Análise do corte por cisalhamento de chapas grossas de alta resistência mecânica

Abstract

Este trabalho analisa o processo de corte por cisalhamento convencional de uma chapa grossa de um aço HSLA com 6,3 mm de espessura que atende os requisitos da norma DIN EN 10149-2. Os ensaios constituem na realização de um furo com diâmetro nominal de 16 mm. Durante os testes foram analisadas as influências da folga de corte (w), do ângulo de afiação do punção (α) e da lubrificação no processo. Foram utilizadas folgas de corte de 3%, 6% e 10% em relação à espessura da chapa. Para cada variação de folga foram utilizados punções com α igual a 0°, 5°, 10°, 15°. Por fim, para cada configuração proposta, o processo foi realizado com e sem o uso de lubrificante. Para cada um dos experimentos foram avaliados a qualidade e a precisão dimensional da região de corte, bem como as forças de corte envolvidas no processo. Uma ferramenta equipada com uma célula de carga e um sistema de aquisição de dados desenvolvido especialmente para este estudo, foram utilizados para a obtenção dos objetivos. Ao final dos experimentos práticos, os resultados foram comparados e analisados. Com isso, concluiu-se que o uso de lubrificação durante o processo de corte não apresentou influência na alteração dos valores de força máxima e na alteração das medidas da região de corte. O uso de lubrificante apenas auxiliou minimamente na qualidade da zona de cisalhamento do corte, onde o aspecto visual desta região apresentou um brilho ligeiramente mais intenso em comparação com o processo realizado a seco. Os elementos de corte que apresentaram os menores valores de força máxima foram o punção com ângulo de afiação α de 10° e a matriz com folga de corte (w) equivalente a 10% da espessura da chapa. O uso do punção com α igual a 0° em conjunto com a matriz de corte com w igual a 3% foi o caso em que as maiores forças de corte máximas foram encontradas, resultando em uma diferença de 13,29% entre seus valores. Nenhum parâmetro de corte proposto neste estudo apresentou influência significativa no diâmetro da zona cisalhada e na altura de bojamento (deformação plástica). Com a alteração da folga de corte, observou-se que o diâmetro no final da zona fraturada ficou muito semelhante ao diâmetro do furo da matriz utilizada em cada teste. Os maiores valores da altura da zona cisalhada foram obtidos ao utilizar os punções com α igual a 0° e 5° em conjunto com a matriz com w igual a 10% com valores que superaram os 59% da espessura da chapa. Os demais elementos de corte apresentaram valores de altura da zona cisalhada representando em média 23,7% da espessura da chapa. Na maioria dos casos a aparição de rebarbas foi mínima (em média 0,026 mm), entretanto ao utilizar os punções com ângulos de afiação igual a 0° e 5° em conjunto com a matriz com folga de corte igual a 3%, as rebarbas se apresentaram com valores consideráveis (em média 0,268 mm).

This work analyzes the conventional punching process of a 6.3 mm thickness HSLA steel plate that follow the requirements of the DIN EN 10149-2 standard. The tests consist of the achievement of a hole with a nominal diameter of 16 mm. In these tests, the influences of the clearance (w), the punch sharpening angle (α) and the lubrication in the process were analyzed. Clearances of 3%, 6% and 10% in relation to the sheet thickness were used. For each clearance variation, punches with α equal to 0°, 5°, 10°, 15° were used. Finally, for each proposed configuration, the process was carried out with and without the use of lubricant. For each experiment, the quality and dimensional accuracy of the cutting region were evaluated, as well as the cutting forces involved in the process. A tool equipped with a load cell and a data acquisition system developed especially for this study were used to achieve the objectives. After completing of the practical experiments, the results were compared and analyzed. Thus, it was concluded that the use of lubrication during the punching process had no influence on the changes of maximum force values and on the change of dimensions of the cutting region. The use of lubricant only minimally assisted in the quality of the shear zone of the hole, where the visual aspect on this region showed a slightly more intense shine compared to the dry process. The cutting elements that presented the lowest values of maximum force were the punch with a sharpening angle α of 10° and the die with a clearance (w) equivalent to 10% of the sheet thickness. Using the punch with α equal to 0° together with the die with 3% of clearance, was the case in which the highest maximum cutting forces were obtained, resulting in a difference of 13.8% between the values. Neither of cutting parameters proposed in this study had a significant influence on the diameter of the burnish zone and on the rollover height (plastic deformation). With the clearance change on the dies, was observed that the final diameter of the fractured zone was very similar to the diameter of the die hole used in each test. The highest values of the height of the burnish zone were obtained when using the punches with α equal to 0° and 5° combined with the die with w equal to 10% with values that surpassed the 59% of the thickness of the plate. The other cutting elements presented values of the height of the burnish zone representing an average of 23.7% of the thickness of the plate. In most cases, the appearance of burrs was minimal (on average 0.026 mm), however when using punches with sharpening angles equal to 0° and 5° combined with the die with clearance equal to 3%, the burrs become presented with considerable values (on average 0.268 mm).