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

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'estampage de pièces structurelles automobiles 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 II a présenté une étude de l'acier à outils D2 nu et revêtu de DLC.

Les chercheurs ont cherché à déterminer le début du grippage des inserts nitrurés et chromés durs D6510 et S0050A en contact avec une tôle d'aluminium 5754 de 2,5 mm d'épaisseur et à 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.

Ils ont comparé trois conditions de lubrification : Ferrocote 61A-US, Drycote 2-90 (DC2-90) et aucun lubrifiant appliqué.

Le début du grippage a été déterminé en examinant les inserts et en prenant des mesures de profil de la zone de grippage à l'aide d'un profilomètre Bruker. Pour les inserts chromés durs D6510, la figure 1 montre le grippage avec le lubrifiant DC2-90, et la figure 2 montre le grippage sans application de lubrifiant. Dans les deux figures, le profil du gisement est représenté sur le côté droit ; le contour rouge sur le profil est la zone de dépôt. Des conditions sèches ont entraîné un grave grippage des inserts.

Les rayures étaient un autre signe d'usure sur les inserts chromés durs D6510. La figure 3 montre le grattage sans application de lubrifiant. La figure 4 montre des tests avec le lubrifiant DC2-90 et l'augmentation rapide résultante de la courbe du coefficient de frottement (COF) pour une force de serrage de 100 kN, ce qui correspond à 57 MPa de pression de contact moyenne. Certaines rayures de la feuille ont été observées à des forces de serrage inférieures; à 60 kN, la courbe COF montre une croissance moins importante, même si des effets indésirables sont toujours observés.

L'insert nitruré D6510 avec le lubrifiant DC2-90 a montré de grandes performances en termes de seuil de grippage, avec des dépôts n'apparaissant qu'à 200 kN d'effort de maintien, ce qui correspond à 113 MPa. La surface de cet insert est illustrée à la figure 5 avec un profil de dépôt, la zone de dépôt étant délimitée en rouge. La figure 6 montre que les courbes COF étaient stables, avec une légère augmentation à 200 kN, ce qui correspond à l'initiation du grippage à 113 MPa de pression de contact moyenne.

Les pressions de contact moyennes auxquelles le grippage a commencé dans cette série d'expériences sont présentées sur la figure 7. La rugosité moyenne pré-test des inserts est indiquée par des points correspondant à chaque groupe d'inserts. La rugosité initiale du pré-test était de 348 nm pour le D6510 nitruré, de 179 nm pour le S0050A nitruré, de 149 nm pour le D6510 chromé et de 142 nm pour le S0050A chromé.

Pour les inserts nitrurés D6510, le grippage a commencé à 28 MPa de pression de contact moyenne avec 50 mg/ft.2 de 61-AUS, à 113 MPa avec DC2-90 et à 7 MPa sans application de lubrifiant.

Pour les inserts nitrurés S0050A, le grippage a commencé à 23 MPa de pression de contact moyenne avec 50 mg/ft.2 de 61-AUS, à 34 MPa avec DC2-90 et à 7 MPa sans application de lubrifiant.

Pour les inserts chromés durs D6510, le grippage a commencé à 17 MPa de pression de contact moyenne avec 50 mg/ft.2 de 61-AUS, à 57 MPa avec DC2-90 et à 7 MPa sans application de lubrifiant.

FIGURE 1. La zone de dépôt sur une plaquette chromée dure D6510 testée avec le lubrifiant DC2-90 est délimitée en rouge et profilée à droite.

Pour les inserts chromés durs S0050A, le grippage a commencé à 11 MPa de pression de contact moyenne avec 50 mg/ft.2 de 61-AUS, à 11 MPa avec DC2-90 et à 7 MPa sans application de lubrifiant.

Comme indiqué, le seuil de grippage le plus élevé a été atteint avec des inserts nitrurés avec du lubrifiant DC2-90. Ces inserts avaient la rugosité la plus élevée avant le test, ce qui aurait pu aider à piéger le lubrifiant sur la surface et à augmenter le seuil de 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 ; Teikuro Corp., qui a réalisé des revêtements de chrome dur sur des inserts testés ; Sun Steel Treating, qui a effectué la nitruration des inserts d'outils ; et Quaker-Houghton, qui a fourni des lubrifiants et des recommandations techniques pour l'application de lubrifiants.