Estudo do coeficiente de atrito para processos de estampagem

Abstract

O atrito na interface entre a peça e a ferramenta tem considerável importância em operações de estampagem de chapas, são necessários conhecimentos precisos sobre processos de conformação de chapas para a análise e projeto de novas peças e ferramentas, assim como para validação de uma simulação numérica. Este trabalho usa o método de determinação do coeficiente de atrito em estampagem através do ensaio de dobramento sob tensão e avalia sua precisão com o uso do software de elementos finitos LS-DYNAFORM, específico para esse processo de fabricação. Como existem seis equações que calculam o coeficiente de atrito para o mesmo ensaio de dobramento sob tensão, foram testadas todas as equações com o objetivo de verificar se existe variação entre os resultados. O material de estudo foi o alumínio comercialmente puro, liga AA1100. Os resultados indicam que há certa variação para cada equação usada, principalmente para aquelas que consideram o torque no pino. É observada também uma tendência do software a se distanciar dos resultados práticos por considerar o atrito como uma constante ao longo do processo. A pressão de contato entre o pino e a chapa no ensaio de dobramento sob tensão também foi avaliada através de um filme que tem a capacidade de registrar a pressão aplicada juntamente com a medição da força vertical aplicada ao pino. Os resultados indicam que a força vertical é mais precisa para se definir a pressão de contato ao uso de equações pré-estabelecidas e que a área de atuação da chapa no pino é sempre menor que a área calculada geometricamente. Por fim, para se saber qual é o comportamento do atrito para altas pressões, o ensaio de dobramento sob tensão foi feito com força variável e constatou-se que o atrito diminui com o aumento das pressões. No entanto, os valores iniciais da curva de atrito versus pressão de contato não foram obtidos pois nesse caso seria necessário usar uma máquina diferente da usada nesse estudo, ou seja, que não use pressão de óleo para acionamento e movimentação da chapa.

Friction at the interface of workpiece and tooling has a considerably importance in sheet metal forming operations. It is necessary an accurate knowledge for the analysis and design of new workpieces and tooling, as well as for the validation of a numeric simulation. This work uses the bending under tension test to determining the friction coefficient in sheet metal forming and evaluates its accuracy using the finite element software LS-DYNAFORM, specific to this manufacturing process. Since there are six equations that calculate the coefficient of friction for the same bending under tension test, all equations were tested in order to verify if there is much variation between the results. The material used in these work was pure commercial aluminum alloy AA1100. The results indicate that there is some variation for each equation used, especially for those that consider the torque on the pin. It was also observed a tendency for software to distance themselves from practical results considering friction as a constant throughout the process. It is also observed a tendency for the software to generate curves away from the tests as the friction increases. The contact pressure between the pin and the sheet in the bending under tension test was also evaluated through a film that has the ability to measure the pressure applied, together with the measurement of the vertical force applied to the pin. The results indicate that the vertical force is more accurate to define the contact pressure than equations previously established for this and that the contact area between the sheet and the pin is always smaller than the area calculated geometrically. Finally, to know the behavior of the friction at high pressures, the bending under tension test was done with variable forces and it was found that the friction decreases with increasing the pressure, which is in full agreement with the theory.