Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de março de 2010.
Um dos principais tópicos discutidos em um evento denominado Oficina de Lubrificação de Estampagem foi um projeto conduzido no Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF) para um grande fabricante de equipamentos originais (OEM, original equipment manufacturer).
Neste projeto o Centro para Conformação de Precisão iniciou a análise de 19 diferentes lubrificantes e de seu desempenho com diferentes materiais. Entre eles estavam inclusos dois grades de aço para estampagem Galvanneal, os quais foram estudados com ou sem pré-fosfatação, e um tipo de chapa de liga de alumínio. Seis diferentes empresas forneceram seus lubrificantes para execução dos testes.
Fig. 1 – No ensaio de embutimento de tira usou-se lubrificante para auxiliar o embutimento de uma tira medindo 355,6 mm por 25,4 mm (14 pol. por 1 pol.), a qual assumiu o formato de um chapéu.
Os lubrificantes foram testados individualmente e sob várias combinações. Foi feita uma bateria de testes preliminares de classificação envolvendo 34 diferentes combinações de lubrificação com óleo industrial, óleo para limpeza e lubrificante para estampagem. O objetivo deste procedimento foi identificar as duas ou três melhores condições de lubrificação que poderiam ser experimentadas na produção.
Os lubrificantes foram avaliados usando-se os seguintes procedimentos:
Ensaio de estabilidade: este teste é efetuado misturando-se os lubrificantes de acordo com suas respectivas combinações. A seguir as misturas passam por um período de armazenamento de quatro semanas. Foram feitas observações periódicas para verificar como as misturas estavam reagindo (por exemplo, se elas estavam se mantendo dissolvidas ou se havia ocorrido separação).
Ensaio de capacidade de limpeza e de pintura: neste teste foram aplicadas várias combinações de lubrificantes aos materiais das chapas selecionadas. A seguir as chapas passaram por um período de espera de duas semanas para simular as condições de armazenamento típicas do processamento industrial. Isso às vezes é denominado teste de mancha por empilhamento. Após o período de espera, os lubrificantes foram removidos. Determinou-se então a dificuldade de remoção e se observou o aspecto superficial da chapa.
Ensaio de embutimento da tira: o lubrificante foi usado durante o embutimento de uma tira de material medindo 355,6 mm por 25,4 mm (14 pol. por 1 pol.), a qual assumiu formato de chapéu. Foram então registrados o comprimento medido de blanque arrastado pelo embutimento para dentro da cavidade da matriz (draw-in) e a força de embutimento (figura 1).
Ensaio de embutimento de copo: neste procedimento é embutido um copo circular sob um maior valor de comprimento de blanque arrastado pelo embutimento para dentro da cavidade da matriz e menor força de puncionamento, indicando melhor desempenho de lubrificação (figura 2).
Fig. 2 – No ensaio de embutimento de copo é produzido um copo circular com maiores comprimentos de blanque arrastado pelo embutimento para dentro da cavidade da matriz e menores forças de punção, indicando melhor desempenho do lubrificante. Este ensaio determina a máxima força de prensa-chapas que pode ser aplicada.
Foram executados ensaios de estabilidade e de capacidade de limpeza, bem como os ensaios preliminares de embutimento de tira para este projeto, sendo então compilados os resultados obtidos.
Fig. 3 – Alongamento médio da tira para uma força de prensa-chapas de quatro toneladas.
Os ensaios de estabilidade e capacidade de limpeza e pintura foram executados por fornecedores de lubrificantes, em cooperação com a empresa fabricante de equipamentos originais e o Centro para Conformação de Precisão, de forma a aproveitar a experiência e assessoria dos fornecedores na análise dos ensaios e resultados.
Com os resultados obtidos a partir desses dois ensaios o Centro para Conformação de Precisão foi capaz de eliminar deste estudo onze condições de lubrificação. Os ensaios preliminares de embutimento de tira foram executados para efetuar um ajuste fino do ensaio adotado para emular o processo da empresa fabricante de equipamentos originais.
Para assegurar condições ideais de teste, a velocidade da prensa no ensaio foi similar à velocidade da prensa sob condições industriais. A força de prensa-chapas foi maximizada e o raio do ferramental minimizado para proporcionar pressões máximas de conformação e máxima variação entre os lubrificantes.
Foi escolhido o menor valor disponível para o raio do canto da matriz, uma vez que ele proporciona pressões máximas e as condições mais severas de lubrificação na interface ferramental/material. O valor da força de prensa-chapas foi escolhido a partir de simulações baseadas no método de elementos finitos (MEF) e de experimentos.
Fig. 4 – O ensaio de alisamento determina o desempenho do lubrificante sob condições de alta pressão superficial.
As amostras sofreram fratura sob carga de cinco toneladas e ocorreu muito pouca variação no alongamento da tira sob três toneladas, de forma que foi selecionada uma força de prensa-chapas igual a quatro toneladas (figura 3). A velocidade da prensa teve um importante papel na definição do alongamento da tira, conforme já era esperado, mas não na intensidade que se imaginava.
A velocidade ideal da prensa foi estimada em 40 mm/s, mas este valor provocou fratura para todas as magnitudes de força de prensa-chapas usadas. Já a 20 mm/s verificou-se fratura para forças de prensa-chapas de 4 e 5 toneladas e pouca variação para 3 toneladas. Foram testadas outras velocidades de prensa, de 4 e 10 mm/s, as quais levaram à obtenção de corpos de prova sem fratura. Portanto, foi escolhida uma velocidade de prensa de 10 mm/s, uma vez que ela estava mais próxima das velocidades adotadas sob condições de produção industrial.
A partir dos parâmetros de ensaio assim definidos (raio do canto da matriz, força de prensa-chapas e velocidade de prensa), atualmente estão sendo executados ensaios de embutimento de tira para analisar as 23 condições de lubrificação remanescentes. As melhores condições de lubrificação determinadas por esses ensaios serão ainda testadas efetuando-se o embutimento e alisamento de copo (figura 4) para determinar o desempenho dos lubrificantes sob condições de alta pressão superficial.
Esta é a segunda parte de uma série de dois artigos que efetuam uma revisão das técnicas de ensaios práticos usados para avaliar o desempenho de lubrificantes no Centro de Conformação de Precisão da Universidade do Estado de Ohio (Estados Unidos). A primeira parte, publicada no site da revista Corte e Conformação de Metais, aborda os fatores de análise e métodos de ensaio.
*Este estudo foi preparado por Adam Groseclose, pesquisador associado graduado do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF) da The Ohio State University, e por Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor da instituição. Este artigo foi publicado originalmente na seção R&D Updates do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de março de 2010 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.