Por Soumya Subramonian e Taylan Altan*

 

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

 

A lubrificação é um dos parâmetros mais importantes para melhorar a qualidade das peças estampadas. Isso fica muito evidente ao se estampar chapas de aço galvannealed (GA). Este material é difícil de estampar devido ao seu revestimento de ferro duro. Uma melhor lubrificação pode expandir sua janela de conformação (figura 1) e reduzir a taxa de rejeitos.

 

Fig. 1 – Uma boa lubrificação pode expandir a janela do processo de conformação e reduzir a taxa de rejeição.

 

O Centro para Conformação de Precisão da Universidade Estadual de Ohio (Center for Precision Forming – The Ohio State University), em cooperação com a empresa Honda of America Manufacturing Inc., conduziu uma avaliação detalhada de 21 diferentes tipos de lubrificantes, alguns já em uso nessa empresa e em plantas internacionais (figura 2).

 

Fig. 2 – Diversos tipos de lubrificantes foram avaliados neste estudo.

 

 

Estabilidade química e ensaio de corrosão

 

As empresas Quaker Chemicals e IRMCO conduziram ensaios de estabilidade química e corrosão em lubrificantes selecionados. Foram testadas misturas de lubrificantes, óleos para lavagem e óleos para máquinas ao longo de um certo período de tempo e sob diferentes temperaturas, para verificar a ocorrência de precipitação, turbidez e corrosão em aços galvannealed.

 

Os lubrificantes bem-sucedidos nesses testes também passaram por um ensaio para determinar sua “lavabilidade”, o qual foi conduzido pela empresa Henkel Corp., com o objetivo de determinar suas características para aplicações envolvendo pós-processamento, tais como soldagem e pintura. Sete lubrificantes foram eliminados após os ensaios de estabilidade química, corrosão e lavabilidade.

 

 

Condições realistas de ensaio

 

Diversos ensaios podem ser adotados para avaliar os lubrificantes para estampagem, mas apenas alguns poucos podem emular as condições relevantes de processo existentes no ambiente industrial das estamparias.

 

Parâmetros importantes, tais como velocidade de estampagem, pressão de contato na interface chapa-matriz, superfície da matriz e deformação da chapa metálica, precisam ser similares às condições existentes nas plantas de estampagem. Essas condições realistas são adotadas no ensaio de estampagem profunda, o qual envolve a conformação de um copo.

 

Fig. 3 – O ensaio para embutimento de tira (a) avalia lubrificantes com base no comprimento da tira após o teste (b).

 

 

Uma vez que o ensaio de embutimento de tira trabalha de acordo com o mesmo princípio do ensaio de estampagem profunda, exceto pelo fato de que se conforma uma tira em vez de um copo, ele foi usado na condição de um ensaio preliminar neste estudo, devido ao fato de um grande número de lubrificantes ter sido testado. Os lubrificantes que apresentaram bom desempenho no ensaio de embutimento de tira foram testados posteriormente pelo ensaio de estampagem profunda.

 

 

Ensaio de embutimento de tira

 

Tiras medindo 356 x 25 x 0,76 mm foram embutidas em uma prensa hidráulica com 160 toneladas de capacidade, com o uso de uma matriz de ferro fundido cinzento sem revestimento (figura 3), com raio de canto igual a 5 mm. Este valor de raio foi selecionado para proporcionar uma condição severa na área de contato.

 

A velocidade da prensa foi de, aproximadamente, 10 mm/s, selecionada com base em experimentos preliminares, e a força do prensa-chapas foi ajustada em 3 toneladas, em função dos resultados obtidos em simulações prévias baseadas no método de elementos finitos, as quais revelaram a ocorrência de estricção na chapa após o embutimento. Foram testadas 18 condições de lubrificação em quatro tipos de aço para estampagem com revestimento GA.

 

Os lubrificantes foram aplicados com o uso de um aplicador espiral e pipeta, atendendo a uma concentração específica de 1,5 ± 0,3 gm/m², emulando as condições de lubrificação existentes nas plantas de estampagem, as quais usam de 0,6 a 0,8 gm/m² de lubrificante nos blanques. O desempenho do lubrificante foi julgado com base no comprimento de tira obtido após o embutimento.

 

Os comprimentos das tiras antes do ensaio foram idênticos, já seus comprimentos após o embutimento dependem do coeficiente de fricção na interface ferramental-tira. Quanto melhor for o lubrificante, menor o coeficiente de fricção e menor será o alongamento da tira. As tiras que mostraram menor alongamento apresentaram melhor fluxo de material durante a conformação e estricção menos intensa (figura 4). Portanto, considerou-se que elas foram conformadas com os melhores lubrificantes.

 

Fig. 4 – Valores médios de alongamento das tiras para quatro diferentes materiais de chapas, conformados sob diferentes condições de lubrificação. 

 

Os alongamentos verificados nas tiras variaram de 12 a 23 mm, mostrando grande diferença no comportamento dos lubrificantes testados. Os lubrificantes foram testados com quatro diferentes materiais. Não houve diferença significativa no desempenho dos produtos em função dos diversos materiais testados. Os lubrificantes que apresentaram melhor desempenho foram testados posteriormente pelo ensaio de estampagem profunda.

 

Este artigo é a primeira parte de um estudo, dividido em duas publicações, que aborda a avaliação de lubrificantes para a estampagem de aços galvannealed (GA). A segunda parte abordará os princípios do ensaio de estampagem profunda, bem como simulações pelo método de elementos finitos e resultados experimentais.

 

 

Agradecimentos

 

Os autores agradecem especialmente a Milan Jurich e Doug Staats, da Honda of America Manufacturing Inc., por seu apoio e valiosas informações. Os autores também agradecem às empresas Henkel Corp., IRMCO, Quaker Chemicals, Tower Oil Corporation, Houghton International, Fuchs Lubricants Company, Parker Industries e Dauber Chemical Company pelo fornecimento de lubrificantes.

 

Referência

 

1) Meiler, M.; Pfestorf, M.; Merklein, M.; Geiger, M.: Tribological Properties of Dry Film Lubricants in Aluminum Sheet Metal Forming. In: Proceedings from the 2^nd ICTMP. Nyborg, Dinamarca, 15-18 jun. 2004; p.489-500.

*Este estudo foi preparado por Soumya Subramonian, pesquisadora graduada associada ao Centro para Conformação de Precisão da Universidade Estadual de Ohio (Center for Precision Forming; CPF – www.cpforming.org) e 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 maio de 2011 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

Tecnologia em conformação

---