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

Nota do Editor: Esta pesquisa é apresentada em três partes. A Parte II relatará os resultados para as pastilhas de aço ferramenta D2 e ​​dois tipos de revestimentos de superfície. A Parte III discutirá os resultados das pastilhas D6510 e S0050A nitretadas e com cromo duro.

Escoriação é a soldagem a frio de partículas de chapa metálica na superfície da matriz de estampagem. Este depósito permanente ocorre frequentemente quando as superfícies metálicas estão em contato e deslizando umas contra as outras.

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. Eles usaram como materiais de matriz ferro dúctil D6510, aço fundido S0050A e aço ferramenta D2, juntamente com pastilhas de três materiais testados, com quantidades de lubrificante e tratamentos de superfície normalmente usados ​​em estampagem.

Os pesquisadores selecionaram uma configuração de teste simples de plano a plano para estimar a pressão de contato média correspondente ao início de escoriações ao estampar chapa de alumínio AA5754 de 2,5 mm de espessura. Duas pastilhas planas de material idêntico e rugosidade e quantidade de lubrificação semelhantes com superfícies de contato de 42 por 42 mm foram fixadas juntas no simulador de cordão de estiramento com uma quantidade controlável de força de fixação (veja a Figura 1). As tiras testadas tinham 600 mm de comprimento e 50,8 mm de largura. Nesta configuração, as tiras eram mais largas que as pastilhas testadas. Como a pastilha tinha um raio de 1,5 mm na aresta, o efeito da borda do contato entre a tira e a pastilha da matriz foi menos pronunciado.

As tiras testadas foram puxadas entre duas inserções fixadas a 1.000 mm/min. para todos os testes relatados. A força de retenção começou em 13 kN, a força de retenção mínima possível do simulador do cordão de estiramento, e aumentou até o nível de força de fixação no qual o desgaste foi observado. Se o material em folha fosse depositado na superfície da inserção, os pesquisadores removeriam o depósito com uma lixa de grão 1.200 e depois usariam acetona para remover sujeira e partículas.

Três condições de lubrificação foram comparadas: óleo de moinho 61AUS (50 mg/ft.²), Drycote 2-90 (DC 2-90) e seco sem lubrificante. Um sensor NG2 mediu a espessura da lubrificação em seis locais de cada lado da área de teste da tira.

As escoriações geralmente são precedidas por arranhões na superfície da chapa metálica, e arranhões e escoriações gerais podem ser detectados monitorando a curva de força de tração/deslocamento deslizante na máquina de teste. Se a força de tração permanecer quase constante durante o experimento, significa que não ocorreu nenhuma resistência adicional da chapa metálica testada.

Ao relatar os resultados da força de tração e detectar alterações na superfície de contato, os pesquisadores apresentaram os resultados na forma de coeficiente de atrito médio (COF), determinado com base na lei de atrito de Coulomb. As forças de atrito atuam em ambos os lados de uma tira desenhada entre duas inserções planas opostas, e o COF é calculado usando a fórmula µ = F₁/2F₂ (ver Figura 2).

Os pesquisadores determinaram o início das escoriações examinando as inserções e medindo a área de escoriações usando um perfilômetro Bruker. A Figura 3 mostra ambas as pastilhas D6510 quando o desgaste foi determinado para o lubrificante DC2-90. Os depósitos no perfil são mostrados em vermelho. Observe que os depósitos de alumínio bruto na superfície do inserto da matriz eram mais comuns próximo à borda do inserto. Embora a tira fosse mais larga que a pastilha, extrair o lubrificante da superfície de contato pode ser mais fácil na área próxima à borda da pastilha.

Os pesquisadores calcularam o COF de acordo com a fórmula usando a força de tração medida por uma célula de carga Instron e a força de fixação calculada a partir da pressão no cilindro hidráulico do simulador de cordão de tração. As curvas COF para as pastilhas D6510 com lubrificante DC2-90 são apresentadas na Figura 4. No geral, o COF foi muito baixo com DC2-90, o que permite a conformação de formas complicadas e estampagens mais profundas. Um aumento moderado no COF geralmente indica arranhões na superfície da chapa, enquanto um aumento rápido indica início de escoriações. Na Figura 4, a curva começa a subir com 70 kN de força.