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

Nota dell'editore: questa ricerca è presentata in tre parti. La Parte II riporterà i risultati per gli inserti in acciaio per utensili D2 e ​​due tipi di rivestimenti superficiali. La Parte III discuterà i risultati relativi agli inserti D6510 e S0050A nitrurati e cromati a spessore.

Il grippaggio è la saldatura a freddo di particelle di lamiera sulla superficie dello stampo. Questo deposito permanente si verifica spesso quando le superfici metalliche sono in contatto e scivolano l'una contro l'altra.

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. Hanno utilizzato come materiali per lo stampo la ghisa duttile D6510, l'acciaio fuso S0050A e l'acciaio per utensili D2, insieme a inserti di tre materiali testati, con quantità di lubrificante e trattamenti superficiali tipicamente utilizzati nello stampaggio.

I ricercatori hanno selezionato una semplice configurazione di prova da piatto a piatto per stimare la pressione di contatto media corrispondente all'insorgenza di grippaggio durante lo stampaggio di fogli di alluminio AA5754 di 2,5 mm di spessore. Due inserti piatti di materiale identico e con rugosità e quantità di lubrificante simili con superfici di contatto di 42 x 42 mm sono stati fissati insieme nel simulatore del tallone con una quantità controllabile di forza di serraggio (vedere Figura 1). Le strisce testate erano lunghe 600 mm e larghe 50,8 mm. In questa configurazione le strisce erano più larghe degli inserti testati. Poiché l'inserto aveva un raggio di 1,5 mm sul bordo, l'effetto del bordo di contatto tra la striscia e l'inserto della matrice era meno pronunciato.

Le strisce testate sono state tirate tra due inserti bloccati a 1.000 mm/min. per tutti i test riportati. La forza di tenuta è iniziata a 13 kN, la forza di tenuta minima possibile del simulatore del tallone, ed è aumentata fino al livello della forza di serraggio al quale è stato osservato il grippaggio. Se il materiale in fogli si depositava sulla superficie dell'inserto, i ricercatori rimuovevano il deposito con carta vetrata a grana 1.200, quindi utilizzavano acetone per rimuovere sporco e particelle.

Sono state confrontate tre condizioni di lubrificazione: olio di mulino 61AUS (50 mg/ft²), Drycote 2-90 (DC 2-90) e secco senza lubrificante. Un sensore NG2 ha misurato lo spessore del lubrificante in sei posizioni su ciascun lato dell'area di prova delle strisce.

Il grippaggio è spesso preceduto da graffi sulla superficie della lamiera, e graffi e grippaggi complessivi possono essere rilevati monitorando la curva di forza di trazione/spostamento di scorrimento sulla macchina di prova. Se durante l'esperimento la forza di trazione rimane pressoché costante, significa che non si è verificata alcuna resistenza aggiuntiva da parte della lamiera testata.

Riportando i risultati sulla forza di trazione e rilevando i cambiamenti sulla superficie di contatto, i ricercatori hanno presentato i risultati sotto forma di coefficiente di attrito medio (COF), determinato in base alla legge di attrito di Coulomb. Le forze di attrito agiscono su entrambi i lati di una striscia tirata tra due inserti piatti opposti e il COF viene calcolato utilizzando la formula µ = F₁/2F₂ (vedere Figura 2).

I ricercatori hanno determinato l'insorgenza del grippaggio esaminando gli inserti e misurando l'area del grippaggio utilizzando un profilometro Bruker. La Figura 3 mostra entrambi gli inserti D6510 quando è stato determinato il grippaggio per il lubrificante DC2-90. I depositi sul profilo sono mostrati in rosso. Si noti che i depositi di alluminio grezzo sulla superficie dell'inserto dello stampo erano più comuni più vicino al bordo dell'inserto. Anche se la striscia era più larga dell'inserto, spremere il lubrificante dalla superficie di contatto potrebbe essere più semplice nell'area vicina al bordo dell'inserto.

I ricercatori hanno calcolato il COF secondo la formula utilizzando la forza di trazione misurata da una cella di carico Instron e la forza di serraggio calcolata dalla pressione nel cilindro idraulico del simulatore di tirante. Le curve COF per gli inserti D6510 con lubrificante DC2-90 sono presentate nella Figura 4. Nel complesso, il COF era molto basso con DC2-90, che consente la realizzazione di forme complicate e imbutiture più profonde. Un aumento moderato del COF solitamente indica graffi sulla superficie della lastra, mentre un aumento rapido indica l'inizio del grippaggio. Nella Figura 4, la curva inizia a salire a 70 kN di forza.