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.

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.

Orientador: Sergio Tonini Bortolussi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T05:46:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bortolussi_Roberto_M.pdf: 20202951 bytes, checksum: 9036e5c0319bd1d576a210d8a1d0a506 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: O processo de estampagem profunda tem por finalidade a alteração da geometria da superfície de uma chapa para uma outra geometria desejada. A complexidade destas mudanças de forma e o número de variáveis envolvidas faz com que as ferramentas sejam desenvolvidas com base em tentativas e erros. A mudança no perfil na indústria mundial, onde os produtos devem ser alterados e aperfeiçoados de forma mais ágil e freqüente, toma necessário que os métodos de projeto dessas ferramentas sejam atualizados. Nessa atualização os métodos de simulação tomaram-se uma necessidade da indústria. o embutimento cilíndrico foi simulado através do Método dos Elementos Finitos de formulação elasto-plástica, que está implementado no "software" ANSYS 5.0- A. Os modelos utilizados foram axissimétricos bi-dimensionais. Os modelos analisaram dois diâmetros diferentes de "blank" para verificação da variação das deformações com o aumento da relação de embutimento e a variação da força no processo. Também utilizou-se para um dos diâmetros, vários coeficientes de atrito para a verificação de sua influência. Os deslocamentos nodais obtidos na simulação foram utilizados no desenho do copo deformado dentro do AUTOCAD R12 para determinação da variação da espessura em função da posição radial. A comparação desses resultados com os resultados experimentais comprovou a aplicabilidade do método / Abstract: Deep drawing process change the geometry of a metal sheets to complex shapes. The complexity of the geometry and many variables involved make the tool design very difficult. The recent necessity of quicker developments in the manufacturing methods make necessary to review this tool design and to simulation methods have become very important. It was used the Finite Elements Methods with elasto-plastic formulation which is found in the ANSYS 5.0 - A software, for the simulation of cylindrical deep drawing. It was used axisymmetric models. It was verified two different blank diameter were tested to check the variation of strain and force when deep drawing ratio was increased. The influence of the friction coefficient with a diameter of blank has been evaluate. Nodal displacements obtained were used to draw the deformed blank with AUTOCAD R12 and then the thickness variation with radial position was calculated. The simulated results were compared to the experimental results, showing that the methodis reliable / Mestrado / Engenharia de Materiais / Mestre em Engenharia Mecânica

O processo de estampagem à quente é um dos métodos possíveis para a conformação de aços de alta resistência. Para isso é necessário o estudo das propriedades termomecânicas para obtenção de parâmetros ótimos para a construção de uma linha de estampagem eficiente. Neste trabalho, foram realizados ensaios para determinar os parâmetros para a estampagem a quente do aço 22MnB5, e posteriormente a construção de uma linha de estampagem a quente completa. Obteve-se ao fim do processo, uma microestrutura martensitica com dureza de 430 HV com resistência à tração de aproximadamente 1365 MPa. / The hot stamping process is one of the possible ways to high strenght steel conformation. In this work, study of 22MnB5 steel thermomechanical properties was performed in order to obtain optimum parameters to hot stamping process. After, a complete hot stamping line was built. At the end of hot stamping process it was possible to obtain a martensitic microstructure with 1365 MPa strenght resistance and 430 HV.

O processo de estampagem é influenciado por diferentes variáveis, tais como, propriedades mecânicas e rugosidade da chapa, lubrificação do blank, coeficiente de atrito entre o blank e a ferramenta, parâmetros da prensa (força relativamente constante e velocidade), bem como variações nas ferramentas de conformação (deformação elástica). Este trabalho se dedica a investigação da influência do atrito entre a ferramenta e o blank. Em particular, será investigado o desenvolvimento de padrões artificiais de rugosidade de chapas metálicas (textura de superfície). O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D e estampabilidade de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de estampabilidade (medido pelo deslocamento do blank durante a estampagem) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados aqui apresentados estão em concordância com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros são necessários. / The stamping process is influenced by several variables such as sheet mechanical properties and roughness, blank lubrication, friction coefficient, press parameters (press force and speed), as well as variations in the forming tools (elastic strain). This work is dedicated to study the influence of friction between the tool and the blank. In this sense, it is necessary to study the development of artificial roughness patterns of sheet metals (surface textures). The aim of this research work is to study the inter-relationship, using the surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters and the formability of steel sheets for automotive panels. Different surface textures of sheet metal have been evaluated in terms of formability (measured by material flow during the process stamping) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained in the sheet metal prior to stamping. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research work showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed.

O processo de estampagem é influenciado por diferentes variáveis, tais como, propriedades mecânicas e rugosidade da chapa, lubrificação do blank, coeficiente de atrito entre o blank e a ferramenta, parâmetros da prensa (força relativamente constante e velocidade), bem como variações nas ferramentas de conformação (deformação elástica). Este trabalho se dedica a investigação da influência do atrito entre a ferramenta e o blank. Em particular, será investigado o desenvolvimento de padrões artificiais de rugosidade de chapas metálicas (textura de superfície). O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D e estampabilidade de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de estampabilidade (medido pelo deslocamento do blank durante a estampagem) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados aqui apresentados estão em concordância com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros são necessários. / The stamping process is influenced by several variables such as sheet mechanical properties and roughness, blank lubrication, friction coefficient, press parameters (press force and speed), as well as variations in the forming tools (elastic strain). This work is dedicated to study the influence of friction between the tool and the blank. In this sense, it is necessary to study the development of artificial roughness patterns of sheet metals (surface textures). The aim of this research work is to study the inter-relationship, using the surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters and the formability of steel sheets for automotive panels. Different surface textures of sheet metal have been evaluated in terms of formability (measured by material flow during the process stamping) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained in the sheet metal prior to stamping. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research work showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed.

O presente trabalho tem por finalidade apresentar e discutir os resultados encontrados para o coeficiente de atrito de três tipos de diferentes chapas utilizadas em processos de estampagem na indústria automotiva. O método adotado para determinação do coeficiente de atrito foi o dobramento sob tensão, método este que tem por finalidade simular as condições de uma operação de embutimento. Os resultados apresentados demonstram que diferentes chapas em aço NBR 5915 EM e EMS ME 1508 EM, com ou sem proteção galvânica, apresentam diferentes condições tribológicas determinadas através do ensaio. Coeficientes de atrito que variam desde 0,103 até 0,151 foram determinados, considerando condições de lubrificação e de ferramenta constantes. A influência do coeficiente de atrito no processo é exemplificada através do cálculo da força máxima de estampagem, sendo que para as mesmas condições de propriedades mecânicas a variação do coeficiente de atrito provocou um aumento de 7,6% na força máxima. Através do cálculo determinou-se também a influência do coeficiente de atrito nas forças de atrito do processo. Para as condições apresentadas, a influência do coeficiente de atrito no prensa chapas na força máxima de estampagem é 20x menor em relação à influência do coeficiente de atrito no raio da matriz. / This research aims to show and discuss the friction coefficient of three different kinds of sheet metal used in sheet metal forming processes of automotive industry. The methodology for the determination of the coefficient of friction was the bending under tension, that purpose to simulate the deep drawing conditions. The results show different kinds of sheets metals, as NBR 5915 EM and EMS ME 1508 EM, with or not galvanized protection, show different tribological conditions by the tests. Friction coefficients from 0,103 to 0,151 were founded, considering invariable lubrication and tool conditions. The influence of friction coefficient in the stamping process is exemplified by the maximum stamping strength. For these tests conditions, the coefficient of friction caused an increase of 7.6% in the maximum stamping strength. The influence of the friction coefficient on the friction strengths of the process was determined. For these conditions, the influence of the friction coefficient in the friction strength of the blank holder is 20x smaller than in the friction strength of die's radius.

A busca contínua da melhoria da competitividade do aço frente aos sucedâneos tem levado ao desenvolvimento de materiais especiais, permitindo atender a três das principais demandas do setor automotivo: redução de peso, economia de combustível e aumento da segurança do usuário. As condições sob as quais é realizado o reprocesso ou relaminação de encruamento dos aços livres de intersticiais, chamado IF - Interstitial Free podem afetar significativamente as características destes, especialmente do ponto de vista de sua estampabilidade, que é fundamentalmente importante para este tipo de produto. Este trabalho tem por objetivo estudar os efeitos da relaminação de encruamento na estampabilidade de chapas de um aço Intersticial Free - IF microligado ao titânio. A amostra em estudo foi retirada de bobinas laminadas e relaminadas no Laminador de Encruamento Nº2 da Usiminas unidade Cubatão, simulando uma condição real de processo, eventualmente necessária, devido a correções a serem efetuadas no acabamento superficial ou ajuste de planicidade. Após o processo de relaminação, foi realizada a caracterização do material através de ensaios para avaliar as propriedades mecânicas, a microestrutura, a textura cristalográfica (ODF) e determinou-se a curva limite de conformação (CLC). Os resultados mostram que os limites de escoamento e de resistência aumentam e o coeficiente de encruamento reduz com a relaminação de encruamento. Por outro lado, a textura na superfície varia conforme o grau de redução, porém pouco afeta no centro da amostra. A anisotropia normal e planar média apresentam correlação inversa com o grau de redução na relaminação. Para as reduções de relaminação estudadas, a dispersão dos pontos em torno da CLC, não evidencia influências significativas nas propriedades de conformação mecânica. / The continuous search of the improvement of the competitiveness of the steel front to the succedanea has led to the development of special materials, allowing to take care of three of the main demands of the automotive sector: reduction of weight, fuel economy and increase of the safety of the user. The conditions under which the process of strain hardening of Interstitial Free (IF) steel is carried through can significantly affect the characteristics of this steel, especially of the point of view of its conformability. The present work studies the effect of over-rolling performed on a skin-pass mill on the drawability of a Ti-stabilized IF steel. Conventional and larger-than-usual passes (over-rolling) have been performed in order to simulate the real-life condition in which there is an eventual necessity for larger reductions, due to problems related to surface finish or due to flatness problems. Tests have been carried out with increasing skin-pass reductions (up to about 1%) and the corresponding mechanical properties, microstructures, textures (ODF) and related Forming Limit Curves (FLC) have been assessed. The results have shown that the yield strength increases, the strain-hardening coefficient decreases, with increasing skin-pass over-rolling. On the other hand, texture varied slightly at the surface but showed little effect at mid-thickness. Tensile strength, normal and planar anisotropy, however presents an inverse correlation with the over-rolling reduction. The FLC results did not show any marked effect of over-rolling on the forming properties.

As curvas limite de conformação (CLC) são utilizadas há mais de 50 anos. Propostas inicialmente para o desenvolvimento de produtos provenientes da indústria automobilista em função das necessidades apresentadas pela área, são atualmente aplicadas de maneira geral para a indústria da estampagem na produção de inúmeros tipos de peças, oferecendo previsões de possíveis falhas e/ou defeitos durante as etapas do processo de estampagem. As CLC´s permitem prever o afinamento excessivo, enrugamento, estiramento e é claro, a fratura da peça. As diferenças metalúrgicas existentes entre os dois processos iniciais - fundição contínua (F.C.) e fundição semicontínua (F.S.C.) - resultam em diferenças nas propriedades finais obtidas para uma mesma rota de laminação a frio e recozimentos intermediários do material especificado. Desta forma, torna-se indispensável um estudo sobre a influência dos processos de fabricação iniciais F.C. e F.S.C. com relação à estampabilidade da liga, sendo esta avaliação efetuada através das CLC´s obtidas por ensaios de tração uniaxiais, propostos pelo IRSID (\"Institut de Recherches de La Sidérurgie\"), (lado esquerdo da curva ?2 < 0) e ensaio Erichsen (lado direito da curva ?2 > 0) e do ensaio de Nakazima reduzido em 60%, ou seja, todo o ferramental e os corpos de prova utilizados nos ensaios foram reduzidos em 60% das dimensões mencionadas pela norma ISSO 12004-2. A diferença microestrutural apresentada entre as etapas de fabricação dos dois processos avaliada através de ensaios de determinação do tamanho de grão, limites de resistência à tração, escoamento (0,2%), alongamento (em 50,80 mm), coeficientes de encruamento n, resistência K, ensaios de \"orelha\", levantamento da CLC0, Erichsen e textura, auxiliaram nas conclusões finais do levantamento das CLC´s para os dois processos do material acabado e metodologias. O processo de fundição semicontínua nas condições processadas apresentou melhores combinações entre as propriedades, exceto na formação de \"orelha\" apresentada na etapa intermediaria de processamento do material. Principalmente o parâmetro CLC0 no plano da chapa, resultou em uma deformação ?1 19% (?2 = 0), superior à apresentada pelo processo F.C., deformação muito importante para a fabricação de peças estampadas. Evidenciou-se também uma diferença de aproximadamente 37% entre as metodologias IRSID x Nakazima reduzido na obtenção da deformação plana para o processo F.C. e 31% para o processo de F.S.C.. Nas condições de deformação; estiramento biaxial, tração uniaxial e embutimento profundo, a chapa produzida pelo processo de fundição contínua apresenta melhor desempenho. / Forming limits curves (FLC) are used for more than 50 years. Initially proposed for the development of products from the automobile industry in terms of the needs of the area. It is currently being applied in general to the metal forming industry in the production of numerous types of parts, providing predictions of possible faults and / or defects during the stages of the stamping process. The FLC\'s can predict excessive thinning, wrinkling, stretching and of course, the fracture of the part. The existing metallurgical differences between the two initial processes - continuous casting (C.C.) and semi-continuous casting (S.C.C.) - result in differences in the final properties obtained for the same route of cold rolling and intermediate annealing of the specified material. Thus, it is essential to study the influence of the initial manufacturing processes CC and SCC with respect to the formability of the sheets. This investigation is based on the, assessment of the FLC\'s obtained by uniaxial tensile tests proposed by IRSID (\"Institut de Recherches de Sidérurgie\"), (?2 < 0, left side of the curve) and Erichsen test (right side of curve. ?2> 0) and the Nakazima test reduced by 60%. The difference between the sheets obtained in both processing routes was evaluated by the following parameters: grain size, tensile strength limits, yield strength (0.2%), elongation (at 50.80 mm), strain hardening coefficient n, resistance K, \"earing\" test, lifting of the CLC0, Erichsen test and texture where discussed in view of the obtained FLC\'s for both the two processes of the finished material. The semi-continuous casting process in processed conditions showed better combinations of properties except the formation of \"earing\" presented at the intermediate stage of processing of the material. Particularly the evaluation of the FLC0 parameter resulted in a strain in the plate plane ?1 19% (?2 = 0) superior to the sheet obtained by the continuous casting process. A difference of approximately 37% between the IRSID x Nakazima methodologies was also reduced in obtaining the flat deformation for the F.C. process and 31% for the F.S.C. process. However, for other deformation paths; biaxial stretching, uniaxial traction and deep drawing of the results for the continuous casting sheet were superior.

Com a grande demanda do mercado brasileiro, e mundial, por desenvolvimento de novas tecnologias, redução de custos e de complexidade, os processos industriais buscam cada vez mais alternativas inovadoras. Para que essa evolução seja possível, é fundamental que todos os componentes da cadeia industrial também se desenvolvam, tornando assim as matérias primas, como aços, polímeros, alumínio, e outros metais que estão na base da cadeia, um grande foco de estudos. A indústria siderúrgica, em específico, vem buscando este desenvolvimento nos últimos anos, trabalhando principalmente no desempenho que os materiais terão nos processos industriais, tais como estampagem, soldagem e muitos outros. O processo de estampagem requer o desenvolvimento destes materiais, já que este solicita matérias primas com um bom desempenho mecânico, capaz de absorver possíveis variações e dificuldades que existem em uma linha de produção industrial. Para que este objetivo seja atingido, deve-se dedicar tempo e recursos para encontrar a combinação ideal entre pesquisa e processo produtivo e, assim, otimizar as características mecânicas e químicas dos materiais para o desenvolvimento da cadeia industrial. No contexto da estampagem há um bom indicativo para prever qual será o desempenho de um material: a Curva Limite de Conformação (CLC). Neste presente trabalho os conceitos da CLC serão discutidos, e aplicados a dois aços inoxidáveis distintos, um da família ferrítica (DIN 1.4509) e outro da família austenítica (AISI 321). Além disso, também serão abordadas as principais características metalúrgicas e mecânicas, correlacionadas à estampagem, destes materiais e as principais formas de utilizar estas informações na prática industrial com o objetivo de aperfeiçoar o desempenho do material nos processos e principalmente, quando possível, promover a migração de uma liga austenítica, por uma liga ferrítica, com o objetivo de redução e estabilidade nos custos. / With the increase of the market demand, both in Brazilian, and in the world, for the development of new technologies, cost and complexity reduction, the industrial processes have been investigating for innovative solutions. In order to this evolution to take place all industrial chain players would have to develop. Therefore all raw materials, such as steels, polymers, aluminum and other metals are in evidence to become the focus of investigation. The steel industry, in particular, has been searching for this evolution over the last years, working in their processes with the goal to increase the performance of the grades on the industrial processes, such as deep drawing, welding, and many others. The deep drawing process is a great motivator to the development of the steels, since it requires a high mechanical performance from the material, to absorb possible variations and difficulties which may occur in an industrial production line. In order to achieve this goal, time and resources must be spent to find the perfect combination between research centers and production processes, optimizing the chemical and mechanical characteristics of the steels, so the development of the whole chain can also advance. Within the deep drawing field of study, a good indicative to predict the material\'s performance is the Forming Limit Diagram (FLD) and in this work the concepts of these FLD\'s will be discussed and applied to two stainless steel grades: a ferritic stainless steel (DIN 1.4509) and an austenitc stainless steel (AISI 321). In addition, the main metallurgical and mechanical properties of these materials, related to the deep drawing, will be approached along with the best ways to apply this kind of information to the industrial practices, in order to increase the material performance and, whenever possible change the austenitic stainless steel to the ferritic stainless steel, in order to reduce and keep the costs stable.