7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO
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7 BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING
20 a 24 de maio de 2013 – Penedo, Itatiaia – RJ - Brasil
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May 20 to 24 , 2013 – Penedo, Itatiaia – RJ – Brazil
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO LUBRIFICANTE NA DUREZA DE UMA
PEÇA DE AÇO ELETROGALVANIZADO
Ana Paula Borges de Melo, [email protected]
Sávio Sade Tayer, [email protected]
Frederico Ozanan Neves, [email protected]
1
Universidade federal de São João del Rei, Praça Frei Orlando, 170 - CEP: 36.307-352 - São João del-Rei – MG
Resumo: Estampagem é um conjunto de operações de conformação geralmente realizadas a frio, na região plástica de
deformação dos materiais pela imposição de uma deformação permanente de uma chapa, com o objetivo de produzir
peças com determinadas formas. Com a crescente demanda e exigência do mercado consumidor, fabricantes de
produtos estampados estão cada vez mais buscando qualidade e preço. Neste trabalho, foi investigada a influência de
diversos óleos utilizados como lubrificantes na estampagem de uma parte do para-lamas de um automóvel. Foram
avaliados um óleo mineral industrial próprio para estampagem e quatro óleos vegetais: óleo de milho, canola,
girassol e soja. Corpos de prova de chapas de aço eletrogalvanizado IF (Intersticial Free) foram confeccionados com
dimensões de 69 mm x 113,5 mm e espessura de 0,75 mm através de uma ferramenta para estampagem a frio tipo
macho-fêmea, de aço ferramenta H13, em uma prensa hidráulica com capacidade de 400 KN. A dureza da peça foi
medida através de um ensaio de microindentação instrumentada e tensões residuais foram avaliadas. Os resultados
dos testes experimentais foram tratados estatisticamente através de Análises de Variância. Concluiu-se pela análise de
variância que todos os tipos de óleo influenciam diretamente no resultado de dureza da peça. Considerando que a
dureza exprime a presença de tensões residuais nas amostras o fato de haver durezas diferentes dependendo do tipo de
óleo utilizado no processo, indica que há um óleo que proporciona tensões mais favoráveis a resistência à fadiga. Este
óleo de acordo com os resultados é o Tirroil Stamp. Os óleos vegetais de soja e milho apresentaram comportamentos
iguais com resultados obtidos bem próximos ao de melhor rendimento podendo perfeitamente substituí-lo.
Palavras-chave: estampagem, aço eletrogalvanizado, dureza, tensão residual.
1. INTRODUÇÃO
A estampagem é um processo de conformação mecânica realizado, geralmente, a frio, que compreende um
conjunto de operações por intermédio das quais uma chapa plana é submetida a transformações, de modo a adquirir
uma nova forma geométrica, plana ou oca. A deformação plástica é levada a efeito com o emprego de prensas de
estampagem, com o auxilio de dispositivos especiais chamados estampos ou matrizes (Chiaverini, 1983).
Basicamente, a estampagem compreende as seguintes operações:
a) corte;
b) dobramento e encurvamento;
c) estampagem profunda.
Enquanto as duas primeiras são normalmente realizadas a frio (abaixo da temperatura de recristalização), a
estampagem profunda pode eventualmente ser realizada a quente, de acordo com as necessidades técnicas.
No caso mais simples, uma única deformação pode ser suficiente; entretanto, dependendo da profundidade de
deformação desejada, pode ser necessária a aplicação de duas ou mais operações de estampagem.
Como o processo de estampagem é realizado a frio, na região de conformação plástica da peça, ocorre uma
elevação da resistência mecânica (encruamento). Nessa região, a peça apresentará então, uma resistência mecânica
maior que a chapa inicial (comumente no estado recozido). Como para efeito de cálculo da resistência da peça, toma-se
normalmente como base a resistência do material da chapa, o projeto da peça é realizado a favor da segurança. Convém
destacar que é muito comum na concepção de peças grandes a utilização de perfis, conformados de chapas ou nervuras
ou rebaixos na própria peça para aumentar a rigidez.
Para manter separadas as superfícies da ferramenta (punção e matriz) do material a conformar, e reduzir o atrito
entre eles, são usados lubrificantes. Lubrificante é todo ou qualquer material sólido ou líquido de baixa resistência ao
cisalhamento.
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O desempenho dos lubrificantes na estampagem de peças pode ter um impacto significativo no processo, como em
algumas aplicações de embutimento e estiramento.
Dieter (1981), afirma que os lubrificantes reduzem o atrito ao introduzirem uma interface que seja facilmente
cisalhada.
Parâmetros tais como viscosidade, molhabilidade, aditivos de extrema pressão e refrigeração eficiente podem afetar
significativamente a vida da ferramenta, qualidade da peça, limite de conformação e em geral a produtividade.
Segundo Kren (2004), o projeto e o material da ferramenta, o material da peça, equipamento, método de aplicação
e operações de pré e pós-processo, afetam o desempenho do lubrificante.
De acordo com Altan (1983) e Kobayashi (1989), nos processos de conformação, o escoamento de material é
causado pela pressão transmitida pela matriz para a peça conformada. Portanto, as condições de atrito na interface
matriz/material têm influência no escoamento do metal, formação de defeitos nas superfícies interna e externa, tensões
e forças atuantes no processo. Tais condições dependem basicamente do tipo de lubrificação adotada.
Para aperfeiçoar o desempenho da ferramenta, segundo Altan et al (2005), deve-se avaliar as funções básicas dos
lubrificantes tais como controlar o atrito e conseqüentemente reduzir o desgaste da ferramenta; prevenir contra
“galling” (aderência progressiva do material da peça na ferramenta), reduzir os esforços necessários à conformação,
diminuir as etapas de estampagem, aumentar os limites de deformação, proteger contra corrosão e dissipar o calor. Sob
condições a seco nenhum lubrificante é utilizado na interface e somente as camadas de óxido presentes na matriz e na
matéria-prima estão presentes. Neste caso, o atrito é alto, situação desejável em pequeno número de operações de
conformação.
Segundo Trivett, Elenteny e Manfreda (2004) são três os mecanismos de lubrificação:
a) lubrificação hidrodinâmica;
b) lubrificação limite;
c) lubrificação EP (extrema pressão).
Segundo Klann (2000), quando uma espessa camada de lubrificante está presente entre as matrizes e a peça existe
lubrificação hidrodinâmica. Embora funcione como lubrificação no motor automotivo, contribui pouco na estampagem.
A eficácia da lubrificação hidrodinâmica diminui com o aumento da força e a temperatura entre as superfícies.
Tipicamente, a temperatura e a pressão existente na interface da peça com a ferramenta nas operações de estampagem
ultrapassam a lubrificação hidrodinâmica, então lubrificação limite, lubrificação EP ou uma combinação destas é
requerida.
A lubrificação limite é realizada com uso de aditivos polares ou surfactantes, que tenham atração com a superfície
do metal. Esta afinidade promove uma barreira que protege a ferramenta e a peça (Trivett, Elenteny e Manfreda, 2004).
Representa uma importante função na estampagem com lubrificante, mas gorduras e sabões são ineficientes,
principalmente acima dos 100°C. Então eles são usados em combinação com os lubrificantes EP.
A lubrificação EP pode ser de dois tipos: mecânica e química. Ambas podem separar eficientemente a ferramenta
da peça controlando o atrito, reduzindo o desgaste da ferramenta, prevenindo “galling” e aumentando os limites de
conformação. Aditivos típicos EP são carbonato de cálcio e bissulfeto de molibdênio. Infelizmente filmes mecânicos
tendem a desenvolver sujeira no equipamento e são incompatíveis com o pós-processo. Evidentemente, estarão
presentes, impregnados em ferramentas com geometria mais complexa. De acordo com Godwin (2004), aditivos EP
químicos tal como enxofre, cloro ou fósforo são utilizados mais freqüentemente. Eles reagem na interface entre a
ferramenta e a peça, formando sais metálicos agindo como superfície de sacrifício.
Os requisitos EP para uma variedade de metais para conformação e operações de estampagem, podem ser
completamente diferentes. Por exemplo, embora uma simples operação de furação possa ser realizada sem aditivos
químicos EP, o uso de cloro, fósforo, ou enxofre pode aumentar significativamente a vida da ferramenta. O filme
químico protege o punção principalmente durante o retorno, onde ocorre o maior desgaste devido ao retorno elástico da
peça. Muitas vezes, as peças são geradas através de operações severas de estampagem, então uma combinação de
lubrificação limite EP são desejáveis (Klann, 2000). O objetivo deste trabalho é avaliar a influência de diversos óleos
utilizados como lubrificantes na estampagem de uma parte do pára-lamas de um automóvel através da medição da
dureza, visando a possibilidade de substituir o lubrificante de base mineral por outros de base vegetal. E verificar
também a influência quanto à tensão residual gerada no processo.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização deste trabalho, foi confeccionada uma ferramenta para gerar os corpos de prova. Esta ferramenta,
tipo macho-fêmea simulou de maneira real uma parte da carroceria de um automóvel. Os corpos de prova são de aço
Eletrogalvanizado Intersticial Free material utilizado pela indústria automobilística na confecção das carrocerias dos
automóveis.
Foram empregados cinco tipos de lubrificantes.
O primeiro deles é um óleo refinado de petróleo com nomenclatura de Tirroil Stamp, que é o utilizado no processo
industrial de estampagem pela Fiat Automóveis.
Os outros lubrificantes empregados foram óleos de fontes vegetais: de milho, de canola, de soja e de girassol,
adquiridos diretamente do mercado comercial a varejo. Os lubrificantes foram utilizados no estado como recebido.
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Todos os óleos obedeceram a um padrão em relação às datas de fabricação e validade. As viscosidades dos óleos em
estudo, bem como as datas de fabricação seguem conforme Tab. (1):
Tabela 1. Parâmetros dos óleos utilizados como lubrificantes
Óleo
Viscosidade (mPa.s)
Fabricação/Validade
Tirroil Stamp
140
2013
Soja
50.33
15/03/2011
Milho
53.05
02/03/2011
Girassol
54.50
17/02/2011
Canola
60.44
03/03/2011
Para gerar os corpos de prova, foi confeccionada no Centro de Usinagem Vertical Discovery 560 da RomiTM,
alocado no Laboratório de Usinagem da Universidade Federal de São João Del Rei uma ferramenta (Fig. 1) para
estampagem a frio tipo macho-fêmea, simulando em condições reais uma parte do pára-lamas de um automóvel. O
material usado na confecção da mesma foi o aço ferramenta H-13.
Figura 1. Ferramenta para estampagem tipo macho-fêmea
A dureza da ferramenta medida, inicial, foi de 20 HRB. Isto devido ao estado inicial do material ser recozido
(matéria-prima da ferramenta). Para a elevação da dureza, foi feito o tratamento térmico de têmpera, onde se introduziu
a ferramenta no forno Lavoisier de temperatura controlada de atmosfera aberta, alocado no Laboratório de Materiais da
UFSJ, com a temperatura de até 1200 ºC. Elevou-se a temperatura para 650ºC estabilizando-a por 20 min. Após a
estabilização, alterou-se a temperatura para 1025 ºC, permanecendo por 2h. Para se evitar a formação de carepas (que é
a oxidação da superfície do aço), a ferramenta foi colocada dentro de uma caixa de grafite. No procedimento seguinte,
a peça sofreu um resfriamento brusco em óleo de têmpera, concluindo assim a etapa. A dureza foi alterada, alcançando
o macho 66 HRC e 60 HRC a fêmea. Para o revenimento, a fim de tornar o material menos rígido e aliviar as tensões
internas, elevou-se a temperatura a 600º C. Ficou estabilizada por um tempo de 45 min, também dentro da caixa de
grafite. Foi retirada a ferramenta do forno e resfriada á temperatura ambiente. Tomando novas medidas de dureza,
conseguiu-se o valor de 50 HRC para o macho e de 52 HRC para a fêmea.
Foi montado um conjunto em aço comercial 1020 (Fig. 2) para permitir o deslocamento entre as partes de maneira
a proporcionar o perfeito encaixe entre ambas, no sentido de gerar os corpos de prova conforme visto na Fig. (2)
abaixo. O curso da ferramenta é de 28 mm. O sistema de mola é para permitir um melhor retorno após o processo de
estampagem.
Figura 2. Ferramenta de estampagem para a confecção dos corpos de prova
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Para os ensaios foram confeccionados corpos de prova cuja matéria-prima utilizada é o aço eletrogalvanizado IF
(intersticial free). As peças com dimensões de 69 mm x 113,5 mm e espessura de 0,75 mm do blank (material oriundo
do processo de laminação) possuem a composição química conforme a Tab. (2).
Tabela 2. Análise química do aço eletrogalvanizado
Elemento
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
Composição
(% p/p)
<0,0015
<0,0005
0,0877
0,0287
0,0031
0,0102
0,0047
0,0036
Elemento
Al
Co
Cu
Nb
Ti
V
W
Pb
Composição
(% p/p)
0,04
0,002
0,0347
0,0084
0,0321
0,0008
<0,005
<0,001
Elemento
Sn
As
Zr
Bi
Ca
Ce
Sb
Se
Composição
(% p/p)
0,0049
0,0033
<0,001
<0,001
<0,0001
<0,001
<0,001
<0,002
Elemento
Ta
B
Zn
La
N
Fe
Composição
(% p/p)
<0,007
0,0002
<0,0001
<0,0003
0,0031
99,7
O blank foi recortado em guilhotina e estampado com a ferramenta em uma prensa hidráulica de marca Conemag,
com capacidade de 400kN, alocada no Laboratório de Fabricação da UFSJ. Conforme é apresentado na Fig. (3).
Figura 3. Estampagem dos corpos de prova na prensa Conemag
Os corpos de prova foram conformados de tal forma que a dobras ocorreram paralelamente ao sentido de
laminação, ilustrado pela Fig. (4).
A
B
D
H
I
C
E
F
G
Figura 4. Corpo de prova após o processo de conformação
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Foram analisadas todas as regiões demarcadas, comparadas entre si pelas medidas de microindentação no Ultra
Microdurômetro DHU-211S – Dynamic Ultra Microdurômetro Hardness Tester- Shimadzu. As regiões de maiores
dobras, ou seja, as regiões D e H tiveram uma maior concentração de energia devido a apresentar maior angulação
(90°) em relação às demais regiões, resultando em índices de tensões residuais maiores. Então estas foram as regiões de
estudo. A Fig. (5) mostra as partes abordadas neste trabalho de pesquisa.
Figura 5. Ângulos em estudo das amostras
2.1. Medição da dureza
O ensaio de microdureza, foi executado com uma força máxima de 500 mN, força mínima de 1,96 mN com
velocidade de leitura de 1,0 mN/s e raio de posição do indentador de 0,070 para tomada de todas as medidas.
Nesses ensaios, um penetrador de diamante, muito pequeno, com geometria piramidal, é forçado contra a superfície
do corpo de prova. A impressão resultante é observada sob um microscópio e medida; essa medição é então convertida
em um número de índice de dureza. Os números de dureza Vickers são designados por HV.
Esse método é conhecido como método de ensaio de microdureza com base na carga e no tamanho do penetrador
(ASTM E92, 2003; ASTM E384, 2006).
Os corpos de prova foram subdivididos em seções de acordo com as curvas originais. As partes analisadas neste
estudo experimental foram as curvas das regiões D e H. O equipamento de medição usado foi Ultra Micro Durômetro
DUH-211S Dynamic Ultra Micro Hardness Tester Shimadzu alocado no Laboratório de Microscopia da UFSJ ilustrado
na Fig. (6).
Figura 6- Ultra Micro Durômetro DUH-211S Dynamic Shimadzu
O Seccionamento das amostras e do blank para a análise no ultra microdurômetro se deu por meio de disco com
lubrificação para evitar a inclusão de tensão. As amostras seccionadas foram embutidas com baquelite, conforme Fig.
(7), polidas em lixas com granulometria que variam de 240, 320, 400, 600, 800, 1000 até 1200 mesh. Em seguida
realizou o polimento de acabamento em feltro impregnado com pasta de alumina 3µm.
Figura 7. Amostras embutidas para ensaio de microindentação
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Foi feito para cada lubrificante 3 repetições com 3 réplicas em cada ângulo, proporcionando a estimativa do erro
experimental de uma resposta individual. O número total de medidas para os 5 óleos lubrificantes usados foi de 180,
sendo 90 medidas para cada ângulo, 45 medidas para cada posição interno e externo. A extensão deste erro é importante
na decisão se existem ou não efeitos significativos que possam atribuir a ação dos fatores (WERKEMA, AGUIAR,
1996).
2.2. Variáveis de Controle, Variáveis de Resposta e Planejamento Estatístico
As variáveis de controle adotadas neste estudo foram, posição dos ângulos internos (B1), e posição dos ângulos
externos (B2) das curvaturas e o tipo de óleo (A) lubrificante usado no processo. A Tab. (3) apresenta os fatores com os
repetíveis níveis.
Tabela 3. Fatores de controle adotados para os experimentos indentação
Variáveis de controle
Posição ângulos internos
Posição ângulos externos
Óleos
Unidade
(°)
(°)
Nº de níveis
2
2
5
Especificação
B1
B2
A
Os níveis de medidas confrontados com os respectivos óleos lubrificantes para as amostras foram satisfatórios.
A variável de resposta nos ensaios de indentação é a medida de microdureza nas seções dos ângulos internos e
externos. Em todos os experimentos as medidas foram coletadas perto das bordas inferiores e superiores através da
impressão deixada pelo indentador, conforme é apresentado na Fig. (8) e registrado pelo microscópio óptico Olympus
BX 51.
Figura 8. Impressão deixada pelo indentador na posição B1 e B2.
Embora exista uma camada de Zn nas superfícies as medidas não foram influenciadas, uma vez que se adotou
um procedimento padrão para todas as medidas.
Para avaliar a influência dos fatores adotados nas forças de indentação e nos parâmetros de variáveis de controle,
foi adotado um planejamento fatorial e também análise de variância (ANOVA). As medidas foram replicadas 3 vezes
em dois ângulos, foram realizadas 180 medidas de indentação. Neste tipo de planejamento, em cada tentativa ou
replicação, todas as possíveis combinações dos níveis dos fatores estudados são avaliados. Dessa forma, além de avaliar
o efeito de cada variável de controle individualmente, é possível avaliar a interação entre as mesmas.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Na Tab. (4) é apresentada a ANOVA (análise de variância) da variável de medidas de microindentação Vickers.
Para todas as variáveis estudadas (efeitos principais) a hipótese nula (H0) foi aceita para a variável de entrada C, a
interação de B x C, a interação de A x B e a multi-interação A x B x C. Para todas as outras variáveis, a hipótese nula
foi rejeitada já que se obteve o valor da estatística calculada (F0) maior que a estatística tabelada (Ftab) ao nível de
significância α igual a 5% (valor P<0,05). Admite ainda que as variáveis de entrada A (óleos) e B (posição), têm
influência nos resultados nas medidas de indentação.
Como foi referido, foram avaliados cinco óleos lubrificantes. A variável ângulo refere-se ás regiões estudadas (D
e H). A variável posição (B) refere-se a medida na região interna ou externa do ângulo.
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Tabela 4. ANOVA de Medidas de microindentação Vickers
Fonte Var.
Ângulos (C)
Óleos (A)
Posição (B)
Interação AC
Interação BC
Interação AB
Interação ABC
SS Erro
Total
SQ
0,000492
2,8995
0,753628
0,522582
0,029213
0,137417
0,101152
6,794285
11,23827
GL
1
4
1
4
1
4
4
160
179
MQ
0,000492
0,724875
0,753628
0,130645
0,029213
0,034354
0,025288
0,042464
F0
0,011589
17,07023
17,74734
3,076597
0,687939
0,809018
0,595513
Ftab
3,900236
2,428164
3,900236
2,428164
3,900236
2,428164
2,428164
Decisão
Aceita
Rejeita
Rejeita
Rejeita
Aceita
Aceita
Aceita
Pela análise de variância, pode-se constatar que todos os lubrificantes influenciam os resultados da dureza, bem
como a posição (B) de medida. Verificamos que não houve diferença significativa em relação à dureza medida na
região D da medida na região H. Também verificamos que existe interação entre o óleo e o ângulo, isto é, existe pelo
menos um ângulo associado à pelo menos um óleo que fornece uma dureza diferente das demais. Considerando que a
dureza exprime a presença de tensões residuais no corpo, o fato de haver durezas diferentes dependendo do óleo
lubrificante utilizado, indica que haverá um óleo que proporcionará tensões residuais mais favoráveis à resistência à
fadiga do produto estampado. Através dos resultados obtidos verificou-se que o melhor resultado foi o óleo A1, sendo
que para os óleos A2, e A5 segundo a Tab. (6) (contraste entre os óleos) estes tem o mesmo comportamento verificando
a igualdade entre eles. O óleo A4 exibiu um comportamento intermediário, e o óleo A3 ficou com o pior resultado.
Considerando todos os parâmetros de tomadas de medidas como padrão, as medidas de Indentação para cada
tipo de lubrificantes são mostradas na Tab. (5).
Tabela 5. Somatório das medidas de microindentação para cada tipo de óleo estudado
Óleo
Indentação
2
Tirroil (A1)
Soja (A2)
Canola (A3)
Girassol (A4)
Milho (A5)
71,34
67,30
57,45
64,48
66,60
(N/mm )
As Tensões residuais são as existentes nos perfis e chapas antes mesmo destes serem colocados em uso, pois o
elemento estrutural apresenta um estado inicial de tensões ao qual se superpõem as tensões originárias das ações
externas. Algumas causas do aparecimento destas tensões residuais são o resfriamento desigual das chapas de aço após
a laminação a quente e também a operação de fabricação. Sabe-se também que o valor e a distribuição das tensões
residuais dependem basicamente da geometria da seção transversal do tipo de aço e dos processos utilizados na
fabricação dos perfis. Nos perfis laminados, as tensões residuais são especialmente de natureza térmica.
Após o processo de laminação as partes mais expostas dos perfis (por exemplo, extremidades das mesas e meio
da alma) se resfriam mais rápido e posteriormente, para conter o resfriamento do restante do perfil, essas partes
automaticamente ficam comprimidas e as demais, por conseguinte tracionadas.
Pode-se dizer que após o processo de conformação de estampagem, haverá a inclusão de mais tensão residual
compressiva, comprovado pelas medidas de indentação. Isto é justificado porque após o processo de conformação,
quando as cargas do processo são aliviadas, no esforço de manter o equilíbrio, as fibras centrais do material, que
escoaram menos, tendem a voltar para o seu comprimento inicial e forçar as fibras externas a se encurtarem mais do que
elas desejariam, pois como elas escoram mais elas se acomodariam a um comprimento maior que o inicial.
Estas medidas são adicionadas as existentes oriundas do processo de estampagem sobressaem sobre as medidas
trativas, fato este que evidencia as medidas de indentação tipo compressão. O tipo de óleo utilizado para este processo
tem influência direta. Para as variáveis C (ângulos), não há influência mesmo porque as medidas dos dois ângulos são
de 90º.
Em análise do contraste para se verificar a igualdade dos óleos, pode observar que existe diferença entre os
mesmos exceto para a combinação A5-A2 que são iguais.
Tabela 6. Contraste entre óleos utilizados na lubrificação
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Contraste
C
C²/2n
GL
MSC
F0
Ftab
Conclusão
A3-A1
-13,8907
10,71959
1
10,71959
252,4395
4,96
diferentes
A3-A4
-7,03686
2,750967
1
2,750967
64,7835
4,96
diferentes
A3-A5
-9,15114
4,652409
1
4,652409
109,5613
4,96
diferentes
A3-A2
-9,85186
5,392175
1
5,392175
126,9823
4,96
diferentes
A1-A4
6,85388
2,60976
1
2,60976
61,45816
4,96
diferentes
A1-A5
4,7396
1,247989
1
1,247989
29,38935
4,96
diferentes
A1-A2
4,03888
0,906253
1
0,906253
21,34167
4,96
diferentes
A4-A5
-2,11428
0,248343
1
0,248343
5,848326
4,96
diferentes
A4-A2
-2,815
0,440235
1
0,440235
10,36725
4,96
diferentes
A5-A2
-0,70072
0,027278
1
0,642385
0,642385
4,96
São iguais
Observa-se que pela fonte de variação posição do ângulo externo (B1) e posição do ângulo interno (B2) que há
influência nas medidas de indentação. Isto se explica devido haver maior concentração de tensões internas influenciadas
pelo processo de conformação e tem como conseqüência o surgimento de mais tensões residuais compressivas nas
bordas externas e trativas nas bordas do centro. O gráfico da Fig. (9) mostra o somatório das repetições por ângulo e
exibe o comportamento dos óleos em relação á posição das medidas dos ângulos internos (B2) e posição ângulos
externos (B1). Observa-se que em todas as posições, o óleo A1 tem o melhor comportamento em relação ao surgimento
de tensões residuais compressivas.
Os óleos A5 e A2 são iguais de acordo com a tabela do contraste. Pelo gráfico na fig. (9) observa-se o
comportamento do óleo A3 desconforme com os demais, apresenta menor valor de indentação o que o desqualifica em
relação aos demais.
HV
Figura 9. Comportamento dos óleos x medidas posição dos ângulos internos e externos
Em análise da interação entre as variáveis óleo (A) e ângulos (C), verifica-se que os óleos têm influência nas
medidas de indentação nos ângulos C1 e C2.
Pelo contraste entre A1C1-A1C2 verifica-se a condição de igualdade paras medidas de indentação, ou seja, seu
efeito nos ângulo não é diferenciado. Em contrapartida, existe desigualdade entre este óleo e os outros lubrificantes
para tomadas de medidas em relação aos ângulos.
Verifica-se a igualdade entre A2C1-A2C2, ou seja, para os dois ângulos, todos os lubrificantes em questão são
iguais. Condição semelhante entre A2C1-A4C2 e desigual entre as medidas entre os demais óleos.
A condição de igualdade verificada entre a variável A3C1-A3C2 não sendo possível mais esta condição.
De um modo geral, pode-se afirmar que a igualdade A5C1-A5C2, fica comprovada a semelhança existente entre
os óleos A5 e A2 que tem o mesmo comportamento de medidas entre os ângulos e se aceita a igualdade entre estes
óleos e os ângulos.
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Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas 2013
7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 20 a 24 de Maio de 2013. Penedo, Itatiaia - RJ
4. CONCLUSÃO
Pela Análise de variância e de microindentação, o óleo (A), a posição da medida (B) e a interação entre óleo e
ângulo (C) têm influência direta na tensão residual.
Os resultados da microindentação nos mostram que existem tensões residuais de compressão na região das
dobras D e H. Esta conclusão foi obtida considerando que a dureza aumentou nessas regiões comparadas com a dureza
do blank pelo ensaio de microindentação.
Os lubrificantes têm influência direta no resultado de dureza e posição. Considerando que a dureza exprime a
presença de tensões residuais nas amostras o fato de haver durezas diferentes dependendo do óleo utilizado no processo,
indica que há um óleo que proporcionara tensões mais favoráveis a resistência a fadiga. Este óleo de acordo com os
resultados é o Tirroil. Os óleos soja e milho têm comportamento igual com resultados obtidos bem próximos ao de
melhor rendimento.
5. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à FAPEMIG e a CAPES/CNPQ pelo apoio financeiro para realização da pesquisa. A FIAT
AUTOMÓVEIS por todo apoio técnico e material fornecido.
6. REFERÊNCIAS
Altan, T.; Oh, S. I.; Gegel, H. L., 1983, “Metal Forming: Fundamentals And Applications”. American Society for
Metals – ASM, Ohio, 353 p.
Altan, T.; Chandrasekharan, S.; Palaniswam, H.; Jain, N.; Ngaile, G. Evaluation of stamping lubricants at various
temperature levels using the ironing test. International Journal of Machine Tools and Manufacture, v. 45, issues 45, p. 379-388, April 2005.
Chiaverini, V., 1979, “Aços e Ferros Fundidos”. 4. edição da Associação Brasileira de Metais, São Paulo.
Dieter, G. E., 1981, “Metalurgia Mecânica”. 2. ed. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Dois. 653 p.
Godwin, D., 2004, “Lubricant Selection e Aplication”. Magazine Metal Forming, p. 32-34.
Klann, R., 2000, “Lubricants for High-Speed Stamping”. Magazine Metal Forming, p. 30-33.
Kobayashi, S.; Oh, S. I.; Altan, T., 1989, “Metal Forming and the Finite Element Method”. Oxford University Press.
Kren, L. A., 2004, “Give More Thought to Lube”. p. 50-53.
Trivett, B.; Elenteny, D.; Manfreda, J. Next Generation Synthetic Forming Fluids. Magazine Fabrication. April 2004.
Wekerma, M. C. C.; Aguiar, S., 1996, “Planejamento e Análise de Experimentos: Como Identificar e Avaliar as
Principais Variáveis Influentes em um Processo, Belo Horizonte: Fundação Christiano Ottoni, Escola de
Engenharia da UFMG.
7. DIREITOS AUTORAIS
Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho.
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7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO
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7 BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING
20 a 24 de maio de 2013 – Penedo, Itatiaia – RJ - Brasil
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May 20 to 24 , 2013 – Penedo, Itatiaia – RJ – Brazil
STUDY OF THE INFLUENCE OF LUBRICANT IN HARDNESS OF A
PIECE OF STEEL ELETROGALVANIZADO
Ana Paula Borges de Melo, [email protected]
Sávio Sade Tayer, [email protected]
Frederico Ozanan Neves, [email protected]
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Universidade federal de São João del Rei, Praça Frei Orlando, 170 - CEP: 36.307-352 - São João del-Rei – MG
Abstract. Stamping is a set of forming operations usually performed cold, in the region of plastic deformation of
materials by imposing a permanent deformation of a plate, with the goal of producing parts with certain forms. With
increasing demand and requirement of the consumer market, manufacturers are stamped increasingly seeking quality
and price. In this study, we investigated the influence of various oils used as lubricants in the stamping part of fenders
on an automobile. We evaluated a mineral oil suitable for industrial printing and four vegetable oils: corn oil, canola,
sunflower and soya. Specimens of steel plates eletrogalvanizado IF (Interstitial Free) were prepared with dimensions
of 69 mm x 113.5 mm and a thickness of 0.75 mm by a cold stamping tool for male-female type, tool steel H13, in a
hydraulic press with a capacity of 400 KN. The hardness of the specimen was measured using a microindentation
testing instrumented and residual stress were evaluated. The results of experimental tests were statistically analyzed
using Analysis of Variance. It was concluded by analysis of variance that all types of oil directly influence the outcome
of hardness part. Whereas the hardness expresses the presence of residual stresses in the fact of samples different
hardnesses depending on the type of oil used in the process indicates that there is an oil which provides more favorable
stress fatigue resistance. This oil according to the results is Tirroil Stamp. Vegetable oils of soybeans and corn showed
similar behavior with results very close to the best performance can perfectly replace it.
Keywords: stamping, steel eletrogalvanizado, hardness, residual stress.
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