Análise experimental do processo puncionado de furação de chapas espessas a altas temperaturas

Abstract

A aplicação de furação através de puncionamento em chapas finas tem sido utilizada em larga escala na indústria, mas quando chapas espessas são consideradas, geralmente outros métodos são aplicados. Nestes casos, com o uso do puncionamento a qualidade dimensional é reduzida devido à combinação entre elevada carga e grande folga necessárias entre punção e matriz. Em vista disto e pela carência de estudos sobre o assunto, uma bancada de furação de chapas espessas a altas temperaturas foi projetada, manufaturada e montada a fim de avaliar os efeitos que tais temperaturas poderiam gerar sobre a qualidade dos furos. Chapas do material SAE 5140 a 1100°C, com 20 mm de espessura e 100 mm de largura, foram perfuradas com um punção de 20,3 mm diâmetro a 5 mm/s. A folga utilizada foi de apenas 1%. Após o procedimento experimental, o dimensional e as principais características resultantes dos furos obtidos foram analisados. Observou-se que a região de arredondamento foi fortemente reduzida devido à utilização de prensa-chapas o qual também reduziu o empenamento do corpo de prova. Esta região representou apenas 7,5% da espessura da chapa. A variação máxima do diâmetro interno ao longo da espessura não variou mais que 0,09 mm em relação ao diâmetro nominal, assim como a circularidade máxima encontrada não ultrapassou 0,1 mm. A zona de fratura, que em chapas furadas a temperatura ambiente geralmente representa 70% da espessura, foi praticamente eliminada neste procedimento experimental. A pequena folga utilizada, inferior ao aconselhado para chapas finas a frio, possibilitou a geração de furos com saída de rebarba praticamente desprezíveis. São apresentadas também análises de fibragem do material perto da região perfurada e também perfis de dureza para chapas normalizadas e temperadas em água logo após o procedimento experimental. Apesar de o processo ter sido realizado a temperaturas que acarretam em distorções no material após o resfriamento, a precisão dimensional atingida com este tipo de processo superou as expectativas quanto à qualidade e o potencial de aplicabilidade.

Punching process in thin plates has been applied in large scale in the industry, but when thick plates are considered, generally other methods are used. In these cases, the use of punching reduces the dimensional quality owing to the combination of elevate load and large clearance necessary between punch and die. Considering this facts and the lack of studies about this matter, a punching probe for thick plates at high temperatures was projected, manufactured and assembled in order to evaluate the effects that high temperatures could cause on the quality of the holes. Plates of SAE 5140 at 1100°C, 20 mm thick and 100 mm large, were pierced with a 20,3 mm diameter punch at 5 mm/s. It was used 1% clearance. After the experimental procedure, the dimensional and the main resulting characteristics of the holes were analyzed. The use of a sheet holder strongly reduced rollover which also caused warp reduction. This region represents only 7,5% of the plate thickness. The maximum variation throughout the internal diameter of the holes does not exceed 0,09 mm of the nominal diameter and the maximum circularity found was about 0,1 mm. The fracture zone, which at room temperatures generally is 70% of the thickness, was practically vanish in this experimental procedure. The lower clearance compared to thin sheets, has enabled practically the elimination of the burr. Also, an analysis of the material flow direction near the hole and also the hardness profile of normalized and quenched plates are presented. Generally, the high temperature used in this experimental procedure causes distortions in the material after cooling, however the dimensional precision reached with this process overcame the expectations regarding quality and applicability potential.