Detecção de aparecimento de escoriações em estampagem de liga de alumínio, Parte II

FIGURA 1. A área vermelha à direita é a área de depósito em uma pastilha D2 simples testada com lubrificante 61AUS. O perfil desse depósito é mostrado à esquerda.

Nota do Editor: Pesquisadores do Centro de Fabricação e Materiais Avançados da Universidade de Oakland (CAMM) conduziram recentemente um estudo para determinar qual combinação de material de matriz, tratamento de superfície de matriz e lubrificante era mais favorável para evitar escoriações ao estampar peças estruturais de alumínio. Esta pesquisa é apresentada em três partes. A Parte I relatou resultados para materiais de matriz D6510 e S0050A sem tratamentos de superfície. A Parte III discutirá os resultados das pastilhas D6510 e S0050A nitretadas e com cromo duro.

O objetivo dos pesquisadores era determinar o início de escoriação de pastilhas D2 nuas e revestidas com carbono semelhante a diamante (DLC) (Cr + CrN + aC:H:W + aC:H) em contato com folha de alumínio 5754 de 2,5 mm de espessura e quantificar a influência da lubrificação, força de contato e rugosidade inicial da superfície da matriz. O projeto da ferramenta é descrito detalhadamente em “Medição de atrito para estampagem de UHSS”. A metodologia experimental foi a mesma da Parte I.

Os pesquisadores examinaram as inserções e fizeram medições do perfil da área de escoriações usando um perfilômetro Bruker. A Figura 1 mostra as pastilhas D2 nuas quando o desgaste foi determinado para o lubrificante 61AUS, bem como o perfil do depósito mostrado no lado esquerdo. A área vermelha no perfil é a área do depósito.

A força de tração nesta configuração de teste caracterizou as forças de atrito aplicadas de ambos os lados da chapa puxada entre duas inserções planas fixadas juntas com o simulador de cordão de estiramento. O coeficiente de atrito (COF) foi calculado como uma razão entre a força de tração e a força de fixação duplicada, contabilizando duas superfícies de atrito. A força de aperto foi um valor constante durante o teste, uma vez que foi impulsionada pela pressão no cilindro hidráulico do simulador do cordão de estiramento. Portanto, a curva COF versus deslocamento de deslizamento foi proporcional à força de tração e forneceu o valor experimental de COF, que pode ser aplicado para simulação numérica como um benefício adicional deste estudo.

A curva COF para força de fixação de 55 kN com pastilha D2 nua lubrificada com óleo de moinho 61AUS é apresentada na Figura 2. Essa curva foi uma das formas possíveis de determinar escoriações nas pastilhas. O aumento do COF proporcional à força de tração é o sinal do início do desgaste. Este aumento pode ser interpretado como uma resistência adicional da área local onde uma partícula é soldada à superfície da matriz. Esta partícula criou uma resistência local, mas bastante significativa, ao fluxo do material ao longo da superfície da pastilha, fazendo um recuo local na superfície da folha, o que deixou um arranhão na superfície da tira testada paralelamente à direção de tração. Um ligeiro aumento da curva foi observado na força de fixação de 50 kN, que correspondeu a 28 MPa de pressão de contato média e indicou início de escoriações. Um aumento mais óbvio do COF foi observado com o aumento adicional da força de fixação.

Arranhões na amostra de D2 nu com lubrificante 61AUS são ilustrados na Figura 3.

Os testes de D2 com revestimento DLC com ambos os lubrificantes não mostraram escoriações e baixo COF. Para os testes com 61AUS com força de fixação de 100 kN, a força de tração máxima (15,8 kN) excedeu o limite de escoamento do material em folha (14,5 kN) medido experimentalmente com base no teste de tração das tiras testadas. Não foram observadas escoriações nas inserções.

Para os testes de pastilhas D2 com revestimento DLC usando lubrificante DC2-90, a força de fixação foi aumentada até 200 kN, que é a força máxima possível fornecida pela bomba hidráulica. Não foi observado desgaste nas pastilhas, embora o COF tenha aumentado para forças maiores.

A única condição em que foi observado desgaste para o aço D2 revestido com DLC foi a condição seca sem lubrificante. A pastilha D2 com revestimento DLC é mostrada após este experimento na Figura 4. O perfil do depósito é mostrado à direita, e a área vermelha no perfil é a área do depósito.