Ensaios medem conformação do metal

Estampabilidade de materiais metálicos é a capacidade que uma chapa tem para ser conformada à forma de uma matriz, pelo processo de estampagem, sem se romper ou apresentar qualquer outro tipo de defeito superficial ou de forma. A análise da estampabilidade de chapas é significativa tanto para o usuário do material em uma planta de estamparia como para o fabricante da chapa.

A avaliação da estampabilidade de uma chapa metálica exige que sejam executados muitos testes. Entre estes estão os ensaios simulativos, tais como Erichsen e Olsen. Os ensaios simulativos consistem basicamente em estirar um corpo de prova de forma definida até que os primeiros sinais de ruptura apareçam. 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.

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. Por isso que estes ensaios simulativos foram desenvolvidos, de forma a avaliar a estampabilidade das chapas metálicas.

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 mil kgf. O estampo tem formato esférico com diâmetro de 20 mm. 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.

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Os corpos de prova para o Ensaio Erichsen tem formato de um disco, com diâmetro de 90 mm. A espessura nominal da chapa para o teste pode variar entre 0,2 mm e 2 mm para as dimensões apresentadas na figura abaixo. Existem também dispositivos capazes de ensaiar chapas com espessura nominal até 5 mm.

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, a carga e a altura do corpo são medidas continuamente.

O índice de ductilidade Olsen é dado pela altura do copo, em milésimos de polegada, no momento em que a carga começa a cair. O corpo de prova tem formato de disco com diâmetro de 95 mm. 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.

Em ambos os testes 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, o Erichsen fornece maior ductilidade que o Olsen, devido à diferente dimensão do estampo. Para materiais idênticos, 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, entre outras características.

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. 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.

Entre os aspectos críticos dos testes Erichsen e Olsen está o fato de que os parâmetros 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.

Frequentemente são necessárias correções dos valores obtidos nos teste para que seja possível a comparação de chapas de diferentes espessuras do mesmo material.