Metodologia para previsão dos modos de falha na conformação de chapas metálicas com revestimento polimérico

Abstract

Resumo: A indústria dos eletrodomésticos produz diversas peças estéticas a partir de chapas metálicas. No processo tradicional, estas peças estéticas recebem a aplicação de uma pintura de acabamento após serem estampadas. Por sua vez, a conformação destas mesmas peças estéticas, mas a partir de chapas metálicas com revestimento polimérico aplicado ainda na bobina, apresenta diversas vantagens em relação ao processo tradicional, destacando-se a redução das emissões de compostos orgânicos voláteis e de resíduos perigosos classe 1, além das maiores produtividade e eficiência energética, e consequentemente um melhor custo total. Em contrapartida, este revestimento precisa resistir às tensões e às deformações, induzidas para a conformação da chapa, sem que ocorram modos de falha característicos do revestimento como microtrincas, ruptura, perda de brilho, formação de riscos, deplacagem e delaminação. Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia, de aplicação prática na indústria, para a realização de ensaios experimentais para a caracterização do comportamento da chapa metálica com revestimento polimérico quando submetida aos diversos modos de deformação, permitindo assim o seu modelamento matemático em um programa comercial de elementos finitos, Autoform. A caracterização do revestimento foi realizada através de sucessivos ensaios de Nakajima modificado e combinado com ensaios de vida acelerada. Foram utilizados critérios de falha devidamente relacionados com os modos de falha do revestimento. Por fim, a ocorrência destas falhas foi correlacionada com as deformações principais críticas, obtidas em toda a superfície dos corpos de prova através dos sistema ARGUS para medição das deformações em peças estampadas. Foram então determinadas as curvas limite conformação do revestimento (CLC-r). Adotando esta CLC-r como critério de falha na simulação numérica realizada no Autoform, foi possível prever o comportamento do revestimento durante a conformação. A utilização da metodologia apresentada neste trabalho demonstrou-se bastante eficaz na previsão dos modos de falhas do revestimento para peças de geometria complexa, o que permitirá aos futuros usuários desta metodologia, propor ações corretivas efetivas para prevenir a ocorrência destes modos de falha ainda na fase de desenvolvimento do produto e do processo, bem como sugerir modificações da chapa metálica e seu revestimento para atingir um melhor grau de conformabilidade.

Abstract: The home appliance industry produces various aesthetic parts from metallic sheets. In the typical process approach, these aesthetic parts are painted after being stamped. Conversely, the forming of such aesthetic parts but from sheet metal with a polymer coating previously applied to the coil, exhibits many advantages when compared to the conventional approach, highlighting the reduction of emissions of volatile organic compounds and class one hazardous waste, in addition to greater productivity and energy efficiency, and consequently a better total cost. On the other hand, this coating needs to withstand to the stress and strain induced in the sheet metal forming, without the occurrence of failure modes associated to the coating, such as microcracks, film tearing, gloss loss, scratching, peeling-off and delamination. This study aimed to develop a methodology, applicable in the industry, to perform experimental tests to characterize the behavior of polymer coated sheet metal when submitted to different modes of deformation, thus allowing its mathematical modeling by a finite element commercial code. The characterization of the coating was carried out through successive modified Nakajima tests and combined with accelerated life tests. Failure criteria, properly related to the coating failure modes, were used. Finally, the occurrence of these failures was correlated with the major/ minor critical strains, obtained in the surface of the specimens using the ARGUS system for strain measuring in stamped parts. The coating forming limit curves (c-FLC) were then determined. By adopting this c-FLC as the failure criteria in the numerical simulation performed in Autoform, it was possible to predict the behavior of the coating during the forming operation. The use of the methodology presented in this study proved to be quite effective in predicting coating failure modes for parts with complex geometry. This will allow future users of this methodology to propose effective corrective actions to prevent the occurrence of these failure modes in the product and process development stage, as well as suggesting modifications to the sheet metal and its coating to achieve a better formability grade.