Orientador: Sergio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T06:39:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Boas_DanielVillas_M.pdf: 6509435 bytes, checksum: 41f88a1ec22ac86838656565def53497 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: A manufatura pelo processo de forjamento a frio contribui em grande parte do produto da indústria automotiva por ter uma alta escala de produção; é um processo de conformação mecânica e o termo a frio significa que o processo é realizado abaixo da temperatura de recristalização. No processo estão atividades de corte de barras por cisalhamento, etapas de tratamento térmico, lubrificação e etapas de forjamento. Como se trata de um processo que exige grandes solicitações de esforços mecânicos, parte dos esforços são transferidos às ferramentas que estão sujeitas a inúmeras fontes de falhas caso o processo não tenha um bom desempenho. Este estudo foi elaborado junto com uma empresa de autopeças que teve um aumento na freqüência de falhas dos ferramentais. Na prática fabril esse aumento era atribuído à troca de fornecedores da matéria-prima trabalhada, porém não existia nenhum registro que comprovasse esse fato. A solução imediata encontrada pela empresa foi o aumento do tempo das operações de tratamento térmico, que acabou acarretando em aumento de custo para o produto. Logo todo estudo que leve a reduzir esse custo é um ganho para empresa, e como as etapas de tratamento térmico e de fabricação das ferramentas são feitas na própria empresa, os custos são relativamente altos. O trabalho teve por objetivo o estudo da matéria prima trabalhada, do processo e do ferramental para conhecer e mapear as falhas que comprometem o processo. Essas falhas foram registradas e documentadas para ações corretivas entre setores da empresa e fornecedores / Abstract: Cold forging is an important manufacturing process because of its high productivity; it is a metal forming process and the term cold means that it is held below recrystallization temperature. This process shows many steps like billet cropping, heat treatment, lubrication, extrusion and forging. Part of the forging loads are transferred to the tooling which is subjected to several causes of failure if the process doesn't show a good performance. This work was developed with a manufacturer of automotive parts that was experiencing an increase of tooling failures. At shop-floor level this increase was verified since the supplier of raw material was changed, despite there was no record to confirm that. The immediate solution was the increase of heat treatment time, that caused an increase of the product costs. So, any study that could reduce the costs of heat treatment and tooling manufacturing would be very important to the manufacturer. In this work the raw material, the process and the tooling were studied to record and know the tool failures which could interrupt the process. These failures were recorded and documented to allow corrective actions from divisions of the manufacturer and suppliers of the raw material / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo “Método dos Elementos Finitos” usando o código “QForm” é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código “Superforge”. / This work intends, on the view of new technologies, to discuss the forging process of aluminum alloys (ABNT 6061) and aims at proposing a methodology based on the engineering science. It is desired to minimize trial and error procedures in the development of forming processes. For such, new technologies available today, such as Computer Aided Design (CAD), Computer Aided Manufacturing (CAM) and Computer Aided Engineering (CAE) are employed. Experimental results showing the behaviour of an ABNT 6061 through flow curves as well as the establishment of friction conditions in the forming process by evaluating two commercially-available lubricants (c.e., Deltaforge 31 and Oildag) for aluminum alloys applications are reported in this work. A comparision of the results obtained from a forging experiment with finite element method (F.E.M.) simulations using “QForm” code is presented for an axially-simmetric part made of aluminum alloy. Finally, forging results of an automotive component made of an aluminum alloy (ABNT 6061) developed in partnership with DANA, area analyzed and compared to F.E.M. computational simulations obtained through the SuperForge software.

Este trabalho tem como objetivo mostrar a viabilidade da troca de processo de usinagem pelo processo de forjamento a quente na fabricação da cavidade interna da pré-forma de brocas de furação de rochas, onde se observa na comparação entre os processos uma menor perda de matéria prima na utilização do novo processo, o que caracteriza a viabilidade dessa mudança. Foram realizados ensaios de forjamento para fabricação da cavidade da broca. Primeiramente, se utilizou um punção cônico, com um formato conveniente para forjar essa cavidade em materiais de fácil modelamento físico, como plasticina e gesso, pois estes materiais têm o comportamento similar ao do aço durante o processo de forjamento a quente. Os resultados foram satisfatórios, à medida que a cavidade foi formada por este processo com a realização de uma única etapa, com pouca perda de material através da formação de rebarba. Em uma segunda etapa, foram feitos ensaios com cobre eletrolítico, que apresentam o comportamento ainda mais próximo ao aço no processo. Com os resultados obtidos nos ensaios com materiais de modelamento físico e a utilização da Teoria Elementar da Plasticidade para verificar a aproximação dos ensaios experimentais do cobre com cálculos matemáticos, foram obtidos melhores resultados, pois com a diminuição da altura inicial do billet se conseguiu a formação da cavidade e uma formação mínima de rebarba. A partir dos resultados obtidos nos experimentos acima, foi possível otimizar o projeto do ferramental, tornando o mesmo adequado ao forjamento a quente da peça desejada, sendo esta confeccionada em aço AISI 8640. Variando-se a altura e o volume do billet, chegou-se a uma pré-forma ideal, onde se forjou a cavidade da peça, com um mínimo de rebarba. Este fato demonstrou a economia de material em relação a quantidade utilizada no processo atual (por usinagem). / The objective of this work is to show the viability of replacing machining process for hot forging process in the manufacturing of the internal cavity of drill bits of rocks, where it is observed, comparing the process, a less loss of raw material using a new process, what characterizes the viability of this change. Forging tests were done to manufacture the drill cavity. At first, a conic punch was used, with a convenient format to forge this cavity in easy physical modeling materials, as plasticine and chalk, for these materials have a similar behavior as steel during the hot forging process. The results were satisfactory, while the cavity was formed by this process with only one stage, with less loss of material through flash formation. In a second stage, tests with copper, that present a closer steel process behavior, were also done. With the results obtained in tests with physical modeling materials and in the use of the Elementary Plasticity Theory to verify the proximity of experimental copper tests with mathematical calculus, the best results were obtained, because with the reduction of the initial height of the billet, cavity formation and a minimum flash formation were got. From the results obtained in the experiments above, it was possible to optimize the tooling project making it appropriate to the hot forging of the desired workpiece, manufactured with AISI 8640 steel. Varying the billet’s height and volume, it approached to an ideal preform, where the workpiece cavity was forged, with minimum flash. This fact demonstrated the economy of material in relation to the quantity used in the current process (machining).

Este trabalho tem como objetivo mostrar a viabilidade da troca de processo de usinagem pelo processo de forjamento a quente na fabricação da cavidade interna da pré-forma de brocas de furação de rochas, onde se observa na comparação entre os processos uma menor perda de matéria prima na utilização do novo processo, o que caracteriza a viabilidade dessa mudança. Foram realizados ensaios de forjamento para fabricação da cavidade da broca. Primeiramente, se utilizou um punção cônico, com um formato conveniente para forjar essa cavidade em materiais de fácil modelamento físico, como plasticina e gesso, pois estes materiais têm o comportamento similar ao do aço durante o processo de forjamento a quente. Os resultados foram satisfatórios, à medida que a cavidade foi formada por este processo com a realização de uma única etapa, com pouca perda de material através da formação de rebarba. Em uma segunda etapa, foram feitos ensaios com cobre eletrolítico, que apresentam o comportamento ainda mais próximo ao aço no processo. Com os resultados obtidos nos ensaios com materiais de modelamento físico e a utilização da Teoria Elementar da Plasticidade para verificar a aproximação dos ensaios experimentais do cobre com cálculos matemáticos, foram obtidos melhores resultados, pois com a diminuição da altura inicial do billet se conseguiu a formação da cavidade e uma formação mínima de rebarba. A partir dos resultados obtidos nos experimentos acima, foi possível otimizar o projeto do ferramental, tornando o mesmo adequado ao forjamento a quente da peça desejada, sendo esta confeccionada em aço AISI 8640. Variando-se a altura e o volume do billet, chegou-se a uma pré-forma ideal, onde se forjou a cavidade da peça, com um mínimo de rebarba. Este fato demonstrou a economia de material em relação a quantidade utilizada no processo atual (por usinagem). / The objective of this work is to show the viability of replacing machining process for hot forging process in the manufacturing of the internal cavity of drill bits of rocks, where it is observed, comparing the process, a less loss of raw material using a new process, what characterizes the viability of this change. Forging tests were done to manufacture the drill cavity. At first, a conic punch was used, with a convenient format to forge this cavity in easy physical modeling materials, as plasticine and chalk, for these materials have a similar behavior as steel during the hot forging process. The results were satisfactory, while the cavity was formed by this process with only one stage, with less loss of material through flash formation. In a second stage, tests with copper, that present a closer steel process behavior, were also done. With the results obtained in tests with physical modeling materials and in the use of the Elementary Plasticity Theory to verify the proximity of experimental copper tests with mathematical calculus, the best results were obtained, because with the reduction of the initial height of the billet, cavity formation and a minimum flash formation were got. From the results obtained in the experiments above, it was possible to optimize the tooling project making it appropriate to the hot forging of the desired workpiece, manufactured with AISI 8640 steel. Varying the billet’s height and volume, it approached to an ideal preform, where the workpiece cavity was forged, with minimum flash. This fact demonstrated the economy of material in relation to the quantity used in the current process (machining).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-15T19:53:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T13:11:31Z : No. of bitstreams: 1 180127.pdf: 45649230 bytes, checksum: 2e696ceabfb1a55de81595f6c11edf99 (MD5)

O presente trabalho descreve os resultados da pesquisa que tem por objetivo a determinação de parâmetros térmicos de um corpo sólido: o valor médio da emissividade total e o coeficiente médio de transferência de calor por convecção. Foi desenvolvido o modelo matemático do processo de resfriamento de um corpo forjado. Foram examinados os métodos da determinação dos parâmetros mencionados, que estão descritos na literatura, e também foram analisadas as possibilidades de aproveitá-los no processo de forjamento. No meio de métodos analisados, o método do Instituto IBF (Institut für Bildsame Formgebung, IBF, RWTH, Aachen, Alemanha), foi considerado o mais apropriado tendo a metodologia deste trabalho seguindo a mesma sistemática. Aproveitando a metodologia do IBF para a determinação dos parâmetros térmicos mencionados e o modelo matemático do resfriamento de um corpo forjado, foi desenvolvida uma nova técnica para determinar o valor médio da emissividade total e o coeficiente médio de transferência de calor por convecção de um corpo sólido. Os materiais analisados foram o aço ABNT 1045 e a liga de alumínio AA 6061. Foram feitas as comparações dos resultados obtidos pela técnica desenvolvida com o método do IBF.

Pretende este trabalho dar início ao estudo do processo de forjamento isotérmico de uma peça de uma liga de alumínio (Al Mg Sil) através de alguns parâmetros como curva de escoamento, influência de lubrificantes e modelos de cálculo de força. Para a análise da curva de escoamento da liga Al Mg Sil foram realizados testes alterando-se tanto a temperatura de ensaio como a velocidade de prensagem. Os resultados obtidos foram comparados com os resultados de duas referências bibliográficas. Em relação ao forjamento apresenta-se a ferramenta utilizada nos testes e descreve-se sobre as influências de alguns lubrificantes testados. Finalizando, mostra-se os resultados obtidos experimentalmente e os resultados obtidos através da aplicação de três modelos teóricos extraídos da literatura. Conclusões e sugestões para futuros trabalhos são também apresentados. / The objetive of this work was to start a study of the isothermal forging process of an aluminium alloy (AL Mg Sil) workpiece by using parameters as the yield curve, influente of lubrificant and force calculation models. Tests were carried out to analyze the yield curve of the alloy as a function of the test temperature and the pressing velocity. The experimental results were compared with results from two bibliographic referentes. With regard to the forging processes, the tool employed and the results of tests obtained with some lubricants are presented. Finally, a comparison is made of the experimental results and of results obtained from three theoretical model. Conclusions and suggestions for future work are also presented.

Este trabalho pretende, na visão de novas tecnologias, discutir o processo de forjamento das ligas de alumínio (ABNT 6061), buscando propor uma metodologia baseada na ciência da engenharia. Deseja-se minimizar os procedimentos de tentativa e erro no desenvolvimento de processos de conformação. Para tanto, novas tecnologias disponíveis atualmente, tais como o Projeto Assistido por Computador (CAD), a Fabricação Assistida por Computador (CAM) e a Simulação do Processo (CAE) são empregadas. Resultados experimentais mostrando o comportamento da liga ABNT 6061 através das curvas de escoamento bem como o estabelecimento da condição do atrito no processo de conformação, avaliando dois lubrificantes comerciais disponíveis (Deltaforge 31 e Oildag) para aplicações nas ligas de alumínio, são reportados neste trabalho. A comparação dos resultados obtidos de um experimento prático de forjamento com a simulação pelo “Método dos Elementos Finitos” usando o código “QForm” é apresentada para uma peça de simetria axial em liga de alumínio. Finalmente, os resultados obtidos no forjamento de um componente automotivo em liga de alumínio (ABNT 6061), desenvolvido em parceria com a empresa Dana, são analisados e comparados com as simulações computacionais realizadas usando o código “Superforge”. / This work intends, on the view of new technologies, to discuss the forging process of aluminum alloys (ABNT 6061) and aims at proposing a methodology based on the engineering science. It is desired to minimize trial and error procedures in the development of forming processes. For such, new technologies available today, such as Computer Aided Design (CAD), Computer Aided Manufacturing (CAM) and Computer Aided Engineering (CAE) are employed. Experimental results showing the behaviour of an ABNT 6061 through flow curves as well as the establishment of friction conditions in the forming process by evaluating two commercially-available lubricants (c.e., Deltaforge 31 and Oildag) for aluminum alloys applications are reported in this work. A comparision of the results obtained from a forging experiment with finite element method (F.E.M.) simulations using “QForm” code is presented for an axially-simmetric part made of aluminum alloy. Finally, forging results of an automotive component made of an aluminum alloy (ABNT 6061) developed in partnership with DANA, area analyzed and compared to F.E.M. computational simulations obtained through the SuperForge software.

Este trabalho se propõe a substituir parcialmente o processo de usinagem, empregado atualmente para a fabricação de uma broca de perfuração de rochas, pelo processo de forjamento, gerando assim uma peça com melhoria nas propriedades mecânicas, economia de matéria-prima, aumento do valor agregado do produto e diminuição dos custos de produção. É ainda uma seqüência da dissertação de mestrado de Charles Chemale Yurgel, buscando otimizações pontuais do mesmo. Foi realizado um projeto de ferramental para a obtenção de tal peça, e este foi simulado computacionalmente pelo software LARSTRANÒ, onde se comprovou a eficácia do mesmo para a obtenção de peças com completo preenchimento da cavidade da matriz. A simulação numérica computacional também indicou a força teórica necessária para a conformação da peça de trabalho, bem como o fluxo do material durante a deformação da mesma. Foram usinados os componentes do ferramental e forjadas as peças, de aço AISI 8640, em temperatura de 1200 ºC. A lubrificação foi à base de composto sintético, aplicado nas ferramentas e na geratriz sob forma de spray. Do processo, tal qual predisse a simulação numérica, originou-se peças com completo preenchimento da cavidade da matriz. A força de conformação foi medida por célula de carga acoplada ao experimento, e registrou-se uma carga de 1122 kN necessária para a obtenção da peça, sendo esta 6% menor do que a previsão do software de simulação. Foram caracterizadas as peças obtidas pelo processo proposto e comparadas com as peças obtidas por usinagem, de onde se chegou a uma economia de material de 45,5 % com aumento na dureza da peça de 3,3 %. Caracterizaram-se ainda, como perdas de processo, 3,6% de material, em peso, como produto de oxidação superficial. Desta maneira, comprova-se a viabilidade da substituição do processo de usinagem pelo processo de forjamento para a obtenção da peça de trabalho, bem como comprova a confiabilidade da simulação computacional como ferramenta de avaliação de projetos de conformação mecânica. / This work aims at showing the feasibility of partial substitution of the machining process by hot forging, to obtain AISI 8640 steel drills bits, used to bore holes in rocks. The current drill manufacturing process, by machining alone, has been a major factor in loss of competitiveness compared to international manufacturers, because of loss of raw materials, long processing time, or high hour/machine cost. Thus, the possibility of optimizing the piece manufacturing process, replacing part of the machining process by hot forging, besides allowing the optimization of mechanical properties, significantly reduces manufacturing costs. This article presents the tooling to obtain the piece, together with the procedure used for testing, comparing the force found in practice to computer simulation with LARSTRAN/SHAPEÒ program. The results proved the feasibility of partial substitution of the process manufacturing, and also proved the reliability of computer simulation in this case.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da rota de processamento no surgimento de crescimento anormal de grão em anéis internos de juntas homocinéticas de aço DIN 16MnCr5 forjado a morno, assim como seu efeito na dispersão da dimensão entre-rolos do estriado deste anel. Para tanto foram realizados experimentos utilizando a rota de processamento corrente – forjamento, usinagem, cementação e têmpera – e uma rota de processo experimental – forjamento, cementação, usinagem e têmpera – além de adição de elementos de liga reconhecidos como ancoradores do crescimento de grão austenítico. Para calcular o tamanho de grão austenítico foi empregada a norma ASTM E112. A microestrutura das amostras foi determinada através de metalografia e a medição da dimensão entre-rolos do estriado foi realizada utilizando um dispositivo Frenco modelo IVM 3x2. A partir dos resultados obtidos foi possível determinar que a rota de processamento que possui as etapas de cementação não conjugadas é a mais adequada para que se obtenha um tamanho de grão fino e homogêneo, bem como uma dispersão de medidas do entre-rolos do estriado que minimize as perdas durante a manufatura de peças. / The aim of the work is to analyze the influence of process route on the appearance of abnormal grain growth in DIN 16MnCr5 warm forged constant velocity joints inner races as well as its effect on the dispersion of spline dimension between pins measurements. In order to do this, experiments using current process flow – forging, machining, case carburizing and quenching – and an experimental process route – forging, case carburizing, machining and quenching – were carried out. Further more, alloying elements well known for its ability to control austenitic grain growth were added. The standard applied in order to calculate the austenitic grain size was ASTM E112. The microstructure of the samples was determined through metallographic analysis and spline’s between pins dimension was measured using a Frenco gage model IVM 3x2. From the obtained results it was possible to determine that the process route which has case carburizing and quenching stages not conjugated is more adequated to obtain a fine and homogeneous austenitic grain size distribution as well as a dispersion of between pins dimensions that minimizes the wastes during parts manufacturing.