Compreendendo o desempenho das pastilhas de puncionamento para peças estruturais automotivas leves

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Com a tendência atual da indústria de transportes de reduzir o peso dos veículos e o consumo geral de matérias-primas, mais fornecedores de manufatura estão estampando materiais leves, especialmente ligas de alumínio. É importante que esses fabricantes compreendam o desempenho das pastilhas de puncionamento que utilizam nesses materiais.

Como as cargas nas bordas das pastilhas de puncionamento são normalmente as mais altas nas operações de estampagem e excedem significativamente a tensão de fluxo da chapa cisalhada, essas ferramentas potencialmente sofrem mais desgaste do que outras peças das matrizes de estampagem. E ferramentas desgastadas podem causar rebarbas nas bordas das peças estampadas, partículas de chapa estampada se espalhando pelas superfícies das matrizes de estampagem e rachaduras nas bordas dos componentes estampados onde a borda cortada foi esticada.

Os fabricantes precisam compreender os possíveis modos de falha e identificar as combinações de materiais de matriz e tratamentos de superfície que funcionam bem na produção de estampagem e minimizam a degradação das pastilhas de puncionamento.

Pesquisadores do Centro de Fabricação e Materiais Avançados da Universidade de Oakland investigaram recentemente o comportamento das pastilhas de puncionamento na estampagem de chapas de liga de alumínio AA5754, normalmente usadas para peças estruturais automotivas leves. Eles compararam pastilhas M2 não revestidas com pastilhas M2 revestidas com Ionbond 42 (Cr + CrN + aC:H:W + aC:H), ZrN, Tetrabond Plus (ta-C) e Tetrabond (ta-C). Este estudo empregou o processo de estampagem de curvatura em U, que incluiu operações de cisalhamento e dobra de estiramento e permitiu aos pesquisadores estudar o desempenho de puncionamento e conformação de pastilhas.

O design da matriz progressiva usada para estampar os cupons de curvatura em U é ilustrado na Figura 1 e explicado em “Detectando o início de escoriações na estampagem de chapas de alumínio”. Porções do perímetro foram eliminadas sequencialmente do material da bobina enquanto este fluía através da matriz progressiva; em seguida, foram usadas inserções de desenho para cortar a última parte da borda e formar a peça dobrada em U.

Insertos de puncionamento fabricados em aço ferramenta M2 foram usados ​​para cortar quatro áreas diferentes do perímetro. Com esta abordagem, quatro configurações diferentes de pastilhas de puncionamento foram estudadas simultaneamente e nomeadas com base em sua localização à direita ou à esquerda: saída LH, entrada LH, entrada RH e saída RH.

Para entender as mudanças que ocorrem na superfície do punção, os pesquisadores mediram a rugosidade das pastilhas antes e depois do teste usando um sistema de perfil óptico sem contato modelo Bruker ContourGT-K. As medições foram processadas com o software Bruker Vision64. A rugosidade foi calculada como valor Sa, que é um valor absoluto da diferença de altura de cada ponto em relação à média aritmética da superfície, utilizando a equação da Figura 2.

Após o teste, a rugosidade superficial foi medida na área de desgaste visível. A rugosidade foi reportada para a área mais rugosa dos insertos de puncionamento correlacionando com o número total de peças estampadas utilizando cada um dos insertos estudados.

As inserções foram testadas em grupos: direita para fora, direita para dentro, esquerda para fora e esquerda para dentro. A Figura 3 fornece uma lista de combinações de testes e o número de peças produzidas com essas pastilhas.

As pastilhas 1 a 4 foram usadas para estampar 50.000 peças dobradas em U. A rugosidade superficial foi observada nas pastilhas revestidas, mas aumentou mais de um fator de quatro nas pastilhas não revestidas. Imagens das inserções de punção 1 a 4 após as 50.000 peças estampadas são mostradas na Figura 4 de ambos os lados do punção. As inserções não revestidas apresentam sinais de formação de escoriações.

FIGURA 1. Este é um esquema da matriz progressiva usada para estampar os cupons U-bond.

O inserto 5 (ZrN) foi usado para estampar apenas 9.000 peças. Sua rugosidade aumentou substancialmente e apresentou sinais significativos de escoriações em ambos os lados. As pastilhas 6 a 8 (Tetrabond Plus, Tetrabond e Ionbond 42) foram usadas cada uma para estampar 150.000 peças. Eles mostraram um aumento de rugosidade menor do que os punções não revestidos usados ​​para estampar 50.000 peças. A Figura 5 mostra os insertos de punção 5 a 8 após a estampagem, de ambos os lados de cada punção.