Em virtude da complexidade das operações de estampagem de chapas, as simples medidas de propriedades mecânicas obtidas pelo ensaio de tração são de valor limitado. Assim, foram desenvolvidos alguns ensaios simulativos para avaliar a estampabilidade das chapas metálicas.
Destacam-se no presente texto os ensaios Erichsen e Olsen. Deve-se entretanto enfatizar que existem inúmeros ensaios para a avaliação da estampabilidade, a maioria deles não padronizada. As variantes entre os diversos métodos são basicamente as diferenças entre formas de punções e corpos de prova.
Os corpos de prova, usualmente referenciados como “blanks” podem ter forma circular, elíptica, quadrada ou retangular.
Os punções ( ou estampos) também podem ter várias formas e dimensões.
Ensaio Erichsen
O ensaio Erichsen (mais utilizado na Europa e Japão) consiste em estirar um corpo de prova em forma de disco até o surgimento de uma ruptura incipiente, medindo-se então a profundidade do copo assim formado. Esta profundidade, expressa em milímetros, representa o índice de ductilidade Erichsen (IE).
O disco de chapa é inicialmente fixado entre a matriz e o anel de sujeição com carga de 1.000 kgf. O estampo tem formato esférico com diâmetro de 20mmm. A cabeça do estampo é lubrificada (normalmente com uma graxa grafitada termo-resistente). O ensaio submete a peça primeiramente a um estiramento biaxial, e o resultado obtido é influenciado pela espessura da chapa.
Corpos de prova para o Ensaio Erichsen: o corpo de prova, como já mencionado tem formato de um disco , com diâmetro de 90mm. A espessura nominal da chapa para o teste pode variar entre 0,2 mm e 2 mm para as dimensões apresentadas na figura . Existem também dispositivos capazes de ensaiar chapas com espessura nominal até 5mm.
Ensaio Olsen
O ensaio Olsen (mais utilizado nos Estados Unidos) difere do Erichsen apenas quanto às dimensões do estampo que tem cabeça esférica com 22 mm (7/8 pol) de diâmetro. O corpo de prova tem forma de disco e é fixado entre matrizes em forma de anel com 25 mm (1 pol) de diâmetro interno. Durante o teste são medidas continuamente a carga e a altura do copo.
O índice de ductilidade Olsen é dado pela altura do copo, em milésimos de polegada, no momento em que a carga começa a cair.
Corpos de prova para o Ensaio Olsen: o corpo de prova tem formato de disco com diâmetro de 95mm. A espessura nominal da chapa para o ensaio Olsen é limitada a 1,57 mm (0,062 pol) devido à folga entre o estampo e as matrizes.
Observações sobre as características dos testes Erichsen e Olsen
- A velocidade do estampo deve ficar entre 0,08 e 0,4 mm/s . O fim do teste corresponde ao ponto de queda da carga, causado pela estricção da chapa. Se a máquina de teste não for equipada com um indicador de carga, o ponto final do teste é definido pelo aparecimento da estricção ou pela fratura do corpo de prova na região do domo.
- Sob as mesmas condições o ensaio Erichsen fornece maior ductilidade que o Olsen, devido à diferente dimensão do estampo. Para idênticos materiais, em cada ensaio a medida da ductilidade aumenta de modo aproximadamente linear com a espessura.
- Além do índice de ductilidade, esses ensaios fornecem indicações qualitativas sobre a granulação do material e, a partir da localização e do aspecto da trinca formada, pode-se obter informações sobre a homogeneidade, o fibramento mecânico, defeitos locais, etc.
- Em teoria os testes Olsen e Erichsen são estiramentos puramente biaxiais. Desta forma deveriam se correlacionar com parâmetros de estiramento, especialmente o coeficiente de encruamento n . Os dados de teste entretanto mostram bastante dispersão, devido à fricção entre a superfície do estampo e o corpo de prova. A correlação entre os valores de diferentes testes pode ser melhorada quando se usa um sistema de lubrificação padronizado. A norma ASTM E643 estabelece o uso de vaselina de petróleo no estampo e admite outros sistemas como lâmina de polietileno combinada com óleo, desde que haja acordo entre fornecedor e consumidor.
Aspectos críticos dos testes Erichsen e Olsen
- Os parâmetros de teste não são suficientemente definidos. Estes parâmetros incluem a determinação do ponto final do teste, procedimentos de lubrificação, sujeição adequada do corpo de prova e controle de velocidade. Por exemplo, se os dispositivos de sujeição não engastam adequadamente as bordas do corpo de prova, o material flui para a cavidade da matriz de estampagem, aumentando a altura do domo na qual ocorre a falha.
- O pequeno diâmetro do estampo pode introduzir um componente de flexão quando a razão entre o raio do estampo e a espessura da chapa for inferior a 10-15 . Pode-se então dizer que o componente de flexão aparece para espessuras de chapa maiores do que 1mm, alterando o estado de tensões e deformações.
- Uma área relativamente pequena da chapa metálica sob investigação é avaliada para cada teste.
- Freqüentemente são necessárias correções dos valores obtidos nos teste para que seja possível a comparação de chapas de diferentes espessuras do mesmo material.
Principais Normas para os testes
ABNT
NBR5902 (mod.11/1980) - Determinação do índice de embutimento em chapas de aço pelo método Erichsen - Aplica-se a chapas de aço de espessura nominal entre 0,3 e 5,0 mm.
Outras
ASTM
E643-84(2000) Standard Test Method for Ball Punch Deformation of Metallic Sheet Material – Cobre a padronização dos parâmetros do teste Olsen. É aplicável a chapas de espessuras entre 0,008” e 0,80” (0,2mm e 2,0 mm).
ISO
ISO 20482(2003) -Metallic materials -- Sheet and strip -- Erichsen cupping test - aplica-se a chapas de espessuras entre 0,1 e 2,0 mm.
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