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Tipo do documento: Dissertação
Título: Avaliação do aumento da resistência à abrasão do ferramental de estampagem com folhas metálicas
Autor: Augusto, Arnaldo 
Primeiro orientador: Vatavuk, Jan
Primeiro membro da banca: Couto, Antonio Augusto
Segundo membro da banca: Andrade, Arnaldo Homobono Paes de
Resumo: O desgaste é o fator que causa a maior parte das falhas e a redução na vida útil de ferramentas de conformação, além de resultar em produtos com condições superficiais intoleráveis. A crescente demanda da indústria por menores custos, maior produtividade e melhor qualidade estão entre as justificativas para que se busquem maneiras de incrementar o desempenho nos ferramentais de conformação (punções, matrizes, relevos e extratores). Neste contexto, o trabalho teve como objetivo avaliar superfícies projetadas para resistência ao desgaste, observando características necessárias para seu uso em ferramentas de conformação a frio. O foco na resistência ao desgaste se deve ao fato que ao fazer ranhuras na ferramenta, a mesma deve ser retirada para polimento, afiação e correção do raio, reduzindo sua vida útil. Para isso, fez-se um estudo comparativo de caracterização e comportamento ao desgaste abrasivo de dois tipos de aço o AISI D6 e o S790 Microclean®. O aço AISI D6 é produzido por metalurgia convencional, tendo sido temperado e revenido para faixa de dureza HRC 60-62, não recebendo nenhum tratamento a posteriori. A liga S790 Microclean® é um aço sinterizado e produzido por HIP (prensagem isostática a quente), com microestrutura inicial temperada e revenida para a dureza na faixa de HRC 61-63. Esta liga recebeu tratamento superficial em duas etapas, inicialmente nitretação gasosa de baixa pressão, seguido da aplicação de um revestimento de AlCrN (nitreto de cromo e alumínio) pelo processo de deposição física de vapor assistida por plasma. A esta tecnologia dá-se o nome de processo Duplex. O processo de estampagem utilizou como matéria prima a folha metálica cromada utilizada na fabricação de tampas para embalagens de vidro. A folha cromada consiste de uma “folha” laminada de aço de baixo teor de carbono, com deposição de cromo pelo processo eletrolítico. Esta superfície não possui grande resistência à corrosão, mas é muito resistente a sulfuração apresentando excelente aderência a certos vernizes e comparada a folha de flandres é de menor custo para produtos de baixa acidez como por exemplo tampas metálicas para potes de vidro para ervilhas e legumes em geral. Inicialmente foi testado o aço VF800AT fornecido em estado recozido, para comparação ao aço AISI D6. O aço VF800AT é aplicado em ferramentas para estampagem, prensagem, extrusão, corte, rolos laminadores de rosca, conformação a frio e todas as aplicações de processamento de materiais abaixo de 250°C, especialmente à temperatura ambiente, onde estejam envolvidas elevadas tensões. O aço VF800AT tem uma composição química especialmente desenvolvida para proporcionar boa resistência ao desgaste associada à elevada tenacidade. Tem elevada temperabilidade, podendo ser temperado ao ar ou em óleo, inclusive com aquecimento em forno a vácuo. Em comparação aos aços da série D o VF800AT é menos propenso a trincas induzidas por usinagem ou processo de eletroerosão, pois graças a seu menor teor de carbono e cromo, apresenta carbonetos primários menores e em fração volumétrica mais reduzida. Esta liga foi submetida ao tratamento térmico de têmpera dentro da faixa 1.020ºC à 1.040ºC, seguida de dois revenimentos de uma hora na temperatura de 520ºC. Na sequência foi realizada nova usinagem para correções dimensionais, seguido de aplicação de revestimento através do processo PVD (Physical Vapor Deposition). Nesta etapa de fabricação constatou-se que o aço VF800AT não apresentava boa estabilidade dimensional variando em torno de 0,015mm, após o tratamento térmico e depois de um período de uma semana em operação o revestimento apresentou trincas e começou a ceder e desplacar, ficando inviável a utilização desta liga nesta aplicação. Para atingir o objetivo em termos de desempenho das ferramentas, foi necessário um material no qual houvesse boa adesão do revestimento escolhido, além de uma elevada estabilidade dimensional, pois a cada afiação o material é submetido a 450℃ para nova aplicação do revestimento PVD. A opção foi o aço S790 Microclean®, aço fabricado por sinterização, com alta resistência ao desgaste e tenacidade, resistência à compressão e que tivesse uma boa estabilidade dimensional, conseguida com o ciclo térmico de têmpera e revenimento empregado neste estudo. A escolha deste material levou em conta também problemas operacionais como presença de fuligens ou corpos estranhos aderidos a folha metálica, com grande potencial para a geração de riscos no produto acabado. O aumento da dureza superficial da ferramenta foi conseguido através de aplicação de revestimento pelo processo PVD bem aderido à superfície nitretada. A nitretação seguida de deposição pelo processo PVD, leva o nome de duplex, sendo que a maior dureza da camada nitretada em relação ao metal base faz com que diminua a diferença de dureza entre a camada depositada e seu substrato. O punção de S790 Microclean® se mostrou eficaz para o objetivo pretendido, reduzindo o desperdício de produção que era de ± 10 horas em um período de 24 horas, para ± 1 hora em um período de 16 horas e o número de peças defeituosas que era 0,3% da produção (± 1.600) para 0,1% (±620), a manutenção preventiva dos punções passou de bimestral para semestral e a mão de obra para classificação dos produtos não conforme também foi reduzida em torno de 38%.
Abstract: Wear is the factor that causes most faults and reduces the life of forming tools, as well as resulting in products with intolerable surface conditions. The increasing demand of the industry for lower costs, higher productivity and better quality are among the justifications for finding ways to increase performance in forming tools (punches, dies, reliefs and extractors). In this context, the objective of this work was to evaluate surfaces designed for wear resistance, observing characteristics necessary for their use in cold forming tools. The focus on wear resistance is due to the fact that when making grooves in the tool, it must be removed for polishing, edging and radius correction, reducing its life. For this, a comparative characterization and behavior study was performed on the abrasive wear of two types of steel: AISI D6 and S790 Microclean®. AISI D6 steel is produced by conventional metallurgy, having been tempered and tempered to HRC 60-62 hardness range, receiving no further treatment. The S790 Microclean® alloy is sintered and produced by HIP (hot isostatic pressing), with initial microstructure tempered and annealed for hardness in the range of HRC 61-63. This alloy received surface treatment in two stages, initially low pressure gaseous nitriding, followed by the application of a coating of AlCrN (chromium and aluminum nitride) by the process of physical deposition of plasma assisted steam. This technology is called the Duplex process. The stamping process used as a raw material the chromium foil used in the manufacture of caps for glass packaging. The chromium sheet consists of a laminated "sheet" of low carbon steel, with chromium deposition by the electrolytic process. This surface does not have a high resistance to corrosion, but is very resistant to sulphuration with excellent adherence to certain varnishes and compared to tinplate is lower cost for products of low acidity such as metal caps for glass pots for peas and vegetables in general. Initially the VF800AT steel supplied in annealed state was tested for comparison to AISI D6 steel. The VF800AT steel is applied in tools for stamping, pressing, extrusion, cutting, thread rolling rolls, cold forming and all material processing applications below 250°c, especially at room temperature, where they are High tensions are involved. The VF800AT Steel has a chemical composition specially developed to provide good wear resistance associated with high toughness. It has high temperability and can be tempered in air or in oil, including heating in a vacuum furnace. Compared to the D-series steels, the VF800AT is less prone to cracks induced by machining or EDM process, because thanks to its lower carbon and chromium content, it has smaller primary carbides and a lower volumetric fraction. This alloy was subjected to heat treatment of tempering within the range 1,020 º C to 1,040 º C, followed by two tempers of 1 hour at the temperature of 520 º C. Subsequently, a new machining was performed for dimensional corrections, followed by coating application through the PVD (Physical Vapor Deposition) process. In this stage of manufacture it was found that the VF800AT steel did not present good dimensional stability varying around 0, 015mm, after the heat treatment and after a period of one week in operation the coating presented cracks and began to yield and Unfeasible to use this alloy in this application. To achieve the objective in terms of the performance of the tools, it was necessary a material in which there was good adhesion of the chosen coating, in addition to a high dimensional stability, because with each sharpening the material is subjected to 450 ℃ for new application of the PVD coating. The option was the steel S790 Microclean®, steel manufactured by sintering, with high resistance to wear and toughness, compressive strength and that had good dimensional stability, achieved with the thermal cycle of quench and tempering employed in this Study. The choice of this material also took into account operational problems such as the presence of black soots or foreign bodies adhered to the sheet metal, with great potential for the generation of risks in the finished product. The increased surface hardness of the tool was achieved by applying coating by the PVD process well adhered to the nitreted surface. The nitriding followed by deposition by the PVD process, carries the duplex name, and the higher hardness of the nitreted layer in relation to the base metal makes it decrease the hardness difference between the deposited layer and its substrate. The puncture of S790 Microclean® proved to be effective for the intended purpose, reducing the production waste that was ± 10 hours in a period of 24 hours, for ± 1 hour in a period of 16 hours and the number of defective parts that was 0.3% of the production (± 1,600) to 0 1% (± 620), preventive maintenance of punctures went from bimonthly to semiannual and the labor for classification of non-conforming products was also reduced by around 38%.
Palavras-chave: folha metálica
revestimento duplex
desgaste abrasivo
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Presbiteriana Mackenzie
Sigla da instituição: UPM
Departamento: Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Programa: Engenharia de Materiais e Nanotecnologia
Citação: AUGUSTO, Arnaldo. Avaliação do aumento da resistência à abrasão do ferramental de estampagem com folhas metálicas. 2019. 68 f. Dissertação( Engenharia de Materiais e Nanotecnologia) - Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://tede.mackenzie.br/jspui/handle/tede/3840
Data de defesa: 14-Fev-2019
Aparece nas coleções:Mestrado Profissional - Engenharia de Materiais

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