Die Science: Fricção e calor na estampagem de metais

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Recentemente, quando estive em uma instalação de estampagem de metal, um dos engenheiros de ferramentas queria me mostrar um processo de estampagem profunda que, segundo ele, desafiava tudo o que havia aprendido sobre os fundamentos da conformação de metal. Ele até comentou que muitas das informações que obteve foram de artigos que escrevi para o STAMPING Journal. Ele explicou que a matriz só funcionaria bem se a lubrificação na peça bruta fosse muito leve e o aríete da prensa estivesse se movendo muito rapidamente. Isso foi bastante desconcertante para ele, já que sua própria experiência pessoal com outras operações de trefilação e as informações que ele aprendeu com sua pesquisa geralmente indicavam que mais lubrificante e velocidades de aríete mais lentas são necessárias para uma trefilação profunda bem-sucedida. Como pode ser isso?

Ele então provou o que havia me dito sobre essa ferramenta. Com certeza, quando ele adicionasse mais lubrificante, a peça se partiria; quando ele diminuísse a velocidade do aríete, a peça se dividiria.

Se você leu meus artigos nos últimos 20 anos, deve ter notado que uso muitas "frases de fuinha": geralmente começo minhas declarações com geralmente falando ou na maioria dos casos ou de longe. Não porque eu não tenha confiança em minhas declarações, mas porque aprendi que os absolutos são raros na estampagem de chapas metálicas. Claro, seguimos diretrizes e princípios fundamentais básicos, mas são apenas diretrizes, não regras absolutas. Na verdade, a única regra absoluta é "Não há regras absolutas".

As diretrizes gerais servem como base para a maioria, mas não para todas as operações de conformação e corte de metal. Você deve entender de forma abrangente todas as variáveis ​​para tomar uma boa decisão baseada em dados, não apenas confiar nas diretrizes.

Em meus artigos e conferências, gosto de ensinar participantes e leitores a visualizar o material que estão formando, esticando ou cortando como Silly Putty. Um dos comportamentos interessantes desse composto de brinquedo é que, se você o puxar rapidamente, ele se fratura, mas se o puxar lentamente, ele se estica.

A maioria dos materiais que são estirados ou esticados se comportam de maneira semelhante. Isso explica por que peças complexas de estampagem profunda, como pias, banheiras e carrinhos de mão, geralmente são feitas em prensas hidráulicas mais lentas. A velocidade excessiva de uma prensa mecânica acionada por manivela geralmente causa rachaduras porque o material precisa de tempo para fluir.

O ponto em que o punção entra em contato com o material durante a estampagem profunda é crítico. Nesse ponto do curso da prensa, o material é forçado a passar de uma velocidade zero para um valor equivalente à velocidade do pistão — em tempo zero. Se não houver tempo suficiente para iniciar o fluxo de metal, o resultado é um estiramento excessivo e potencial rachadura.

O corte de metal, por outro lado, geralmente é executado rapidamente. Pense no corte de metal como conformação de metal até a falha. No corte de metal, você deseja que o material falhe, portanto, velocidades excessivas são desejáveis.

Calor e fricção são gerados em todas as operações de corte e conformação de metais. A quantidade gerada é um produto de muitas variáveis, incluindo o tipo e a espessura do material, a geometria de conformação, o tipo de aço da ferramenta, o atrito entre o material da chapa e a matriz, a velocidade de conformação, a severidade da conformação do recurso e o comportamento do lubrificante.

Aquecer. O calor pode ser um amigo ou um inimigo em um processo de estampagem. Um aumento no calor pode melhorar a ductilidade e o desempenho do material que você está formando. É por isso que algumas matrizes precisam aquecer para funcionar adequadamente. Quando você quer dobrar um grande pedaço de cantoneira, o que você faz? Você o aquece e ele se dobra facilmente.

FIGURA 1. Muitos aditivos lubrificantes reduzem drasticamente o coeficiente de atrito quando são submetidos a altas temperaturas, enquanto outros funcionam melhor em temperaturas mais baixas.

Este mesmo princípio se aplica à conformação de metais. Na verdade, é a base para o processo de estampagem a quente. No entanto, em alguns casos, o calor excessivo pode fazer com que as seções de aço da ferramenta sejam danificadas e os lubrificantes tenham um desempenho inadequado ou queimem. Posteriormente, podem ocorrer danos na matriz, como escoriações, o que pode contribuir para rachaduras e falhas prematuras da ferramenta.