O presente trabalho estuda a conformação da liga de magnésio AZ61 pelos processos de extrusão direta e forjamento, ambos a quente. No processo de extrusão, são submetidos à conformação corpos-de-prova da liga de magnésio AZ61 nos estados fundido e recristalizado. As geometrias de ferramenta são variadas e a influência destas variações sobre a força de processamento e propriedades mecânicas e microestrutura do material são analisada. Demonstra-se que a liga no estado inicialmente recristalizado tem propriedades mecânicas finais superiores à liga inicialmente fundida, embora demande de maior força de processamento. Demonstra-se também que a geometria de ferramenta tem influência sobre as respostas mecânicas obtidas das peças após extrusão. Referente ao processo de forjamento, a liga de magnésio AZ61 é processada apenas no estado recristalizado, variando-se a temperatura e o número de tapas de forjamento. Foi avaliada a influência destas variações de processo nas propriedades mecânicas finais da peça. Ao fim, percebe-se que ao se forjar as peças com múltiplas etapas de forjamento e temperaturas decrescentes, impede-se a recristalização do material, alcançando alto encruamento dos grãos, o que gera, na peça final, propriedades mecânicas superiores ao processo convencional. / This thesis studies the deformation of a magnesium alloy AZ61 by forward extrusion and forging processes, at elevated temperatures. In the extrusion process, the samples were deformed in as cast and recrystallized conditions. The tools geometries were variated and the influences on processing force, mechanical properties and material microstructure were analyzed. Was found that the recrystallized samples have better mechanical properties than as cast samples, after extruded, although it requires more processing force. Also was found that the tool geometry influences on mechanical properties and microstructure of extruded magnesium alloy. Relatively to the forging process, magnesium alloy AZ61 was processed only in the recrystallized state, varying the process temperature and the number of forging steps. Aimed to evaluate the process variations influences on the mechanical properties and microstructure of the final parts. At the end, was observed that when forging parts with multi-step forging and decreasing temperatures, to prevent recrystallization of the material, achieving high strain hardening of the grains, which results in final part with superior mechanical properties to the conventional process.

Este trabalho tem como objetivo investigar quais são os valores dos principais parâmetros que a literatura apresenta para o processo de forjamento a morno de precisão. Os parâmetros escolhidos são: curva de escoamento do SAE-1050M a frio e a quente, fator de atrito e o coeficiente de transferência de calor entre peça e ferramenta. Estipulou-se uma faixa de variação destes parâmetros, simulou o processo através do método dos elementos finitos com o uso do pacote MSC.Superform 2005 para os diferentes parâmetros e cruzou os resultados por meio do conceito de sensitividade. Os resultados cruzados são: força, trabalho, deformação e temperatura. Simulações são realizadas com variações dos parâmetros de entrada baseadas nos ensaios e levantamento bibliográficos. As respostas das simulações são adimensionalizadas com o uso do conceito de sensitividade, podendo assim, serem comparadas entre si. O fator de atrito e o coeficiente de transferência de calor entre peça e ferramenta não influenciam tanto na resposta como a curva de escoamento. / This work has as objective to investigate which values of key parameters are presented by the literature for the warm precision forging process. The chosen parameters are: hot and cold SAE-1050M flow stress curve, friction factor and heat transfer coefficient between workpiece and die. Stipulate a range of variation of these parameters, simulate the process through the finite elements method with the use of the package MSC.Superform 2005 with different parameters and cross the results with concept of sensitivity. The crossed results are: force, work, strain and temperature. Simulations are carried out with variations of the input parameters based on the bibliographical research and tests. The simulations output are nondimensionalised with the use of the sensitivity concept, thus being able, to be comparative between themselves. The friction factor and the heat transfer coefficient between workpiece and die do not influence as much as the flow stress curve.

Este trabalho tem como objetivo investigar quais são os valores dos principais parâmetros que a literatura apresenta para o processo de forjamento a morno de precisão. Os parâmetros escolhidos são: curva de escoamento do SAE-1050M a frio e a quente, fator de atrito e o coeficiente de transferência de calor entre peça e ferramenta. Estipulou-se uma faixa de variação destes parâmetros, simulou o processo através do método dos elementos finitos com o uso do pacote MSC.Superform 2005 para os diferentes parâmetros e cruzou os resultados por meio do conceito de sensitividade. Os resultados cruzados são: força, trabalho, deformação e temperatura. Simulações são realizadas com variações dos parâmetros de entrada baseadas nos ensaios e levantamento bibliográficos. As respostas das simulações são adimensionalizadas com o uso do conceito de sensitividade, podendo assim, serem comparadas entre si. O fator de atrito e o coeficiente de transferência de calor entre peça e ferramenta não influenciam tanto na resposta como a curva de escoamento. / This work has as objective to investigate which values of key parameters are presented by the literature for the warm precision forging process. The chosen parameters are: hot and cold SAE-1050M flow stress curve, friction factor and heat transfer coefficient between workpiece and die. Stipulate a range of variation of these parameters, simulate the process through the finite elements method with the use of the package MSC.Superform 2005 with different parameters and cross the results with concept of sensitivity. The crossed results are: force, work, strain and temperature. Simulations are carried out with variations of the input parameters based on the bibliographical research and tests. The simulations output are nondimensionalised with the use of the sensitivity concept, thus being able, to be comparative between themselves. The friction factor and the heat transfer coefficient between workpiece and die do not influence as much as the flow stress curve.

O presente trabalho estuda a conformação da liga de magnésio AZ61 pelos processos de extrusão direta e forjamento, ambos a quente. No processo de extrusão, são submetidos à conformação corpos-de-prova da liga de magnésio AZ61 nos estados fundido e recristalizado. As geometrias de ferramenta são variadas e a influência destas variações sobre a força de processamento e propriedades mecânicas e microestrutura do material são analisada. Demonstra-se que a liga no estado inicialmente recristalizado tem propriedades mecânicas finais superiores à liga inicialmente fundida, embora demande de maior força de processamento. Demonstra-se também que a geometria de ferramenta tem influência sobre as respostas mecânicas obtidas das peças após extrusão. Referente ao processo de forjamento, a liga de magnésio AZ61 é processada apenas no estado recristalizado, variando-se a temperatura e o número de tapas de forjamento. Foi avaliada a influência destas variações de processo nas propriedades mecânicas finais da peça. Ao fim, percebe-se que ao se forjar as peças com múltiplas etapas de forjamento e temperaturas decrescentes, impede-se a recristalização do material, alcançando alto encruamento dos grãos, o que gera, na peça final, propriedades mecânicas superiores ao processo convencional. / This thesis studies the deformation of a magnesium alloy AZ61 by forward extrusion and forging processes, at elevated temperatures. In the extrusion process, the samples were deformed in as cast and recrystallized conditions. The tools geometries were variated and the influences on processing force, mechanical properties and material microstructure were analyzed. Was found that the recrystallized samples have better mechanical properties than as cast samples, after extruded, although it requires more processing force. Also was found that the tool geometry influences on mechanical properties and microstructure of extruded magnesium alloy. Relatively to the forging process, magnesium alloy AZ61 was processed only in the recrystallized state, varying the process temperature and the number of forging steps. Aimed to evaluate the process variations influences on the mechanical properties and microstructure of the final parts. At the end, was observed that when forging parts with multi-step forging and decreasing temperatures, to prevent recrystallization of the material, achieving high strain hardening of the grains, which results in final part with superior mechanical properties to the conventional process.

O presente trabalho estuda a conformação da liga de magnésio AZ61 pelos processos de extrusão direta e forjamento, ambos a quente. No processo de extrusão, são submetidos à conformação corpos-de-prova da liga de magnésio AZ61 nos estados fundido e recristalizado. As geometrias de ferramenta são variadas e a influência destas variações sobre a força de processamento e propriedades mecânicas e microestrutura do material são analisada. Demonstra-se que a liga no estado inicialmente recristalizado tem propriedades mecânicas finais superiores à liga inicialmente fundida, embora demande de maior força de processamento. Demonstra-se também que a geometria de ferramenta tem influência sobre as respostas mecânicas obtidas das peças após extrusão. Referente ao processo de forjamento, a liga de magnésio AZ61 é processada apenas no estado recristalizado, variando-se a temperatura e o número de tapas de forjamento. Foi avaliada a influência destas variações de processo nas propriedades mecânicas finais da peça. Ao fim, percebe-se que ao se forjar as peças com múltiplas etapas de forjamento e temperaturas decrescentes, impede-se a recristalização do material, alcançando alto encruamento dos grãos, o que gera, na peça final, propriedades mecânicas superiores ao processo convencional. / This thesis studies the deformation of a magnesium alloy AZ61 by forward extrusion and forging processes, at elevated temperatures. In the extrusion process, the samples were deformed in as cast and recrystallized conditions. The tools geometries were variated and the influences on processing force, mechanical properties and material microstructure were analyzed. Was found that the recrystallized samples have better mechanical properties than as cast samples, after extruded, although it requires more processing force. Also was found that the tool geometry influences on mechanical properties and microstructure of extruded magnesium alloy. Relatively to the forging process, magnesium alloy AZ61 was processed only in the recrystallized state, varying the process temperature and the number of forging steps. Aimed to evaluate the process variations influences on the mechanical properties and microstructure of the final parts. At the end, was observed that when forging parts with multi-step forging and decreasing temperatures, to prevent recrystallization of the material, achieving high strain hardening of the grains, which results in final part with superior mechanical properties to the conventional process.

Este trabalho tem como objetivo investigar quais são os valores dos principais parâmetros que a literatura apresenta para o processo de forjamento a morno de precisão. Os parâmetros escolhidos são: curva de escoamento do SAE-1050M a frio e a quente, fator de atrito e o coeficiente de transferência de calor entre peça e ferramenta. Estipulou-se uma faixa de variação destes parâmetros, simulou o processo através do método dos elementos finitos com o uso do pacote MSC.Superform 2005 para os diferentes parâmetros e cruzou os resultados por meio do conceito de sensitividade. Os resultados cruzados são: força, trabalho, deformação e temperatura. Simulações são realizadas com variações dos parâmetros de entrada baseadas nos ensaios e levantamento bibliográficos. As respostas das simulações são adimensionalizadas com o uso do conceito de sensitividade, podendo assim, serem comparadas entre si. O fator de atrito e o coeficiente de transferência de calor entre peça e ferramenta não influenciam tanto na resposta como a curva de escoamento. / This work has as objective to investigate which values of key parameters are presented by the literature for the warm precision forging process. The chosen parameters are: hot and cold SAE-1050M flow stress curve, friction factor and heat transfer coefficient between workpiece and die. Stipulate a range of variation of these parameters, simulate the process through the finite elements method with the use of the package MSC.Superform 2005 with different parameters and cross the results with concept of sensitivity. The crossed results are: force, work, strain and temperature. Simulations are carried out with variations of the input parameters based on the bibliographical research and tests. The simulations output are nondimensionalised with the use of the sensitivity concept, thus being able, to be comparative between themselves. The friction factor and the heat transfer coefficient between workpiece and die do not influence as much as the flow stress curve.

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Neste trabalho é realizado um estudo teórico-experimental do processo de forjamento a quente em matriz fechada de peças tubulares, denominadas comercialmente por flanges. O material utilizado para fabricação das peças é a liga de alumínio AA 6351. Normalmente, tais peças são forjadas a partir de billets maciços e os furos centrais são, posteriormente, usinados. Desta forma, este trabalho visa o estudo do uso de billets vazados em substituição aos maciços minimizando a perda de material e força necessária para o forjamento que podem ser relativamente significativos dependendo do peso, geometria da peça, e tamanho do lote produzido. O processo de forjamento foi planejado e executado com auxilio de softwares, onde o projeto do ferramental foi realizado em programa de CAD 3D da empresa SolidWorks, e a simulação numérica computacional, aplicada para predizer o comportamento do material no final do forjamento, no programa Simufact. Forming 11.0. Foram analisados, por simulação numérica computacional, dados como a estimativa da força necessária para forjar a peça em estudo, preenchimento da matriz, escoamento do material e as deformações finais. Utilizam-se cálculos analíticos, baseados na Teoria Elementar da Plasticidade (TEP), para estimar a força necessária para o forjamento. Os resultados obtidos experimentalmente validam a utilização de métodos numéricos e analíticos para desenvolvimento de processos de forjamento. Os resultados de força obtidos utilizando o modelo matemático da Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) foram os que mais se distanciaram da força real necessária para o forjamento, no caso do billet maciço foi de 2706 kN, enquanto que a força utilizada no experimento foi de 3432 kN e com a utilização do billet vazado a força calculada pela TEP foi de 2579 kN e a real foi de 2451 kN. Já a simulação indica valores necessários de 2432 kN para o billet vazado e 2814 kN para o billet maciço. Conclui-se, então, que com a utilização de billets vazados a força para o forjamento e o material utilizado são inferiores, assim, comprovando sua vantagem em relação ao processo de fabricação convencional. / In this paper is done a theoretical-experimental study of the hot forging process in closed die of tubular components, commercially known as flanges. The material used for the manufacture process of the pieces is AA6351. These pieces are usually forged from massive billets and the central holes are subsequently machined. In this way, this paper aims the use of hollow billets instead of the massive ones, minimizing the loss of material and strength used in forging that can be relatively significant depending on the weight, geometry of the piece and size of the batch produced. The forging process was planned and done with the help of software where the tooling project is performed in CAD 3D from Solidworks, and the computer numerical simulation applied to predict the material behavior at the final of the forging process in Simufact Forming 11.0. Data as strength, die filling, material draining and final deformation are analyzed by computer numerical simulation. Analytical calculation, based on the Plasticity Elementary Theory (TEP), are performed in order to estimate the necessary strength for the forging process. The results, experimentally obtained, validate the use of numerical and analytical methods in forging process development. The strength results obtained using the mathematical model of Plasticity Elementary Theory, were the farthest from the real required strength used in forging. As with the massive billet, the strength was 2706 kN while the strength used in the experiment was 3432 kN and using de hollow billet the estimated strength calculated by the TEP was 2579 kN while the real one was 2451 kN. Yet, the simulation indicates required values of 2432 kN for the hollow billet and 2814 kN for the massive billet. We can therefore conclude that when using hollow billets the strength required in forging and the used material are inferior, thus proving its advantage in relation to the conventional manufacture process.

Combination of high strength with light weight which is the prominent property of aluminum alloy forgings has led aluminum forgings used in rapidly expanding range of applications. In this study, to produce a particular 7075 aluminum alloy part, the forging process has been designed and analyzed. The forging process sequence has been designed by using Finite Volume Method. Then, the designed process has been analyzed by using Finite Element Method and the stress, strain and temperature distributions within the dies have been determined. Five different initial temperatures of the billet / 438, 400, 350, 300 and 250 degree Celsius have been considered in the thermo-mechanically coupled simulations. The initial temperatures of the dies have been taken as 200 degree Celsius for all these analyses. Finite volume analysis and finite element analysis results of the preform and finish part have been compared for the initial billet temperature of 400 oC. Close results have been observed by these analyses. The experimental study has been carried out for the range of the initial billet temperatures of 251&amp / #8211 / 442 degree Celsius in METU-BILTIR Center Forging Research and Application Laboratory. It has been observed that the numerical and the experimental results are in good agreement and a successful forging process design has been achieved. For the initial die temperature of 200 degree Celsius, to avoid the plastic deformation of the dies and the incipient melting of the workpiece, 350 degree Celsius is determined to be the appropriate initial billet temperature for the forging of the particular part.

Neste trabalho é realizado um estudo teórico-experimental do processo de forjamento a quente em matriz fechada de peças tubulares, denominadas comercialmente por flanges. O material utilizado para fabricação das peças é a liga de alumínio AA 6351. Normalmente, tais peças são forjadas a partir de billets maciços e os furos centrais são, posteriormente, usinados. Desta forma, este trabalho visa o estudo do uso de billets vazados em substituição aos maciços minimizando a perda de material e força necessária para o forjamento que podem ser relativamente significativos dependendo do peso, geometria da peça, e tamanho do lote produzido. O processo de forjamento foi planejado e executado com auxilio de softwares, onde o projeto do ferramental foi realizado em programa de CAD 3D da empresa SolidWorks, e a simulação numérica computacional, aplicada para predizer o comportamento do material no final do forjamento, no programa Simufact. Forming 11.0. Foram analisados, por simulação numérica computacional, dados como a estimativa da força necessária para forjar a peça em estudo, preenchimento da matriz, escoamento do material e as deformações finais. Utilizam-se cálculos analíticos, baseados na Teoria Elementar da Plasticidade (TEP), para estimar a força necessária para o forjamento. Os resultados obtidos experimentalmente validam a utilização de métodos numéricos e analíticos para desenvolvimento de processos de forjamento. Os resultados de força obtidos utilizando o modelo matemático da Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) foram os que mais se distanciaram da força real necessária para o forjamento, no caso do billet maciço foi de 2706 kN, enquanto que a força utilizada no experimento foi de 3432 kN e com a utilização do billet vazado a força calculada pela TEP foi de 2579 kN e a real foi de 2451 kN. Já a simulação indica valores necessários de 2432 kN para o billet vazado e 2814 kN para o billet maciço. Conclui-se, então, que com a utilização de billets vazados a força para o forjamento e o material utilizado são inferiores, assim, comprovando sua vantagem em relação ao processo de fabricação convencional. / In this paper is done a theoretical-experimental study of the hot forging process in closed die of tubular components, commercially known as flanges. The material used for the manufacture process of the pieces is AA6351. These pieces are usually forged from massive billets and the central holes are subsequently machined. In this way, this paper aims the use of hollow billets instead of the massive ones, minimizing the loss of material and strength used in forging that can be relatively significant depending on the weight, geometry of the piece and size of the batch produced. The forging process was planned and done with the help of software where the tooling project is performed in CAD 3D from Solidworks, and the computer numerical simulation applied to predict the material behavior at the final of the forging process in Simufact Forming 11.0. Data as strength, die filling, material draining and final deformation are analyzed by computer numerical simulation. Analytical calculation, based on the Plasticity Elementary Theory (TEP), are performed in order to estimate the necessary strength for the forging process. The results, experimentally obtained, validate the use of numerical and analytical methods in forging process development. The strength results obtained using the mathematical model of Plasticity Elementary Theory, were the farthest from the real required strength used in forging. As with the massive billet, the strength was 2706 kN while the strength used in the experiment was 3432 kN and using de hollow billet the estimated strength calculated by the TEP was 2579 kN while the real one was 2451 kN. Yet, the simulation indicates required values of 2432 kN for the hollow billet and 2814 kN for the massive billet. We can therefore conclude that when using hollow billets the strength required in forging and the used material are inferior, thus proving its advantage in relation to the conventional manufacture process.