Aula Ensaio de Embutimento

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CURSO TÉCNICO EM MECÂNICAEnsaios Destrutivos

Ensaios de Estampabilidade

Prof. Dr. Ricardo F. dos Reis

Ricardo Reis

INTRODUÇÃO

• Operações de conformação:

Estamparia

Ricardo Reis

INTRODUÇÃO

A estampagem é o processo de converter finas chapas metálicas em peças ou produtos, sem fratura ou concentração de micro-trincas. As chapas utilizadas neste processo devem ser bastante dúcteis.

A operação de estampagem envolve dois tipos de deformações: o estiramento, que é o afinamento da chapa, e a estampagem propriamente dita, que consiste no arrastamento da chapa para dentro da cavidade da matriz por meio de um punção

Ricardo Reis

INTRODUÇÃO

Os ensaios mais utilizados para se determinar características de estampabilidade são ensaios simulativos das operações de estiramento e embutimento.

Ensaios de estampabilidade mais empregados:Embutimento Erichsen;Ensaio Olsen;Ensaio de Nakazima;Ensaio Swift.

Predomínio de estiramento

Predomínio de embutimento

Estiramento - A chapa é presa em uma matriz.

Embutimento - A chapa não é presa.

Na conformação de chapas dificilmente se têm estiramento ou embutimento puros.

Ricardo Reis

INTRODUÇÃO

Os ensaios simulativos são muito dependentes da forma do punção e das condições de atrito entre punção, matriz e chapa, de modo que eles não são reprodutíveis nos diversos laboratórios.

A ductilidade é a característica básica para que o produto possa ser estampado. E já estudamos ensaios que podem avaliar esta característica - tração.

Uma chapa pode apresentar diversas pequenas heterogeneidades, que não afetariam o resultado de ductilidade obtido no ensaio de tração. Mas, ao ser deformada a frio, a chapa pode apresentar pequenas trincas em conseqüência dessas heterogeneidades.

Ricardo Reis

INTRODUÇÃO

Além de trincas, uma peça estampada pode apresentar diversos outros problemas, como enrugamento, distorção, textura superficial rugosa, fazendo lembrar uma casca de laranja etc. A ocorrência destes problemas está relacionada com a matéria-prima utilizada.

Nenhum outro ensaios fornece todas as informações sobre a chapa, necessárias para que se possa prever estes problemas.

Os ensaios de embutimento permitem deformar o material quase nas mesmas condições obtidas na operação de produção propriamente dita.

O único ensaio padronizado pelas normas internacionais é o ensaio Erichsen, sendo frequentemente realizado para comparação de materiais e para se verificar se a chapa possui a ductilidade desejada.

Ricardo Reis

EMBUTIMENTO ERICHSENOs ensaios de embutimento são realizados por meio de dispositivos acoplados a um equipamento que transmite força. Podem ser feitos na já conhecida máquina universal de ensaios, adaptada com os dispositivos próprios, ou numa máquina específica.

A chapa a ser ensaiada é presa entre uma matriz e um anel de fixação, que tem por finalidade impedir que o material deslize para dentro da matriz. Depois que a chapa é fixada, um punção aplica uma carga que força a chapa a se abaular até que a ruptura aconteça.

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EMBUTIMENTO ERICHSENNo caso do ensaio de embutimento Erichsen o punção tem cabeça esférica de 20 mm de diâmetro e a carga aplicada no anel de fixação que prende a chapa é de cerca de 1.000 kgf.

Ricardo Reis

EMBUTIMENTO ERICHSEN

Um relógio medidor de curso, graduado em décimos de milímetro, fornece a medida da penetração do punção na chapa. O resultado do ensaio é a medida da profundidade do copo formado pelo punção no momento da ruptura.

O momento em que ocorre a ruptura pode ser acompanhado a olho nu ou pelo estalo característico de ruptura. Se a máquina for dotada de um dinamômetro que meça a força aplicada, pode-se determinar o final do ensaio pela queda brusca da carga que ocorre no momento da ruptura.

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EMBUTIMENTO ERICHSENA altura h do copo é o índice Erichsen de embutimento.

Existem diversas especificações de chapas para conformação a frio, que estabelecem um valor mínimo para o índice Erichsen, de acordo com a espessura da chapa ou de acordo com o tipo de estampagem para o qual a chapa foi produzida (média, profunda ou extraprofunda).

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EMBUTIMENTO ERICHSENConsiderações da norma - ABNT NBR5902 / 1980

Corpo de Prova:

Espessura de 0,3 mm a 5,0 mm;Quando a espessura nominal da chapa for de 0,3 mm a 2,0 mm inclusive, o índice de embutimento será representado pelo símbolo IE;Quando a espessura nominal da chapa for maior que 2,0 mm e menor ou igual a 5,0 mm, o índice de embutimento será representado pelo símbolo IE40.

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EMBUTIMENTO ERICHSENConsiderações da norma - ABNT NBR5902 / 1980

Corpo de Prova:

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Considerações da norma - ABNT NBR5902 / 1980Corpo de Prova:

Plano;Dimensões mínimas conforme figura abaixo (mín. 3 testes)

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Considerações da norma - ABNT NBR5902 / 1980

Lubrificação:O atrito entre o punção e a chapa poderia afetar o resultado do ensaio. Por isso, o punção deve ser lubrificado com graxa grafitada, de composição determinada em norma técnica, para que o nível de lubrificação seja sempre o mesmo (ver anexo da norma).

O uso de outro lubrificante deve ser alvo de acordo entre fornecedor e consumidor e deve ser indicado no relatório.

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Fixação:A carga de fixação do corpo de prova entre a matriz e o anel de fixação deve ser de aproximadamente 10000N.

Em máquinas de construção antiga nas quais não se possa medir a carga de fixação, a fixação do corpo de prova pode ser conseguida através de forte pressão de atarraxamento.

Ricardo Reis



Velocidade de ensaio:A velocidade de deformação do corpo de prova deve ser realizada sem choques e vibrações, com velocidade de penetração entre 5 mm/min e 20 mm/min.

Na fase final do ensaio a velocidade deve ser reduzida para o limite inferior, para maior perceptibilidade do início da ruptura.

Ricardo Reis



Ruptura:Entende-se por ruptura uma separação de material por toda sua espessura, permitindo a passagem de luz, em pelo menos parte de sua extensão.

Em geral, o início da ruptura é acompanhado por uma queda do esforço suportado pelo corpo de prova, e em alguns casos por um ruído perceptível. A queda do esforço pode também ser considerada como critério de fim de ensaio. Em casos de arbitragem deve ser sempre adotado o critério de ruptura do corpo de prova.

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Determinação do IE:No exato momento da ruptura determina-se o percurso do penetrador com aproximação de 0,1 mm.

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Análise dos resultados / Qualificação da chapa

Resultados:Espessura da chapa com aproximação de 0,01 mm;IE;Aspecto superficial da chapa pós ensaio.

Análise:Gráfico;Aspecto da superfície;Ruptura;Outros ensaios necessários.

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Análise - Gráfico:

Desqualificada

Qualificada para EM

Qualificada para EP

Qualificada para EEP

Ricardo Reis

EMBUTIMENTO ERICHSENAnálise - Aspecto da superfície:

O aspecto próximo a ruptura deve ser analisado de modo a descartar aspectos como: enrugamento, distorção, textura superficial rugosa (casca de laranja).

Estes aspectos são relacionados a matéria prima empregada.

Escoamento descontínuo;Granulometria grosseira.

Ricardo Reis

EMBUTIMENTO ERICHSENAnálise - Ruptura:

Quanto mais circunferencial for a fratura, mais isotrópico é o material.

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EMBUTIMENTO ERICHSENAnálise - Outros ensaios necessários:

Além da análise da curva de embutimento, outros parâmetros devem ser avaliados de modo a qualificar uma chapa:

Composição química;Propriedades mecânicas:

Limite de escoamento;Limite de resistência;Alongamento;Dureza.

Ricardo Reis

EMBUTIMENTO ERICHSENExemplo: Para qualificar uma chapa como EEP na norma ABNT NBR 5915:

Composição química Propriedades mecânicas

MnMáx.

PMáx.

SMáx. Outros LE

N/mm2LR

N/mm2 Espessura Lo ValorMín. Embutimento

0,3≤e≤0,6 50 36%

e>0,6 50 37%

Curva 3 HRB≤500,45≤e≤3,00

Espessura Outros

0,45 0,03 0,03 Al≥0,02 ≤230 ≤350

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