RESUMO

A griagem em estampagem é uma forma destrutiva de desgaste adesivo, muitas vezes chamada de "soldagem a frio", na qual a ferramenta e a peça se fundem em nível microscópico devido ao atrito excessivo e ao calor. A prevenção exige uma abordagem de engenharia multifacetada, em vez de uma solução rápida única. As três principais linhas de defesa são: otimizar o projeto da ferramenta aumentando a folga entre punção e matriz em zonas de espessamento (como cantos de embutimento), selecionar materiais de ferramenta diferentes (como Bronze de Alumínio) para quebrar a afinidade química, e aplicar revestimentos avançados como TiCN ou DLC somente após o polimento perfeito da superfície. Ajustes operacionais, como o uso de lubrificantes de Alta Pressão (EP) e redução da velocidade da prensa, atuam como medidas finais complementares.

A Física da Griagem: Por que a Soldagem a Frio Ocorre

Para prevenir o galling, deve-se primeiro compreender que ele é fundamentalmente diferente do desgaste abrasivo. Enquanto o desgaste abrasivo é como lixar madeira com papel abrasivo grosso, o galling é um fenômeno de desgaste adesivo ocorre quando as camadas protetoras de óxido nas superfícies metálicas se rompem sob a imensa pressão da prensa de estampagem. Quando isso acontece, o metal quimicamente ativo "virgem" da peça entra em contato direto com o aço-ferramenta.

Em nível microscópico, as superfícies nunca são perfeitamente lisas; consistem em picos e vales conhecidos como asperezas. Sob alta tonelagem, essas asperezas se entrelaçam e geram calor intenso localizado. Se os dois metais possuem afinidade química—como o aço inoxidável e o aço-ferramenta D2, que ambos contêm altas quantidades de cromo—eles podem se ligar atomicamente. Esse processo é conhecido como migração superfície-superfície ou soldagem a frio . À medida que a ferramenta continua a se mover, essas ligações soldadas cisalham, arrancando pedaços de material da superfície mais macia e depositando-os sobre a ferramenta mais dura. Esses depósitos, ou "gretas", então atuam como arados, causando riscos catastróficos nas peças subsequentes.

Primeira Linha de Defesa: Projeto e Geometria da Matriz

O equívoco mais comum na indústria é acreditar que revestimentos podem corrigir qualquer problema de desgaste. No entanto, especialistas do setor alertam que, se a causa raiz for mecânica, aplicar um revestimento simplesmente "encobre o problema". O principal responsável mecânico é muitas vezes a insuficiência de folga entre Punção e Matriz , particularmente em peças profundamente embutidas.

Na estampagem profunda, a chapa metálica sofre uma compressão no plano à medida que flui para dentro da cavidade da matriz, o que faz com que o material naturalmente espesseça. Se o projeto da matriz não levar em conta esse aumento de espessura—especialmente nas paredes verticais dos cantos da estampagem—o folga desaparece. A matriz acaba "prendendo" o material, gerando picos elevados de fricção que nenhum lubrificante consegue superar. De acordo com MetalForming Magazine , uma medida preventiva crítica é usinar uma folga adicional (geralmente 10–20% da espessura do material) nessas zonas de espessamento.

Para produções complexas, como braços de controle ou subquadros automotivos, prever essas zonas de espessamento exige engenharia sofisticada. É nesse ponto que a parceria com fabricantes especializados se torna uma vantagem estratégica. Empresas como Shaoyi Metal Technology utilize análises avançadas de CAE e protocolos certificados pela IATF 16949 para incorporar essas folgas no projeto da matriz, garantindo que a estampagem automotiva em alta produção permaneça livre de gaulas desde o primeiro golpe.

Outro fator geométrico é a direção do polimento os fabricantes de matrizes devem polir as seções da matriz paralelo na direção do movimento de corte ou embutimento. O polimento cruzado deixa ranhuras microscópicas que atuam como limas abrasivas contra a peça, acelerando a ruptura da película lubrificante.

Ciência dos Materiais: A Estratégia de "Metais Dissimilares"

Ao estampar aço inoxidável ou ligas de alta resistência, a escolha do aço-ferramenta é crítica. Um modo comum de falha envolve o uso de aço-ferramenta D2 para estampar aço inoxidável. Como o D2 contém aproximadamente 12% de cromo e o aço inoxidável também depende do cromo para resistência à corrosão, os dois materiais apresentam uma alta "compatibilidade metalúrgica". Eles tendem a grudar um no outro.

A solução é utilizar metais Dissimilares para quebrar essa afinidade química. Para aplicações severas de galling, materiais de bronze especializados, especificamente Bronze de alumínio , são frequentemente superiores aos aços-ferramenta convencionais. Embora o Bronze de Alumínio seja mais macio que o aço, possui excelente lubrificação e condutividade térmica, e, crucialmente, não adere por soldagem a frio em substratos ferrosos. O uso de insertos ou buchas de Bronze de Alumínio em áreas de alto atrito pode eliminar o desgaste adesivo onde materiais mais duros falham.

Se o aço-ferramenta for necessário pela tenacidade, considere graus de Metalurgia do Pó (PM), como CPM 3V ou M4. Estes oferecem uma distribuição de carbonetos mais fina que o D2 convencional, proporcionando uma superfície mais lisa e menos propensa a iniciar o ciclo de desgaste adesivo.

Tratamentos Superficiais Avançados e Revestimentos

Uma vez otimizadas a mecânica e os materiais, os revestimentos superficiais fornecem a barreira final. Os revestimentos por Deposição Física em Vapor (PVD) são padrão no estampagem moderna, mas a seleção da composição química correta é essencial.

• TiCN (Carbonitreto de Titânio): Um revestimento de uso geral excelente que oferece maior dureza e menor fricção do que o TiN padrão. É amplamente utilizado na conformação de aços de alta resistência.
• DLC (Carbono semelhante ao diamante): Conhecido por seu coeficiente de fricção extremamente baixo, o DLC é a opção premium para alumínio e aplicações difíceis com metais não ferrosos. Ele imita as propriedades do grafite, permitindo que a peça deslize com mínima resistência.
• Nitridagem: Um processo de difusão e não um revestimento, a nitretação endurece a superfície do próprio aço-ferramenta. É frequentemente usado como tratamento base antes da aplicação de revestimentos PVD para prevenir o "efeito casca de ovo", em que um revestimento duro trinca porque o substrato subjacente cria um ponto macio.

Aviso Crítico: Um revestimento é tão bom quanto a preparação do substrato. A superfície da ferramenta deve ser polida até um acabamento espelhado antes revestimento. Quaisquer arranhões ou asperezas existentes serão simplesmente reproduzidos pelo revestimento, criando picos duros e afiados que atacarão agressivamente a peça.

Contramedidas Operacionais: Lubrificação e Manutenção

No chão de fábrica, os operadores podem mitigar os riscos de galling através de um controle rigoroso do processo. A primeira variável é lubrificação . Para prevenção de galling, óleos simples muitas vezes são insuficientes. O processo requer lubrificantes com aditivos de Alta Pressão (EP) (como enxofre ou cloro) ou barreiras sólidas (como grafite ou dissulfeto de molibdênio). Esses aditivos formam uma "película tribológica" que separa os metais mesmo quando o óleo líquido é expulso pela tonelagem.

Gestão do calor é a segunda alavanca operacional. O galling é termicamente ativado; temperaturas mais altas amolecem a peça e favorecem a união. Se aparecer galling, tente reduzir a velocidade da prensa (golpes por minuto). Isso reduz a temperatura do processo e dá ao lubrificante mais tempo para se recuperar entre os golpes. Rolleri também sugere adotar uma sequência de corte em "ponte" para operações de punção, alternando os golpes para evitar acúmulo localizado de calor e material.

Finalmente, a manutenção rotineira deve ser proativa. Não espere que uma greta apareça. Implemente um cronograma para desbastar e limpar os raios da matriz, removendo a aderência microscópica antes que ela se transforme em um nódulo prejudicial. Ferramentas afiadas reduzem a tonelagem necessária para conformar a peça, diminuindo assim o atrito e o calor que impulsionam o mecanismo de galling.

Incorporando Confiabilidade de Engenharia ao Processo

Evitar o galling da matriz não é uma questão de sorte; é uma disciplina da física e da engenharia. Ao respeitar as leis do atrito — proporcionando folga adequada para o fluxo do material, escolhendo materiais quimicamente incompatíveis e mantendo uma película protetora de lubrificante — os fabricantes podem praticamente eliminar a soldagem a frio. O custo da análise de projeto inicial e dos materiais premium é ínfimo comparado ao tempo de inatividade de uma matriz travada ou à taxa de refugo de peças riscadas. Trate a causa raiz, não o sintoma, e a confiabilidade da produção seguirá.

Perguntas Frequentes

1. Como você reduz o galling em matrizes de estampagem?

Para reduzir a griagem, concentre-se em três áreas: Mecânica, Materiais e Lubrificação. Primeiro, garanta que a folga entre punção e matriz seja suficiente (adicione 10-20% a mais nas zonas de espessamento). Segundo, utilize metais diferentes, como Bronze de Alumínio ou aços PM revestidos, para evitar soldagem a frio. Terceiro, use lubrificantes de alta viscosidade com aditivos de Pressão Extrema (EP) para manter uma película protetora sob carga.

2. O anti-gripagem previne galling?

Sim, compostos anti-griparem podem prevenir a griagem ao introduzir lubrificantes sólidos (como cobre, grafite ou molibdênio) entre as superfícies. Esses sólidos fornecem uma barreira física que mantém os metais acoplados separados, mesmo quando altas pressões expulsam os óleos líquidos. No entanto, o composto anti-gripagem é uma solução operacional localizada e não corrige falhas de projeto subjacentes, como folgas muito pequenas.

3. Qual é a causa principal da griagem?

A causa principal da griagem é desgaste adesivo impulsionado por fricção e calor. Quando a alta pressão rompe a película protetora de óxido nas superfícies metálicas, os átomos expostos podem se ligar ou "soldar" juntos. Isso é mais comum quando a ferramenta e a peça têm composições químicas semelhantes (por exemplo, estampagem de aço inoxidável com aço-ferramenta não revestido), levando a uma alta afinidade metalúrgica.