O presente trabalho tem como objetivo determinar equações básicas que possa predizer o início da estricção difusa. Esta é apresentada como limite inferior da deformação, no estado biaxial de tensões, considerando o atrito e a anisotropia normal do material. Utilizam-se a tração simples e o embutimento com punção esférico como processos de deformação, onde as deformações são medidas através de circulos impressos fotograficamente na chapa. Dados experimentais obtidos por outros pesquisadores são analisados e comparados com a presente teoria. Utilizando estes dados obtém-se curvas limites para o inicio da estricção difusa. Analisa-se experimentalmente a liga de alumínio 7475-0, comparando com os dados teóricos, onde os resultados verificados estão em boa concordância. Outros parâmetros relevantes no processo são também discutidos.

Esta tese fornece uma descrição do comportamento plástico das chapas metálicas anisotrópicas. Alguns dos parâmetros que influenciam a conformabilidade dos materiais das chapas metálicas, assim como duas das principais operações de conformação de chapas metálicas são discutidas, ou seja, estiramento e estampagem. Também são descritas e analisadas algumas teorias comumente usadas para predizer as deformações limites na conformação de chapas metálicas. Essas formulações levam em consideração o comportamento anisotrópico das chapas metálicas pelo emprego do critério de escoamento não quadrático de Hill (1979) e pode explicar o comportamento mecânico de uma variedade de chapas metálicas. O papel do expoente M do critério de escoamento de Hill 1979 é reinterpretado utilizando-se a teoria de Bressan e Williams, onde se argumenta que o expoente M seria independente do valor de R e poderia ter valores maiores que 2. Adicionalmente, propõe-se o desenvolvimento de um código numérico capaz de permitir o estudo dos fatores que influem na simulação numérica de processos de conformação, desde o estágio inicial até os níveis de deformação que caracterizariam a instabilidade plástica do material, estricção. Uma vez dominada a técnica numérica, assim como os erros acumulados durante a etapa de solução, é possível propor melhorias para os critérios de parada utilizados atualmente. Também é foco desta tese contribuir para o melhor entendimento das técnicas numéricas empregadas para tratamento da não linearidade do material, característica dos processos de conformação de chapas metálicas. Dessa forma, é desenvolvido um programa de elementos finitos tridimensional, no MatLab, utilizando a formulação Elástico-Plástica para materiais anisotrópicos pela incorporação da quadrática de Hill de 1948. O tratamento da não linearidade do material durante a conformação é analisado utilizando o algoritmo numérico de Newton Raphson e a técnica de incremento de tensão, que leva em consideração a lei do escoamento associado e assegura a normalidade do vetor de deformação, com relação à superfície de escoamento. Esses dois modelos matemáticos são numericamente analisados e comparados com dados experimentais disponíveis na literatura para alguns materiais de chapas metálicas utilizados nos processos de conformação de chapas, pela previsão e expansão da superfície de escoamento.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T17:30:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 276688.pdf: 8157173 bytes, checksum: 6c4e1fb94991629611c9be1a8af22972 (MD5) / O presente trabalho teve como objetivo aplicar na indústria de eletrodomésticos da linha branca uma metodologia para avaliação do processo de estampagem de chapas de aço que auxilie a seleção do grau de estampagem e parâmetros de processo mais adequados a aplicações específicas. Esta metodologia foi adaptada a partir da metodologia já largamente difundida na indústria automobilística, e consiste no estudo das propriedades mecânicas (limite de escoamento, limite de resistência, razão elástica, alongamento total, coeficiente de encruamento, coeficientes de anisotropia normal e planar, dureza, rugosidade) e de ensaios simulativos (Curvas Limite de Conformação - CLC#s) buscando o melhor equilíbrio entre o atendimento aos requisitos de produto e as necessidades do processo. O trabalho foi dividido em três etapas principais: i) caracterização das propriedades mecânicas dos materiais selecionados: ii) obtenção em laboratório das CLC#s e iii) levantamento das distribuições das deformações em duas peças específicas para avaliação do efeito da força de sujeição, do tipo de lubrificação, da geometria do blank e do revestimento de zinco. Para tal trabalho foram selecionados três aços com graus de estampagem distintos (qualidade comercial - QC, estampagem extra-profunda - EEP e estampagem extra profunda para peça crítica eletrogalvanizada # EEP-PC EG). Para cada grau de estampagem foram obtidas suas respectivas CLC#s, considerando as possíveis variações entre lotes distintos de um mesmo grau de estampagem. Para este trabalho, foram também selecionadas duas peças estampadas (painel estufa e painel forno), a partir de um critério que considerou o histórico de quantidade de falhas durante o processo de fabricação. Foram então obtidas as distribuições das deformações para estas duas peças, utilizando os três aços, em diversas condições de processo, onde foram manipulados controladamente o tipo de lubrificação e a força do prensa chapas. O maior limite de conformação do aço EEP-PC EG e o menor do aço QC, foram evidenciados tanto pela análise das propriedades mecânicas quanto das CLC#s. Para o aço EEP, a análise das propriedades mecânicas indicou um limite de conformação nas operações de estiramento menor que o aço EEP-PC EG, o que foi confirmado na análise das CLC#s. Já para a região de embutimento, as análises divergiram. Os efeitos da força de sujeição e do tipo de lubrificação foram determinantes na eliminação dos defeitos associados com a estampagem, quando o aço era adequado aquela aplicação. / This work had as objective to apply in home appliances industry a methodology to evaluate the sheet metal forming process that aids the selection of steel forming grade and process parameters suitable to specific applications. This methodology was adapted from the methodology already widely applied in the automobile industry, and it consists about mechanical properties study (yield strength, tensile strength, tensile/yield ratio, total elongation, strain-hardening index, normal and planar plastic anisotropy ratio, hardness, roughness) and simulative tests analysis (forming limit diagrams # FLD#s) looking for the best balance between fulfillment the product requirements and the process needs. The work was divided in three main steps: i) mechanical properties characterization for the selected materials; ii) FLD#s attainment in laboratory and iii) strain distributions attainment in two specific parts to evaluate the effect of the blank-holder force, type of lubrication, blank geometry and zinc coating. For such work three steels were selected with different forming grades (cold rolled commercial quality - CRCQ, cold rolled extra deep drawing quality - CR-EDDQ, and electrogalvanized extra deep drawing plus # EG-EDDQ+). For each forming grade its respective FLD#s were obtained, considering the variation between different batches of the same steel. For this work, there were also selected two stamped parts (stove panel and range panel), from a criterion that considered the historical amount of failures during manufacturing. The strain distributions had been obtained for these two parts, using the three steels, in several process conditions, where were manipulated the type of lubrication and blank-holder force. The highest forming limit of the steel EG-EDDQ+ and the lowest of the steel CRCQ were shown up by both analysis (mechanical properties and FLD#s). For the steel CR-EDDQ, the mechanical properties analysis indicated a forming limit in stretching operations lower than the steel EG-EDDQ+, which was confirmed by FLD analysis. However on drawing operations the analyses disagreed. The effects of the blankholder force and type of lubrication were decisive in the elimination of defects associated with stamping, only if the steel was suitable to that application.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis. 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:25:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 296879.pdf: 2168064 bytes, checksum: c70733c9f5414d3ed8db24924ecaa95b (MD5) / Este trabalho trata do estudo feito sobre a aplicabilidade da polaridade negativa no processo MIG/MAG. Os desenvolvimentos são divididos em duas partes. A primeira parte é focada no uso em conjunto das polaridades positiva e negativa como estratégia para aumentar a produtividade e alcançar características específicas almejadas em procedimentos de revestimento por soldagem como, por exemplo, a baixa diluição. Na literatura clássica o processo MIG/MAG com polaridade negativa é definido como instável e apresenta muitos respingos. Trabalhos mais recentes mostram que para determinada faixa de corrente e gás de proteção é possível conseguir cordões sem defeitos utilizando somente a polaridade negativa no processo MIG/MAG. Entretanto, os resultados apresentados nestas literaturas são de deposito sobre chapa e cordões de alta convexidade, o que dificilmente reflete uma situação de aplicação real. A alta convexidade do cordão de solda e a conseqüente baixa penetração fazem com que os resultados não apresentem perspectiva de aplicação em soldagens de união. Nem mesmo em soldagens de revestimento onde baixa penetração é uma condição favorável é possível utilizar a polaridade negativa. Devido à convexidade da solda, a realização de cordões lado a lado resulta em falhas de fusão. Para solucionar estes problemas de soldagem foi desenvolvida uma estratégia de troca de polaridade sincronizada com a posição da tocha no movimento de tecimento. A polaridade negativa é aplicada na região central do cordão de solda enquanto que a polaridade positiva é usada nas regiões laterais. Desta maneira é possível fazer uso da polaridade negativa para aumentar a taxa de deposição e diminuir a penetração garantindo que, com a polaridade positiva, não ocorram pontos de falha de fusão nas laterais dos cordões. Na segunda parte do trabalho a polaridade negativa é aplicada na soldagem de uma peça da indústria automotiva nas mesmas condições de um posto de trabalho industrial. A velocidade de soldagem alcançada é da ordem de processos de alta produtividade como o MIG/MAG duplo arame. As soldas foram aprovadas pela norma interna da empresa que cedeu as peças para os ensaios. Neste tipo de aplicação a polaridade negativa mostrou colaborar com o aumento da velocidade de soldagem sem o aparecimento de defeitos que desqualificassem a solda. De maneira geral para algumas aplicações de revestimento e soldagem de união de chapas finas, a soldagem MIG/MAG pode ser utilizada com polaridade de eletrodo negativo mediante aplicação de técnicas que minimizem as falhas / This dissertation is a research on the applicability of negative polarity using GMAW processes. This research is divided into two parts. The first part is based on the combined use of positive and negative polarity as a strategy to achieve specific characteristics that are desired in overlay welding process, as an example the low dilution process. In classic literature the GMAW process with negative polarity is defined as unstable and as a result presents a lot of spatter. Recent studies show that, for a certain range of current and gas protection, it is possible to obtain weld seams without defects using only the negative polarity on GMAW processes. However, the results presented in these literatures are on deposit sheet and strands of high convexity, which hardly reflects a real application. The high convexity of a weld and the resulting low penetration, results in a low applicability in join welding. Not even in overlay welding, which low penetration is a favorable condition, it is possible to use negative polarity. Due to welding convexity, the realization of stands side by side results in a fusion failure. To solve the problem of this welding process it was developed a strategy of changing polarity in synchronized parameters with the torch trajectory on weaving motion. The negative polarity is applied to the central part of the weld seam while the positive polarity is applied to the borders. This way it is possible to use the negative polarity to increase the deposition rate and therefore decrease the penetration, and with positive polarity ensure that points of fusion failure will not occur on the borders of the weld bead. In the second part of this work, the negative polarity is applied to the automotive welding industry under the same terms as an industrial work station. The welding speed achieved is compared to high speed productive processes such as GMAW double wired. The welds were approved by the company's internal regulations, which also gave the parts for testing purposes. To this type of application the negative polarity showed to be efficient with an increase on welding speed without been disqualified by welding defects occurrences. However for some applications of overlay and thin metal union, the GMAW can be used with negative polarity electrode by applying techniques that minimize these types of failures

Orientador : Prof. Dr. Paulo Victor Prestes Marcondes / Coorientador : Prof. Dr. Ravilson Antônio Chemin Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 10/07/2012 / Inclui referências : fls. 55-56 / Resumo: Atualmente na área de conformação de chapas, espera-se obter o máximo de alongamento com o mínimo de defeitos. Para este fim, são consideradas CLCs (Curvas Limite de Conformação) das chapas metálicas, as quais fornecem uma condição adequada para o limite de estampagem do material, bastando trabalhar em regiões inferiores a elas. Os parâmetros da máquina de trabalho, como aquecimento do óleo e de sistemas, raramente são considerados para levantamento das CLCs, mas estes apresentam influência significativa no processo. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi a adequação da máquina de ensaios para a obtenção da deformação de chapas metálicas no início da estricção, buscando assim um resultado mais preciso da conformabilidade dos principais materiais utilizados na indústria, em especial os aços avançados de alta resistência. Inicialmente foi realizada uma análise da máquina de ensaios onde, aproveitando os sensores de deslocamento e pressão de óleo presentes, determinou-se uma nova programação de controle no CLP (Controlador Lógico Programável), afim de parametrizar pontos que antecedem a ruptura da chapa durante o ensaio de estampagem. Um problema observado, porém, foi que a variação de temperatura do óleo hidráulico influenciou na padronização destes pontos. Desta forma, foram realizados testes de estampagem em diferentes condições de aquecimento da máquina, tornando possível a definição de uma condição precisa de parada da máquina no ponto de estricção do material, sem a influência de parâmetros associados ao equipamento. Nessas condições foi determinada a CLC do aço dual phase DP600 até a sua ruptura e, posteriormente, até o ponto de início da sua estricção, o que permitiu a definição do real limite de conformabilidade deste material. Além desta conclusão quanto ao comportamento do material, considerando os processos industriais, os resultados obtidos permitem ainda a determinação de pontos de ajuste de máquinas mais adequados aos limites de deformação no material. Palavras-chave: Ensaio Nakazima. Curva CLC. Aços Dual-Phase. / Abstract: Currently in the area of steel sheet forming, it is expected to obtain the maximum of elongation with the minimum of defects. To this end, CLCs (Conformation Limit Curves) of the steel sheets are considered, which provide a suitable condition for the stamping limit of the material, by working in regions inferior to them. The parameters of the working machine, such as oil heating and systems, are rarely considered for making the CLCs, but they have significant influence on the process. Therefore, the objective of this work was the adequacy of the testing machine to obtain the deformation of steel sheet at the beginning of the necking, thus seeking a more precise result of the formability of the main materials used in the industry, especially Advanced High Strength Steels. Initially, an analysis of the test machine was carried out, by taking advantage of the displacement and oil pressure sensors present, a new control program was determined in the PLC (Programmable Logic Controller), in order to parameterize points that precede the rupture of the steel sheet during the Stamping test. A problem observed, however, was that the temperature variation of the hydraulic oil influenced the standardization of these points. In this way, stamping tests were carried out under different machine heating conditions, making it possible to define a precise stopping condition of the machine at the point of material stress, without the influence of parameters associated with the equipment. Under these conditions, the CLC of the dual phase steel DP600 was determined until its rupture and, later, until the point of its beginning, which allowed the definition of the real limit of formability of this material. In addition to this conclusion regarding the behavior of the material, considering the industrial processes, the results obtained also allow the determination of set points of machines more adequate to the limits of deformation in the material. Keywords: Nakazima test. FLC. Dual-Phase Steel.

Este trabalho apresenta dois métodos para a determinação da resistência residual e da tensão de ligamento em elementos estruturais que possuem trincas em mútiplas regiões. Este assunto, que ganhou notoriedade após o acidente com o Boeing 737 da Aloha Airlines (em 1988), é comumente referenciado pela abreviatura MSD (Multiple Site Damage) e, atualmente, é objeto de numerosas pesquisas financiadas pela indústria aeronáutica e por autoridades de aeronavegabilidade.O primeiro método é conhecido por método do ligamento da seção remanescente. A sua hipótese básica admite que a união entre duas trincas vizinhas ocorre quando as suas zonas plásticas se tocam. O método é bastante intuitivo e ganhou popularidade devido à sua simplicidade e razoável precisão, adequadas a fases preliminares de projeto. O segundo método é especialmente indicado para estruturas de materiais dúcteis, que apresentam significativa plastificação anterior à falha. Um exemplo típico dessas estruturas são os revestimentos das fuselagens de aviões, usualmente feitos de ligas dúcteis de alumínio. Este método é baseado no conceito do CTOA (crack tip opening angle), que foi introduzido em 1963, e tem recebido atenção, no estudo de MSD, desde o começo da década de 90. Recentemente, foi a abordagem escolhida pela NASA para avaliar, do ponto de vista da mecânica da fratura, um módulo da Estação Espacial Internacional. Os dois métodos são aplicados na investigação de MSD em diferentes corpos de prova padronizados, bem como em estruturas aeronáuticas mais representativas, tais como painéis reforçados. Os resultados obtidos por ambos os métodos são comparados com dados experimentais encontrados na literatura. As comparações mostram que o método do ligamento pode ser excessivamente conservativo em diversas situações, enquanto que o método do CTOA conduz a resultados que possuem excelente correlação com os dados experimentais para todos os exemplos estudados.

O processo de estiramento consiste na conformação de chapas, barras e seções laminadas ou extrudadas, pelo "esticamento" do material sobre uma ferramenta (bloco) que contém a forma (linha de sistema) desejada. Este processo é utilizado principalmente na fabricação de peças da indústria aeroespacial. Os materiais empregados são ligas de alumínio, titânio, aço e níquel. O estiramento de chapas de ligas de alumínio, com relação à têmpera do material, pode ser realizado em três condições: com o material recozido (condição "O"), com o material na condição final de têmpera (condição "TXXX"), ou após a solubilização do material (condição "W"). A utilização de uma ou outra condição de estiramento está intimamente ligada à complexidade da geometria da peça, à qualidade da ferramenta de estiramento e aos valores de alongamento da liga. O estiramento com o material recozido (condição "O") apresenta os melhores resultados com relação ao retorno elástico (spring back), mas a conformação total da peça resulta em valores elevados de deformação e um ou todos os problemas podem acontecer: ruptura do material, aparecimento de "estrias" (bandas de Lüders) e cascas de laranja (orange peel). A situação ideal, em termos de custos de fabricação e tempo de execução, seria realizar o estiramento da peça na condição final de têmpera do material (TXXX). Entretanto, quando comparadas com os aços, as ligas de alumínio apresentam valores de alongamento inferiores, o que faz com que este material suporte níveis menores de deformação. Com níveis menores de deformação, o retorno elástico será muito grande e a peça não atenderá aos requisitos de forma (linha de sistema) necessários para uma montagem adequada. Como uma alternativa para os problemas encontrados no estiramento de chapas nas condições "O" e "TXXX", desenvolveu-se uma condição intermediária, chamada de "W". Esta condição é metaestável e é obtida após a solubilização da liga de alumínio. O estiramento das chapas de alumínio, nessa condição metaestável, é uma boa solução para as situações citadas, ou seja, aparecimento de defeitos superficiais (estrias e cascas de laranja) ou elevado retorno elástico ou efeito mola (spring back). Faz-se necessário, entretanto, um conhecimento detalhado do processo de estiramento, para garantir uma faixa de dureza na qual se obtém um resultado adequado. Deve-se estirar a chapa para valores de dureza em que não se obtenham defeitos superficiais ou elevados valores de retorno elástico. Este trabalho indica que o estiramento da liga AA 2024 após a solubilização (condição "W") apresenta valores de retorno elástico inferiores aos apresentados pelas outras condições avaliadas ("O" e "T3"), sem aumento significativo da rugosidade superficial, o que indica menor susceptibilidade ao aparecimento de defeitos superficiais, como a casca de laranja (orange peel).

Este trabalho trata do fenômeno da recuperação elástica de chapas metálicas dobradas. O problema da recuperação elástica é muito comum na indústria de conformação mecânica e de também extrema importância, pois, muitos componentes estruturais são fabricados pelo processo de dobramento de chapas, sendo posteriormente interligados por meio de elementos de união. Entretanto, a falta de precisão dimensional dessas chapas dobradas pode resultar num pré-tensionamento das juntas e elementos de união, devido à montagens forçadas. Como conseqüência haverá uma redução na vida esperada para o componente estrutural, associado ao aumento das tensões de trabalho. Por isso, processos não convencionais com uso de elastômero foram desenvolvidos e são utilizados na indústria aeronáutica, permitindo menor recuperação elástica dos componentes conformados, no entanto, para a maioria desses processos não há uma modelagem teórica. Assim, este trabalho tem como objetivo propor um modelo para avaliar a recuperação elástica de chapas metálicas dobradas pelo processo de dobramento não convencional, afim de se evitar o ajuste do processo pelo procedimento experimental (tentativa e erro) nas indústrias de conformação, que resulta em aumento de custos e refugo de material. Além disso, uma comparação entre os dois processos de dobramento é executada com objetivo de verificar experimentalmente a recuperação elástica das chapas dobradas por ambos os processos. Quanto aos resultados obtidos, observou-se que o modelo proposto fornece resultados satisfatórios. A comparação experimental de ambos os processos comprovou a menor recuperação elástica das chapas dobradas pelo processo não-convencional. Finalmente, foi proposta uma interpretação do fenômeno da recuperação elástica à nível microscópico.

O presente trabalho apresenta um modelo matemático para o processo de dobramento contínuo por rolos em chapas metálicas. Para a análise do modelo proposto assume-se a região elastoplástica que, durante o processo, apresenta uma geometria não regular que é considerada, aproximadamente, constante do desenvolvimento do presente trabalho. Considera-se parâmetros importantes no desenvolvimento do modelo proposto, para o processo de dobramento contínuo por rolos, sendo os seguintes: a recuperação elástica da chapa após o processo de conformação; as forças principais do processo e a potência de acionamento. Esses parâmetros são determinados em função das propriedades mecânicas e geométricas de chapa metálica, da geometria da máquina para a execução do processo e dos parâmetros de anisotropia do material que, junto com os parâmetros de atrito entre o rolo e a superfície da chapa metálica, são condições necessárias para o desenvolvimento da presente teoria. No presente trabalho verifica-se, experimentalmente, a performance de vários materiais para diferentes condições de processo e espessuras de chapas. Os materiais analisados são os seguintes: aço inoxidável, cobre, ligas de alumínio e latão. Compara-se os resultados experimentais, obtidos para o processo de dobramento contínuo executado em duas máquinas, e os resultados obtidos por diferentes teorias desenvolvidas por pesquisadores da área de conformação, com os resultados obtidos pela presente teoria. Outros parâmetros relevantes ao processo são apresentados e discutidos durante o desenvolvimento do presente trabalho.

Esta tese fornece uma descrição do comportamento plástico de chapas e tubos metálicos de parede fina, isotrópicos e anisotrópicos, na conformação não convencional utilizando elastômeros. Em particular, neste trabalho empregou-se o programa robusto de elementos finitos, Deform 3D, para a simulação numérica dos processos de conformação não convencionais de junções metálicas e dobramento de chapas com o uso de elastômeros. Desta forma, as forças de conformação totais associadas ao deslocamento do domo das junções foram adequadamente previstas; analiticamente, numericamente e então comparadas a dados experimentais, para três materiais de tubos recozidos distintos: Alumínio, Cobre e Latão 70/30. No geral, a concordância entre os resultados previstos, analiticamente e numericamente, em relação aos dados experimentais analisados foi muita boa, podendo a simulação ser caracterizada como um benchmark. Em especial, no caso do dobramento de chapas, as forças de conformação totais, o ângulo de dobramento e a recuperação elástica foram numericamente previstos e comparados com os dados experimentais obtidos por Braga (2009), observando-se boa concordância para três materiais de chapas: Alumínio, Aço e Latão 70/30 considerados. Além disso, neste trabalho é apresentada uma nova equação para determinação do comprimento do elastômero (modelo analítico), de modo que não haja falhas no processo de conformação de junções metálicas, que leva em consideração as propriedades mecânicas dos materiais dos tubos, através do emprego da lei do escoamento associado de Levy-Mises. Adicionalmente, é apresentado um novo modelo analítico para predição do fator de atrito (m), que é estabelecido a partir da relação entre o atrito tubo/matriz no processo de conformação de tubos utilizando elastômeros. Finalmente, a introdução desses novos modelos analíticos idealizados, junto com as predições analíticas, numéricas e experimentais que foram estabelecidas ao longo do trabalho ajuda a melhorar o entendimento do comportamento ao escoamento plástico de chapas e tubos de paredes finas em processamento; fato que traduz o conhecimento necessário para propor soluções visando melhorar a eficiência do processo de conformação não convencional de chapas e junções de tubos metálicos utilizando elastômeros, assim como permite a idealização de novos projetos.