Por Ajay Yadav e Taylan Altan*

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de junho de 2009.

 

Dois tipos principais de defeitos ocorrem tipicamente nos componentes estampados de carrocerias automotivas (figura 1): 1) defeitos superficiais, tais como trincas e estricções; 2) defeitos de forma, tais como depressões (fall-in), enrugamento e linhas de marcação.

 

 

Fig. 1 – Defeitos que podem ocorrer durante a estampagem

 

 

Esses defeitos podem ser classificados como estáticos ou dinâmicos. Os defeitos estáticos, tais como as marcas impressas na superfície, não estão relacionados com o processo, mas são causados por faces contaminadas da matriz ou ferramental. Esses defeitos são corrigidos simplesmente com a limpeza da superfície da matriz ou ferramental antes da estampagem.

 

Os defeitos dinâmicos estão relacionados ao processo e são causados pela estampagem. Trincas e estricções, por exemplo, ocorrem geralmente quando a conformabilidade da chapa deformada é limitada. Enrugamentos na parede lateral e no flange são causados por altas tensões compressivas tangenciais na chapa. Marcas em forma de linha ocorrem quando o material da chapa é submetido a altas tensões de tração na medida em que ele flui pelos cantos agudos do ferramental.

 

As depressões são geralmente observadas em locais onde áreas submetidas a altas taxas de deformação são cercadas por amplas áreas com baixa taxa de deformação. Defeitos dinâmicos podem ser corrigidos com o controle das variáveis de processo (forças e velocidades de conformação e forças de fricção) e propriedades da chapa recebida.

 

 

Fatores que afetam a qualidade da peça conformada

 

Na produção industrial em massa de painéis de carrocerias, prensas de efeito simples, com sistema de almofada de matriz controlada em ponto único ou múltiplo (MPC, multipoint control), são predominantemente usadas para estampagem profunda (figura 2). A estampagem é seguida por operações secundárias, tais como aparamento, reembutimento e flangeamento. A qualidade do painel de carroceria estampado é significativamente influenciada pela operação de conformação.

 

Fig. 2 – Esquema mostra os fatores que afetam os formatos quando se usa uma prensa mecânica de efeito simples com um sistema de almofada de matriz com múltiplos pontos de controle para a força do prensa-chapas. As variáveis de controle são aquelas que influenciam a qualidade da peça conformada e que podem ser ajustadas durante o ciclo de produção

 

 

Os parâmetros que influenciam a qualidade da peça conformada e que podem ser ajustados na estamparia durante a produção podem ser definidos como variáveis de controle. Os dois principais tipos de variáveis de controle são as variáveis de processo e do material que constitui as chapas recebidas.

 

 

Variáveis de processo

 

No universo da estampagem, as variáveis de processo são:

1) Variáveis da prensa – em um sistema com prensa-chapas controlado em múltiplos pontos, vários pinos de almofada programáveis individualmente são posicionados ao redor do perímetro do blanque, sendo selecionado um valor apropriado para a força de prensa-chapas a ser aplicada em cada pino.

 

Quando a força do prensa-chapas, que atua através dos pinos de almofada selecionados, é controlada localmente, também o fluxo do material pode ser controlado em regiões localizadas. Sistemas de controle flexíveis para a força do prensa-chapas podem acomodar variações das propriedades e espessuras das chapas recebidas. A velocidade de embutimento ou conformação também é uma variável de controle porque ela influencia o aumento da temperatura do ferramental durante a operação de conformação;

 

2) Variáveis do ferramental – molas de nitrogênio gasoso são posicionadas entre as ferramentas para permitir a aplicação local da força de prensa-chapas em áreas bem definidas do blanque, permitindo assim um melhor controle do escoamento da chapa durante o processo de estampagem. Espaçadores montados em prensa-chapas também podem ser usados para controlar localmente o fluxo do material da chapa. A marcação ou retificação do ferramental durante a produção podem ser eliminadas com o uso de espaçadores;

 

3) Lubrificação – o fluxo de material durante as operações de conformação e estampagem depende do lubrificante, o qual afeta as forças de fricção na interface blanque/ferramental. Os blanques fornecidos podem ser pré-revestidos ou aspergidos com lubrificante durante o processo de conformação. O desempenho do lubrificante também é influenciado pela temperatura do ferramental.

 

A moderna tecnologia de prensas permite o controle automático de processo das variáveis da máquina (controle da força do prensa-chapas) e lubrificação. Em prensas mais antigas as ferramentas somente podem ser ajustadas manualmente, de forma que o controle automático de processo das variáveis do ferramental não é possível. São necessários espaçadores com ajuste automático de altura e sistemas com molas de nitrogênio gasoso para que possa ser feito o controle automático das variáveis do ferramental.

 

 

Chapa recebida

 

Estudos conduzidos na Universidade Técnica de Munique, em cooperação com a Audi AG (Ingolstadt, Alemanha), incluíram ensaios de tração das chapas recebidas. Foram medidos os limites de escoamento e resistência, bem como os alongamentos uniforme e total. As características das chapas recebidas podem variar substancialmente. O coeficiente de encruamento “n” de aços com plasticidade induzida por transformação (TRIP, de transformation-induced plasticity) usados para a conformação de colunas “B” oscilou de 0,18 a 0,22, uma variação de ±10% do valor nominal de n, 0,2.

 

As espessuras dos blanques de aço TRIP medidas ao longo de um ciclo de produção variaram entre 1,935 mm e 1,980 mm. As variações na espessura dos blanques e nas propriedades do material das chapas recebidas podem resultar em taxas de sucateamento indesejáveis durante a produção. Estas variações podem ocorrer dentro de uma mesma bobina ou entre fornecedores, corridas ou lotes.

 

As variações são mais expressivas nos aços novos e de alta resistência, tais como os aços bifásicos (dual phase) e TRIP. Portanto, as bobinas recebidas precisam ser testadas para verificar se elas atendem às especificações do cliente. Geralmente isso é feito por meio de ensaio de tração, o qual fornece os limites de escoamento e resistência, bem como o alongamento total.

 

Esta é a primeira parte de uma série de três artigos sobre defeitos normalmente observados em peças estampadas, abordando também as variáveis de processo que afetam a qualidade da peça conformada. A parte II, que também será publicada na revista Corte e Conformação de Metais, aborda tecnologias usadas para testar as propriedades de chapas recebidas e o método para controlar a qualidade do material. E a parte III traz explicações de como os sistemas comercialmente disponíveis são usados no controle do processo de estampagem.

 

Este estudo foi preparado por Ajay D. Yadav, pesquisador graduado associado do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF), vinculado ao Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final (Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing, ERCNSM) da Ohio State University (EUA), e por Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor da instituição.

 

Este artigo foi publicado originalmente na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de junho de 2009 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Todas as figuras foram extraídas do artigo “Controle automático de processo em estamparias”, publicado nos anais da 12ª Conferência Internacional Sheet Metal 2007 (Key Engineering Materials, vol. 344, 2007, págs. 881-888). Reprodução autorizada.

Tecnologia em conformação

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