Estudo da expansão de furos e estampabilidade de chapas de aço multifásico CPW800
Resumo
Resumo: Na estampagem de chapas pré-furadas é comum a geração de trincas nas bordas de furos que foram submetidos à expansão durante o processo de estampagem. Aços avançados de alta resistência (AHSS) laminados à quente podem facilmente nuclear trincas em regiões superficiais nas bordas dos furos expandidos devido aos métodos de processamento que foram empregados para furar as chapas. A capacidade de um furo ser expandido não é dependente somente da ductilidade do material. A qualidade superficial da parede do furo, bem como o seu diâmetro são de extrema importância na sua razão de expansão. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a expansão de furos puncionados por processo inovador de puncionamento com brochamento, bem como a conformabilidade de chapas de aço multifásico CPW800 empregando diferentes cargas de prensa-chapas. Para desenvolvimento do estudo foi definida a seguinte metodologia: ensaios de puncionamento com duas geometrias distintas de punção inovador (tipo 1 e tipo 2), uma geometria clássica de punção (tipo 3) e três folgas distintas entre punção e matriz (1%, 3% e 5% da espessura da chapa) para definir a melhor combinação entre punção e matriz em termos de qualidade superficial dos furos. Ensaios de Nakazima para avaliar a estampabilidade do aço foram conduzidos empregando-se cargas de prensa-chapas distintas, sendo estas de 1002, 401 e 300,6 kN. Ensaios de expansão de furos com punção hemisférico e com punção reto foram realizados para determinar a razão de expansão de furos puncionados que apresentaram os melhores resultados quanto à qualidade superficial dos furos. Pelos resultados obtidos, verificou-se que o punção inovador "tipo 1" e a matriz com a folga de 1% da espessura da chapa proporcionaram os melhores resultados em termos de cilindricidade, circularidade e qualidade superficial dos furos. Comparações entre curvas limite de conformação obtidas a partir de ensaios de Nakazima realizados com as diferentes cargas de prensa-chapas indicaram que a conformabilidade do aço estudado diminuiu com a diminuição da carga no prensa-chapas. Os ensaios de expansão de furos permitiram constatar que capacidade máxima de expansão de um furo de 10 mm puncionado em chapa 1,6 mm pelo processo de puncionamento com brochamento foi em torno de 50% do diâmetro inicial do furo. As seguintes conclusões podem ser apresentadas: Ocorre diminuição da conformabilidade do aço devido à nucleação de trincas nos furos puncionados, trincas as quais são causadas pelo estiramento das bordas dos furos. A carga no prensa-chapas tem influência direta na conformabilidade do aço CPW800 de forma que diminuição gradativa da carga no prensa-chapas reduz a capacidade do material estirar. Portanto, o ajuste adequado da carga no prensa-chapas na estampagem do aço multifásico CPW800 é primordial para que produtos estampados por embutimento e estiramento sejam manufaturadas de forma satisfatória. Abstract: In the punched blanks stamping the crack generation at the hole edges is very common when holes are expanded during the forming. Advanced high strength steels - AHSS can easily crack in the surface regions because the processing methods applied to bore the blanks. The hole expansion capacity is not dependent only the material ductility. The hole surface quality and it's diameter are extremely important on hole expansion ratio. The aim of this study was to evaluate the punched hole expansion and formability of multiphase CPW800 sheet steel under different blank-holder loads. The study was realized according the following experimental methodology: punching tests using two innovative punchs with punching and broaching combo geometries (type 1 and type 2) and punching tests using a classical punch geometry (type 3) were performed considering three distinct clearances between punch and die (1%, 3 % and 5% of the sheet thickness). All the punchings were accomplished to define the best combination between punch and die in terms of the surface hole quality. Nakazima tests to evaluate the steel drawability were performed under three different blank holder loads which were 1002, 401 and 300.6 kN. Hole expansions tests with a hemispherical punch and a flat punch were performed to find out the hole expansion ratio of the best holes punched. Results shown the punch "type 1" and the die with clearance 1% provided the best results in terms of roundness, cylindricity and hole surface quality. Forming limit curves defined from Nakazima's tests performed with different blank holder loads shown the CPW800 formability droop when the blank holder load was reduced. Hole expansion tests shown the maximum expansion of 10 mm holes punched was increased around 50% comparing with the original hole diameter. The following conclusions are presented in this study: due to crack nucleation on the holes punched the CPW800 steel had its formability decreased. Cracks were caused by stretching of hole edges. The blank holder load had a direct influence on the CPW800 formability and the gradual decrement of blank holder load reduced the CPW800 stretchability. Thus, a proper adjustment of the blank holder load is necessary in the CPW800 sheet metal forming. The correct blank holder load in draw and stretch sheet metal allows manufacture products with satisfactory quality.
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