Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T08:36:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:02:42Z : No. of bitstreams: 1 147389.pdf: 4890949 bytes, checksum: ce318593467eff4f0cf505ea604fc6c9 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-23T22:54:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 259183.pdf: 5684724 bytes, checksum: 3ffa734392a3cf5ba5561f75159ebfb9 (MD5) / As indústrias do setor metal-mecânico, principalmente as laminadoras, estão produzindo, atualmente, materiais por processamento termomecânico com grãos cada vez mais finos. Esta é uma forma de aumentar a resistência mecânica, a tenacidade e a soldabilidade. Devido a esta tendência e sabendo-se que o refino de grão de chapas metálicas está relacionado com aumento de resistência mecânica e com possível diminuição de estampabilidade das mesmas, os objetivos deste trabalho foram o desenvolvimento de novas rotas de processamentos termomecânicos (laminação a frio e tratamentos térmicos) e o estudo do efeito do tamanho de grãos nas propriedades mecânicas e na estampabilidade de aços microligados classificados, também, como aços ARBL (alta resistência baixa liga). O trabalho foi dividido em quatro etapas: i) caracterização dos materiais como fornecidos; ii) simulações de novas rotas de processamento em laboratório; iii) teste industrial com a rota simulada em laboratório que apresentou maior efeito no refino de grãos e iv) estudo da estampabilidade. A caracterização dos materiais envolveu ensaios metalográficos e levantamento das propriedades mecânicas de chapas de aços C-Mn e microligados (ao Nb e Nb-Ti) como produzidas industrialmente. Em seguida foram desenvolvidos novos caminhos para processamento em laboratório, visando, principalmente, o aumento de sítios de nucleação de novos grãos após deformação, com o intuito de refinar o grão ferrítico. As variáveis estudadas incluíram parâmetros de têmpera, revenido e recozimento. Após avaliação das simulações em laboratório, a rota com maior eficácia foi submetida à teste em escala industrial. Para este teste, apenas um aço foi processado, no caso o aço microligado ao Nb+Ti, por apresentar melhores resultados, quanto ao refino de grãos e aumento da resistência mecânica, e por ser o mais utilizado pela indústria fornecedora. Por fim, foi realizada a avaliação da estampabilidade com base nos resultados dos ensaios de tração, anisotropia, textura cristalográfica e curvas limite de conformação (CLC), de forma comparativa entre as tiras produzidas no teste industrial e as tiras do produto atualmente produzido pela indústria. Para o aço microligado ao Nb-Ti constatou-se um refino de grão de 15,3 µm de diâmetro inicial, em média, para 7,7 µm. Os resultados das propriedades mecânicas obtidas, do coeficiente de anisotropia normal e planar e a análise de textura pela função de distribuição de orientação cristalográfica, indicam uma estampabilidade inferior, uma menor possibilidade de formar "orelhas" no embutimento e uma menor anisotropia de propriedades das chapas obtidas pelo novo processamento. A mesma observação foi feita através do levantamento das CLC's para situações de embutimento, onde houve redução dos limites de deformação. Já em situações de estiramento, o limite de deformações apresentou pequeno aumento devido ao efeito da morfologia e homogeneidade de distribuição dos grãos. The industries of metal-mechanic sector are producing materials by thermomechanical processing, with grains smaller. This is a way to increase the mechanical strength, toughness and weldability. Based on these facts and knowing that the refining of grain is related to the mechanical strength and the formability, the objective of this research was the development of possible new routes involving thermomechanical processing (cold rolling and heat-treatment) and the study of the effect of grain size in the variation of mechanical properties and formability of HSLA (high strength low alloy) steels. The research was divided into four stages: i) characterization of materials, ii) simulations of new processing routes in the laboratory; iii) industrial test with the route simulated in the laboratory that showed greater effect on the grain refining and iv) study of formability. The characterization involved analysis of the microstructure and the mechanical properties of plates of C-Mn steels and microalloyed steels (Nb and Nb+Ti). After this stage, new ways for processing in the laboratory has been developed in order to generate areas of nucleation of new grains after deformation to refine the ferritic grain. Through evaluation of the simulations in the laboratory, the route with greater effectiveness was industrialy tested. In this case, only the best performing steel on the grain refinement and increased mechanical strength (Nb-Ti microalloyed steel) was processed. Finally the formability was evaluated by the results of tests of the strength, anisotropy, texture and forming limite diagrams (FLD), comparing the plates produced in the industrial test and the plates currently produced in industries. For Nb-Ti steel, was reduced the grain size by 15.3 µm to 7.7 µm. The results of the mechanical properties obtained, the coefficient of anisotropy and the texture analysis of the crystal orientation distribution function, indicate a lower formability, a smaller possibility to generate defects in inlay and a lower anisotropy of properties of the plates obtained by the new process. The same observation was obtained through FLD for inlaying situations, where there was reduction of the deformation limits. Already in stretching situations, the limit of deformations presented increase due to the effect of the morphology and homogeneity of distribution of the grains.

Este trabalho descreve a adaptação de um equipamento CNC e ferramentas computacionais CAD/CAM (desenvolvidas originalmente para a área de usinagem) na conformação de chapas de alumínio comercialmente puro, através do processo de estampagem incremental. Através das simulações e dos testes reais foi possível obter resultados práticos, relativos às limitações geométricas e ao acabamento superficial. As peças conformadas têm o formato básico de um tronco de cone, onde foram alterados a profundidade e o ângulo do cone. A análise dimensional das peças, comparadas com seu respectivo modelo CAD revelou razoável conformidade geométrica. Por outro lado, ângulos de parede maiores que 65° causaram o rompimento da chapa. As estampagens foram realizadas em um centro de usinagem, e utilizaram-se como valores máximos a velocidade de avanço de 2.200 mm/min e o incremento vertical de 1mm, por questões de segurança e também pela constatação de problemas de acabamento superficial e de vibrações excessivas do equipamento. Como conclusão final, foi demonstrado que, para o tipo específico de peça (material, espessura e geometria), dispositivo prensa-chapas, ferramentas, equipamento CNC e softwares utilizados, o processo de estampagem incremental seria viável para lotes de até 600 peças. / This paper describes the adaptation of a CNC equipment and CAD/CAM computational tools (originally developed for the machining area) on the conformation of sheets of commercially pure aluminum, through the process of incremental forming. Through simulations and tests were unable to get practical results, for the geometric constraints and surface finishing. Forming parts have the basic format of a truncated cone, which have changed the depth and angle of the cone. A dimensional analysis of the parts, compared with their CAD model showed geometric reasonable compliance. Moreover, the wall angles greater than 65 ° caused the breaking of the plate. The sheets formings were performed in a machining center, with a maximum speed of advance of 2,200 mm/min and the vertical increase of 1mm, for reasons of safety and also for finding finishing surface problems and the excessive vibration equipment. As final conclusion, it was demonstrated that, for the specific type of piece (material, thickness and geometry), device-press plates, tools, CNC equipment and software used, the process of incremental sheet forming feasible for batches of up to 600 pieces.

Este trabalho avalia as propriedades mecânicas, microestrutura resultante e força de estampagem da liga DIN 27MnCrB5 para o processo de estampagem a quente nas temperaturas de aquecimento de 750°C, 850°C e 950°C. Para isso foram realizados ensaios nas três temperaturas e medidos os valores da força necessária para a estampagem da chapa, que foi aplicada em uma área de 30mm x 1,50mm. A partir da peça estampada foram realizadas análises metalográficas da microestrutura resultante e medições de dureza para a correlação com as propriedades mecânicas. Para as temperaturas de aquecimento de 750°C e 850°C não foi verificada microestrutura martensítica nas peças estampadas. Para o ensaio realizado com uma temperatura de aquecimento de 950°C ocorreu transformação martensítica na peça na região que esteve em contato com o prensa chapa e a matriz. Esta transformação metalúrgica resultou em valores de dureza de 715±17HV0,2 em comparação com a condição inicial da chapa, cuja dureza era de 187±5HV0,2. As medições de força de estampagem para as três temperaturas de ensaio indicam uma redução da força com o aumento da temperatura de aquecimento da chapa. Para a temperatura de aquecimento da chapa de 750°C o valor médio da força de estampagem foi de 14kN, para a temperatura de 850°C o valor médio da força de estampagem foi de 9kN, enquanto para a temperatura de 950°C foi encontrado o valor médio de 5kN. / This work evaluates the mechanical properties, resulting microstructure and stamping force of the DIN 27MnCrB5 alloy for the hot stamping process at the heating temperatures of 750°C, 850°C and 950°C. For this, tests were carried out at the three temperatures and the values of the force required for the stamping of the sheet were measured, which was applied in an area of 30mm x 1,50mm. From the stamped part metallographic analyzes of the resulting microstructure and hardness measurements were performed for the correlation with the mechanical properties. For the heating temperatures of 750°C and 850°C, no martensitic microstructure was observed in the stamped parts. For the test performed with a heating temperature of 950°C martensitic transformation occurred in the part in the region that was in contact with the blank holder and the die. This metallurgical transformation resulted in hardness values of 715±17HV0,2 compared to the initial condition of the sheet, whose hardness was 187±5HV0,2. Stamping force measurements for the three test temperatures indicate a reduction in force with the increase of the sheet heating temperature. For the sheet heating temperature of 750°C the average value of the stamping force was 14kN, at the temperature of 850°C the average value of the stamping force was 9kN, while at the temperature of 950°C it was found The average value of 5kN.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T12:08:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199967.pdf: 4396901 bytes, checksum: 05a1dbba94b1690d2ca06fc0efb65e44 (MD5) / O presente trabalho consiste na determinação das Curvas Limite de Conformação por procedimentos experimentais e simulação numérica do processo de estampagem.

Resumo: Na estampagem de chapas pré-furadas é comum a geração de trincas nas bordas de furos que foram submetidos à expansão durante o processo de estampagem. Aços avançados de alta resistência (AHSS) laminados à quente podem facilmente nuclear trincas em regiões superficiais nas bordas dos furos expandidos devido aos métodos de processamento que foram empregados para furar as chapas. A capacidade de um furo ser expandido não é dependente somente da ductilidade do material. A qualidade superficial da parede do furo, bem como o seu diâmetro são de extrema importância na sua razão de expansão. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a expansão de furos puncionados por processo inovador de puncionamento com brochamento, bem como a conformabilidade de chapas de aço multifásico CPW800 empregando diferentes cargas de prensa-chapas. Para desenvolvimento do estudo foi definida a seguinte metodologia: ensaios de puncionamento com duas geometrias distintas de punção inovador (tipo 1 e tipo 2), uma geometria clássica de punção (tipo 3) e três folgas distintas entre punção e matriz (1%, 3% e 5% da espessura da chapa) para definir a melhor combinação entre punção e matriz em termos de qualidade superficial dos furos. Ensaios de Nakazima para avaliar a estampabilidade do aço foram conduzidos empregando-se cargas de prensa-chapas distintas, sendo estas de 1002, 401 e 300,6 kN. Ensaios de expansão de furos com punção hemisférico e com punção reto foram realizados para determinar a razão de expansão de furos puncionados que apresentaram os melhores resultados quanto à qualidade superficial dos furos. Pelos resultados obtidos, verificou-se que o punção inovador "tipo 1" e a matriz com a folga de 1% da espessura da chapa proporcionaram os melhores resultados em termos de cilindricidade, circularidade e qualidade superficial dos furos. Comparações entre curvas limite de conformação obtidas a partir de ensaios de Nakazima realizados com as diferentes cargas de prensa-chapas indicaram que a conformabilidade do aço estudado diminuiu com a diminuição da carga no prensa-chapas. Os ensaios de expansão de furos permitiram constatar que capacidade máxima de expansão de um furo de 10 mm puncionado em chapa 1,6 mm pelo processo de puncionamento com brochamento foi em torno de 50% do diâmetro inicial do furo. As seguintes conclusões podem ser apresentadas: Ocorre diminuição da conformabilidade do aço devido à nucleação de trincas nos furos puncionados, trincas as quais são causadas pelo estiramento das bordas dos furos. A carga no prensa-chapas tem influência direta na conformabilidade do aço CPW800 de forma que diminuição gradativa da carga no prensa-chapas reduz a capacidade do material estirar. Portanto, o ajuste adequado da carga no prensa-chapas na estampagem do aço multifásico CPW800 é primordial para que produtos estampados por embutimento e estiramento sejam manufaturadas de forma satisfatória.

Resumo: A estampagem tem por finalidade a fabricação de peças a partir de chapas planas. Este processo tem como um dos seus maiores usuários a indústria automobilística, que é um dos maiores mercados para aços de alta resistência e uma importante força motriz para o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias. Desta forma, procura-se cada vez mais pesquisar a influência dos parâmetros nos processos de conformação, permitindo as indústrias conhecer melhor as variáveis e entender a estampabilidade das chapas utilizadas. Nas últimas décadas o aumento da concorrência e a crescente demanda por carros mais seguros, econômicos e menos poluentes exigiram das montadoras, siderúrgicas e comunidade científica investimentos na pesquisa de novos aços. O resultado dessas pesquisas foi o aumento significativo na utilização de aços avançados de alta resistência nos automóveis. O objetivo desse trabalho foi analisar o tipo de fratura em chapas de aço DP600 quando submetidos aos estados de tensões uniaxial, biaxial e plano de deformação, através dos ensaios de tração e estampagem (embutimento e estiramento). Para se obter o estado plano de deformação utilizou-se corpo de prova de 200mm, punção no formato cilíndrico e uma leve carga no prensa-chapas, permitindo o escoamento do material, e também com corpo de prova de 125x200mm estampado com punção hemisférico, travando totalmente a chapa; o estado biaxial de tensão obteve-se com a utilização de corpo de prova de 200x200mm, punção hemisférico e total restrição do fluxo da chapa; e através dos ensaios de tração com corpo de prova no formato “gravata” e estampagem do corpo de prova de 75x200mm, com punção hemisférico, travando totalmente a chapa foram obtidos o estado uniaxial de tensão. Foi constatado, através do MEV, que o estado de tensão teve influência no micromecanismo de fratura, principalmente no estado plano de deformação, que apresentou regiões de clivagem, portanto frágil, envoltas por alvéolos, fratura dúctil. Já nos estados uniaxial e biaxial de tração apresentaram somente alvéolos, caracterizando uma fratura dúctil clássica. Demonstrando que um material não é dúctil ou frágil, depende do estado de tensão ao qual foi submetido para provocar a fratura.

Este trabalho descreve a adaptação de um equipamento CNC e ferramentas computacionais CAD/CAM (desenvolvidas originalmente para a área de usinagem) na conformação de chapas de alumínio comercialmente puro, através do processo de estampagem incremental. Através das simulações e dos testes reais foi possível obter resultados práticos, relativos às limitações geométricas e ao acabamento superficial. As peças conformadas têm o formato básico de um tronco de cone, onde foram alterados a profundidade e o ângulo do cone. A análise dimensional das peças, comparadas com seu respectivo modelo CAD revelou razoável conformidade geométrica. Por outro lado, ângulos de parede maiores que 65° causaram o rompimento da chapa. As estampagens foram realizadas em um centro de usinagem, e utilizaram-se como valores máximos a velocidade de avanço de 2.200 mm/min e o incremento vertical de 1mm, por questões de segurança e também pela constatação de problemas de acabamento superficial e de vibrações excessivas do equipamento. Como conclusão final, foi demonstrado que, para o tipo específico de peça (material, espessura e geometria), dispositivo prensa-chapas, ferramentas, equipamento CNC e softwares utilizados, o processo de estampagem incremental seria viável para lotes de até 600 peças. / This paper describes the adaptation of a CNC equipment and CAD/CAM computational tools (originally developed for the machining area) on the conformation of sheets of commercially pure aluminum, through the process of incremental forming. Through simulations and tests were unable to get practical results, for the geometric constraints and surface finishing. Forming parts have the basic format of a truncated cone, which have changed the depth and angle of the cone. A dimensional analysis of the parts, compared with their CAD model showed geometric reasonable compliance. Moreover, the wall angles greater than 65 ° caused the breaking of the plate. The sheets formings were performed in a machining center, with a maximum speed of advance of 2,200 mm/min and the vertical increase of 1mm, for reasons of safety and also for finding finishing surface problems and the excessive vibration equipment. As final conclusion, it was demonstrated that, for the specific type of piece (material, thickness and geometry), device-press plates, tools, CNC equipment and software used, the process of incremental sheet forming feasible for batches of up to 600 pieces.

Resumo: O processo de conformacao de chapas metalicas e amplamente utilizado na industria de transformacao da materia-prima, com destaque para a producao de pecas por dobramento. Nesse trabalho foram conformadas tiras de acos HSLA450, DP800 e TRIP800 pelos processos de dobramento em L e em V, visando atingir uma geometria pre-determinada, sem retorno elastico. O retorno elastico e muito comum em processos de conformacao e tambem de extrema importancia, pois, muitos componentes estruturais sao fabricados pelo processo de dobramento de chapas, sendo posteriormente interligados mediante elementos de uniao. Entretanto, a falta de precisao dimensional dessas chapas dobradas devido a recuperacao elastica, pode resultar em um pre-tensionamento das juntas e elementos de uniao, devido a montagens forcadas, o que pode resultar em falha prematura desses componentes. Assim, foi medido o retorno elastico apos dobramento em L e percebida a variacao do mesmo com diferentes raios de dobra. Foi percebido tambem, que a forca aplicada na chapa durante os processos de dobramento teve variacao com raio de curvatura. No dobramento em V foram aplicadas forcas superiores a necessaria para processo e verificou-se reducao de retorno, anulacao e ate avanco elastico com o aumento da forca aplicada na regiao da dobra.

Resumo: No tryout de ferramentas de estampagem, mudanças são freqüentemente necessárias, desde a escolha de um novo material com melhor conformabilidade, até ajustes no design de matrizes e punções a fim de se atingir o grau de satisfação esperado para o produto. Todas essas ações, no entanto, tomam tempo e dinheiro, o que mostra a necessidade de uma melhor avaliação das chapas metálicas a serem utilizadas, como uma forma de se evitar estas perdas provocadas pelo conhecimento insuficiente das reais condições de deformação a que os materiais podem ser submetidos. Desta forma, procura-se cada vez mais desenvolver ensaios de laboratório que permitam às indústrias de estampagem conhecer melhor a estampabilidade das chapas utilizadas, e que sirvam como base de dados para o desenvolvimento de modelos computacionais cada vez mais precisos para a simulação de processos de estampagem. Levando em conta que a eficiência na fabricação de um produto estampado está no grau máximo de deformação que a chapa metálica pode ser submetida antes da sua ruptura, pode-se dizer que o levantamento da curva limite de conformação (CLC) de um aço corresponde a um método bastante eficaz para esta avaliação, sendo bastante utilizada por diversos autores em publicações recentes. Um objeto de estudo pouco investigado, porém, é a influência do prensa-chapas na estampabilidade das chapas metálicas, em especial de aços de nova geração que possuem fases duras em sua microestrutura. Com base nisso, o projeto de pesquisa em questão tem como objetivo principal a avaliação da influência da carga do prensa-chapas na estampagem do aço “Dual Phase” DP600, que se caracteriza por ser um aço de alta resistência, com sua microestrutura composta de “ilhas” de martensita dispersas em uma matriz ferrítica numa proporção aproximada de 17%. No estudo realizado, foi levantada a curva limite de conformação do aço DP600 através do ensaio de estampagem Nakazima, com “draw bead” travando totalmente o escoamento do material e, posteriormente, variando a carga do prensa-chapas. As cargas utilizadas foram de 130tf, 80tf e 58tf. Para cada valor de carga, foram medidas as deformações planares principais e comparadas a CLC obtida pelo teste de Nakazima. Pelos resultados obtidos, verificou-se um aumento na conformabilidade máxima do aço para a carga de 130tf, uma equivalência de resultados com a CLC obtida pelo método Nakazima para a carga de 80tf e uma redução na estampabilidade do material para a carga de 58tf. Pela análise da fratura das amostras em um microscópio eletrônico de varredura, contatou-se que nos ensaios com as menores cargas no prensa-chapas, acentuou-se o surgimento de pontos de fratura frágil (clivagem) nas amostras, como conseqüência da maior taxa de deformação do material, o que induziu o surgimento das “shear fractures”, ou fratura por cisalhamento. Como conclusão do trabalho, pode-se dizer que a carga do prensa-chapas é altamente significativa na conformação de aços “dual phase”, uma vez que o seu ajuste correto pode levar a um ganho considerável na conformabilidade do material, permitindo a produção satisfatória de peças com maior grau de complexidade.