Detectando o início do desgaste 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 para ferramentas D2 e ​​dois tipos de revestimentos de superfície. A Parte III discutirá os resultados das pastilhas D6510 e S0050A nitretadas e cromadas.

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

Pesquisadores do Oakland University Center of Advanced Manufacturing and Materials (CAMM) conduziram recentemente um estudo para determinar qual combinação de material de matriz, tratamento de superfície de matriz e lubrificante era mais favorável para prevenir escoriação ao estampar peças estruturais de alumínio. Eles usaram como materiais de matriz ferro dúctil D6510, aço fundido S0050A e aço para ferramentas D2, juntamente com inserções de três materiais testados, com quantidades de lubrificante e tratamentos de superfície normalmente usados ​​em estampagem.

Os pesquisadores selecionaram uma configuração simples de teste plano a plano para estimar a pressão de contato média correspondente ao início do desgaste ao estampar a folha 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 extração com uma quantidade controlável de força de fixação (consulte 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 os insertos testados. Como o inserto tinha um raio de 1,5 mm na aresta, o efeito da aresta do contato entre a tira e o inserto 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 de cordão de tração, e aumentou até o nível de força de fixação no qual o atrito foi observado. Se o material da folha depositado na superfície do inserto, os pesquisadores removeram o depósito com uma lixa de grão 1.200 e, em seguida, usaram acetona para remover a sujeira e as 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.

O desgaste muitas vezes é precedido por arranhões na superfície da chapa metálica, e riscos e escoriações gerais podem ser detectados monitorando-se a força de tração/curva de 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 testada.

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

Os pesquisadores determinaram o início da escoriação examinando as inserções e medindo a área da escoriação usando um perfilômetro Bruker. A Figura 3 mostra os dois insertos D6510 quando o atrito foi determinado para o lubrificante DC2-90. Os depósitos no perfil são mostrados em vermelho. Observe que os depósitos de blank de alumínio na superfície do inserto da matriz foram mais comuns próximo à borda do inserto. Embora a tira fosse mais larga que o inserto, espremer o lubrificante da superfície de contato pode ser mais fácil na área próxima à borda do inserto.

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 aperto 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 formação de formas complicadas e desenhos mais profundos. Um aumento moderado no COF geralmente indica arranhões na superfície da chapa, enquanto um aumento rápido indica o início do desgaste. Na Figura 4, a curva começa a subir a 70 kN de força.