Por Partchapol Sartkulvanich e Taylan Altan*

 

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

 

O pesquisador Alex Konieczny conduziu experimentos na empresa United States Steel Corporation com vários tipos de aços avançados de alta resistência (AHSS, sigla do inglês Advanced High Strength Steels) para estudar a influência da folga punção/matriz nas características geométricas de bordas cisalhadas e na capacidade de estiramento de furos feitos nesses materiais⁽¹⁾.

 

Os resultados obtidos a partir dos ensaios de corte de blanques (blanking) mostraram que o comprimento da zona arredondada (rollover) aumentou quase diretamente com o aumento da folga da matriz. As diferenças nas zonas de arredondamento observadas entre diferentes aços de alta resistência são relativamente pequenas.

 

Fig. 1 – Constatou-se que a profundidade da zona cisalhada diminuiu à medida que se elevou a folga da matriz, além de uma zona cisalhada muito pequena para os aços bifásicos DP 780 e DP 980⁽¹⁾.

 

Foi verificado que a profundidade da zona cisalhada diminuiu à medida que se aumentou a folga da matriz, além de ter sido observada uma zona cisalhada muito pequena para os aços bifásicos DP 780 e DP 980 (figura 1).

 

Influência da orientação da rebarba e do acabamento da borda sobre o flangeamento do furo

 

Durante o ensaio de expansão de furo, um orifício produzido por uma operação de corte por cisalhamento é estirado sob tensões de tração, de forma que seu diâmetro aumenta (figura 2). Esta operação de flangeamento de furo estira o material da borda, o qual já foi submetido a elevados graus de deformação plástica e alterações de temperatura durante a operação prévia de corte do blanque.

 

Fig. 2 – Durante um ensaio de expansão de furo, um furo produzido por cisalhamento é estirado sob tensões de tração, de forma que seu diâmetro aumenta.

 

Portanto, a ocorrência de trinca de borda durante o flangeamento é altamente dependente das características do material na borda cisalhada. Konieczny conduziu ensaios de expansão de furo usando vários processos de acabamento da borda, tais como mandrilamento, laser e corte por estampo, usando diferentes valores de folga da matriz.

A figura 3 compara os valores de razão de expansão de orifício obtidos para várias bordas cisalhadas em aços de alta resistência. Conforme mostrado na figura, essas razões são sensíveis aos processos de acabamento aplicados na borda cisalhada, especialmente para os aços 50XK, 590R e DP 590.

 

Fig. 3 – Os resultados dos ensaios de expansão de orifício mostram a influência da folga e do acabamento da borda cisalhada sobre os valores de razão de expansão de furo para todos os corpos de prova de aço testados com rebarba para cima⁽¹⁾.

Bordas mandriladas apresentaram valores máximos de razão de expansão de furo; contudo, a operação de mandrilamento é cara e não é usada em peças estampadas. Uma observação interessante está no fato de que o aumento da folga da matriz leva a um aumento na razão de expansão do furo, indicando que ele possui alta capacidade de estiramento no caso dos aços DP 590, 590R e 50XK, enquanto essa razão é menos sensível às folgas da matriz para os aços DP 780, DP 980 e TRIP 780.

Os locais das rebarbas apresentam orientação aleatória nas operações práticas de corte por estampagem e flangeamento de furos. O furo cortado por cisalhamento pode ser configurado de forma que a rebarba esteja em contato com o punção de flangeamento de furo (rebarba para baixo), de maneira similar ao desenho esquemático da figura 2, ou de maneira tal que a rebarba não entre em contato com o punção (rebarba para cima).

 

Fig. 4 – A razão de expansão de furo é maior quando a rebarba está posicionada embaixo e o aumento é maior sob menores valores de folga da matriz⁽¹⁾.

Konieczny também estudou a influência do local da rebarba sobre a razão de expansão do furo. Exemplos dos resultados para o aço bifásico DP 590 usando um punção cônico são apresentados na figura 4. Os resultados mostram que os valores dessa razão são maiores quando a rebarba encontra-se posicionada para baixo, e que este aumento é maior para menores valores da folga da matriz. Tendências similares foram observadas para todos os outros aços testados.

 

Significância da zona afetada pelo cisalhamento no modelamento do flangeamento do furo

 

A maior parte dos pesquisadores que tentaram modelar o flangeamento de orifícios usando o método de elementos finitos ignorou a influência da geometria da borda cortada por cisalhamento e seu histórico de deformação, ao mesmo tempo em que se assumia uma borda perfeita sem deformação inicial.

No Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF) foram feitas simulações dos ensaios de expansão de furo com um punção cônico para ilustrar a influência da deformação da borda cisalhada que resulta da operação de corte por puncionamento.

O material de chapa usado nos testes foi o aço bifásico DP 590, com a rebarba voltada para cima. O efeito da deformação na borda cisalhada foi considerável (figura 5). A deformação efetiva na borda do flange foi muito grande, de até 1,6, e aumentou continuamente ao longo do curso do punção.

 

Fig. 5 – Foram executadas simulações de ensaios de expansão de orifício com punção cônico para ilustrar a influência da deformação da borda cisalhada que resultou do corte de blanques.

Foram observadas deformações muito maiores para um mesmo valor de curso e de razão de expansão de furo quando se modelou a expansão de orifício. Sem dúvida, essas grandes deformações afetam a conformabilidade e o trincamento na borda.

Atualmente, o Centro para Conformação de Precisão está tentando desenvolver uma metodologia para prever o trincamento de borda no flangeamento de furos em aços avançados de alta resistência por meio do exame das informações de deformação/tensão médias em várias bordas cisalhadas obtidas em simulações pelo método de elementos finitos. Também estão sendo planejados estudos futuros envolvendo experimentos de corte de blanques e de expansão de furo usando várias condições de corte.

Esta é a quarta 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 discute a significância da borda cisalhada e da orientação da rebarba na razão de expansão de orifício desses aços.

 

Referências

 

1) Konieczny, A.; Henderson, T.: On Formability Limitations in Stamping Involving Sheared Edge Stretching. SAE Technical Paper 2007-01-0340. 

*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 novembro 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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