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May 19, 2023

Detectando o início do desgaste em estampagem de liga de alumínio, Parte II

FIGURA 1. A área vermelha à direita é a área de depósito em uma pastilha D2 nua

FIGURA 1. A área vermelha à direita é a área de depósito em um inserto D2 nu testado com lubrificante 61AUS. O perfil desse depósito é mostrado à esquerda.

Nota do Editor: 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 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 cromadas.

O objetivo dos pesquisadores era determinar o aparecimento de escoriações de inserções nuas D2 e ​​carbono semelhante a diamante (DLC) revestidas (Cr + CrN + aC:H:W + aC:H) em contato com chapa 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 design da ferramenta é descrito em detalhes em "Medição do atrito para estampagem de UHSS". A metodologia experimental foi a mesma da Parte I.

Os pesquisadores examinaram as inserções e fizeram medições de perfil da área de escoriação usando um perfilômetro Bruker. A Figura 1 mostra os insertos D2 nus quando o atrito 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 fricção aplicadas de ambos os lados da folha puxada entre duas inserções planas presas juntas com o simulador de cordão de tração. O coeficiente de atrito (COF) foi calculado como uma razão entre a força de tração e a força de aperto dobrada, representando duas superfícies de atrito. A força de aperto foi um valor constante durante o ensaio, pois foi acionada pela pressão no cilindro hidráulico do simulador de cordão de tração. Portanto, a curva COF versus deslocamento deslizante 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 inserto D2 nu lubrificado com óleo de moinho 61AUS é apresentada na Figura 2. Esta curva foi uma das formas possíveis de determinar desgaste nos insertos. O aumento do COF proporcional à força de tração é o sinal do início do atrito. Este aumento pode ser interpretado como uma resistência adicional da área local onde uma partícula é soldada à superfície da matriz. Essa partícula criou uma resistência local, mas bastante significativa, ao fluxo de material ao longo da superfície do inserto, fazendo um entalhe 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 fechamento de 50 kN, que correspondeu a 28 MPa de pressão de contato média e indicou o início do desgaste. Um aumento mais óbvio de COF foi observado com o aumento da força de aperto.

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

Testes de D2 com revestimento DLC com ambos os lubrificantes não mostraram escoriações e baixo COF. Para os testes com 61AUS em força de aperto de 100 kN, a força máxima de tração (15,8 kN) excedeu o limite de escoamento do material da folha (14,5 kN) medido experimentalmente com base no teste de tração das tiras testadas. Não foi observado desgaste nos insertos.

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

A única condição em que o atrito foi observado 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.