Détection de l'apparition du grippage dans l'emboutissage d'alliages d'aluminium, partie I

Note de l'éditeur : Cette recherche est présentée en trois parties. La partie II rapportera les résultats pour les plaquettes en acier à outils D2 et deux types de revêtements de surface. La partie III discutera des résultats pour les inserts nitrurés et chromés dur D6510 et S0050A.

Le grippage est le soudage à froid de particules de tôle à la surface de la matrice d'emboutissage. Ce dépôt permanent se produit souvent lorsque des surfaces métalliques sont en contact et glissent les unes contre les autres.

Des chercheurs du Centre de fabrication et de matériaux avancés (CAMM) de l'Université d'Oakland 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 éviter le grippage lors de l'emboutissage de pièces structurelles en aluminium. Ils ont utilisé comme matériaux de matrice la fonte ductile D6510, l'acier moulé S0050A et l'acier à outils D2, ainsi que des inserts composés de trois matériaux testés, avec des quantités de lubrifiant et des traitements de surface généralement utilisés dans l'emboutissage.

Les chercheurs ont sélectionné une configuration de test simple, plat à plat, pour estimer la pression de contact moyenne correspondant à l'apparition du grippage lors de l'emboutissage d'une feuille d'aluminium AA5754 de 2,5 mm d'épaisseur. Deux inserts plats de matériau identique, de rugosité et de quantité de lubrification similaires, avec des surfaces de contact de 42 x 42 mm, ont été serrés ensemble dans le simulateur de cordon de tirage avec une force de serrage contrôlable (voir Figure 1). Les bandes testées mesuraient 600 mm de long et 50,8 mm de large. Dans cette configuration, les bandes étaient plus larges que les inserts testés. Etant donné que l'insert avait un rayon de 1,5 mm sur le bord, l'effet du bord du contact entre la bande et l'insert de matrice était moins prononcé.

Les bandelettes testées ont été tirées entre deux inserts serrés à 1 000 mm/min. pour tous les tests rapportés. La force de maintien a commencé à 13 kN, la force de maintien minimale possible du simulateur de billes de traction, et a augmenté jusqu'au niveau de force de serrage auquel un grippage a été observé. Si un matériau en feuille se déposait sur la surface de l'insert, les chercheurs enlevaient le dépôt avec du papier de verre grain 1 200, puis utilisaient de l'acétone pour éliminer la saleté et les particules.

Trois conditions de lubrification ont été comparées : huile de moulin 61AUS (50 mg/pi²), Drycote 2-90 (DC 2-90) et sèche sans lubrifiant. Un capteur NG2 a mesuré l'épaisseur de lubrification à six endroits de chaque côté de la zone de test des bandelettes.

Le grippage est souvent précédé de rayures sur la surface de la tôle, et les rayures et le grippage global peuvent être détectés en surveillant la courbe de force de traction/déplacement de glissement sur la machine d'essai. Si la force de traction reste presque constante pendant l'expérience, cela signifie qu'aucune résistance supplémentaire de la tôle testée ne s'est produite.

Tout en rapportant les résultats sur la force de traction et en détectant les changements sur la surface de contact, les chercheurs ont présenté les résultats sous la forme d'un coefficient de frottement moyen (COF), déterminé sur la base de la loi de frottement de Coulomb. Les forces de friction agissent des deux côtés d'une bande tirée entre deux inserts plats opposés, et le COF est calculé à l'aide de la formule µ = F₁/2F₂ (voir Figure 2).

Les chercheurs ont déterminé l'apparition du grippage en examinant les inserts et en mesurant la zone de grippage à l'aide d'un profilomètre Bruker. La figure 3 montre les deux inserts D6510 lorsque le grippage a été déterminé pour le lubrifiant DC2-90. Les dépôts sur le profil sont affichés en rouge. Notez que les dépôts de flan d’aluminium sur la surface de l’insert de matrice étaient plus fréquents plus près du bord de l’insert. Même si la bande était plus large que l'insert, il pourrait être plus facile d'extraire le lubrifiant de la surface de contact dans la zone proche du bord de l'insert.

Les chercheurs ont calculé le COF selon la formule en utilisant la force de traction mesurée par une cellule de pesée Instron et la force de serrage calculée à partir de la pression dans le cylindre hydraulique du simulateur de talon de traction. Les courbes COF des inserts D6510 avec lubrifiant DC2-90 sont présentées dans la figure 4. Dans l'ensemble, le COF était très faible avec le DC2-90, ce qui permet la formation de formes complexes et des emboutissages plus profonds. Une augmentation modérée du COF indique généralement des rayures sur la surface de la feuille, tandis qu'une augmentation rapide indique une initiation au grippage. Sur la figure 4, la courbe commence à monter à 70 kN de force.