A influência da geometria da ferramenta, de parâmetros de processo e do material das chapas na união por clinching

Abstract

Resumo: Na indústria metal mecânica em geral existe a necessidade constante de unir componentes feitos de chapas metálicas. Existem diversas maneiras de fazer a união mecânica dessas chapas, algumas desmontáveis como as feitas por parafusos, porcas e pinos, e outras permanentes como as feitas por solda, colagem adesiva e rebite. Além desses métodos mais tradicionais, existe um que vem ganhando espaço na indústria, principalmente automobilística, que é a união por clinching. O clinching é um método de união de chapas por meio da deformação plástica local, sem uso de nenhum elemento adicional de união, apenas por meio da ação de um punção que exerce uma força contra uma matriz. Neste trabalho o processo de clinching foi estudado por meio de experimentos práticos e também por simulação computacional usando método de elementos finitos. Em uma primeira parte foi estudada a influência de diferentes geometrias, parâmetros de processo e parâmetro de ferramenta na resistência de juntas unidas por clinching. Posteriormente foi realizado um estudo prático com o intuito de comparar seus resultados com resultados obtidos por simulação computacional. Foi feito também levantamento metalográfico e de dureza na região da seção da junta, para analisar o comportamento da microestrutura nessa região. Foi possível observar que a geometria da ferramenta de clinching e a escolha dos parâmetros de processo influência m na resistência da junta unida. Ferramentas de simulação por elementos finitos são úteis do ponto de vista econômico e de tempo na definição da geometria da ferramenta e no planejamento do processo por apresentar resultados similares aos experimentos práticos e evitar a manufatura de diferentes ferramentas e a realização de diversos experimentos. A metalografia dos materiais na região da junta revelou um grande alongamento nos grãos e um fluxo bastante complexo do material preenchendo a cavidade da matriz e produzindo o entrosamento entre as chapas. Nessa região os grãos se encruaram e a dureza aumentou consideravelmente.

Abstract: In the metalworking industry in general there is a constant need to unite made of sheet metal components. There are several ways to make the mechanical connection of these plates, some demountable as those made by screws, nuts, studs, and other permanent as those made by welding, adhesive glue and rivet. In addition to these more traditional methods, there is one that is becoming more popular in the industry, especially the automobile, which is marriage by clinching. The clinching is a method of joining sheets by local plastic deformation, without using any additional member joining only by virtue of the action of a punch against a die. In this work the clinching process was studied through practical experiments and also by computer simulation using the finite element method. In a first portion was studied the influence of different geometry and process parameters and tool resistance joints joined by clinching. Later we conducted a case study in order to compare their results with results obtained by computer simulation. It was also made metallographic and hardness survey in the section of the joint region to analyze the microstructure of behavior in this area. It was observed that the geometry of the clinching tool and the choice of the process parameters influencing the joined joint strength. Simulation tools for finite elements are useful from an economic point of view and time the tool geometry definition and process planning to present similar results to practical experiments and prevent the manufacture of different tools and conducting various experiments. The metallography of the material in the joint region revealed a large stretch in grains and flow rather complex material filling the cavity of the matrix and producing the meshing between the plates. In this region the grains strain hardening and hardness increased considerably.