Investigação dos mecanismos de danos em uma sobre-mesa de prensa de estampagem progressiva de chapas de aplicação elétrica

Abstract

Sobre-mesas de prensas de estampagem progressiva, utilizadas na produção de rotores e estatores de motores elétricos, têm sofrido danos superficiais durante o processo produtivo. Esses danos resultam em variações dimensionais, custos elevados de manutenção corretiva nos componentes da prensa e ferramentas de estampagem, além de rebarbas excessivas nas peças produzidas. O estudo tem como objetivo identificar as causas e a magnitude dos danos na sobre-mesa, propondo estratégias preventivas para reduzir os custos associados à manutenção. A análise abrange possíveis causas de variações dimensionais, como tensão concentrada, desgaste por fretting e erros em dimensões e tolerâncias. Contramedidas investigadas incluem a seleção de materiais, têmpera e revenimento, normalização, cementação e nitretação. A análise química revelou que o material da sobre-mesa é o aço DIN 1.2312 (AISI P20+S), um aço de baixa liga com baixa dureza e resistência mecânica, especialmente no estado recozido. A análise microestrutural confirmou a presença de uma microestrutura consistente com a de um aço recozido, composta de ferrita e perlita, além de indícios de danos decorrentes de fretting, como microtrincas e regiões com pequenos arrancamentos de partículas. Medições de dureza e rugosidade, análise dimensional e simulações de esforços por meio de análise de elementos finitos foram realizadas para avaliar a intensidade dos danos. Os resultados indicam que o material atual (aço DIN 1.2312) é inadequado devido à sua microestrutura e propriedades. Soluções propostas incluem a substituição do material por aços AISI 4140 temperado e revenido ou AISI 1045 normalizado, tratamentos superficiais de nitretação à plasma, substituição do material das réguas do calço das ferramentas e implementação de réguas de AISI 4140 temperado e revenido na sobre-mesa. Em suma, o estudo destaca a urgência de abordar os danos na sobre-mesa das prensas de estampagem, fornecendo uma análise abrangente das causas, impactos e soluções potenciais, com ênfase na redução dos custos de manutenção e na melhoria da eficiência do processo produtivo na empresa.

Progressive stamping press tables, used in the production of rotors and stators for electric motors, have been experiencing surface damage during the production process. These damages result in dimensional variations, high corrective maintenance costs for press components and stamping tools, as well as excessive burrs on the produced parts. The study aims to identify the causes and magnitude of the damage to the table, proposing preventive strategies to reduce maintenance-associated costs. The analysis encompasses potential causes of dimensional variations, such as localized stress, fretting wear, and errors in dimensions and tolerances. Investigated countermeasures include material selection, quenching and tempering, normalization, carburization, and nitriding. Chemical analysis revealed that the material of the stamping table is DIN 1.2312 steel (AISI P20+S), a low-alloy steel with low hardness and mechanical resistance, especially in the annealed state. Microstructural analysis confirmed the presence of a microstructure consistent with annealed steel, composed of ferrite and pearlite, along with evidence of fretting-related damage, such as microcracks and regions with small particle pullouts. Hardness and roughness measurements, dimensional analysis, and finite element analysis simulations were conducted to assess the intensity of the damage. The results indicate that the current material (DIN 1.2312 steel) is inadequate due to its microstructure and properties. Proposed solutions include replacing the material with tempered and quenched AISI 4140 or normalized AISI 1045 steels, plasma nitriding surface treatments, replacing the material of the tool shimming bars, and implementing tempered and quenched AISI 4140 bars on the stamping table. In summary, the study emphasizes the urgency of addressing the damage to the stamping press table, providing a comprehensive analysis of the causes, impacts, and potential solutions, with a focus on reducing maintenance costs and improving the efficiency of the production process at the company.