Thesis (M.S.)--Ohio University, March, 1998. / Title from PDF t.p.

Thesis (M.S.)--Ohio University, March, 1993. / Title from PDF t.p.

Thesis (Ph.D.)--Ohio University, June, 2004. / Includes bibliographical references (leaves 150-158)

Atualmente o Projeto de Experimentos (DOE) vem sendo largamente utilizado para determinar os fatores de projetos e processos mais significativos afetando uma variável resposta e para estabelecer modelos empíricos entre os fatores, entretanto este método ainda é pouco utilizado e processo de forjamento a quente. O presente trabalho analisa a influência individual e cumulativa de alguns parâmetros controláveis de um processo de forjamento a quente em matriz fechada na força de prensagem necessária para sua realização. Esta análise foi realizada utilizando a técnica de Projeto de Experimentos (DOE). Para a determinação da influência dos parâmetros de processo selecionados na variável resposta do Projeto de Experimentos (DOE), uma série de ensaios variando o lubrificante utilizado, o diâmetro da geratriz e a temperatura de forjamento foram realizados. A variável resposta para o experimento foi definida como a força de prensagem exigida do equipamento para a realização do forjamento. Para este trabalho foi utilizado o material ABNT 4140 fornecido em barras trefiladas de 28,6mm (1.1/8″) posteriormente forjado a quente em matriz fechada. Os resultados mostraram que o fator que mais influencia na força de prensagem para a situação ensaiada é o lubrificante. Os demais fatores, mesmo combinados, não apresentaram uma influência significativa na variável resposta. O presente estudo demonstra que é possível a utilização de técnicas de ajuste e definição de parâmetros de processo de forjamento a quente de maneira confiável e sem a necesside da aplicação dos complexos programas de simulação computacional e os métodos de tentativa e erro ainda presentes na indústria. Finalmente este trabalho reforça a versatilidade do Projeto de Experimentos (DOE) ainda pouco aplicado em processos de forjamento. / Nowadays the Design of Experiments (DOE) has been widely used to determine the most significant project and process factors affecting a response variable and to establish empirical models among the factors, although this method is still little used and the process of hot forging. This work analyzes the individual and cumulative influence of some controllable parameters in a closed die hot forging process in the pressing force required for its realization. This analysis was performed using a Design of Experiments (DOE) method. To determine the influence of variable factors selected in response Design of Experiments (DOE), a several tests varying the lubricant, the diameter of the billet and the forging temperature was performed. The response variable for the experiment was defined as pressing force. For this study, it was used the ABNT 4140 steel provided in drawn bars of 28,6mm (1 1/8 ″). The fator that had more influence over the pressing force was the lubricant. Other factors, whether or not combined, did not show a significant influence on the response variable. This study demonstrates that it is possible use techniques to set hot forging process parameters reliably and without necesside the application of complex computer simulation programs or the trial and error system. Finally, this work reinforces the versatility of Design of Experiments (DOE) wich is still little used in forging processes.

O objetivo deste trabalho é apresentar a seqüência de desenvolvimento de um processo de forjamento a quente com uma liga de alumínio AA6351. Métodos experimentais, numéricos e computacionais são utilizados em conjunto buscando a redução do tempo de desenvolvimento do processo de conformação, reduzindo as chances de confecção incorreta de ferramental, conformação insatisfatória, capacidade dos equipamentos inadequada, entre outros. Os programas comerciais de simulação numérica MSC.SuperForge 2005® e MSC.SuperForm 2005®. Este é alimentado com parâmetros obtidos através de métodos experimentais, como curvas de escoamento e fator de atrito, e métodos teóricos como coeficientes de transferência de calor, com o objetivo de melhorar a qualidade dos resultados obtidos através da simulação numérica. As peças produzidas são comparadas com os resultados obtidos via simulação computacional com o intuito de validar os resultados obtidos e apresentar a viabilidade de utilização de métodos numéricos para desenvolvimento de processos de conformação mecânica. O desenvolvimento de geratrizes pré-formadas é realizado através de simulação numérica resultando em uma redução de aproximadamente 59% no volume de material perdido em forma de rebarba. / The purpose of this work is to present the sequence of a hot forging process development from AA6351 aluminum forged part. Experimental, numeric and computational methods are used together so as to reduce the product’s development time, chances of incorrect tools construction, incorrect formation and inadequate equipment capacity, among other things. The MSC.SuperForge 2005® commercial numeric simulation software is used. This software is fed with parameters acquired through experimental methods, like flow-stress curves and friction curves, and numeric methods, like heat transfer coefficients, with the purpose of increase the results quality got through numeric simulation. Produced parts are compared with computational simulation results with the purpose to validate the results got and present the feasibility of the use of numeric methods to development of mechanical formation processes. Pre-formed billets development is realized through numeric simulation resulting in a material volume reduction of approximately 59% in material volume loss like flash.

O objetivo deste trabalho é apresentar a seqüência de desenvolvimento de um processo de forjamento a quente com uma liga de alumínio AA6351. Métodos experimentais, numéricos e computacionais são utilizados em conjunto buscando a redução do tempo de desenvolvimento do processo de conformação, reduzindo as chances de confecção incorreta de ferramental, conformação insatisfatória, capacidade dos equipamentos inadequada, entre outros. Os programas comerciais de simulação numérica MSC.SuperForge 2005® e MSC.SuperForm 2005®. Este é alimentado com parâmetros obtidos através de métodos experimentais, como curvas de escoamento e fator de atrito, e métodos teóricos como coeficientes de transferência de calor, com o objetivo de melhorar a qualidade dos resultados obtidos através da simulação numérica. As peças produzidas são comparadas com os resultados obtidos via simulação computacional com o intuito de validar os resultados obtidos e apresentar a viabilidade de utilização de métodos numéricos para desenvolvimento de processos de conformação mecânica. O desenvolvimento de geratrizes pré-formadas é realizado através de simulação numérica resultando em uma redução de aproximadamente 59% no volume de material perdido em forma de rebarba. / The purpose of this work is to present the sequence of a hot forging process development from AA6351 aluminum forged part. Experimental, numeric and computational methods are used together so as to reduce the product’s development time, chances of incorrect tools construction, incorrect formation and inadequate equipment capacity, among other things. The MSC.SuperForge 2005® commercial numeric simulation software is used. This software is fed with parameters acquired through experimental methods, like flow-stress curves and friction curves, and numeric methods, like heat transfer coefficients, with the purpose of increase the results quality got through numeric simulation. Produced parts are compared with computational simulation results with the purpose to validate the results got and present the feasibility of the use of numeric methods to development of mechanical formation processes. Pre-formed billets development is realized through numeric simulation resulting in a material volume reduction of approximately 59% in material volume loss like flash.

Atualmente o Projeto de Experimentos (DOE) vem sendo largamente utilizado para determinar os fatores de projetos e processos mais significativos afetando uma variável resposta e para estabelecer modelos empíricos entre os fatores, entretanto este método ainda é pouco utilizado e processo de forjamento a quente. O presente trabalho analisa a influência individual e cumulativa de alguns parâmetros controláveis de um processo de forjamento a quente em matriz fechada na força de prensagem necessária para sua realização. Esta análise foi realizada utilizando a técnica de Projeto de Experimentos (DOE). Para a determinação da influência dos parâmetros de processo selecionados na variável resposta do Projeto de Experimentos (DOE), uma série de ensaios variando o lubrificante utilizado, o diâmetro da geratriz e a temperatura de forjamento foram realizados. A variável resposta para o experimento foi definida como a força de prensagem exigida do equipamento para a realização do forjamento. Para este trabalho foi utilizado o material ABNT 4140 fornecido em barras trefiladas de 28,6mm (1.1/8″) posteriormente forjado a quente em matriz fechada. Os resultados mostraram que o fator que mais influencia na força de prensagem para a situação ensaiada é o lubrificante. Os demais fatores, mesmo combinados, não apresentaram uma influência significativa na variável resposta. O presente estudo demonstra que é possível a utilização de técnicas de ajuste e definição de parâmetros de processo de forjamento a quente de maneira confiável e sem a necesside da aplicação dos complexos programas de simulação computacional e os métodos de tentativa e erro ainda presentes na indústria. Finalmente este trabalho reforça a versatilidade do Projeto de Experimentos (DOE) ainda pouco aplicado em processos de forjamento. / Nowadays the Design of Experiments (DOE) has been widely used to determine the most significant project and process factors affecting a response variable and to establish empirical models among the factors, although this method is still little used and the process of hot forging. This work analyzes the individual and cumulative influence of some controllable parameters in a closed die hot forging process in the pressing force required for its realization. This analysis was performed using a Design of Experiments (DOE) method. To determine the influence of variable factors selected in response Design of Experiments (DOE), a several tests varying the lubricant, the diameter of the billet and the forging temperature was performed. The response variable for the experiment was defined as pressing force. For this study, it was used the ABNT 4140 steel provided in drawn bars of 28,6mm (1 1/8 ″). The fator that had more influence over the pressing force was the lubricant. Other factors, whether or not combined, did not show a significant influence on the response variable. This study demonstrates that it is possible use techniques to set hot forging process parameters reliably and without necesside the application of complex computer simulation programs or the trial and error system. Finally, this work reinforces the versatility of Design of Experiments (DOE) wich is still little used in forging processes.

O objetivo deste trabalho é apresentar a seqüência de desenvolvimento de um processo de forjamento a quente com uma liga de alumínio AA6351. Métodos experimentais, numéricos e computacionais são utilizados em conjunto buscando a redução do tempo de desenvolvimento do processo de conformação, reduzindo as chances de confecção incorreta de ferramental, conformação insatisfatória, capacidade dos equipamentos inadequada, entre outros. Os programas comerciais de simulação numérica MSC.SuperForge 2005® e MSC.SuperForm 2005®. Este é alimentado com parâmetros obtidos através de métodos experimentais, como curvas de escoamento e fator de atrito, e métodos teóricos como coeficientes de transferência de calor, com o objetivo de melhorar a qualidade dos resultados obtidos através da simulação numérica. As peças produzidas são comparadas com os resultados obtidos via simulação computacional com o intuito de validar os resultados obtidos e apresentar a viabilidade de utilização de métodos numéricos para desenvolvimento de processos de conformação mecânica. O desenvolvimento de geratrizes pré-formadas é realizado através de simulação numérica resultando em uma redução de aproximadamente 59% no volume de material perdido em forma de rebarba. / The purpose of this work is to present the sequence of a hot forging process development from AA6351 aluminum forged part. Experimental, numeric and computational methods are used together so as to reduce the product’s development time, chances of incorrect tools construction, incorrect formation and inadequate equipment capacity, among other things. The MSC.SuperForge 2005® commercial numeric simulation software is used. This software is fed with parameters acquired through experimental methods, like flow-stress curves and friction curves, and numeric methods, like heat transfer coefficients, with the purpose of increase the results quality got through numeric simulation. Produced parts are compared with computational simulation results with the purpose to validate the results got and present the feasibility of the use of numeric methods to development of mechanical formation processes. Pre-formed billets development is realized through numeric simulation resulting in a material volume reduction of approximately 59% in material volume loss like flash.

Orientador: Sergio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T02:45:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santaella_MauricioLopez_M.pdf: 4037016 bytes, checksum: 0e06e55364f0ff6351af1956d5dda499 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Uma faixa significativa do preço final de produtos forjados é proveniente de custos referentes a re-trabalho de ferramental devido a falhas superficiais nas matrizes de conformação. Na busca de uma empresa por maior competitividade em termos de preço e tempo, surge a necessidade de entender-se os mecanismos de falha das matrizes de modo a aumentar sua vida útil, evitando situações de risco para a matriz e uma possível falha, diminuindo custos referentes ao re-trabalho e diminuindo tempos de manutenção e set-ups, tendo por fim um aumento de produtividade. Além de mudanças conhecidas para o aumento da vida útil das matrizes como, por exemplo, temperatura e velocidade de forjamento, lubrificação e alterações metalúrgicas superficiais nas matrizes, pode-se aumentar a vida útil das matrizes com mudanças geométricas do desenho do forjado. Neste trabalho foi estudado como a modificação dos valores do raio de boca, largura do patamar de rebarba, maior profundidade de cavidade, raio superior da haste, espessura de rebarba e temperaturas de forjamento e de matrizes influenciam no processo de desgaste de matrizes de pré-forma no forjamento de bielas automotivas na região da haste. Através de simulação numérica e análise estatística pôde-se verificar que os parâmetros que mais influem no processo de desgaste são os mesmos que influem na profundidade de cavidade de matriz que por sua vez influem diretamente na largura total de rebarba que escoa pelo patamar de rebarba, sendo assim a largura de rebarba uma medida comparativa do desgaste. Foi analisado também o processo de forjamento na região da haste de bielas, podendo-se verificar quatro etapas distintas para a evolução do desgaste, da tensão normal e do carregamento. Nessa avaliação verificou-se que o processo de escoamento durante o forjamento difere do observado em referências bibliográficas disponíveis, podendo-se verificar um processo de recalque na haste ou de escoamento radial das cabeças do laminado em direção à haste, o que tende a aumentar o diâmetro do tarugo que por sua vez com diâmetros maiores da haste, aumentam também o processo de desgaste, portanto sendo um importante fator a ser considerado em projetos de bielas. Da análise dos gráficos da força necessária para forjar a região da haste pôde-se verificar também que a curva gráfica de carregamento se distingue quando há falha de preenchimento de cavidade quando comparado com um processo sem falha. Por fim através da construção de gráficos de mapeamento do processo ou sobre-posição de gráficos de contorno para os parâmetros com os quais houve falha de preenchimento para o desgaste e carregamento, podem-se verificar regiões otimizadas, sem falhas, com menores valores de desgaste, com aumento da vida útil das matrizes, garantia de qualidade do produto e possivelmente, redução de matéria-prima. / Abstract: A significant part of forgings prices is due to costs from reworks of forging dies because of superficial failures on their surfaces. In quest of a higher competitiveness in terms of prices and production times, it is necessary to understand the mechanisms of die failure to increase its working life, avoiding risk situations and a possible total failure of the tools, and also decreasing costs of reworks, and maintenance and set-ups, achieving a higher productiveness. Besides known changes to increase forging die life such as forging temperature, stroke speed, lubrication (friction) and superficial metallurgical modification on dies surfaces, it is possible to increase die life trough geometrical changes of the die sketch. In this work it has been studied how the modification of the corner radius, flash land width, depth of cavity, radius of the upper stem, flash thickness and temperatures of forging dies and workpiece influence the wear of the forging of connecting rods in the stem region from the preform dies. Through numerical simulation and statistical analysis it was found that the parameters that most influence the process of die wear are the same that affect the die cavity volume which also influence directly the overall width of flash of the forged part. Therefore, the width of a flash is a comparative measure of abrasive wear. It was also analyzed the process of forging in the stem region from connecting rods and it could be verified four distinct stages in the evolution of the abrasive wear, normal stress and forging load. Through this validation it was found that the material flow during the process differs from the observed in available bibliographies and it could be also verified a process of upsetting in the rods stem or a radial flow of the rolled workpiece heads toward the rods stem, which tends to increase the diameter of the workpiece stem. Larger diameters increase the process of abrasive wear, therefore being an important factor to be considered in the design of connecting rods dies. From the analysis of the necessary load to forge the stem region of the rod it was verified that the loading pattern is different when the cavity is not completely filled. Finally through the construction of processing maps it can be determined optimized regions without filling defects, with lower values of wear and thereby increasing die life, keeping the product quality and possibly reducing raw material. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

This thesis deals with tests of forming operations, which are used to determine coefficient of friction. In the theoretical part of thesis, the individual tests are described in details, with the greatest emphasis on the upsetting test. In the experimental part of thesis was perform upsetting test on the cylindrical and ring samples. Coefficient of friction of the cylindrical samples was determined by a calculation method and ring samples were evaluated using diagram of calibration. The thesis includes comparison of the result received on lubricant and unlubricated samples and method for determined coefficient of friction. Graphite Delta 144 was used as a lubricant. This result show that the lubricant has a positive effect on forming process.