Por Eren Billur. Orientação de Taylan Altan*

 

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de março de 2011.

 

Os especialistas envolvidos nas operações de estampagem possuem muitas opções em termos de ensaios para caracterizar desgaste. Muitos dos métodos de ensaio são padronizados pela ASTM e estão classificados em três grupos⁽¹⁾:

 

1) Avaliação da resposta do material a um tipo específico de desgaste;

 

2) Seleção de materiais, lubrificantes e revestimentos;

 

3) Investigação de aspectos fundamentais sobre o desgaste.

 

Contudo, nenhum dos ensaios padronizados foi especificamente concebido para avaliar os fenômenos de desgaste que ocorrem nas operações de conformação de chapas metálicas. Os pesquisadores, ao longo dos anos, têm modificado os ensaios padronizados e os aplicado para avaliar materiais e revestimentos de ferramentas na conformação de chapas.

 

Fig. 1 – Os ensaios de riscamento determinam o desgaste em pares de metais sob deslizamento, avaliam lubrificantes e determinam o coeficiente de fricção.

 

 

Ensaio de raspagem

 

O ensaio padronizado de pino sobre disco é usado para determinar o desgaste em pares deslizantes de materiais, com o objetivo de avaliar lubrificantes, ou para determinar o coeficiente de fricção (figura 1). Uma vez que o par de materiais está em contato com a mesma superfície (o que não é o caso na conformação de chapas metálicas), alguns ensaios modificados, tais como o de pino deslizante sobre chapa, foram introduzidos. Neles o material do ferramental está em contato com material virgem da chapa ao longo de todo o ensaio (figura 1)⁽²⁾.

 

Embora as velocidades e as forças normais de deslizamento (e, portanto, a pressão de contato) possam ser ajustadas a níveis similares aos verificados nos processos industriais de conformação de chapas metálicas, o efeito da deformação plástica é ignorado nesses ensaios. Dessa forma, os resultados não emulam a progressão do desgaste do ferramental que se observa na conformação de chapas metálicas⁽³⁾.

 

Fig. 2 – No ensaio de torção-compressão, um botão rotativo (material do ferramental) é pressionado contra uma chapa metálica fixa.

 

 

A análise do ensaio de pino sobre disco é padronizada conforme a norma ASTM G99, “Método Padronizado de Ensaio para Teste de Desgaste com Aparato de Pino-sobre-Disco”, em termos da perda de volume⁽⁴⁾. Esta pode ser medida diretamente a partir das dimensões do corpo de prova, antes e depois do ensaio, ou pode ser calculada a partir da perda de massa. Se houver a presença de descamação, a perda de volume pode não refletir o desgaste do ferramental, de forma que esse método de ensaio não deve ser usado⁽³⁾.

 

Ensaio de torção-compressão

 

No ensaio de torção-compressão, um botão rotativo (material do ferramental) é pressionado contra uma chapa metálica fixa (figura 2). A velocidade e a pressão de rotação podem ser ajustadas para simular o processo de conformação da chapa metálica.

 

Contudo, de forma similar ao ensaio de pino sobre disco, o material do ferramental gira sobre a mesma superfície, e não sobre uma superfície virgem da chapa, como ocorre na conformação do metal. Portanto, não se consegue emular as condições superficiais das operações de conformação ou de estampagem de chapas metálicas.

 

Fig. 3 – No ensaio de redução da tira, a espessura de uma tira de metal é reduzida enquanto ela desliza contra o material de ferramental testado, com o objetivo de determinar a tendência de descamação de um par de materiais e para avaliar lubrificantes.

 

 

O ensaio de torção-compressão é usado para avaliar o desempenho de lubrificantes de forma muito rápida e também para determinar limiares de tensão de descamação para uma dada chapa e materiais de matrizes. Para avaliar o desempenho de lubrificantes é necessário registrar o torque transmitido ao longo do tempo, permitindo o cálculo da alteração do valor do coeficiente de fricção (µ) ao longo do tempo. De forma geral, interrompe-se o ensaio quando o valor do coeficiente de fricção alcança 0,3⁽⁷⁾.

 

 

Ensaio de redução da tira

 

O ensaio de redução da tira consiste em reduzir a espessura de uma tira de metal por intermédio de seu deslizamento contra o material de ferramental que está sendo testado (figura 3). Este ensaio é usado para determinar a tendência de descamação de um par de materiais (ferramental e chapa) e para avaliar lubrificantes.

 

No caso da primeira aplicação registra-se o comprimento da tira que pode ser estirada usando-se um dado material de ferramental sem que ocorra descamação. Os resultados são comparados entre os materiais para ferramental que foram avaliados, de forma a determinar qual deles e qual revestimento são as melhores opções para o estiramento e a redução de um material específico usado para a chapa.

 

A alteração do acabamento superficial do ferramental após um teste de redução pode ser usada como critério para avaliação do desempenho dos materiais, revestimentos e lubrificantes para ferramentas. Os ensaios de redução de tiras incluem o efeito da deformação plástica, mas o estado de deformação é limitado apenas à direção da espessura.

 

Contudo, nas operações reais de estampagem profunda, a deformação é biaxial e o material da chapa passa por estricção, aumento de espessura e flexão. Todos esses fenômenos, os quais não podem ser emulados pelos ensaios de redução de tira, podem alterar a textura superficial⁽⁸⁾.

 

 

Ensaios de conformação

 

Os ensaios de conformação têm como objetivo emular o real estado de deformação nos processos industriais de conformação de chapas metálicas (figura 4). Eles incluem ensaios de estiramento de tiras, alisamento de tiras, embutimento de copos, simulação de frisos de estiramento e conformação de peças. Os ensaios de conformação são conduzidos até um certo número de peças, ou até que o desgaste, descamação ou riscos sejam observados na peça sob processamento.

 

Fig. 4 – Ensaios de conformação, tais como o ensaio de conformação de canal, têm como objetivo emular o real estado de deformação que ocorre no processo de conformação da chapa metálica.

 

 

Na primeira opção, o número de peças produzidas sem a ocorrência de defeitos é uma indicação do desempenho do ferramental. Na segunda, é medida a área superficial onde ocorreu a descamação. Esses ensaios podem emular as condições reais de produção de forma tão próxima quanto possível, desde que parâmetros como velocidade da prensa, pressão de contato e lubrificação estejam próximos dos valores efetivamente usados nas linhas reais de produção⁽⁹⁾.

 

Esta é a segunda parte de uma série de três artigos que abordam os materiais usados na fabricação de matrizes para conformação de aços avançados de alta resistência mecânica (AHSS, advanced high strength steels), e os tratamentos usados para inibir a ocorrência de falhas em sua superfície. A terceira parte continuará a tratar da discussão sobre como avaliar e selecionar vários materiais para matrizes usadas em aplicações específicas.

 

 

Referências

 

1) Blau, P.J.; Budinski, K.G.: Development and use of ASTM standards for wear testing, Wear 225-229, pp. 1159-1170, 1999.

 

2) Van Der Heide, E.; Huis, A.J. Veld, T.; Schipper, D.J.: The effect of lubricant selection on galling in a model wear test, Wear 251, pp. 973-979, 2001.

 

3) Kim, H.; Palaniswamy, H.; Altan, T.: Investigation of tribological conditions in forming uncoated and galvanized advanced/ultra high strength steels, CPF, 2.3/06/01, 2006.

 

4) ASTM G99. Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus, 2005.

 

5) Ibid.

 

6) Kim, H.: Investigation of tribological conditions.

 

7) Ibid

 

8) Ibid

 

9) Ibid.

*Este estudo foi preparado por Eren Billur, 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 na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de março de 2011 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

Tecnologia em conformação

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