RESUMO

A fissuração em matrizes de estampagem é uma falha crítica de fabricação causada principalmente por tensões excessivas, falhas no material, erros operacionais e má concepção da ferramenta. As principais causas incluem tensões compressivas localizadas que levam ao encruamento, a liberação de tensões internas no material e defeitos metalúrgicos na matriz ou na peça trabalhada. Lubrificação insuficiente, alinhamento inadequado dos equipamentos e geometria incorreta da matriz — como raios ou folgas inadequados — também são fatores significativos para a falha prematura da matriz.

Compreendendo a Diferença Crítica: Fissuração versus Ruptura

Antes de diagnosticar uma falha, é essencial distinguir entre trincamento e fissuração, pois suas causas raiz e soluções são fundamentalmente diferentes. Identificar incorretamente o modo de falha frequentemente leva a ações corretivas erradas e ineficazes. Embora ambas resultem em uma peça rejeitada, elas se originam de estados de tensão opostos.

Dividindo é uma falha por tração. Ocorre quando o metal é esticado além da sua capacidade máxima de alongamento. Esse processo é muitas vezes precedido por um afinamento visível do material conhecido como "estrangulamento". Pense nisso como puxar um pedaço de caramelo até que ele fique fino no meio e eventualmente se rompa. Em um processo de embutimento, a fissuração geralmente aparece como uma ruptura horizontal próxima ao raio do punção, onde o material foi esticado excessivamente. As soluções comuns envolvem aumentar o raio do punção, melhorar a lubrificação ou utilizar um material com melhores propriedades de alongamento.

Trinca , por outro lado, é uma falha compressiva. Resulta de uma compressão excessivamente localizada, o que faz com que o material fique excessivamente encruado e frágil em uma área específica. Conforme detalhado em uma análise por O Fabricante , este modo de falha resulta no metal na região da ruptura ficando mais espesso do que seu estado original. Rachaduras frequentemente aparecem como falhas verticais e são cada vez mais comuns em aços de alta resistência e aços inoxidáveis. Tentar corrigir uma rachadura com uma solução destinada a uma fissura só irá agravar o problema.

Para auxiliar no diagnóstico correto, considere estas diferenças principais:

Causas Relacionadas ao Material e Defeitos Inerentes

As propriedades físicas e químicas tanto da peça trabalhada quanto do próprio molde são fontes frequentes de trincas. Falhas originadas no material podem ser sutis, mas têm consequências significativas na produtividade e vida útil da ferramenta. Esses problemas podem ser amplamente categorizados em questões com o material bruto utilizado na conformação e defeitos no material de construção do molde.

Para a peça trabalhada, a seleção inadequada do material bruto é um dos principais responsáveis. Materiais com baixa plasticidade ou alto índice de encruamento a frio, como o aço inoxidável austenítico, são particularmente suscetíveis. Durante a deformação, esses materiais podem sofrer uma transformação de fase que induz uma estrutura martensítica frágil, tornando-os propensos a trincas, conforme explicado por especialistas da Kanou Mould . Além disso, imperfeições na superfície da barra, como rebarbas ou gretamento, podem interromper o fluxo suave do material para dentro da matriz, levando a fraturas, um problema comum destacado por Formação Precisa .

No que diz respeito à ferramenta, a qualidade do material da matriz é fundamental. Uma matriz feita de carboneto de má qualidade, por exemplo, pode levar a uma falha catastrófica. Uma análise detalhada de falhas em The Fabricator's Tube & Pipe Journal aponta defeitos metalúrgicos como porosidade decorrente de sinterização inadequada como causa principal. Quando o pó de carboneto não é adequadamente sinterizado, os componentes de tungstênio e cobalto não se combinam corretamente, reduzindo a integridade estrutural da matriz e sua capacidade de suportar as tensões de trefilação. Isso cria pontos fracos onde as trincas podem facilmente se iniciar e propagar.

Para mitigar essas falhas relacionadas ao material, várias estratégias são eficazes:

• Seleção de material: Escolha materiais com boa plasticidade e conformabilidade para a aplicação pretendida. Para materiais que encruem significativamente, planeje um processo de recozimento intermediário para restaurar a ductilidade.
• Controle de qualidade: Implemente uma inspeção rigorosa dos materiais brutos recebidos para verificar defeitos superficiais ou inconsistências na espessura.
• Especificação do Material da Matriz: Exija carboneto de alta qualidade, adequadamente sinterizado, ou outros aços-ferramenta apropriados de fornecedores confiáveis. Certifique-se de que o material da matriz seja adequado para as tensões envolvidas no embutimento dos materiais específicos da peça.

Falhas Operacionais: Tensões do Processo, Lubrificação e Alinhamento

Mesmo com materiais e projeto de matriz perfeitos, erros no próprio processo de embutimento são uma causa importante de trincas. Essas falhas operacionais muitas vezes decorrem da interação complexa entre tensão, fricção e configuração mecânica. Abordá-las requer monitoramento e controle cuidadosos do ambiente de fabricação.

Uma das causas mais fundamentais é a liberação de tensão interna . Conforme observado por várias fontes do setor, a tensão interna é um subproduto inevitável da fabricação de metais. Durante o processo de estampagem, essas tensões acumuladas são liberadas, o que pode se manifestar como rachaduras, às vezes imediatamente após a conformação ou mesmo após um período de armazenamento. Isso é particularmente verdadeiro para materiais com um alto índice de encruamento.

Lubrificação insuficiente é outra falha operacional crítica. Os lubrificantes formam uma película protetora entre a matriz e a peça, reduzindo o atrito e o calor. Quando essa película se degrada, ocorre contato metal com metal, levando a geração de grumos, aumento das forças de estampagem e, por fim, fraturas. A escolha do lubrificante é vital; para materiais desafiadores como o aço inoxidável, lubrificantes especiais, como filmes de PVDF, podem ser necessários para manter uma barreira eficaz.

Finalmente, desalinhamento mecânico pode introduzir tensões irregulares que causam falha prematura da matriz. Uma polia desgastada alimentando o fio em uma matriz em um ângulo incorreto, por exemplo, cria um padrão de desgaste inconsistente. Isso concentra tensões em pontos específicos dentro da matriz, levando ao desgaste localizado e ao aparecimento de rachaduras. Como mostrou um estudo de caso, o problema não era a matriz, mas a polia entalhada a montante que causava a desalinhamento.

Os operadores podem usar a seguinte lista de verificação para diagnosticar e prevenir falhas operacionais:

• Verificação de Lubrificação: Verifique se o sistema de lubrificação está funcionando corretamente e se o lubrificante apropriado para o material e processo está sendo utilizado.
• Verificação de Alinhamento: Inspeccione regularmente todos os componentes da mesa de tração, incluindo polias e guias, quanto ao desgaste e garanta o alinhamento adequado da peça na entrada da matriz.
• Controle de Parâmetros: Garanta que as velocidades de trefilação e as taxas de redução estejam dentro dos limites recomendados para o material em processo.
• Gestão de Tensões: Para materiais sujeitos a fissuração retardada, considere tratamentos térmicos de alívio de tensões o mais rapidamente possível após a conformação.

Projeto de matriz defeituoso e construção inferior

A qualidade do projeto e da construção da matriz de estampagem é fundamental para o seu desempenho e longevidade. Defeitos em qualquer uma dessas áreas podem criar concentrações de tensão e problemas de fluxo de material que levam diretamente à fissuração, independentemente da qualidade do material ou da precisão operacional. Uma matriz bem projetada facilita o fluxo suave do material, enquanto uma mal projetada atua contra esse fluxo.

Os defeitos de projeto mais comuns incluem geometria inadequada. Por exemplo, se os raios de punção e matriz forem muito pequenos (muito acentuados), podem restringir o fluxo do material para a cavidade da matriz, aumentando a tensão de tração e causando fraturas. Por outro lado, se o raio for muito grande, pode provocar ondulações. De acordo com CNstamping , a folga inadequada entre o punção e a matriz é outra causa frequente de rachaduras. Da mesma forma, um ângulo de aproximação insuficiente concentra a pressão de estampagem em uma área muito pequena, expulsando o lubrificante e levando ao gauling e à falha.

Uma construção de baixa qualidade pode comprometer até mesmo um design perfeito. O ajuste entre o inserto de metal duro e a carcaça de aço é essencial tanto para o suporte mecânico quanto para a dissipação de calor. Se o inserto não for totalmente suportado — por exemplo, devido a um diâmetro interno cônico na carcaça — ele não conseguirá suportar as forças de estampagem e irá rachar. A contração térmica adequada do inserto na carcaça é essencial para garantir a área máxima de contato, permitindo que a carcaça atue como um dissipador de calor e evite o superaquecimento do inserto.

Para evitar esses problemas, é fundamental associar-se a um fabricante de matrizes experiente e qualificado. Um especialista pode garantir que a ferramenta seja projetada e construída corretamente para a aplicação específica, levando em conta as propriedades do material, o ângulo de saída e as tensões operacionais. Por exemplo, especialistas como Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. utilizam simulações avançadas de CAE para otimizar o projeto da matriz e aproveitam uma sólida experiência em gerenciamento de projetos para fornecer ferramentas de alta qualidade e confiáveis para aplicações exigentes, como estampagem automotiva.

Os principais aspectos a considerar no projeto e construção da matriz incluem:

• Geometria Otimizada: Certifique-se de que raios, folgas e ângulos de aproximação sejam adaptados ao material específico e à geometria da peça.
• Suporte Adequado para Inserts: Utilize inserts retificados centrífugos e garanta que estejam totalmente apoiados na estrutura para maximizar a transferência de calor e a resistência mecânica.
• Fluxo de Material: Para barras fora do quadrado, considere projetos com cantos cônicos reentrantes para evitar que cantos vivos penetrem nas faces planas da matriz.
• Colaboração Especializada: Trabalhe em estreita colaboração com fornecedores de ferramentas para validar projetos e garantir a adoção de práticas de construção de alta qualidade.

Perguntas Frequentes

1. Qual é o motivo do bloco de matriz rachar durante o processo de conformação?

Um bloco de matriz pode rachar por várias razões, principalmente relacionadas à tensão e à integridade do material. As principais causas incluem a concentração de tensão decorrente de um projeto defeituoso da matriz ou desalinhamento, o que concentra uma força imensa em uma pequena área. Outro fator importante é a distribuição irregular de carbonetos no aço-ferramenta, criando pontos fracos. Por fim, altas temperaturas durante a operação podem reduzir a resistência do material ao trincamento, especialmente se a matriz não for adequadamente refrigerada.

2. O que causa rachaduras no metal?

A fissuração em metais é geralmente causada por tensões que excedem a resistência do material. Isso pode ocorrer de várias formas, incluindo sobrecarga mecânica devido a forças aplicadas (como em um processo de estampagem), tensões térmicas provocadas por aquecimento ou resfriamento rápido, tensões internas residuais provenientes de etapas anteriores de fabricação e fatores ambientais como corrosão, que enfraquecem o material ao longo do tempo. Defeitos no material, como porosidade ou inclusões, também atuam como pontos de início para fissuras.

3. O que causa a maioria das rachaduras na conformação de chapas metálicas?

Na conformação de chapas metálicas, a maioria das rachaduras é causada por deformação localizada excessiva. Isso ocorre frequentemente devido a uma folga inadequada entre matriz e punção, quando o espaço entre eles é muito pequeno, forçando o metal a cortar ou rachar. O mau alinhamento também pode criar tensões irregulares, levando à falha. Outra causa comum é o suporte ou fixação insuficientes do material, o que permite que a chapa se alongue de maneira desigual e exceda seu limite de alongamento, resultando em rasgos ou rachaduras.