Rilevazione dell'insorgenza di grippaggi nello stampaggio di leghe di alluminio, Parte II

FIGURA 1. L'area rossa a destra è l'area di deposito su un inserto D2 nudo testato con lubrificante 61AUS. Il profilo di quel deposito è mostrato a sinistra.

Nota dell'editore: I ricercatori dell'Oakland University Center of Advanced Manufacturing and Materials (CAMM) hanno recentemente condotto uno studio per determinare quale combinazione di materiale dello stampo, trattamento superficiale dello stampo e lubrificante fosse più favorevole per prevenire il grippaggio durante lo stampaggio di parti strutturali in alluminio. Questa ricerca è presentata in tre parti. La parte I riportava i risultati per i materiali per matrici D6510 e S0050A senza trattamenti superficiali. La Parte III discuterà i risultati relativi agli inserti D6510 e S0050A nitrurati e cromati a spessore.

L'obiettivo dei ricercatori era determinare l'insorgenza di grippaggi su inserti rivestiti in D2 nudo e carbonio simile al diamante (DLC) (Cr + CrN + aC:H:W + aC:H) a contatto con la lamiera di alluminio 5754 di 2,5 mm di spessore e per quantificare l'influenza della lubrificazione, della forza di contatto e della rugosità iniziale della superficie dello stampo. La struttura dello strumento è descritta in dettaglio nella sezione “Misurazione dell'attrito per lo stampaggio di UHSS”. La metodologia sperimentale è stata la stessa della Parte I.

I ricercatori hanno esaminato gli inserti e hanno effettuato misurazioni del profilo dell'area usurata utilizzando un profilometro Bruker. La Figura 1 mostra gli inserti D2 nudi quando è stato determinato il grippaggio per il lubrificante 61AUS, nonché il profilo del deposito mostrato sul lato sinistro. La zona rossa sul profilo è la zona del deposito.

La forza di trazione in questa configurazione di prova ha caratterizzato le forze di attrito applicate da entrambi i lati della lamiera tirata tra due inserti piatti fissati insieme con il simulatore del cordone. Il coefficiente di attrito (COF) è stato calcolato come rapporto tra la forza di trazione e la forza di bloccaggio raddoppiata tenendo conto di due superfici di attrito. La forza di bloccaggio è stata un valore costante durante il test, poiché era determinata dalla pressione nel cilindro idraulico del simulatore del tallone. Pertanto, la curva COF rispetto allo spostamento di scorrimento era proporzionale alla forza di trazione e ha fornito il valore COF sperimentale, che può essere applicato per la simulazione numerica come ulteriore vantaggio di questo studio.

La curva COF per una forza di bloccaggio di 55 kN con inserto D2 nudo lubrificato con olio di macinazione 61AUS è presentata nella Figura 2. Questa curva era uno dei modi possibili per determinare il grippaggio sugli inserti. L'aumento del COF proporzionale alla forza di trazione è il segno dell'inizio del grippaggio. Questo aumento può essere interpretato come un'ulteriore resistenza proveniente dall'area locale in cui una particella è saldata alla superficie dello stampo. Questa particella ha creato una resistenza locale ma piuttosto significativa al flusso del materiale lungo la superficie dell'inserto, creando una rientranza locale nella superficie del foglio, che ha lasciato un graffio sulla superficie della striscia testata parallelamente alla direzione di trazione. È stato osservato un leggero aumento della curva con una forza di serraggio di 50 kN che corrispondeva a 28 MPa di pressione di contatto media e indicava l'inizio del grippaggio. È stato osservato un aumento più evidente del COF con un ulteriore aumento della forza di bloccaggio.

I graffi sul campione di D2 nudo con lubrificante 61AUS sono illustrati nella Figura 3.

I test di D2 con rivestimento DLC con entrambi i lubrificanti non hanno evidenziato grippaggi e un basso COF. Nei test con 61AUS con forza di serraggio di 100 kN, la forza di trazione massima (15,8 kN) ha superato la soglia di snervamento del materiale in fogli (14,5 kN) misurata sperimentalmente in base alla prova di trazione delle strisce testate. Non è stato osservato alcun grippaggio negli inserti.

Per i test sugli inserti D2 rivestiti DLC utilizzando il lubrificante DC2-90, la forza di bloccaggio è stata aumentata fino a 200 kN, che è la forza massima possibile fornita dalla pompa idraulica. Non è stato osservato grippaggio negli inserti, anche se il COF è aumentato per forze più elevate.

L'unica condizione in cui è stato osservato grippaggio per l'acciaio D2 rivestito con DLC era la condizione asciutta senza lubrificante. L'inserto D2 con rivestimento DLC è mostrato dopo questo esperimento nella Figura 4. Il profilo del deposito è mostrato a destra e l'area rossa sul profilo è l'area del deposito.