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

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 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 determinaram o aparecimento de escoriações de insertos D6510 e S0050A nitretados e cromados duros em contato com a folha de alumínio 5754 de 2,5 mm de espessura e quantificaram 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.

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

O início da escoriação foi determinado examinando as inserções e fazendo medições de perfil da área de escoriação usando um perfilômetro Bruker. Para os insertos de cromo duro D6510, a Figura 1 mostra o desgaste com lubrificante DC2-90 e a Figura 2 mostra o desgaste sem lubrificante aplicado. Em ambas as figuras, o perfil do depósito é mostrado do lado direito; o contorno vermelho no perfil é a área do depósito. As condições secas resultaram em escoriações severas nas pastilhas.

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

O inserto nitretado D6510 com lubrificante DC2-90 apresentou ótimo desempenho em termos de limite de escoriação, com depósitos aparecendo apenas com força de retenção de 200 kN, que correspondeu a 113 MPa. A superfície deste inserto é mostrada na Figura 5 juntamente com um perfil de depósito, com a área de depósito contornada em vermelho. A Figura 6 mostra que as curvas de COF ficaram estáveis, com uma pequena elevação em 200 kN, que corresponde ao início de escoriação em 113 MPa de pressão média de contato.

As pressões de contato médias 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 pré-teste inicial foi de 348 nm para D6510 nitretado, 179 nm para S0050A nitretado, 149 nm para D6510 cromado e 142 nm para S0050A cromado.

Para os insertos nitretados D6510, o atrito 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 os insertos nitretados S0050A, o desgaste começou a 23 MPa de pressão de contato média com 50 mg/ft.2 de 61-AUS, a 34 MPa com DC2-90 e a 7 MPa sem aplicação de lubrificante.

Para os insertos de cromo duro D6510, o atrito 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 é contornada em vermelho e perfilada à direita.

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

Conforme mostrado, o limite mais alto de escoriação foi alcançado com pastilhas nitretadas com lubrificante DC2-90. Essas pastilhas tinham a maior rugosidade antes do teste, o que pode ter ajudado a reter o lubrificante na superfície e aumentar o limite 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 a bobina de liga de alumínio 5754; Teikuro Corp., que executou revestimentos de cromo duro de pastilhas testadas; Sun Steel Treatment, que realizou a nitretação de insertos de ferramentas; e Quaker-Houghton, que fornecia lubrificantes e recomendações técnicas para aplicação de lubrificantes.