O presente trabalho trata de uma modelagem eletromagneticamente acoplada e fracamente acoplada ao problema mecânico do processo de conformação eletromagnética (EMF). Este usa bobina espiral plana, aplicada na deformação de chapas finas e planas para obter geometrias finais rasas. Um método de solução numérica é usado para o problema eletromagnético, o qual foi desenvolvido no software Matlab e utiliza o software Abaqus/Explicit para verificação da geometria deformada após a aplicação da força transiente de origem eletromagnética. O método foca especificamente no cálculo da densidade de fluxo magnético em pontos específicos usando a lei de Biot-Savart e análise do circuito que modela o processo de conformação eletromagnética, sendo que as indutâncias deste circuito são calculadas e fazem o acoplamento entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Os cálculos das correntes de descarga e induzidas e perfil da força de origem eletromagnética são realizados para o instante inicial, sem considerar o movimento da chapa. O perfil da força de origem eletromagnética ao longo da chapa é calculado para diversos instantes, sendo este um dos dados de entrada no software Abaqus/Explicit através de uma sub-rotina acessível ao usuário (VDLOAD) obtendo-se a geometria da chapa deformada. A rotina de cálculo discretiza o problema eletromagnético como um sistema de equações diferenciais ordinárias (ODE) para calcular a corrente de descarga da bobina atuadora e as induzidas na chapa metálica. Experimentos, sem chapa acoplada, e com chapa fixa ou deformando foram realizados com a aquisição da corrente de descarga, medição da densidade de fluxo magnético, velocidade de deformação e geometria da chapa deformada, demonstrando uma boa correlação com o método de cálculo proposto. O presente trabalho fornece importantes informações para o projeto de sistemas de conformação eletromagnética sem a necessidade de uma função da corrente de descarga como dado de entrada para solução do problema eletromagnético. / This thesis deals with modeling and numerical simulation electromagnetically coupled and loosely-coupled to the mechanical problem for process of the electromagnetic forming. This uses flat spiral coil, applied to the deformation of thin and flat sheet metal to obtain shallow end geometries. This method uses a numerical solution to the electromagnetic problem, which was developed in the software Matlab and uses the software Abaqus/Explicit for verification of the deformed geometry after applying of the transient force of origin electromagnetic. The method focuses specifically on the calculation of the magnetic flux density at specific points using the Biot-Savart law and circuit analysis that modeling of electromagnetic forming process and the inductances of this circuit are calculated and couple the electric and magnetic phenomena. Calculations of discharge and induced currents, profile force of origin electromagnetic are performed for the initial time, without considering the motion of the sheet metal. The profiles force of origin electromagnetic along the sheet metal is calculated for several instants, which are input data in software Abaqus/Explicit using a user-routine (VDLOAD) obtaining the deformed geometry of the sheet metal. The calculation routine discretizes the electromagnetic problem as a system of ordinary differential equations (ODE) to calculate the discharge current of the actuator coil and induced currents in the metal sheet. Experiments without coupled sheet metal, and fixed or deforming sheet metal were performed with the acquisition of the discharge current, measurement of magnetic flux density, velocity of movement and deformation geometry of the sheet metal, demonstrating a good correlation with the proposed method of calculation. This study provides important information for the design of the electromagnetic forming systems without the need for a function of discharge current as input for solution of the electromagnetic problem.

O presente trabalho trata de uma modelagem eletromagneticamente acoplada e fracamente acoplada ao problema mecânico do processo de conformação eletromagnética (EMF). Este usa bobina espiral plana, aplicada na deformação de chapas finas e planas para obter geometrias finais rasas. Um método de solução numérica é usado para o problema eletromagnético, o qual foi desenvolvido no software Matlab e utiliza o software Abaqus/Explicit para verificação da geometria deformada após a aplicação da força transiente de origem eletromagnética. O método foca especificamente no cálculo da densidade de fluxo magnético em pontos específicos usando a lei de Biot-Savart e análise do circuito que modela o processo de conformação eletromagnética, sendo que as indutâncias deste circuito são calculadas e fazem o acoplamento entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Os cálculos das correntes de descarga e induzidas e perfil da força de origem eletromagnética são realizados para o instante inicial, sem considerar o movimento da chapa. O perfil da força de origem eletromagnética ao longo da chapa é calculado para diversos instantes, sendo este um dos dados de entrada no software Abaqus/Explicit através de uma sub-rotina acessível ao usuário (VDLOAD) obtendo-se a geometria da chapa deformada. A rotina de cálculo discretiza o problema eletromagnético como um sistema de equações diferenciais ordinárias (ODE) para calcular a corrente de descarga da bobina atuadora e as induzidas na chapa metálica. Experimentos, sem chapa acoplada, e com chapa fixa ou deformando foram realizados com a aquisição da corrente de descarga, medição da densidade de fluxo magnético, velocidade de deformação e geometria da chapa deformada, demonstrando uma boa correlação com o método de cálculo proposto. O presente trabalho fornece importantes informações para o projeto de sistemas de conformação eletromagnética sem a necessidade de uma função da corrente de descarga como dado de entrada para solução do problema eletromagnético. / This thesis deals with modeling and numerical simulation electromagnetically coupled and loosely-coupled to the mechanical problem for process of the electromagnetic forming. This uses flat spiral coil, applied to the deformation of thin and flat sheet metal to obtain shallow end geometries. This method uses a numerical solution to the electromagnetic problem, which was developed in the software Matlab and uses the software Abaqus/Explicit for verification of the deformed geometry after applying of the transient force of origin electromagnetic. The method focuses specifically on the calculation of the magnetic flux density at specific points using the Biot-Savart law and circuit analysis that modeling of electromagnetic forming process and the inductances of this circuit are calculated and couple the electric and magnetic phenomena. Calculations of discharge and induced currents, profile force of origin electromagnetic are performed for the initial time, without considering the motion of the sheet metal. The profiles force of origin electromagnetic along the sheet metal is calculated for several instants, which are input data in software Abaqus/Explicit using a user-routine (VDLOAD) obtaining the deformed geometry of the sheet metal. The calculation routine discretizes the electromagnetic problem as a system of ordinary differential equations (ODE) to calculate the discharge current of the actuator coil and induced currents in the metal sheet. Experiments without coupled sheet metal, and fixed or deforming sheet metal were performed with the acquisition of the discharge current, measurement of magnetic flux density, velocity of movement and deformation geometry of the sheet metal, demonstrating a good correlation with the proposed method of calculation. This study provides important information for the design of the electromagnetic forming systems without the need for a function of discharge current as input for solution of the electromagnetic problem.

A união por conformação eletromagnética de perfis tubulares de alta condutividade elétrica é um processo inovador e limpo que pode substituir com sucesso os processos convencionais de união baseados na fixação mecânica por parafusos, rebites, soldagem e adesivos estruturais. Esta tecnologia funciona a temperatura ambiente, permite a união de materiais diferentes e oferece potencial para promover novas aplicações na montagem de estruturas leves. Neste trabalho busca-se compreender a união por interferência de tubos por cravamento eletromagnético em termos de seus principais parâmetros com o objetivo de identificar a influência na resistência global das uniões e estabelecer a faixa útil de condições operacionais do processo. Inicialmente são apresentados os fundamentos teóricos do processo de conformação eletromagnética e suas principais variantes operacionais, seguido de um resumo do estado atual do conhecimento da aplicação desta tecnologia na união de perfis tubulares no qual é verificado que os parâmetros mecânicos são a tensão residual no mandril, a área e forma da zona de união e o coeficiente de atrito entre os componentes. Entretanto, tais parâmetros estão relacionados de forma complexa com o processo de cravamento eletromagnético, a começar pela energia e a distribuição do pulso de pressão magnética gerados pela máquina e ferramenta que “disparam” o processo de conformação, a folga inicial entre componentes, o material dos componentes e, a geometria, forma e rugosidade do mandril. O estudo experimental foca a união por interferência de tubos de alumínio (AA6082-O) com mandris de aço (AISI 1045) e alumínio (AA6082 nos estados O e T6) investigando de forma gradual a influência de parâmetros do processo na resistência mecânica (à tração) deste tipo de uniões. Os resultados obtidos demonstram que a resistência mecânica da união e os modos de falha associados são diretamente relacionados com os parâmetros de processo e condições do mandril. Além disso, outras importantes contribuições são apresentadas em relação à instrumentação para medição de fluxo magnético e eficiência global do processo e para o desenvolvimento e aplicações industriais desta tecnologia. / Joining of tubular profiles with high electrical conductivity by electromagnetic forming (EMF) is an innovative and clean technology that can successfully replace conventional joining technologies based on mechanical fixing with fasteners, rivets, welding and structural adhesives. The technology works at room temperature, allows joining dissimilar materials and offers potential to foster new applications in the assembly of lightweight tubular frame structures. This work investigates the interference-fit joining of tubes by electromagnetic crimping in terms of its major parameters with the aim of identifying their influence on the overall strength of the joints and establishing the useful range of process operating conditions. Initially, the theoretical principles of EMF and its main operational process variants are presented, followed by a summary of the current state of the knowledge of its application in the joining of tubular profiles in which it is found that the mechanical parameters are the residual stress at the joint interface, the area and shape of the joint interface and the friction coefficient between the joining partners. However, these parameters are related in a very complex way with the electromagnetic crimping process parameters, starting with the charging energy and by the machine and tool which generates the distribution of the magnetic pressure pulse that “triggers” the forming process, the initial gap between joining partners, the mandrel properties such as material, geometry, shape and surface roughness. The experimental study focuses the interference-fit of aluminum tubes (AA6082-O) on mandrels made of different materials and metallurgical conditions (AISI 1045, AA6082-O and AA6082-T6) and, therefore, the process is analyzed by the gradual influence of other process parameters aiming to achieve high strength joints. Results show that the joint strength and the associated failure mechanisms are directly related to process parameters and mandrel conditions. In addition, other important contributions are presented regarding the instrumentation for measuring the magnetic flux and overall process efficiency and to the development and implementation of this technology in industrial processes.

O presente trabalho trata de uma modelagem eletromagneticamente acoplada e fracamente acoplada ao problema mecânico do processo de conformação eletromagnética (EMF). Este usa bobina espiral plana, aplicada na deformação de chapas finas e planas para obter geometrias finais rasas. Um método de solução numérica é usado para o problema eletromagnético, o qual foi desenvolvido no software Matlab e utiliza o software Abaqus/Explicit para verificação da geometria deformada após a aplicação da força transiente de origem eletromagnética. O método foca especificamente no cálculo da densidade de fluxo magnético em pontos específicos usando a lei de Biot-Savart e análise do circuito que modela o processo de conformação eletromagnética, sendo que as indutâncias deste circuito são calculadas e fazem o acoplamento entre os fenômenos elétricos e magnéticos. Os cálculos das correntes de descarga e induzidas e perfil da força de origem eletromagnética são realizados para o instante inicial, sem considerar o movimento da chapa. O perfil da força de origem eletromagnética ao longo da chapa é calculado para diversos instantes, sendo este um dos dados de entrada no software Abaqus/Explicit através de uma sub-rotina acessível ao usuário (VDLOAD) obtendo-se a geometria da chapa deformada. A rotina de cálculo discretiza o problema eletromagnético como um sistema de equações diferenciais ordinárias (ODE) para calcular a corrente de descarga da bobina atuadora e as induzidas na chapa metálica. Experimentos, sem chapa acoplada, e com chapa fixa ou deformando foram realizados com a aquisição da corrente de descarga, medição da densidade de fluxo magnético, velocidade de deformação e geometria da chapa deformada, demonstrando uma boa correlação com o método de cálculo proposto. O presente trabalho fornece importantes informações para o projeto de sistemas de conformação eletromagnética sem a necessidade de uma função da corrente de descarga como dado de entrada para solução do problema eletromagnético. / This thesis deals with modeling and numerical simulation electromagnetically coupled and loosely-coupled to the mechanical problem for process of the electromagnetic forming. This uses flat spiral coil, applied to the deformation of thin and flat sheet metal to obtain shallow end geometries. This method uses a numerical solution to the electromagnetic problem, which was developed in the software Matlab and uses the software Abaqus/Explicit for verification of the deformed geometry after applying of the transient force of origin electromagnetic. The method focuses specifically on the calculation of the magnetic flux density at specific points using the Biot-Savart law and circuit analysis that modeling of electromagnetic forming process and the inductances of this circuit are calculated and couple the electric and magnetic phenomena. Calculations of discharge and induced currents, profile force of origin electromagnetic are performed for the initial time, without considering the motion of the sheet metal. The profiles force of origin electromagnetic along the sheet metal is calculated for several instants, which are input data in software Abaqus/Explicit using a user-routine (VDLOAD) obtaining the deformed geometry of the sheet metal. The calculation routine discretizes the electromagnetic problem as a system of ordinary differential equations (ODE) to calculate the discharge current of the actuator coil and induced currents in the metal sheet. Experiments without coupled sheet metal, and fixed or deforming sheet metal were performed with the acquisition of the discharge current, measurement of magnetic flux density, velocity of movement and deformation geometry of the sheet metal, demonstrating a good correlation with the proposed method of calculation. This study provides important information for the design of the electromagnetic forming systems without the need for a function of discharge current as input for solution of the electromagnetic problem.

A união por conformação eletromagnética de perfis tubulares de alta condutividade elétrica é um processo inovador e limpo que pode substituir com sucesso os processos convencionais de união baseados na fixação mecânica por parafusos, rebites, soldagem e adesivos estruturais. Esta tecnologia funciona a temperatura ambiente, permite a união de materiais diferentes e oferece potencial para promover novas aplicações na montagem de estruturas leves. Neste trabalho busca-se compreender a união por interferência de tubos por cravamento eletromagnético em termos de seus principais parâmetros com o objetivo de identificar a influência na resistência global das uniões e estabelecer a faixa útil de condições operacionais do processo. Inicialmente são apresentados os fundamentos teóricos do processo de conformação eletromagnética e suas principais variantes operacionais, seguido de um resumo do estado atual do conhecimento da aplicação desta tecnologia na união de perfis tubulares no qual é verificado que os parâmetros mecânicos são a tensão residual no mandril, a área e forma da zona de união e o coeficiente de atrito entre os componentes. Entretanto, tais parâmetros estão relacionados de forma complexa com o processo de cravamento eletromagnético, a começar pela energia e a distribuição do pulso de pressão magnética gerados pela máquina e ferramenta que “disparam” o processo de conformação, a folga inicial entre componentes, o material dos componentes e, a geometria, forma e rugosidade do mandril. O estudo experimental foca a união por interferência de tubos de alumínio (AA6082-O) com mandris de aço (AISI 1045) e alumínio (AA6082 nos estados O e T6) investigando de forma gradual a influência de parâmetros do processo na resistência mecânica (à tração) deste tipo de uniões. Os resultados obtidos demonstram que a resistência mecânica da união e os modos de falha associados são diretamente relacionados com os parâmetros de processo e condições do mandril. Além disso, outras importantes contribuições são apresentadas em relação à instrumentação para medição de fluxo magnético e eficiência global do processo e para o desenvolvimento e aplicações industriais desta tecnologia. / Joining of tubular profiles with high electrical conductivity by electromagnetic forming (EMF) is an innovative and clean technology that can successfully replace conventional joining technologies based on mechanical fixing with fasteners, rivets, welding and structural adhesives. The technology works at room temperature, allows joining dissimilar materials and offers potential to foster new applications in the assembly of lightweight tubular frame structures. This work investigates the interference-fit joining of tubes by electromagnetic crimping in terms of its major parameters with the aim of identifying their influence on the overall strength of the joints and establishing the useful range of process operating conditions. Initially, the theoretical principles of EMF and its main operational process variants are presented, followed by a summary of the current state of the knowledge of its application in the joining of tubular profiles in which it is found that the mechanical parameters are the residual stress at the joint interface, the area and shape of the joint interface and the friction coefficient between the joining partners. However, these parameters are related in a very complex way with the electromagnetic crimping process parameters, starting with the charging energy and by the machine and tool which generates the distribution of the magnetic pressure pulse that “triggers” the forming process, the initial gap between joining partners, the mandrel properties such as material, geometry, shape and surface roughness. The experimental study focuses the interference-fit of aluminum tubes (AA6082-O) on mandrels made of different materials and metallurgical conditions (AISI 1045, AA6082-O and AA6082-T6) and, therefore, the process is analyzed by the gradual influence of other process parameters aiming to achieve high strength joints. Results show that the joint strength and the associated failure mechanisms are directly related to process parameters and mandrel conditions. In addition, other important contributions are presented regarding the instrumentation for measuring the magnetic flux and overall process efficiency and to the development and implementation of this technology in industrial processes.

A união por conformação eletromagnética de perfis tubulares de alta condutividade elétrica é um processo inovador e limpo que pode substituir com sucesso os processos convencionais de união baseados na fixação mecânica por parafusos, rebites, soldagem e adesivos estruturais. Esta tecnologia funciona a temperatura ambiente, permite a união de materiais diferentes e oferece potencial para promover novas aplicações na montagem de estruturas leves. Neste trabalho busca-se compreender a união por interferência de tubos por cravamento eletromagnético em termos de seus principais parâmetros com o objetivo de identificar a influência na resistência global das uniões e estabelecer a faixa útil de condições operacionais do processo. Inicialmente são apresentados os fundamentos teóricos do processo de conformação eletromagnética e suas principais variantes operacionais, seguido de um resumo do estado atual do conhecimento da aplicação desta tecnologia na união de perfis tubulares no qual é verificado que os parâmetros mecânicos são a tensão residual no mandril, a área e forma da zona de união e o coeficiente de atrito entre os componentes. Entretanto, tais parâmetros estão relacionados de forma complexa com o processo de cravamento eletromagnético, a começar pela energia e a distribuição do pulso de pressão magnética gerados pela máquina e ferramenta que “disparam” o processo de conformação, a folga inicial entre componentes, o material dos componentes e, a geometria, forma e rugosidade do mandril. O estudo experimental foca a união por interferência de tubos de alumínio (AA6082-O) com mandris de aço (AISI 1045) e alumínio (AA6082 nos estados O e T6) investigando de forma gradual a influência de parâmetros do processo na resistência mecânica (à tração) deste tipo de uniões. Os resultados obtidos demonstram que a resistência mecânica da união e os modos de falha associados são diretamente relacionados com os parâmetros de processo e condições do mandril. Além disso, outras importantes contribuições são apresentadas em relação à instrumentação para medição de fluxo magnético e eficiência global do processo e para o desenvolvimento e aplicações industriais desta tecnologia. / Joining of tubular profiles with high electrical conductivity by electromagnetic forming (EMF) is an innovative and clean technology that can successfully replace conventional joining technologies based on mechanical fixing with fasteners, rivets, welding and structural adhesives. The technology works at room temperature, allows joining dissimilar materials and offers potential to foster new applications in the assembly of lightweight tubular frame structures. This work investigates the interference-fit joining of tubes by electromagnetic crimping in terms of its major parameters with the aim of identifying their influence on the overall strength of the joints and establishing the useful range of process operating conditions. Initially, the theoretical principles of EMF and its main operational process variants are presented, followed by a summary of the current state of the knowledge of its application in the joining of tubular profiles in which it is found that the mechanical parameters are the residual stress at the joint interface, the area and shape of the joint interface and the friction coefficient between the joining partners. However, these parameters are related in a very complex way with the electromagnetic crimping process parameters, starting with the charging energy and by the machine and tool which generates the distribution of the magnetic pressure pulse that “triggers” the forming process, the initial gap between joining partners, the mandrel properties such as material, geometry, shape and surface roughness. The experimental study focuses the interference-fit of aluminum tubes (AA6082-O) on mandrels made of different materials and metallurgical conditions (AISI 1045, AA6082-O and AA6082-T6) and, therefore, the process is analyzed by the gradual influence of other process parameters aiming to achieve high strength joints. Results show that the joint strength and the associated failure mechanisms are directly related to process parameters and mandrel conditions. In addition, other important contributions are presented regarding the instrumentation for measuring the magnetic flux and overall process efficiency and to the development and implementation of this technology in industrial processes.

O presente trabalho tem como proposta o projeto conceitual para construção do protótipo de máquina para conformação eletromagnética. Por definição conformação eletromagnética é o uso de um intenso campo eletromagnético para comprimir ou expandir peças de geometrias diversas dentre elas plana e circular. É um processo de conformação em alta velocidade onde não existe contato entre a peça e uma ferramenta, tendo como características bom acabamento e alta produtividade. A máquina é constituída por três partes principais: unidade de energia, bobina atuadora e estação de trabalho. A unidade de energia consiste em um banco de capacitores de alta voltagem que é carregado por uma fonte de alta tensão, o controle da máquina; bomba de vácuo; sistema de refrigeração e um interruptor de descarga principal que não pode exercer contato mecânico devido às altas correntes para que não ocorra soldagem dos terminais. A bobina atuadora é feita com material de alta condutividade elétrica e converte a corrente elétrica em pressão eletromagnética. A geometria da bobina deve ser adequada para a obtenção de peças metálicas de forma controlada para obtenção de geometrias pré-definidas. No instante em que a corrente dos capacitores é descarregada na bobina, um campo eletromagnético é gerado e induz correntes de Foucault na peça criando um campo eletromagnético com sentido contrário. A oposição destes campos gera força eletromagnética que conforma o material. A estação de trabalho é o local onde o material é inserido ou aproximado da bobina, podendo ser manual ou semi-manual. Para dar rigidez à bobina é necessário utilizar uma matriz feita de material que possua bom isolamento elétrico, priorizando a eficiência energética. Para este projeto será utilizada a metodologia de desenvolvimento de projeto baseada no método denominado desdobramento da função qualidade (QFD) onde gerar-se uma lista de requisitos contendo as especificações de projeto para esta máquina. Ao término da fase informacional inicia a fase conceitual onde o objetivo é gerar um conceito de máquina para conformação eletromagnética que poderá ser fabricada potencializando o desenvolvimento de produtos e processos inovadores, entre eles, os processos de conformação híbrida. / The paper proposes a conceptual design to construction of an electromagnetic forming device. By definition electromagnetic forming is the use of an intense electromagnetic field used to compress or expand several geometries workpieces like flat or circular geometries. Is a high speed forming process where don’t exist mechanical contact between workpiece and tool. With characteristics like good finishing and high productivity. The machine is divided in three main parts: the energy storage, electromagnetic forming coil and work station. The energy storage is a capacitor bank charged for a high voltage power supply; the machine control; vacuum pump, refreshing system and a main switch discharge that can’t exert mechanical contact. The electromagnetic forming coil is made from a high electrical conductivity material and converts electrical current on electromagnetic pressure. The electromagnetic coil geometry is adequate for each workpiece in a controlled manner to obtain preset geometries. At time that the energy storage on capacitor bank is discharged on electromagnetic forming coil creating an electromagnetic field that induces Foucoult currents on work piece creating an electromagnetic field with opposite direction. The opposition of those electromagnetic fields forming the workpiece. The work station is where the workpiece is inserted or approximated on the electromagnetic forming coil, it can be manual or automated. To the rigidity of electromagnetic forming coil is necessary use an insulated material, giving priority for energetic. To do this work will be used the methodology for design development focused on quality function deployment (QFD) to obtain a list with the specification for this conceptual design. The end of informational phase begins the conceptual phase where the objective is create a concept that can be fabricated developing new products and innovator process that use the hybrid forming.

O presente trabalho tem como proposta o projeto conceitual para construção do protótipo de máquina para conformação eletromagnética. Por definição conformação eletromagnética é o uso de um intenso campo eletromagnético para comprimir ou expandir peças de geometrias diversas dentre elas plana e circular. É um processo de conformação em alta velocidade onde não existe contato entre a peça e uma ferramenta, tendo como características bom acabamento e alta produtividade. A máquina é constituída por três partes principais: unidade de energia, bobina atuadora e estação de trabalho. A unidade de energia consiste em um banco de capacitores de alta voltagem que é carregado por uma fonte de alta tensão, o controle da máquina; bomba de vácuo; sistema de refrigeração e um interruptor de descarga principal que não pode exercer contato mecânico devido às altas correntes para que não ocorra soldagem dos terminais. A bobina atuadora é feita com material de alta condutividade elétrica e converte a corrente elétrica em pressão eletromagnética. A geometria da bobina deve ser adequada para a obtenção de peças metálicas de forma controlada para obtenção de geometrias pré-definidas. No instante em que a corrente dos capacitores é descarregada na bobina, um campo eletromagnético é gerado e induz correntes de Foucault na peça criando um campo eletromagnético com sentido contrário. A oposição destes campos gera força eletromagnética que conforma o material. A estação de trabalho é o local onde o material é inserido ou aproximado da bobina, podendo ser manual ou semi-manual. Para dar rigidez à bobina é necessário utilizar uma matriz feita de material que possua bom isolamento elétrico, priorizando a eficiência energética. Para este projeto será utilizada a metodologia de desenvolvimento de projeto baseada no método denominado desdobramento da função qualidade (QFD) onde gerar-se uma lista de requisitos contendo as especificações de projeto para esta máquina. Ao término da fase informacional inicia a fase conceitual onde o objetivo é gerar um conceito de máquina para conformação eletromagnética que poderá ser fabricada potencializando o desenvolvimento de produtos e processos inovadores, entre eles, os processos de conformação híbrida. / The paper proposes a conceptual design to construction of an electromagnetic forming device. By definition electromagnetic forming is the use of an intense electromagnetic field used to compress or expand several geometries workpieces like flat or circular geometries. Is a high speed forming process where don’t exist mechanical contact between workpiece and tool. With characteristics like good finishing and high productivity. The machine is divided in three main parts: the energy storage, electromagnetic forming coil and work station. The energy storage is a capacitor bank charged for a high voltage power supply; the machine control; vacuum pump, refreshing system and a main switch discharge that can’t exert mechanical contact. The electromagnetic forming coil is made from a high electrical conductivity material and converts electrical current on electromagnetic pressure. The electromagnetic coil geometry is adequate for each workpiece in a controlled manner to obtain preset geometries. At time that the energy storage on capacitor bank is discharged on electromagnetic forming coil creating an electromagnetic field that induces Foucoult currents on work piece creating an electromagnetic field with opposite direction. The opposition of those electromagnetic fields forming the workpiece. The work station is where the workpiece is inserted or approximated on the electromagnetic forming coil, it can be manual or automated. To the rigidity of electromagnetic forming coil is necessary use an insulated material, giving priority for energetic. To do this work will be used the methodology for design development focused on quality function deployment (QFD) to obtain a list with the specification for this conceptual design. The end of informational phase begins the conceptual phase where the objective is create a concept that can be fabricated developing new products and innovator process that use the hybrid forming.

O presente trabalho tem como proposta o projeto conceitual para construção do protótipo de máquina para conformação eletromagnética. Por definição conformação eletromagnética é o uso de um intenso campo eletromagnético para comprimir ou expandir peças de geometrias diversas dentre elas plana e circular. É um processo de conformação em alta velocidade onde não existe contato entre a peça e uma ferramenta, tendo como características bom acabamento e alta produtividade. A máquina é constituída por três partes principais: unidade de energia, bobina atuadora e estação de trabalho. A unidade de energia consiste em um banco de capacitores de alta voltagem que é carregado por uma fonte de alta tensão, o controle da máquina; bomba de vácuo; sistema de refrigeração e um interruptor de descarga principal que não pode exercer contato mecânico devido às altas correntes para que não ocorra soldagem dos terminais. A bobina atuadora é feita com material de alta condutividade elétrica e converte a corrente elétrica em pressão eletromagnética. A geometria da bobina deve ser adequada para a obtenção de peças metálicas de forma controlada para obtenção de geometrias pré-definidas. No instante em que a corrente dos capacitores é descarregada na bobina, um campo eletromagnético é gerado e induz correntes de Foucault na peça criando um campo eletromagnético com sentido contrário. A oposição destes campos gera força eletromagnética que conforma o material. A estação de trabalho é o local onde o material é inserido ou aproximado da bobina, podendo ser manual ou semi-manual. Para dar rigidez à bobina é necessário utilizar uma matriz feita de material que possua bom isolamento elétrico, priorizando a eficiência energética. Para este projeto será utilizada a metodologia de desenvolvimento de projeto baseada no método denominado desdobramento da função qualidade (QFD) onde gerar-se uma lista de requisitos contendo as especificações de projeto para esta máquina. Ao término da fase informacional inicia a fase conceitual onde o objetivo é gerar um conceito de máquina para conformação eletromagnética que poderá ser fabricada potencializando o desenvolvimento de produtos e processos inovadores, entre eles, os processos de conformação híbrida. / The paper proposes a conceptual design to construction of an electromagnetic forming device. By definition electromagnetic forming is the use of an intense electromagnetic field used to compress or expand several geometries workpieces like flat or circular geometries. Is a high speed forming process where don’t exist mechanical contact between workpiece and tool. With characteristics like good finishing and high productivity. The machine is divided in three main parts: the energy storage, electromagnetic forming coil and work station. The energy storage is a capacitor bank charged for a high voltage power supply; the machine control; vacuum pump, refreshing system and a main switch discharge that can’t exert mechanical contact. The electromagnetic forming coil is made from a high electrical conductivity material and converts electrical current on electromagnetic pressure. The electromagnetic coil geometry is adequate for each workpiece in a controlled manner to obtain preset geometries. At time that the energy storage on capacitor bank is discharged on electromagnetic forming coil creating an electromagnetic field that induces Foucoult currents on work piece creating an electromagnetic field with opposite direction. The opposition of those electromagnetic fields forming the workpiece. The work station is where the workpiece is inserted or approximated on the electromagnetic forming coil, it can be manual or automated. To the rigidity of electromagnetic forming coil is necessary use an insulated material, giving priority for energetic. To do this work will be used the methodology for design development focused on quality function deployment (QFD) to obtain a list with the specification for this conceptual design. The end of informational phase begins the conceptual phase where the objective is create a concept that can be fabricated developing new products and innovator process that use the hybrid forming.

Esta dissertação apresenta modelagem matemática e um método de solução numérica para problemas de conformação eletromagnética de chapas metálicas finas circulares utilizando uma bobina em espiral plana. O método foca especificamente o cálculo do campo eletromagnético gerado pela bobina e análise do circuito que modela o sistema de estampagem eletromagnética. A bobina plana é aproximada por círculos concêntricos carregando a corrente de descarga dos capacitores. Os cálculos das correntes induzidas e perfil da força eletromagnética na chapa e acoplamentos magnéticos entre a bobina e chapa metálica são realizados para o instante inicial, antes da deformação plástica da chapa. O método utiliza a lei de Biot-Savart, sendo que a solução das integrais obtidas para indução magnética é realizada através de métodos numéricos, considerando as simetrias do problema. Para verificação da modelagem matemática, da solução numérica e comprovação da viabilidade técnica deste processo, um dispositivo de estampagem eletromagnética foi desenvolvido e diversos experimentos foram realizados com chapas de alumínio. Os parâmetros investigados foram a espessura da chapa a ser deformada e a influência da presença de vácuo na cavidade da ferramenta. Os resultados experimentais demonstram concordância com os resultados da modelagem proposta. A presença de vácuo também demonstrou um incremento na deformação da chapa. A rotina desenvolvida no software Matlab fornece informações importantes para o processo e permite que se faça ajustes no dispositivo. / This dissertation presents a mathematical model and numerical method to solve the problems of electromagnetic forming of thin circular metal sheets by using a flat spiral coil. The method focuses specifically on the calculation of the electromagnetic field generated by the coil flat and circuit analysis modeling system electromagnetic forming. The flat coil is approximated by concentric circles carrying a discharge current of capacitors. The calculations of induced currents and profile of the electromagnetic force on the plate and magnetic coupling between the coil and sheet metal are made to the initial time, before the plastic deformation of the plate. The method uses the law of Biot-Savart, and the solution of the integral obtained for magnetic induction is performed by numerical methods, considering the symmetries of the problem. To verify the mathematical model, the numerical solution and proving the technical feasibility of this process, a electromagnetic forming device was developed and several experiments were made with aluminum plates. The parameters investigated were the thickness of the plate to be deformed and the influence of the vacuum in the cavity of the tool. The experimental results show agreement with the results of the proposed model. The presence of vacuum also showed an increase in the deformation of the plate. A routine developed in software Matlab provide important information for the process and allow to make adjustments on the device.