Por Partchapol Sartkulvanich e Taylan Altan*

 

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

 

O corte de blanques por puncionamento (blanking) é um dos métodos mais comuns para a produção de orifícios ou recessos. Os parâmetros desse processo e o ajuste do ferramental para o corte de blanques podem afetar a qualidade da borda da peça.

Fig. 1 – A borda cisalhada possui diversas características geométricas.

 

Há a necessidade de se estabelecer um modelo confiável para o corte de blanques antes da análise da capacidade de estiramento com flangeamento de furo. O objetivo final é criar condições para quantificar a profundidade que um flange pode atingir sem que ocorra fratura, para uma dada qualidade de borda de blanque.

 

Efeitos da velocidade do punção e do material da chapa

 

Foram conduzidos experimentos no Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF ), na Universidade do Estado de Ohio, usando diferentes materiais de chapa (aço de baixo carbono, aço de alta resistência, alumínio e cobre), com valores de folga punção-matriz entre 3% e 25% da espessura da chapa e velocidades de punção variando de 152 mm/min a até 3.568 mm/min⁽¹⁾.

Os resultados obtidos mostraram que velocidades de punção superiores a 1.829 mm/min podem melhorar a qualidade da borda, resultando em uma maior zona de cisalhamento, menor rebarba, menor região arredondada (rollover) e menor profundidade de penetração de trinca.

 

Tab. 1 – Estas características geométricas de bordas cisalhadas foram obtidas após o corte de blanques de diversos materiais. O comprimento da zona de cisalhamento é dado em porcentagem da espessura de chapa⁽¹⁾.

 

Também foi constatado que a melhoria da qualidade da borda depende do material da chapa. As dimensões das bordas cisalhadas durante o corte de blanques de vários materiais, sob altas e baixas velocidades, podem ser vistas na tabela 1.

 

As diferenças nas geometrias das bordas das peças foram maiores para os aços do que para o cobre e alumínio. Uma vez que estes últimos dois materiais possuem condutividade térmica maior do que a do aço, o calor gerado durante o corte dos blanques desses materiais se dissipou mais rapidamente.

A elevação de temperatura sob altas velocidades de punção foi menor do que a verificada ao se cortar os blanques de aço. Portanto, as geometrias de borda obtidas no corte de blanques feitos de cobre e alumínio são similares sob diferentes velocidades de puncionamento, tanto baixa como alta. A qualidade da borda da peça é mais sensível à folga punção-matriz do que à velocidade de puncionamento e ao material da chapa.

Se for necessário levar em conta o efeito da velocidade do punção no modelo de corte de blanques usando o método de elementos finitos, então é necessário dispor das propriedades do material da chapa sob altas velocidades de deformação e temperaturas elevadas.

As simulações preliminares indicaram que, para uma velocidade convencional de corte de blanques de 152 mm/min, a velocidade de deformação pode alcançar valores de 2.100 s^-1, enquanto a temperatura na região próxima à borda cisalhada pode ser tão alta quanto 250 °C. Velocidades de deformação e temperaturas obtidas no corte de blanques sob altas velocidades podem ser ainda maiores.

 

Efeitos do desgaste do ferramental

 

Além dos parâmetros de processo, o desgaste do ferramental pode alterar o valor real da folga punção-matriz e a geometria da borda do ferramental. Isso pode levar a inconsistências na qualidade da borda da peça. A figura 1 mostra o desenho esquemático de um ferramental para corte de blanques após ter sofrido desgaste.

Os resultados fornecidos na figura 2 mostram que o comprimento de desgaste radial sobre o punção a pode aumentar até 0,03 mm (ou seja, 3% da espessura da chapa, que é igual a 1 mm) após o corte de 40.000 blanques de aço inoxidável (AISI 304) usando uma folga de punção-matriz de 5%.

 

Fig. 2 – Neste caso o comprimento do desgaste radial é mostrado em função do número de blanques cortados, feitos de aço AISI 304 (punção com diâmetro de 8 mm e chapa com 1 mm de espessura) para folgas de punção-matriz de 5%, 8% e 14%⁽²⁾.

 

 

Portanto, essa folga se elevou desde os 5% originais até os 8% reais após o corte de 40.000 blanques. A figura 2 também mostra que uma folga de punção-matriz menor provoca maior desgaste do ferramental porque a deformação foi altamente localizada, gerando altas tensões e temperaturas elevadas. Essa condição acelera o desgaste do ferramental.

Os resultados experimentais mostram que, quando o ferramental está desgastado, ocorre um aumento da zona arredondada, na altura da rebarba, e da penetração da profundidade da trinca da borda cisalhada ao se usar uma pequena folga de punção-matriz, de 5%. Contudo, esses valores, que caracterizam o formato da borda cortada, diminuem ao se usar uma folga maior, de 14%.

Esta é a terceira parte de uma série de quatro artigos que trazem uma análise sobre a relação entre a qualidade da borda cisalhada e o trincamento de bordas no flangeamento de aços avançados de alta resistência (advanced high strength steels, AHSS). Este artigo aborda a significância do modelamento do processo de corte de blanques, bem como a influência da velocidade do corte, material da chapa e desgaste do ferramental sobre a qualidade da borda cisalhada.

 

Referências

 

1) J. Breitling, M. Gruenbaum e T. Altan: Influence of high cutting speeds on the quality of blanked parts. ERC/NSM-S-96-19, Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing, The Ohio State University, 1996.

 

2) J. J. Hernandez, P. Franco; M. Estrems; e F. Faura: Modelling and experimental analysis of the effects of tool wear on form errors in stainless steel blanking. In: Journal of Materials Processing Technology, v. 180, p. 143–150, 2006.

*Este estudo foi preparado por Partchapol Sartkulvanich e Taylan Altan (www.ercnsm.org), pesquisadores do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF) da Ohio State University, em Columbus, Estados Unidos (www.cpforming.com). Este artigo foi publicado originalmente na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de outubro de 2011 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

Tecnologia em conformação

---