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

Aug 08, 2023

Note de l'éditeur : 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 automobiles en aluminium. Cette recherche est présentée en trois parties. La première partie rapporte les résultats pour les matériaux de matrice D6510 et S0050A sans traitement de surface. La deuxième partie présentait une étude de l'acier à outils D2 nu et revêtu de DLC.

Les chercheurs ont cherché à déterminer l'apparition du grippage des inserts nitrurés et chromés durs D6510 et S0050A en contact avec une feuille 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 « Mesure du frottement pour l'emboutissage de l'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.

L’apparition du grippage a été déterminée 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. Sur les deux figures, le profil du gisement est représenté du côté droit ; le contour rouge sur le profil est la zone de dépôt. Des conditions sèches ont entraîné de graves grippages sur les inserts.

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

L'insert nitruré D6510 avec lubrifiant DC2-90 a montré d'excellentes performances en termes de seuil de grippage, avec des dépôts n'apparaissant qu'à une force de maintien de 200 kN, ce qui correspond à 113 MPa. La surface de cet insert est représentée sur 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 une initiation au grippage à 113 MPa de pression moyenne de contact.

Les pressions de contact moyennes auxquelles le grippage s'est initié dans cette série d'expériences sont présentées sur la figure 7. La rugosité moyenne des plaquettes avant test est indiquée par des points correspondant à chaque groupe de plaquettes. La rugosité initiale avant le 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/pied2 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/pied2 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/pied2 de 61-AUS, à 57 MPa avec DC2-90 et à 7 MPa sans application de lubrifiant.

FIGURE 1. La zone de dépôt sur un insert chromé dur D6510 testé 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/pied2 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 présentaient la rugosité la plus élevée avant le test, ce qui aurait pu contribuer 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 Conseil des États-Unis pour la recherche automobile avec les contributions de Novelis Corp., qui a fourni 5 754 bobines en alliage d'aluminium ; Teikuro Corp., qui a réalisé des revêtements en chrome dur sur les 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 des lubrifiants.