DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE EMBUTIMENTO ERICHSEN DE UMA CHAPA DE AÇO
A conformação de chapas abrange operações, de cisalhamento e conformação, realizadas em peças metálicas de espessura muito inferior a demais dimensões. A estampagem é o processo de converter finas chapas metálicas em peças ou produtos, sem fratura ou concentração de micro-trincas. Ela é realizada pela combinação ou sequencia de operações básicas: corte, dobramento, embutimento e cunhagem. As ferramentas básicas são o punção e a matriz. Estampabilidade é a capacidade que a chapa metálica tem de adquirir à forma de uma matriz, pelo processo de estampagem sem se romper ou apresentar qualquer outro tipo de defeito de superfície ou de forma. A avaliação da estampabilidade de uma chapa metálica depende de muitos testes, tais como: ensaios simulativos (tipo Erichsen, Olsen, Fukui, etc.), ensaios de tração (obtendo-se o limite de escoamento e de resistência, a razão elástica, o alongamento total até a fratura, o coeficiente de encruamento, os coeficientes de anisotropia normal e planar), ensaios de dureza, medida da rugosidade do material, metalografia, etc. Ainda assim, a análise é incompleta, pois nas operações reais de estampagem ocorre uma combinação complexa de tipos de conformação. A estampabilidade torna-se função não somente das propriedades do material, mas também das condições de deformação e dos estados de tensão e de deformação presentes.
1. Construção da curva CLE A CLC é um gráfico da deformação principal maior no início da estricção plotado para todos os valores da deformação principal mínima que podem ser suportados. Na determinação da CLC, nenhum critério geral tem sido aceito. O mais comum é simular os estados de deformação desde a condição biaxial até a condição de tensão de tração uniaxial, por meio de corpos de prova adequadamente preparados. Nestes corpos de prova, imprimem-se redes de círculos ou quadrados, tangenciando-se mutuamente ou entrelaçandose, com dimensões rigorosamente determinadas. A figura abaixo é um exemplo deste tipo de rede.
Uma vez realizada a prensagem dos CPs, a rede de círculos deforma-se, convertendo-se em uma rede de elípses, função do estado de deformação dado. Após a deformação, existem três tipos de elípses possíveis, a saber: a. Tipo I: fraturada, ou seja, a fratura passa pela elípse; b. Tipo II: afetada pela fratura ou estriccionada; c. Tipo III: aceitável (a elipse encontra-se fora da área estriccionada ou fraturada).
Com um projetor de perfil, analisador de imagem ou mesmo com uma régua impressa em material adequado (por exemplo, papel de transparência para retroprojetor), fazem-se as medidas dos eixos maior e menor da elípse onde iniciou-se a estricção. Sejam D1 e D2 estes valores, respectivamente. Se D0 é o valor do diâmetro original da rede de círculos, as duas deformações principais maior e menor, no plano da chapa, são dadas pelas equações abaixo, respectivamente:
É comum ter-se razoável espalhamento dos resultados, necessitandose assim de um tratamento estatístico dos mesmos. Isto implica na necessidade de fazer-se um número razoável de réplicas de um mesmo ensaio. Algumas das possíveis causas de espalhamento dos resultados são mostradas a seguir: imprecisão no desenho da rede; imprecisão no método adotado de medida das deformações; anisotropia da chapa metálica. Ao se fazer a leitura do círculo distorcido (elípse), há ainda um erro que é devido ao fato de se usar o eixo óptico fora da perpendicular à superfície da chapa. Este erro pode ser evitado, quando se usa uma folha de réplica, onde é impressa a rede de círculos distorcidos, fazendo-se então uma leitura nesta folha de réplica. Quanto à dispersão causada pela anisotropia da chapa, pode-se eliminá-la fazendo com que a maior dimensão de todos os CPs tenha o mesmo ângulo com a direção de laminação do material, por exemplo, 0, 45 ou 90°. Assim, a seqüência de passos para a determinação da CLC é a seguinte: a. Deve-se estampar um CP de cada tipo de "blank", até que a fratura ocorra ou, segundo outro critério, como o início da estricção; b. Determinam-se as deformações principais e1 e e2,conforme as equações apresentadas, juntamente com os procedimentos recomendados acima; c. Traça-se a curva de e1 versus e2, obtendo-se assim a CLC para o início da estricção. A resistência à deformação através da espessura de uma chapa era medida por R, que é a razão de deformação plástica entre sua largura e sua espessura. O fator R mede a anisotropia normal. Um alto valor de R significa que a chapa oferece grande resistência a se deformar plasticamente na direção da espessura (direção normal ao plano da chapa).
onde w0/w são as larguras inicial e final e h0 e h as espessuras inicial e final. Uma vez que em chapas finas as medidas de espessura tornam-se dificultadas, a equação pode ser reescrita usando-se a relação de volume constante.
Como a maioria das chapas laminadas apresenta variação das propriedades elásticas e plásticas com a orientação no plano da chapa, é comum se expressar esta anisotropia plana por R, que é a média dos parâmetros R tomados em diferentes ângulos em relação à direção de laminação da chapa.
A melhor maneira de se entender o papel desempenhado por R no embutimento é através de um diagrama que apresenta o lugar geométrico dos limites de escoamento. Precisamos relacionar os estados de tensões no lugar preferencial de ruptura na parede do copo e na orla (flange) com este diagrama. Nas operações de estiramento uniaxial e biaxial, a estricção localizada acontece para as condições especificadas abaixo:
2. Avaliação da estampabilidade direta Ensaio de Erichesen No teste Erichsen a chapa é fixada entre dois aros metálicos enquanto que um punção, geralmente esférico, é pressionado contra a chapa até que esta se frature. O parâmetro medido é a profundidade do abaulamento que se forma na chapa antes da ruptura. Neste teste a chapa é submetida principalmente a um estiramento. No entanto, a maioria das operações práticas de conformação de chapas fornecem uma combinação de estiramento biaxial e embutimento. Corpos de prova para o Ensaio Erichsen: o corpo de prova, como já mencionado tem formato de um disco , com diâmetro de 90mm. A espessura nominal da chapa para o teste pode variar entre 0,2 mm e 2 mm para as dimensões apresentadas na figura . Existem também dispositivos capazes de ensaiar chapas com espessura nominal até 5mm.
A chapa a ser ensaiada é presa entre uma matriz e um anel de fixação, que tem por finalidade impedir que o material deslize para dentro da matriz. Depois que a chapa é fixada, um punção aplica uma carga que força a chapa a se abaular até que a ruptura aconteça. No caso do ensaio de embutimento Erichsen o punção tem cabeça esférica de 20 mm de diâmetro e a carga aplicada no anel de fixação que prende a chapa é de cerca de 1.000 kgf.
Um relógio medidor de curso, graduado em décimos de milímetro, fornece a medida da penetração do punção na chapa. O resultado do ensaio é a medida da profundidade do copo formado pelo punção no momento da ruptura.
