Conformabilidade das Chapas

Estimação de Conformabilidade das Chapas pelos Testes de Propriedades Mecânicas e

Testes Tecnológicos

Esquema de Produção de Chapas

Estimação de Conformabilidade

• Testes Práticos (Teste no Processo real)– Diretamente, mas sem Sistemática, somente Sim ou Não

– Muito Extenso, sem Quantificação de Materiais

• Propriedades Mecânicas (Valores Certos)– Tensões e Deformações: Re, Rm, AG, A50

– Valores de Anisotropia r e Encruamento n

• Testes Tecnológicos (Imitação do Processo)– Erichsen-Test: Estiramentabilidade

– Limite da Razão de Estampagem Profunda: Estampabilidade

– Combinações: Swift, Fukui, Engelhardt-Test

– LRE com diferentes Punções: Mistura sistemática

Testes Práticos

• Resultado diretamente no mesmo Processo

• Somente Sim ou Não • Muito Extenso e Tempo• Interrupção da Produção • Sem Sistemática • Sem Quantificação certa

dos diferentes Materiais• Nova Peça - novos Testes

Propriedades Mecânicas

• Tensões de Escoamento Re e de Ruptura Rm, Razão das Tensões, Curva de Encruamento

• Deformações Homogêneas e Ruptura,

• Valor do Encruamento: Estiramento

• Valor da Anisotropia: Estampabilidade

• Combinação da Anisotropia e do Encruamento

• Combinação de Todos os Valores

Relações entre as Propriedades

Sempre Compromisso entre Resistência e Conformabilidade!

Curva do Limite de Conformação

• Diferentes Razões das Tensões/Deformações - Diferentes Limites de Conformação

• Condições Experimentais

• Descrição das Curvas

• Comparação entre Aço Carbono e Aço Inox

• Comparação com a Simulação

• Possibilidades no LdTM

Curva do Limite de Conformação

Deformação 1

Deformação 2

Estampagem profunda

Tensãouniforme

“Plane strain”

Estiramento biaxial

Diagrama do Goodwin e Keeler

Rupturas

Bom

Corpos de Prova para o Teste• Corpos de Prova para Ensaio de Embutimento

com Punção hemisférico

Exemplos para Diferentes Curvas

• Diferentes Corpos de Prova • Diferentes Ensaios

Curvas de Caminhodas Deformações

Estampagem Estiramento

1 - Punção hemisférico, Provas cortadas arcos2 - Provas cortadas retas 3 - Ensaio de Tração

4 - Embutimento com diferentes Punções 5 - Embutimento hidráulico

Curva do Limite de Conformação para Aço EEP

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4

Deformação menor 2

De

form

açã

o m

aio

r 1

Ruptura

Estricção

Bom

CLC exp

CLC sim

Comparação dos Valores medidos com a Simulação

Curva do Limite de Conformação para Aço Inox

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

-0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3

Deformação menor 2

De

form

açã

o m

aio

r 1

Ruptura

Bom

CLC exp

CLC sim

Comparação dos Valores medidos com a Simulação

Comparação dos Tipos de Aço Inox

• Aço Inox austenítico • Aço Inox ferrítico

Análise de Conformação• Aplicação de uma Malha na Superfície da Chapa

• Medição dos Círculos ou Quadrados

• Cálculo das Deformações

• Comparação com os Limites dos Materiais

Testes Tecnológicos

• Erichsen-Teste: Teste de Estiramento

• Swift-Teste/Teste do Limite de Razão de Estampagem Profunda: Estampabilidade

• Combinações: – Olsen: LRE com Punção Hemisférica– Fukui: LRE com Matriz Cônica– Engelhardt: Estampagem até o Máximo de Força,

depois Fixação de Flange até Ruptura

Erichsen-Teste

• Erichsen-Teste:– Teste para a

Estimação de Estiramento

– Estimação do Tamanho dos Grãos da Microestrutura

FN FN

Punção

Prensa Chapa

Matriz

Prova

Swift-Teste

• Swift-Teste: – Teste do Limite

da Razão de Estampagem Profunda para a Estimação da Estampabilidade

– LRE (ß) = d0 / d1

(Blank/Punção)

PunçãoPrendedorChapa

MatrizBlank

Copo

Razão de Estampagem ß = d0/d1

Novo Teste Tecnológico• Severidade do Teste LRE por diferentes

Punções Elípticos

• Balanço entre Estiramento e Estampagem

• Sensibilidade das Propriedades dos Materiais

• Resultados com Aço Carbono e Aço Inox

• Diagrama de Comparação

• Possibilidades no LdTM

• Elipse extra profunda

• Elipse profunda

• Hemisfera

• Elipse rasa

• Cilindro

Formas Geométricas dos diferentes Punções Elípticos

Variação sistemática entre Estiramento e Estampagem profundo

Resultados com Aço Carbono

• Em cima: Diâmetros iguais: tudo 200 mm

• Em baixo: Diâmetros máximos 210/220/ 230/200 mm

Resultados com Aço Inox

• Ruptura no Diâmetro 200 mm com Óleo

• Bom no Diâmetro 220 mm com Folha de Teflon

Limite de Razão de Estampagem Profunda para diferentes Materials

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

2,1

2,2

2,3

2,4

Cilindro Elipse rasa Hemisfera Elipseprofundo

Elipsemuito prof.

Punções Elipticos

Lim

ite

de

Ra

zão

de

E

sta

mp

ag

em

Aço Inox

Aço EEP

Alumínio

EstiramentoEstampagem profunda

Influência das Tensões pelo Valor r

• Aumenta as Tensões de Tração transmitíveis no Estiramento no Fundo das Peças

• Diminui as Tensões de Tração-Compressão necessárias para a Conformação na Flange

1

1

-1

-1

1

21

R=0

R=1

R=2

Testes Práticos com Suporte

Limite de Razão de Estampagem Profunda para Materials do Suporte

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

2,1

2,2

2,3

2,4

Cilindro Elipse rasa Hemisfera Elipseprofundo

Elipse muitoprof.

Punções Elipticos

Lim

ite d

e R

azão

de

Est

amp

agem

St 14 ZStE 180BH

StE 280i StE 250i

ZStE 220BH DP 500

ZStE 260BH

Maquina e Ferramenta no LdTM

• Punções com Diâmetro 50 mm

• Instrumentada para Medição de Força, Deslocamento e Prensa Chapa

• Força máxima: 20t

• Prensa Chapa: 5,5t

Resultados dos Testes para Tramontina

Testes de Atrito e Desgaste

• Importância de Atrito e Desgaste na Conformação, especialmente de Aços com alta Resistência e Aços Inox pelo alto Encruamento e altas Tensões

• Ferramentas e Superfícies especiais: alta Dureza (Cromo, Ampco) super polido

• Lubrificantes com Aditivos ou Plásticos para alta Pressão

• Testes de Atrito e Desgaste no futuro no LdTM

Efeitos de Atrito na Superfície

Máquina para Teste do Atrito

Maquina no PtU Darmstadt / Alemanha

Demandas para Testes de Atrito

• O Material deve estar em Fluxo ! => Tensão acima da Tensão de Escoamento

• A Pressão deve estar na mesma Magnitude como no Processo real ! (Mesma Relação Tensão/Raio)

• A Velocidade deve ser a mesma que no Processo real ! (Não na Maquina de Tração)

• Os Raios dos Corpos de Prova devem ser idênticos aos Raios da Ferramenta de Estampagem

Máquina projetada no LdTM

Dados Técnicos da Maquina

• Força Máxima: 50 kN

• Pressão Máxima: > 400 N/mm²

• Velocidade Máxima: 600 mm/s

• Largura de Tira Máxima: 50 mm

• Raio dos Cilindros: 5/10/15 mm

• Raio dos Blocos: 5/10/15 mm ou variável 2 . . . 30 mm

Curva de Escoamento• 1 Modulo de

Young (Lei de Hooke)• 2 Tensão de

Escoamento• 3 Limite de

Resistência• 4 Alongamento

na Força máxima (Along.

uniforme)• 5 Alongamento

total na Força máxima

• 6 Alongamento de Ruptura

• 7 Alongamento total de Ruptura

Tensão

Elongação21

3

4

5

6

7

Calculo da Anisotropia

• Anisotropia media (Valor r ou Anisotropia normal) : rm = 1/4 (r0 + 2* r45 + r90)

• Anisotropia planar(Valor r, resp. p/o Orelhamento): r = 1/2 (r0 + r90 - 2* r45)

0o

45o90o

WR

= Deformação log. do Comprimento

= Deformação log. da Largura

= Deformação log. da Espessura

= Anisotropia

Valores da Anisotropia: