Por Hyunok Kim. Orientação de Taylan Altan*

 

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de dezembro de 2010.

 

A lubrificação possui papel importante na estampagem, uma vez que ela reduz a fricção na interface entre ferramental e blanque, melhorando, portanto, a conformabilidade e promovendo a produção de peças com boa qualidade.

 

É importante entender a influência das propriedades do material e das condições de fricção sobre o desempenho da estampagem, especialmente quando se conformam aços avançados de alta resistência (AHSS, Advanced High Strength Steels). Uma melhor lubrificação pode expandir a janela de processo (figura 1), que é a relação entre a força do prensa-chapas e a razão de embutimento (razão entre o diâmetro inicial do blanque e o diâmetro do punção durante a conformação de peças circulares). As linhas-limite de conformação 1 e 2 na figura 1 indicam quando a peça estampada falha por ocorrência de fratura ou enrugamento.

 

Fig. 1 – A janela de processo se expande à medida que a fricção é reduzida.

 

 

Ensaio de estampagem profunda para avaliação do lubrificante

 

Os graus mais intensos de fricção durante a estampagem profunda normalmente ocorrem na área do flange próxima ao raio do canto da matriz. A condição de lubrificação na área do flange influencia a estricção e a falha da parede lateral no copo estampado, bem como o comprimento do blanque arrastado pelo embutimento para dentro da cavidade da matriz (L_d) no flange (figura 2).

 

Fig. 2 – O ensaio de estampagem profunda foi aplicado para avaliar diferentes lubrificantes para estampagem de componentes automotivos.

 

À medida que a força no prensa-chapas se eleva, a tensão de fricção também cresce, com base na lei de Amonton-Coulomb:

 

 

Onde:

 

• τ = tensão de cisalhamento da matriz;

 

• µ = coeficiente de fricção;

 

• Pb = pressão no prensa-chapas.

 

Portanto, os lubrificantes podem ser avaliados durante a estampagem profunda determinando-se o máximo valor aplicável de força no prensa-chapas sem que ocorra falha na parede do copo.

 

Durante o ensaio de estampagem profunda podem ser feitas análises qualitativas e quantitativas para determinar a efetividade dos lubrificantes, com base no seguinte critério:

 

• Valor máximo alcançado pela força do punção (quanto menor for essa força, melhor é o lubrificante);

 

• Valor máximo aplicável de força de prensa-chapas (quanto maior for essa força sem que ocorra fratura no copo estampado, melhor é o lubrificante);

 

• Inspeção visual da descamação e geração de pó de zinco;

 

• Medição do comprimento do blanque arrastado pelo embutimento para dentro da cavidade da matriz, L_d, na região do flange (quanto maior for esse comprimento, melhor o lubrificante); 

 

• Medição do perímetro na área do flange (quanto menor for esse perímetro, melhor o lubrificante).

 

 

Os ensaios devem ser conduzidos sob as condições de processo (velocidade da placa superior, material e espessura do blanque, material da matriz) normalmente presentes nas operações industriais de estampagem.

 

Uma grande ênfase é dada à emulação dos níveis de pressão na interface chapa-matriz que ocorrem durante a produção, ajustando-se a força no prensa-chapas e as velocidades do punção, as quais são similares àquelas encontradas nas prensas industriais de estampagem.

 

Resultados dos ensaios

 

Esses ensaios de estampagem profunda foram usados com sucesso para avaliar os lubrificantes usados nas operações de estampagem de componentes automotivos. Corpos de prova feitos com chapas de aço bifásico DP590 GA (galvanizados por imersão a quente com recozimento), com 305 mm de diâmetro, foram testados com o uso de seis lubrificantes úmidos sob dois diferentes valores de força de prensa-chapas.

 

A velocidade da placa superior foi mantida constante a 69 mm/s. Foram selecionados dois níveis de força de prensa-chapas, com base nos resultados preliminares obtidos em simulações pelo método de elementos finitos da estampagem profunda do aço bifásico DP 590, bem como em testes experimentais.

 

As curvas de carga versus curso foram comparadas para um valor baixo de força de prensa-chapas, igual a 30 toneladas (figura 3a).

 

Fig. 3 – Essas curvas de carga ao longo do curso mostram o desempenho do lubrificante sob baixa (a) e alta (b) força de prensa-chapas.

 

 

A força máxima de punção foi influenciada pela condição de fricção na interface ferramental-chapa. Os lubrificantes “A” e “B” apresentaram cerca de cinco toneladas a menos na força do punção em relação aos outros lubrificantes à medida que o curso se elevou. Quando a força do prensa-chapas foi elevada de 30 para 70 toneladas verificou-se que blanques revestidos com os lubrificantes “A” e “B” foram estampados com sucesso, enquanto corpos de prova de chapas em que foram aplicados outros lubrificantes sofreram fratura durante a estampagem profunda.

 

A figura 3b permite uma comparação das curvas de carga ao longo do curso entre copos plenamente estampados e copos fraturados para uma força de prensa-chapas de 70 toneladas. Essa fratura foi causada pelo rompimento do filme de lubrificante sob alta pressão de contato.

 

Como uma alternativa ao uso da medição da distribuição de estricção da parede lateral no copo estampado como indicador de fricção, foram medidos o perímetro e o comprimento do blanque arrastado pelo embutimento para dentro da cavidade da matriz na região do flange.

 

Os critérios de avaliação (força de prensa-chapas, comprimento do blanque arrastado pelo embutimento para dentro da cavidade da matriz na região do flange e força máxima de punção) forneceram resultados consistentes com a classificação dos lubrificantes testados.

 

Conclusões

 

Este estudo demonstrou que o ensaio de estampagem profunda foi capaz de diferenciar os níveis de desempenho associados a diferentes lubrificantes para estampagem durante as operações de conformação de aços avançados de alta resistência sob condições próximas às da produção industrial.

 

Com base no critério de avaliação de desempenho, os lubrificantes “A” e “B” foram os mais efetivos, independentemente da força de prensa-chapas aplicada. Os lubrificantes “C”, “D”, “E” e “F” resultaram em boas peças estampadas quando se aplicou força de prensa-chapas igual a 30 toneladas, mas todos levaram à ocorrência de fraturas quando essa força foi elevada para 70 toneladas.

 

Não foram observadas ocorrências severas de descamação ou geração de pó durante a estampagem profunda. Verificou-se que o desempenho dos lubrificantes variou com a pressão de contato na interface chapa-ferramental e com a velocidade de conformação. Portanto, é fundamental que a avaliação dos lubrificantes ocorra sob condições de ensaio que sejam relevantes ao processo industrial.

 

Esta é a segunda parte de uma série de três artigos que abordam a lubrificação e descamação durante a conformação de aços avançados de alta resistência mecânica (AHSS, Advanced High Strength Steels) galvanizados. A parte 1 tratou do uso do ensaio de rotação-compressão (TCT, twist-compression test) para uma avaliação preliminar das condições de descamação. A parte 3 tratará da avaliação de lubrificantes, materiais para matrizes e revestimentos usados para conformar os aços avançados de alta resistência mecânica em ensaios de laboratório.

 

Este estudo foi apoiado pela Organização Internacional de Pesquisa sobre Chumbo e Zinco (International Lead Zinc Research Organization, ILZRO) e conduzido em cooperação com as empresas Irmco e BohlerUddeholm. As companhias ArcelorMittal, U. S. Steel, Posco e Radar Industries forneceram os materiais necessários aos ensaios.

 

*Esta coluna foi preparada por Hyunok Kim, pesquisador do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF – www. cpforming.org) da Ohio State University (Columbus, EUA), sob a orientação de Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor do instituto. Este artigo foi publicado originalmente no periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de dezembro de 2010 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

 

Tecnologia em conformação

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