Detección de la aparición de irritación en el estampado de aleaciones de aluminio, Parte III

Aug 08, 2023

Nota del editor: Investigadores del Centro de Materiales y Fabricación Avanzada de la Universidad de Oakland (CAMM) realizaron recientemente un estudio para determinar qué combinación de material de matriz, tratamiento de superficie de matriz y lubricante era más favorable para prevenir el desgaste al estampar piezas estructurales de aluminio para automóviles. Esta investigación se presenta en tres partes. La Parte I informó los resultados de los materiales para troqueles 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 la aparición de excoriación de insertos D6510 y S0050A nitrurados y cromados duros en contacto con una 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 la fricción para estampado 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 aplicación de lubricante.

El inicio del irritamiento se determinó examinando los insertos y tomando medidas del perfil del área del irritamiento usando un perfilómetro Bruker. Para los insertos de cromo duro D6510, la Figura 1 muestra el desgaste con lubricante DC2-90 y la Figura 2 muestra el desgaste 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 provocaron irritación severa en los insertos.

Los rayones fueron otro signo de desgaste en las inserciones de cromo duro D6510. La Figura 3 muestra raspaduras 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 cierto 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 rendimiento en términos del umbral de excoriación, apareciendo depósitos solo con 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 de COF se mantuvieron estables, con un aumento menor a 200 kN, que corresponde al inicio de la abrasión a 113 MPa de presión de contacto promedio.

Las presiones de contacto promedio a las que se inició el desgaste en esta serie de experimentos se muestran en la Figura 7. La rugosidad promedio de los insertos antes de la prueba 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, el irritamiento comenzó a 28 MPa de presión de contacto promedio con 50 mg/pie2 de 61-AUS, a 113 MPa con DC2-90 y a 7 MPa sin aplicar lubricante.

Para los insertos nitrurados S0050A, el irritamiento comenzó a 23 MPa de presión de contacto promedio con 50 mg/pie2 de 61-AUS, a 34 MPa con DC2-90 y a 7 MPa sin aplicar lubricante.

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

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

Para los insertos de cromo duro S0050A, el desgaste 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 irritación más alto se logró con insertos nitrurados con lubricante DC2-90. Estos insertos tenían la mayor rugosidad antes de la prueba, lo que podría haber ayudado a atrapar el lubricante en la superficie y aumentar el umbral de irritación.

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 las inserciones probadas; 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.