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May 19, 2023

Détection du grippage dans l'emboutissage des alliages d'aluminium, partie II

FIGURE 1. La zone rouge à droite est la zone de dépôt sur un insert D2 nu

FIGURE 1. La zone rouge à droite est la zone de dépôt sur une plaquette D2 nue testée avec du lubrifiant 61AUS. Le profil de ce gisement est présenté à gauche.

Note de l'éditeur : Des chercheurs du Centre de fabrication et de matériaux avancés de l'Université d'Oakland (CAMM) ont récemment mené une étude pour déterminer quelle combinaison de matériau de matrice, de traitement de surface de matrice et de lubrifiant était la plus favorable pour prévenir le grippage lors de l'emboutissage de pièces structurelles en aluminium. Cette recherche est présentée en trois parties. La partie I a rapporté les résultats pour les matériaux de matrice D6510 et S0050A sans traitement de surface. La partie III discutera des résultats pour les inserts nitrurés et chromés durs D6510 et S0050A.

L'objectif des chercheurs était de déterminer le début du grippage des inserts revêtus de D2 nu et de carbone semblable au diamant (DLC) (Cr + CrN + aC:H:W + aC:H) en contact avec une feuille d'aluminium 5754 de 2,5 mm d'épaisseur et de quantifier l'influence de la lubrification, de la force de contact et de la rugosité initiale de la surface de la matrice. La conception de l'outil est décrite en détail dans "Mesurer le frottement pour l'emboutissage d'UHSS". La méthodologie expérimentale était la même que dans la première partie.

Les chercheurs ont examiné les inserts et pris des mesures de profil de la zone de grippage à l'aide d'un profilomètre Bruker. La figure 1 montre les inserts D2 nus lorsque le grippage a été déterminé pour le lubrifiant 61AUS, ainsi que le profil du dépôt illustré sur le côté gauche. La zone rouge sur le profil est la zone du gisement.

La force de traction dans cette configuration d'essai caractérise les forces de frottement appliquées des deux côtés de la feuille tirée entre deux inserts plats serrés ensemble avec le simulateur de cordon de traction. Le coefficient de frottement (COF) a été calculé comme un rapport de la force de traction et de la force de serrage doublée tenant compte de deux surfaces de frottement. La force de serrage était une valeur constante pendant le test, car elle était entraînée par la pression dans le cylindre hydraulique du simulateur de cordon de traction. Par conséquent, la courbe COF en fonction du déplacement par glissement était proportionnelle à la force de traction et a fourni la valeur expérimentale du COF, qui peut être appliquée à la simulation numérique comme avantage supplémentaire de cette étude.

La courbe COF pour une force de serrage de 55 kN avec une plaquette D2 nue lubrifiée avec de l'huile de moulin 61AUS est présentée à la figure 2. Cette courbe était l'une des façons possibles de déterminer le grippage sur les plaquettes. L'augmentation du COF proportionnelle à la force de traction est le signe de l'initiation du grippage. Cette augmentation peut être interprétée comme une résistance supplémentaire de la zone locale où une particule est soudée à la surface de la matrice. Cette particule a créé une résistance locale mais assez importante au flux de matière le long de la surface de l'insert en créant une empreinte locale dans la surface de la feuille, ce qui a laissé une rayure sur la surface de la bande testée parallèlement à la direction de traction. Une légère élévation de la courbe a été observée à une force de serrage de 50 kN, ce qui correspondait à une pression de contact moyenne de 28 MPa et indiquait un début de grippage. Une augmentation plus évidente du COF a été observée avec une augmentation supplémentaire de la force de serrage.

Les rayures sur l'échantillon de D2 nu avec le lubrifiant 61AUS sont illustrées à la figure 3.

Les tests de D2 avec revêtement DLC avec les deux lubrifiants n'ont montré aucun grippage et un faible COF. Pour les tests avec 61AUS à une force de serrage de 100 kN, la force de traction maximale (15,8 kN) a dépassé le seuil d'élasticité du matériau en feuille (14,5 kN) mesuré expérimentalement sur la base du test de traction des bandes testées. Aucun grippage n'a été observé dans les inserts.

Pour les tests d'inserts D2 revêtus de DLC utilisant le lubrifiant DC2-90, la force de serrage a été augmentée jusqu'à 200 kN, ce qui est la force maximale possible fournie par la pompe hydraulique. Aucun grippage n'a été observé dans les inserts, même si le COF a augmenté pour des forces plus élevées.

La seule condition dans laquelle un grippage a été observé pour l'acier D2 revêtu de DLC était la condition sèche sans lubrifiant. L'insert D2 avec revêtement DLC est montré après cette expérience sur la figure 4. Le profil de dépôt est montré sur la droite, et la zone rouge sur le profil est la zone de dépôt.

La figure 5 résume le niveau moyen du seuil de grippage de la pression de contact corrélé à la rugosité des inserts avant le test, qui était de 358 nm pour les inserts D2 nus et de 71 nm pour l'acier à outils D2 revêtu de DLC. Pour les inserts D2 nus avec 50 mg/ft.2 de 61AUS, le grippage a commencé à 28 MPa de pression de contact moyenne ; pour les inserts D2 nus avec DC2-90, le grippage a débuté à 51 MPa de pression moyenne de contact ; et pour l'état sec, il a commencé à 7 MPa de pression moyenne de contact. Pour le D2 revêtu de DLC avec 50 mg/ft.2 de lubrifiants 61AUS et DC2-90, aucun grippage n'a été observé dans toute la gamme des pressions de contact. Pour l'état sec, le grippage a commencé à 11 MPa de pression de contact moyenne. Cela indique que le fait d'avoir un revêtement DLC sur la base D2 et de l'avoir très bien poli offre une résistance supérieure contre le grippage.

Ce projet de recherche a été financé en partie par le United States Council for Automotive Research avec des contributions de Novelis Corp., qui a fourni une bobine en alliage d'aluminium 5754 ; Ionbond LLC, qui a réalisé des revêtements d'inserts testés ; et Quaker-Houghton, qui a fourni des lubrifiants et des recommandations techniques pour l'application.