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

Aug 08, 2023

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 automobilistiche 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 II ha presentato uno studio sull'acciaio per utensili D2 nudo e rivestito DLC.

I ricercatori hanno deciso di determinare l'insorgenza del grippaggio degli inserti D6510 e S0050A nitrurati e cromati a spessore a contatto con la lamiera di alluminio 5754 di 2,5 mm di spessore e di quantificare l'influenza della lubrificazione, della forza di contatto e della ruvidità 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.

Hanno confrontato tre condizioni di lubrificazione: Ferrocote 61A-US, Drycote 2-90 (DC2-90) e nessun lubrificante applicato.

L'insorgenza del grippaggio è stata determinata esaminando gli inserti e misurando il profilo dell'area di grippaggio utilizzando un profilometro Bruker. Per gli inserti con cromatura dura D6510, la Figura 1 mostra il grippaggio con il lubrificante DC2-90, mentre la Figura 2 mostra il grippaggio senza l'applicazione di lubrificante. In entrambe le figure il profilo del deposito è mostrato sul lato destro; il contorno rosso sul profilo è la zona di deposito. Le condizioni asciutte hanno provocato gravi grippaggi sugli inserti.

I graffi erano un altro segno di usura sugli inserti cromati duri D6510. La Figura 3 mostra i graffi senza l'applicazione di lubrificante. La Figura 4 mostra i test con il lubrificante DC2-90 e il conseguente rapido aumento della curva del coefficiente di attrito (COF) per una forza di bloccaggio di 100 kN, che corrisponde a 57 MPa di pressione di contatto media. Sono stati osservati alcuni graffi sul foglio con forze di serraggio inferiori; a 60 kN la curva COF mostra una crescita meno significativa, anche se si notano ancora effetti indesiderati.

L'inserto nitrurato D6510 con lubrificante DC2-90 ha mostrato ottime prestazioni in termini di soglia di grippaggio, con la comparsa di depositi solo con una forza di tenuta di 200 kN, che corrispondeva a 113 MPa. La superficie di questo inserto è mostrata in Figura 5 insieme ad un profilo di deposito, con l'area di deposito delineata in rosso. La Figura 6 mostra che le curve COF erano stabili, con un aumento minore a 200 kN, che corrisponde all'inizio del grippaggio a 113 MPa di pressione di contatto media.

Le pressioni di contatto medie alle quali si è verificato il grippaggio in questa serie di esperimenti sono mostrate nella Figura 7. La ruvidità media pre-test degli inserti è indicata da punti corrispondenti a ciascun gruppo di inserti. La rugosità iniziale pre-test era di 348 nm per D6510 nitrurato, 179 nm per S0050A nitrurato, 149 nm per D6510 cromato e 142 nm per S0050A cromato.

Per gli inserti nitrurati D6510, il grippaggio è iniziato a 28 MPa di pressione di contatto media con 50 mg/ft.2 di 61-AUS, a 113 MPa con DC2-90 e a 7 MPa senza lubrificante applicato.

Per gli inserti nitrurati S0050A, il grippaggio è iniziato a 23 MPa di pressione di contatto media con 50 mg/ft.2 di 61-AUS, a 34 MPa con DC2-90 e a 7 MPa senza lubrificante applicato.

Per gli inserti con cromatura dura D6510, il grippaggio è iniziato a 17 MPa di pressione di contatto media con 50 mg/ft.2 di 61-AUS, a 57 MPa con DC2-90 e a 7 MPa senza lubrificante applicato.

FIGURA 1. L'area del deposito su un inserto cromato duro D6510 testato con lubrificante DC2-90 è delineata in rosso e profilata a destra.

Per gli inserti S0050A con cromatura dura, il grippaggio è iniziato a 11 MPa di pressione di contatto media con 50 mg/ft.2 di 61-AUS, a 11 MPa con DC2-90 e a 7 MPa senza lubrificante applicato.

Come mostrato, la soglia di grippaggio più alta è stata raggiunta con inserti nitrurati con lubrificante DC2-90. Questi inserti presentavano la ruvidità più elevata prima del test, il che potrebbe aver contribuito a intrappolare il lubrificante sulla superficie e ad aumentare la soglia di grippaggio.

Questo progetto di ricerca è stato finanziato in parte dal Consiglio per la ricerca automobilistica degli Stati Uniti con il contributo di Novelis Corp., che ha fornito 5754 bobine in lega di alluminio; Teikuro Corp., che ha eseguito rivestimenti con cromo duro degli inserti testati; Sun Steel Treating, che ha eseguito la nitrurazione degli inserti degli utensili; e Quaker-Houghton, che ha fornito lubrificanti e raccomandazioni tecniche per l'applicazione dei lubrificanti.