Estudo dos parâmetros de conformabilidade para o processo de estampagem incremental

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo sobre o processo de Estampagem Incremental de Chapas, em Latão C-268 de diferentes espessuras (s0: 0.50, 0.70 e 1.00 mm), motivado pela inobservância de pesquisas desta matéria prima neste processo de conformação de chapas. Atualmente, este material tem grande aplicação na confecção de utensílios domésticos (baixelas, travessas, etc) e ferragens para construção civil (espelhos, cubas, etc), instrumentos musicais de sopro e núcleos de radiadores automotivos, tendo assim, um amplo campo de aplicação industrial, e potencial para as aplicações do processo de Estampagem Incremental de Chapas. A pesquisa está pautada na caracterização das matérias primas, para a obtenção de dados como as Curvas de Escoamento, Índices de Anisotropia (r), Curvas Limite de Conformação (CLC) e em experimentos de Estampagem Incremental de Chapas, realizados em uma máquina dedicada a este processo de conformação. Para a realização dos experimentos, foram utilizados Incrementos Verticais com diferentes valores (∆Z: 0.10, 0.50 e 1.00 mm), assim como duas ferramentas de estampagem (DT: Ø10 e Ø15 mm). Foram aplicadas duas formas geométricas diferentes: Tronco de Cone e Tronco de Pirâmide, ambos com perfil radial das paredes verticais. Ao todo, foram realizados 15 experimentos diferentes na modalidade SPIF. Os experimentos foram realizados em uma máquina dedicada ao processo, capaz da aquisição dos valores de Força (FX, FY e FZ) durante a realização dos testes. Com a realização dos experimentos SPIF, foi possível a elaboração da Linha Limite de Fratura – LFC da chapa latão C-268 nas três espessuras investigadas, onde os resultados apontam para valores maiores de deformação verdadeira (1 vs 2), quando comparados aos valores da CLC. Adicionalmente, a LFC das três espessuras de chapas analisadas, apontam os valores das maiores deformações verdadeiras (1) muito próximos, evidenciando neste caso que a diminuição do Incremento Vertical (∆Z) é mais relevante para a estampagem do que o aumento da espessura da chapa. As geometrias Tronco de Cone e Tronco de Pirâmide apresentaram discrepâncias geométricas toleráveis em relação ao perfil projetado, mas diferentes entre si, influenciados pelo retorno elástico diferente de cada geometria. Entretanto, suas fraturas apresentaram o mesmo comportamento, propagação no sentido meridional. Os experimentos SPIF realizados com a ferramenta de estampagem com Ø10mm proporcionaram as maiores profundidades. A medição da espessura final (s1) próximas as regiões fraturadas, comprovou os valores medidos não ultrapassaram os respectivos valores resultantes da expressão matemática Lei do Seno, e ainda, que quanto menor a espessura inicial (s0) da chapa, menor a variação dos valores medidos e calculados. A análise das Forças (FX, FY e FZ) resultantes do processo SPIF mostram que quanto maior o Incremento Vertical (∆Z), maior a espessura inicial (s0) da chapa, e maior do diâmetro (DT) da ferramenta de estampagem, maiores serão as Forças necessárias no SPIF. Adicionalmente, foi possível determinar os valores de Atrito (µ), obtidos em função das Forças (FX, FY e FZ) do processo SPIF.

This paper presents a study of the Incremental Sheet Forming process, in Brass C-268 of different thicknesses (s0: 0.50, 0.70 and 1.00 mm), motivated by non-observance of research of this raw material in this sheet forming process. Currently, this material has great application in the manufacture of household items (plates, platters, etc.) and hardware for building (locks, vats, etc.), wind musical instruments and automotive radiator cores, having thus, a large industrial application field, and potential for the applications of the Incremental Sheet Forming process. The research is based on the characterization of raw materials, to obtain data such as Flow Curves, Anisotropy Indices (r), Forming Limit Curve and in Incremental Sheet Forming experiments, performed on a machine dedicated to this forming process. For the realization of the experiments, Vertical Increments with different values were used (∆Z: 0.10, 0.50 e 1.00 mm), As well as two forming tools (DT: Ø10 e Ø15 mm). Two different geometric forms were applied: Cone Frustum and Pyramid Frustum, both with radial profile of vertical walls. In all, 15 different SPIF experiments were performed. The experiments were carried out in a machine dedicated to the process, able to acquire the values of Force (FX, FY e FZ) during the tests. With the realization of SPIF experiments, it was possible to elaborate the Fracture Forming Line – FFL of Brass C-268 sheet, In the three thicknesses investigated, Where the results indicate higher values of true strain (1 vs 2), when compared to the FLC values. Additionally, the FFL of the three sheet thicknesses analyzed, indicate the values of the highest true deformations (1) very close, evidencing in this case, that the decrease of Vertical Increment (∆Z) is more relevant for the forming than the increase in sheet thickness. The Cone Frustum and Pyramid Frustum geometries presented tolerable geometric discrepancies in relation to the projected profile, more different from each other, influenced by different springback of each geometry. However, their fractures presented the same behavior, meridional direction propagation. The SPIF experiments performed with the forming tool with Ø10mm provided the greatest depths. The final thickness (s1) measurement near the fractured regions, proved the measured values did not exceed the respective values resulting from the mathematical expression Sine Law, and also, that the lower the initial thickness (s0) of sheet, lower the variation of the measured and calculated values. Analysis of Forces (FX, FY e FZ) resulting from the SPIF process, show that the larger the Vertical Increment (∆Z), larger the initial thickness (s0) of the sheet, and larger diameter (DT) of the forming tool, larger will be the necessary forces in SPIF. In addition, it was possible to determine the values of Friction (µ), obtained in function of the SPIF Forces (FX, FY e FZ).