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

Aug 08, 2023

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 automotivas 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 II apresentou um estudo do aço ferramenta D2 nu e revestido com DLC.

Os pesquisadores decidiram determinar o início de escoriações das pastilhas D6510 e S0050A nitretadas e cromadas duras em contato com a 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.

Eles compararam três condições de lubrificação: Ferrocote 61A-US, Drycote 2-90 (DC2-90) e nenhum lubrificante aplicado.

O início de escoriações foi determinado examinando as inserções e medindo o perfil da área de escoriações usando um perfilômetro Bruker. Para as pastilhas de cromo duro D6510, a Figura 1 mostra escoriações com lubrificante DC2-90 e a Figura 2 mostra escoriações sem aplicação de lubrificante. Em ambas as figuras, o perfil do depósito é apresentado do lado direito; o contorno vermelho no perfil é a área do depósito. Condições secas resultaram em escoriações severas nas pastilhas.

Arranhões foram outro sinal de desgaste nas pastilhas de cromo duro do D6510. A Figura 3 mostra arranhões sem aplicação de lubrificante. A Figura 4 mostra testes com lubrificante DC2-90 e o rápido aumento resultante na curva do coeficiente de atrito (COF) para força de fixação de 100 kN, o que corresponde a 57 MPa de pressão média de contato. Foi observado algum arranhão na chapa com forças de fixação mais baixas; a 60 kN, a curva COF apresenta um crescimento menos significativo, embora ainda sejam observados efeitos indesejáveis.

A pastilha nitretada D6510 com lubrificante DC2-90 apresentou ótimo desempenho em termos de limiar de escoriação, com depósitos aparecendo apenas na força de retenção de 200 kN, o que correspondeu a 113 MPa. A superfície deste inserto é mostrada na Figura 5 junto com um perfil de depósito, com a área de depósito destacada em vermelho. A Figura 6 mostra que as curvas COF permaneceram estáveis, com um pequeno aumento a 200 kN, o que corresponde ao início do desgaste a 113 MPa de pressão média de contato.

As pressões médias de contato nas quais o desgaste começou nesta série de experimentos são mostradas na Figura 7. A rugosidade média pré-teste das pastilhas é indicada por pontos correspondentes a cada grupo de pastilhas. A rugosidade inicial do pré-teste foi de 348 nm para D6510 nitretado, 179 nm para S0050A nitretado, 149 nm para D6510 cromado e 142 nm para S0050A cromado.

Para as pastilhas nitretadas D6510, o desgaste começou a 28 MPa de pressão de contato média com 50 mg/ft.2 de 61-AUS, a 113 MPa com DC2-90 e a 7 MPa sem aplicação de lubrificante.

Para as pastilhas nitretadas S0050A, o desgaste começou em 23 MPa de pressão de contato média com 50 mg/ft.2 de 61-AUS, em 34 MPa com DC2-90 e em 7 MPa sem aplicação de lubrificante.

Para as pastilhas de cromo duro D6510, o desgaste começou a 17 MPa de pressão de contato média com 50 mg/ft.2 de 61-AUS, a 57 MPa com DC2-90 e a 7 MPa sem aplicação de lubrificante.

FIGURA 1. A área de depósito em uma pastilha de cromo duro D6510 testada com lubrificante DC2-90 está delineada em vermelho e perfilada à direita.

Para as pastilhas de cromo duro S0050A, o desgaste começou em 11 MPa de pressão de contato média com 50 mg/ft.2 de 61-AUS, em 11 MPa com DC2-90 e em 7 MPa sem aplicação de lubrificante.

Como mostrado, o limite mais alto de escoriações foi alcançado com pastilhas nitretadas com lubrificante DC2-90. Essas pastilhas apresentavam a maior rugosidade antes do teste, o que pode ter ajudado a reter o lubrificante na superfície e aumentar o limiar de escoriação.

Este projeto de pesquisa foi financiado em parte pelo Conselho de Pesquisa Automotiva dos Estados Unidos com contribuições da Novelis Corp., que forneceu bobinas de liga de alumínio 5.754; Teikuro Corp., que realizou revestimentos de cromo duro em pastilhas testadas; Sun Steel Treating, que realizou nitretação de insertos de ferramentas; e Quaker-Houghton, que forneceu lubrificantes e recomendações técnicas para aplicação de lubrificantes.