Por Ajay Yadav e Taylan Altan*

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de julho de 2009.


 

Dois tipos principais de defeitos são tipicamente observados em componentes estampados de carrocerias automotivas: superficiais, como trincas e estricções, e de forma, tais como depressões (fall-in), enrugamento e marcas em forma de linhas. Esses defeitos estáticos, tais como impressões superficiais, não estão relacionados ao processo, mas são causados por faces contaminadas de matrizes ou ferramentas.

 

Tais defeitos são corrigidos simplesmente pela limpeza da superfície da matriz ou ferramental antes da estampagem. Já os defeitos dinâmicos estão relacionados ao processo e são causados pela estampagem. Os dois principais tipos de variação nas chapas bobinadas são as propriedades do material e a espessura da bobina. Vários testes, tanto destrutivos como não-destrutivos, são usados para determinar essas variações.

 


 

Artigo especial sobre conformação de chapas - Parte 2

Fig. 1 – Parte superior: esquema transversal de um arranjo para ensaio de abaulamento biaxial existente no Centro para Conformação de Precisão. Parte inferior: quanto maior a altura de domo observada no corpo de prova no momento do “estouro”, melhor a conformabildiade do material testado (1)


 

 

Ensaio de tração

 

Ensaios de tração podem ser conduzidos para cada lote de bobina ou corrida recebida, mas as variações nas propriedades do material ao longo da bobina ou corrida são difíceis de ser determinadas sem a execução de numerosos ensaios. O ensaio de tração, que é destrutivo, determina as propriedades do material em apenas uma direção – por exemplo, na direção do comprimento da amostra. Contudo, a deformação na estampagem é biaxial, uma vez que o material é normalmente estirado e conformado em duas direções paralelas à superfície da chapa.

 

Geralmente, os dados de ensaios de tração incluem limite de escoamento, limite de resistência e alongamento total. Este último parâmetro é uma indicação da conformabilidade do material, mas ele inclui a deformação após a ocorrência de estricção do corpo de prova de tração. Portanto, o coeficiente de encruamento ou alongamento uniforme define a conformabilidade de maneira mais precisa.


 

 

Ensaio de abaulamento

 

O ensaio de abaulamento biaxial (parte superior da figura 1) é outro método de ensaio destrutivo que tem como objetivo a determinação das propriedades da chapa. Neste ensaio a deformação máxima efetiva alcançável sem que ocorra estricção local é muito maior (geralmente o dobro) do que o observado no ensaio de tração.

 

As propriedades do material obtidas a partir dos ensaios de abaulamento emulam as condições de estampagem do mundo real. Portanto, ele é um teste mais adequado para obter dados confiáveis sobre as propriedades do material (especialmente dados de resistência à deformação a serem usados em simulações baseadas em elementos finitos).

 

O ensaio de abaulamento é um indicador de conformabilidade particularmente adequado. Uma amostra de chapa é rigidamente presa no ferramental e abaulada sob pressão até que sofra fratura (parte inferior da figura 1). São registradas a pressão e altura de domo no momento do rompimento (burst). A altura do domo rompido indica a conformabilidade do material. Quanto maior for a altura de domo de um material no momento da fratura, melhor a conformabilidade do material.


 

 

Ensaio de perda por correntes parasitas (eddy current)

 

A figura 2 mostra um método não-destrutivo para ensaios de materiais baseado no princípio das perdas por correntes parasitas (eddy current). Neste método de ensaio são induzidas correntes parasitas no blanque plano. Os valores dessa corrente são medidos e correlacionados com as propriedades do material da chapa, tais como limite de escoamento e de resistência, e alongamentos uniforme e total. Esse método somente pode ser aplicado a materiais condutores.


 

 

Fig. 2 – O sistema de correntes parasitas é um método não-destrutivo de ensaio (2)


 

 

Para assegurar uma correlação consistente e exata entre as leituras de correntes parasitas e as propriedades do material da bobina testada, o sistema precisa passar por uma fase de treinamento ou calibração. Esta fase de treinamento envolve o teste de alguns blanques provenientes de diferentes lotes, bobinas ou corridas, de duas formas:

 

• Avaliação não-destrutiva – medição de correntes parasitas;

 

• Avaliação destrutiva – ensaio de tração ou de abaulamento.

 

Os resultados de ambos os métodos de avaliação são correlacionados de forma a se estabelecer uma relação entre os dois testes. A fase de aprendizado é seguida por uma etapa de validação para verificar o modelo de correlação, conforme é mostrado na figura 3. A implementação de um sensor de propriedades de materiais baseado em correntes parasitas na produção abre a possibilidade de medir as propriedades do material de cada blanque fornecido à prensa. O sistema desenvolvido foi testado e validado para numerosos materiais e está comercialmente disponível para a determinação quantitativa das propriedades das chapas.


 

 

Fig. 3 – Na fase de treinamento, os dados do material obtidos a partir dos métodos de avaliação destrutiva são correlacionados com os dados de correntes parasitas. O modelo de correlação desenvolvido ajusta todos os dados de treinamento dentro de uma faixa de 1% de erro. Na fase de teste, no caso de aços de médio carbono, o modelo de correlação é bom dentro de uma faixa de erro de 2%. Esta figura é cortesia de 3R Technics GmbH, de Zurique, Suíça


 

As propriedades do material podem ser determinadas com precisão comparável à dos ensaios de tração ou abaulamento. A diferença substancial do ensaio por correntes parasitas está no fato de que o material da chapa pode ser testado em linha e de forma não-destrutiva durante o ciclo de produção. Além disso, não é necessária preparação de corpos de prova. O material não será nem deformado e nem sofrerá perda de valor durante o procedimento do ensaio, e poderá ser processado e conformado posteriormente.

 

Esta é a segunda parte de uma série de três artigos sobre defeitos de qualidade normalmente observados em peças estampadas, assim como variáveis de processo que afetam a qualidade das peças conformadas. A parte 3, que também será publicada na revista Corte e Conformação de Metais, explicará como os sistemas comercialmente disponíveis são usados no controle do processo de estampagem. 


 

 

Referências

 

1) T. Yelich et al. Summary report – flow stress determination and formability estimation in sheet materials using the bulge test, Report No. CPF – 2.1/07/01, Center for Precision Forming, The Ohio State University, 2007.

 

2) H. Hoffmann et al. Automatic process control in press shops, in Proceedings from the 12th International Conference – Sheet Metal 2007, p. 881-888.


 

* Este estudo foi preparado por Ajay D. Yadav, pesquisador graduado associado do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF), vinculado ao Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final (Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing, ERCNSM) da Ohio State University (EUA), 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 julho de 2009 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

 



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