de dobra é uma relação empírica para a dobra ao ar: F = K × resistência à tração × largura × espessura² ÷ abertura da matriz. Aqui a força cresce com o quadrado da espessura, porque uma chapa mais grossa resiste muito mais à dobra, e cai ao ampliar a abertura da matriz, porque um vão mais largo dá ao punção mais alavanca. O fator K, em torno de 1,33, envolve a geometria da dobra ao ar de três pontos.

Dois pressupostos enquadram todos esses resultados: a fórmula de corte dá a força de pico de cisalhamento para um corte limpo com folga correta, e a fórmula de dobra é a estimativa ao ar — a dobra no fundo e a cunhagem precisam de mais, e as constantes mudam com o ferramental.

Dentro desses limites a aritmética é exata; ajustar a resistência ao cisalhamento, o percentual de extração e o fator de segurança ao seu material e ferramental reais é o julgamento de engenharia que torna a tonelagem confiável.

Onde os cálculos de força de prensa são usados

O cálculo de força de prensa é a base da seleção de prensa e do projeto de estampos, e conecta com as demais ferramentas de conformação deste silo.

O desenvolvimento cuja força esta ferramenta calcula é o mesmo desenvolvimento cujo tamanho plano é fixado pela calculadora de desenvolvimento de dobra — uma ferramenta dimensiona o desenvolvimento, esta dimensiona a prensa que o corta ou dobra.

No trabalho de estampos, a força de puncionamento determina a tonelagem da prensa, o tamanho do porta-estampo e o projeto do extrator, e a mesma força, distribuída sobre a face do punção, fixa a tensão de compressão que o aço da ferramenta deve suportar. Subestimar a força trava a prensa ou quebra a ferramenta; superestimá-la compra mais prensa do que o trabalho precisa.

Em produção e estimativa, a tonelagem alimenta a seleção de máquina e o cronograma, já que um trabalho só pode rodar em uma prensa com capacidade suficiente, e a força influencia a energia por curso e portanto os cursos por minuto que uma prensa pode sustentar.

Ela influi na vida da ferramenta, porque forças maiores desgastam mais rápido as arestas do punção e da matriz, e na qualidade da peça, já que a folga e a força juntas fixam a qualidade da aresta cisalhada.

Este cálculo também se liga ao lado de usinagem do silo pela disciplina compartilhada de relacionar uma propriedade do material — a resistência ao cisalhamento aqui, a velocidade de corte lá — com a força ou potência que um processo demanda. Volte ao hub de Processos de Fabricação para as ferramentas complementares de usinagem, conformação e moldagem.

Além da operação individual, a força de prensa informa a segurança, o planejamento de capital e a escolha de processo. Uma prensa nunca deve ser carregada além de sua capacidade, então o cálculo de força é tanto de segurança quanto de produtividade; ele guia a compra ou especificação de novas prensas, uma decisão de capital importante; e molda a escolha entre processos, como puncionar uma forma, cortá-la a laser ou roê-la, cada um com um perfil de força e custo diferente. Estimativas de força precisas são o que permite a um fabricante casar a ferramenta, a prensa e a peça com confiança.

Referência de resistência ao cisalhamento por material

Quando você não tem um valor medido, estas resistências ao cisalhamento típicas dão um ponto de partida defensável. Elas variam com a liga, a têmpera e a condição, então trate-as como faixas e use um valor de ficha técnica para trabalho preciso. Onde só a tração é conhecida, a resistência ao cisalhamento é cerca de 0,6 a 0,8 dela, e esta calculadora usa cerca de 0,7 por padrão.

Leia esses valores contra a espessura e o perímetro do seu corte. Um material duro numa chapa grossa com uma linha de corte longa empilha os três impulsionadores de força e pode exigir uma tonelagem surpreendente; um material macio e fino com um perímetro curto precisa de pouco. A tabela semeia a calculadora; uma resistência ao cisalhamento de ficha técnica, ou um valor de tração convertido com sua própria razão, dá o número preciso para um trabalho crítico.

Folga de corte e qualidade da aresta

A folga entre o punção e a matriz — o pequeno espaço de cada lado, geralmente expresso como percentual da espessura da chapa — não faz parte da fórmula de força, mas molda como o corte se comporta e vale a pena entendê-la junto com a força.

Quando a folga é correta, tipicamente cerca de 5 a 10 por cento da espessura por lado para aços comuns e um pouco menos para metais macios, as trincas que iniciam nas arestas do punção e da matriz se encontram limpamente, dando uma boa aresta cisalhada com uma faixa brunida modesta e uma rebarba gerenciável, perto da força teórica.

Quando a folga é pequena demais, as trincas não se encontram, ocorre um cisalhamento secundário, e a força sobe e a ferramenta se desgasta mais rápido; quando é grande demais, o material é puxado e a aresta se rasga com uma grande rebarba.

A folga interage então com a força de duas maneiras. Primeiro, uma folga incorreta eleva a força real acima do valor teórico, que é uma das variações que o fator de segurança deve cobrir. Segundo, o objetivo de uma aresta limpa muitas vezes fixa a folga, e isso por sua vez influencia a vida da ferramenta e a estabilidade da força ao longo de uma corrida de produção. A calculadora calcula a força na folga correta; se você sabe que sua folga é apertada ou seu ferramental está desgastado, incline-se para o extremo alto do fator de segurança para que a prensa tenha margem pela força extra que essas condições demandam.

Uma forma útil de usar a fórmula ao contrário é achar o maior furo ou a chapa mais grossa que uma prensa dada pode lidar. Reorganizando F = perímetro × espessura × resistência ao cisalhamento, a espessura máxima que uma prensa de tonelagem conhecida pode puncionar para um furo dado é a força nominal dividida pelo perímetro vezes a resistência ao cisalhamento, após considerar extração e segurança.

Trabalhar o cálculo de trás para frente assim transforma a ferramenta numa verificação de capacidade: insira uma espessura ou perímetro de teste, leia a força total, e compare-a com a prensa que você tem, ajustando até o total ficar confortavelmente abaixo da capacidade.

É a mesma aritmética vista do outro extremo, e é assim que uma fábrica decide se uma prensa existente pode assumir uma peça nova antes de comprometer ferramental.

Recorte versus puncionamento: a mesma força, refugo diferente

O puncionamento e o recorte usam a fórmula de força idêntica mas diferem em qual peça é o produto, e a distinção importa para o ferramental e para onde vai qualquer ângulo de corte.

No puncionamento, o tarugo que é expulso é refugo e a chapa com o furo é o produto, então o furo deve estar na medida, o que significa que a matriz fixa o tamanho e o punção é menor pela folga.

No recorte, a peça expulsa é o produto e a chapa ao redor é refugo, então o desenvolvimento deve estar na medida, o que significa que o punção fixa o tamanho e a matriz é maior pela folga. A força é a mesma — perímetro vezes espessura vezes resistência ao cisalhamento — porque o mesmo perímetro é cisalhado de qualquer forma.

A consequência prática é onde você pode se dar ao luxo de distorcer a aresta. Um ângulo de corte retifica um chanfro que abaula levemente a peça que ele enfrenta, então é posto do lado do refugo: na face do punção para puncionamento, onde o tarugo é refugo, e na face da matriz para recorte, onde o esqueleto é refugo, mantendo plano o produto. Por isso a redução por ângulo de corte na calculadora é uma escolha de ferramental ligada a se você está puncionando ou recortando, não uma redução livre que você sempre possa aplicar. Saber qual operação você roda diz se a força de pico reduzida está realmente disponível para a qualidade do seu produto.

Força, energia e o curso da prensa

A tonelagem que esta calculadora reporta é a força de pico, e para selecionar uma prensa esse pico costuma ser o número decisivo, mas a energia por curso é uma segunda consideração em prensas mecânicas.

Uma prensa mecânica armazena energia em um volante e a entrega ao longo da parte de trabalho do curso; sua tonelagem nominal só está disponível perto do fundo do curso, e a energia que o volante guarda limita quanto trabalho cada curso pode fazer.

Para o corte de chapa fina o punção viaja apenas uma fração da espessura antes de o material fraturar, então o trabalho por curso é pequeno e a força de pico é o que importa. Para material mais grosso ou conformação profunda, o trabalho pode ser suficiente para que a energia, não só a força, fixe se a prensa pode fazer a peça na velocidade desejada.

Por isso o cálculo de força de pico daqui é a ferramenta correta para puncionamento, recorte e cisalhamento, e por que a dobra e as operações profundas podem precisar de uma verificação de energia além disso. Também explica por que rodar muitos cursos por minuto pode ser limitado pela rapidez com que o volante recupera sua energia entre cursos, não pela força. Para as operações de corte de chapa a que esta calculadora se destina, dimensione a prensa pela força total com margem e a energia seguirá; para conformação pesada, trate a força como necessária mas confirme que a prensa tenha também a energia de curso.

Erros comuns que você deve evitar

Alguns erros se repetem nos cálculos de força de prensa. Fique atento a eles.

• Usar a área em vez do perímetro. A força de corte depende do comprimento da aresta cortada, não da área fechada. Um rasgo longo pode precisar de tanta força quanto um furo grande; use sempre o perímetro.
• Confundir resistência ao cisalhamento com resistência à tração. A resistência ao cisalhamento é cerca de 0,6 a 0,8 da tração. Inserir o valor de tração como se fosse de cisalhamento superestima a força em um terço ou mais.
• Dimensionar só pela força de corte. A prensa deve fornecer a força de corte mais a extração, com uma margem de segurança. Uma prensa classificada bem na força de corte vai travar conforme a ferramenta se desgasta.
• Ignorar formas simultâneas. Vários furos puncionados de uma vez somam suas forças. Dimensionar para um furo quando a matriz corta seis subestima a tonelagem seis vezes.
• Esquecer a abertura da matriz na dobra. A força de dobra depende fortemente da largura do V da matriz e do quadrado da espessura. Usar a abertura errada pode errar por um fator grande.
• Tratar um ângulo de corte como grátis. Um ângulo de corte baixa a força de pico mas pode distorcer a peça e complicar a ferramenta; use-o deliberadamente, não como pressuposto padrão no número.

Formato de entrada e referência rápida

Escolha uma operação e as unidades, depois insira a espessura e a resistência ao cisalhamento ou à tração; para corte adicione o perímetro, o número de formas, a redução por ângulo de corte e o percentual de extração; para dobra adicione a largura e a abertura da matriz. A referência abaixo explica cada resultado.

Perguntas frequentes

Fontes, aviso legal e transparência editorial

Esta calculadora usa as relações padrão de chapa: força de corte F = perímetro × espessura × resistência ao cisalhamento; força de extração como percentual da força de corte; força total da prensa = (corte + extração) × fator de segurança; a estimativa de dobra ao ar F = K · UTS · largura · T² / V com K ≈ 1,33; e resistência ao cisalhamento ≈ 0,6–0,8 × resistência à tração, consistentes com as referências padrão de estampos e conformação de metal.

Os valores típicos de resistência ao cisalhamento são faixas publicadas de orientação geral. Esta calculadora e guia são criadas e revisadas pela equipe da OpsCalculators; consulte nossa Política Editorial para saber como cada ferramenta é pesquisada, construída e testada.

Os resultados são estimativas precisas para seleção de prensa, projeto de ferramenta e educação, não um substituto de dados verificados do material nem das capacidades do fabricante da prensa. As forças reais variam com a folga, o desgaste da ferramenta, a lubrificação e a condição do material. Consulte nosso Aviso Legal completo. OpsCalculators.com é operado pela MAFHH INTERNATIONAL LTD. Seus dados são processados no seu navegador e nunca armazenados; consulte nossa Política de Privacidade.