Desenvolvimento de uma matriz clinch com geometria otimizada para aumento da rigidez local em união de chapas metálicas.

Abstract

A união de chapas metálicas é uma etapa fundamental em diversos processos de fabricação na indústria automotiva, sendo a soldagem por resistência elétrica a ponto um dos métodos mais empregados para essa finalidade. Esse processo, contudo, apresenta limitações relevantes, como a formação de zona termicamente afetada, o amolecimento localizado do material e a redução da resistência à fadiga da união, o que tem motivado a busca por processos alternativos capazes de preservar as propriedades mecânicas das chapas unidas. Nesse contexto, o processo de união por clinch surge como uma alternativa que dispensa a aplicação de calor, promovendo a união mecânica das chapas por meio de deformação plástica localizada a frio. O presente trabalho consiste em um estudo experimental que tem como objetivo geral desenvolver uma matriz para o processo de união por clinching, com geometria otimizada, de modo a contribuir para o aumento da rigidez estrutural local das uniões formadas entre chapas metálicas. Especificamente, busca-se desenvolver uma matriz sem a utilização de anel de retenção, promovendo a formação de nervuras de reforço em torno do ponto de união e avaliar a resistência mecânica da junta por meio de ensaio de arrancamento. A pesquisa caracteriza-se como bibliográfica, experimental e exploratória, sendo desenvolvidos uma matriz e um punção em aço SAE 4140, cuja geometria foi definida a partir de parâmetros de folga, profundidade e espessura de fundo indicados na literatura. As chapas de aço SAE 1015 foram unidas por meio do conjunto punção-matriz, com a força de conformação aplicada por uma prensa hidráulica, e as juntas obtidas foram caracterizadas por meio de análise macrográfica e de ensaio de arrancamento cruzado, realizado em máquina universal de ensaios. Os resultados indicam que a matriz desenvolvida possibilita a produção de uniões sem a necessidade de anel de retenção, com a formação de uma nervura estrutural ao redor do ponto conformado, associada a um possível ganho de rigidez local das chapas. Nos ensaios de arrancamento cruzado, observaram-se cargas máximas entre 1,4 kN e 1,9 kN, valores compatíveis com os reportados na literatura para juntas de características semelhantes, enquanto a análise macrográfica evidenciou a formação de cavidade côncava e de intertravamento mecânico entre as chapas, indicando escoamento plástico adequado do material durante a conformação. Conclui-se que a matriz desenvolvida, com a remoção do anel de retenção, apresenta potencial para contribuir com o aumento da rigidez local das uniões por clinch. Conclui-se que a matriz desenvolvida, com a remoção do anel de retenção, apresenta potencial para contribuir com o aumento da rigidez local das uniões por clinch, sendo essa rigidez proveniente da nervura estrutural formada após a deformação do material durante o processo de conformação na matriz otimizada.