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May 15, 2023

Detección del inicio de excoriación en el estampado de aleaciones de aluminio, Parte III

Nota del editor: Investigadores del Centro de Fabricación y Materiales Avanzados de la Universidad de Oakland (CAMM) realizaron recientemente un estudio para determinar qué combinación de material de troquel, tratamiento de superficie de troquel y lubricante era más favorable para prevenir la excoriación al estampar piezas estructurales de automóviles de aluminio. Esta investigación se presenta en tres partes. La Parte I informó los resultados para los materiales de matriz D6510 y S0050A sin tratamientos superficiales. La Parte II presentó un estudio de acero para herramientas D2 desnudo y recubierto con DLC.

Los investigadores se propusieron determinar el inicio de la excoriación de los insertos D6510 y S0050A nitrurados y cromados duros en contacto con la lámina de aluminio 5754 de 2,5 mm de espesor y cuantificar la influencia de la lubricación, la fuerza de contacto y la rugosidad inicial de la superficie del troquel. El diseño de la herramienta se describe en detalle en "Medición de fricción para estampación de UHSS". La metodología experimental fue la misma que en la Parte I.

Compararon tres condiciones de lubricación: Ferrocote 61A-US, Drycote 2-90 (DC2-90) y sin aplicar lubricante.

El inicio de la excoriación se determinó examinando los insertos y tomando medidas del perfil del área de excoriación usando un perfilómetro Bruker. Para los insertos de cromo duro D6510, la figura 1 muestra la excoriación con lubricante DC2-90 y la figura 2 muestra la excoriación sin aplicar lubricante. En ambas figuras, el perfil del depósito se muestra del lado derecho; el contorno rojo en el perfil es el área de depósito. Las condiciones secas dieron como resultado una severa excoriación en los insertos.

El rayado fue otra señal de desgaste en las inserciones de cromo duro D6510. La figura 3 muestra el rayado sin aplicar lubricante. La figura 4 muestra pruebas con lubricante DC2-90 y el rápido aumento resultante en la curva del coeficiente de fricción (COF) para una fuerza de sujeción de 100 kN, que corresponde a 57 MPa de presión de contacto promedio. Se observó algo de rayado de la lámina con fuerzas de sujeción más bajas; a 60 kN, la curva COF muestra un crecimiento menos significativo, aunque todavía se observan efectos indeseables.

El inserto nitrurado D6510 con lubricante DC2-90 mostró un gran desempeño en términos del umbral de excoriación, con depósitos que aparecieron solo a una fuerza de sujeción de 200 kN, que correspondía a 113 MPa. La superficie de este inserto se muestra en la Figura 5 junto con un perfil de depósito, con el área de depósito delineada en rojo. La figura 6 muestra que las curvas COF se mantuvieron estables, con un aumento menor a 200 kN, lo que corresponde al inicio de la excoriación a 113 MPa de presión de contacto promedio.

Las presiones de contacto promedio a las que se inició la excoriación en esta serie de experimentos se muestran en la Figura 7. La rugosidad promedio previa a la prueba de los insertos se indica mediante puntos correspondientes a cada grupo de insertos. La rugosidad inicial previa a la prueba fue de 348 nm para D6510 nitrurado, 179 nm para S0050A nitrurado, 149 nm para D6510 cromado y 142 nm para S0050A cromado.

Para los insertos nitrurados D6510, la excoriación comenzó a 28 MPa de presión de contacto promedio con 50 mg/pie2 de 61-AUS, a 113 MPa con DC2-90 ya 7 MPa sin aplicar lubricante.

Para los insertos nitrurados S0050A, la excoriación comenzó a 23 MPa de presión de contacto promedio con 50 mg/ft2 de 61-AUS, a 34 MPa con DC2-90 ya 7 MPa sin aplicar lubricante.

Para los insertos de cromo duro D6510, la excoriación comenzó a 17 MPa de presión de contacto promedio con 50 mg/pie2 de 61-AUS, a 57 MPa con DC2-90 ya 7 MPa sin aplicar lubricante.

FIGURA 1. El área de depósito en un inserto de cromo duro D6510 probado con lubricante DC2-90 está delineado en rojo y perfilado a la derecha.

Para los insertos de cromo duro S0050A, la excoriación comenzó a 11 MPa de presión de contacto promedio con 50 mg/pie2 de 61-AUS, a 11 MPa con DC2-90 y a 7 MPa sin aplicar lubricante.

Como se muestra, el umbral de excoriación más alto se logró con insertos nitrurados con lubricante DC2-90. Estos insertos tenían la rugosidad más alta antes de la prueba, lo que podría haber ayudado a atrapar el lubricante en la superficie y aumentar el umbral de excoriación.

Este proyecto de investigación fue financiado en parte por el Consejo de Investigación Automotriz de los Estados Unidos con contribuciones de Novelis Corp., que proporcionó bobinas de aleación de aluminio 5754; Teikuro Corp., que realizó recubrimientos de cromo duro de insertos probados; Sun Steel Treating, que realizó la nitruración de insertos de herramientas; y Quaker-Houghton, que proporcionó lubricantes y recomendaciones técnicas para la aplicación de lubricantes.

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