Orientador: Sergio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T23:21:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_EvandroCardozoda_M.pdf: 26049464 bytes, checksum: e57f6243faaf281d925a22fe973b236f (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: o estado da arte, no forjamento, aponta para o forjamento de precisão. Este tipo tem por meta a produção de forjados com urna qualidade de acabamento que reduza, em parte ou integralmente, as operações secundárias de acabamento. Para atingir este objetivo o projeto de urna peça forjada exige o abandono do método tradicional de tentativa e erro. O uso de sistemas computacionais passa a ser a ferramenta essencial para conduzir a indústria de forjados a se adaptar a novos requisitos tecnológicos de modo a assegurar custos competitivos nos diferentes mercados. A conformação por forjamento se dá pela aplicação de um estado de compressão direta e a deformação ocorre basicamente por recalque, alargamento e ascensão. Para o recalque simples de cilindrose anéis é desenvolvido neste trabalho um modelo matemático bidimensional de elementos finitos de análise rígido-viscoplástica, cuja tecnologia é a base para o aprimoramento e implementação do processo de forjamento de precisão. O código do modelo matemático em linguagem FORTRAN 77 tem sua validade verificada por comparação da simulação usando elementos finitos quadrilateros linear e quadrático com o método do limite superior e resultados experimentais. Foram verificadas as influências sobre as simulações, do emprego de materiais de importância tecnológica distintos, de fatores de atritos diversos, de várias velocidades de processo e outros parâmetros preponderantes. Sendo assumido o estado plano de deformação o modelo adotado mostrou-se adequado para a análise do recalque de cilindros e anéis fornecendo resultados compatíveis com as observações experimentais e as informações encontradas na literatura. Usando o método de elementos finitos simulou-se a variação nos diâmetros internos de anéis com as proporções geométricas convencionais e indicados por gráficos para vários fatores de atrito (m) na interface peça-matriz. Este procedimento é a maneira convencional de representar curvas de calibração teóricas usadas na avaliação de atrito com o teste de anel / Abstract; Precision forging is the state-of-the-art process to produce near-net-shape parts, reducing or eliminating later finishing operations. To reach this goal, conventional trial-anderror methods of forging design are not suitable. Computers are essential tools to make forging industries adapted to the new technological requirements with competitive costs in different markets. Forging is a forming process held by direct compressive stresses where deformation occurs basicallyby upsetting, stretching and ascending. In this work, ring and cylinder upsetting is analysed using a two-dimensional mathematical model based on the finite element method, with a rigid viscoplastic material. This model is intended to improve precision forging design. The model, with codes written in FORTRAN 77, was validated comparing simulation results (using linear and quadratic finite elements) to upper-bound method and experimental results. The influence of some variables (materiaIs, rnction, forging speed) on the simulation was studied. Assumed the plane-strain state, the model showed good agreement with experimentalresults in the analysisof ring and cylinder upsetting. Many simulations with FEM were held to study changes of ring geometry, depending on rnction factor (m), and to plot theoretical calibration curves used to evaluate friction in the ring test / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Neste trabalho é apresentado o efeito do tratamento térmico e da composição química de aços inoxidáveis Fe-Mn-Si-Cr-Ni com Efeito de Memória de Forma (EMF) processados por forjamento nas propriedades mecânicas e capacidade de recuperação de forma. As amostras foram caracterizadas em termos da evolução microestrutural, propriedades mecânicas, desgaste e recuperação de forma. A caracterização microestrutural foi realizada com o auxílio de técnicas de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. Foram realizadas medições de dureza nas diferentes condições de estudo para compreender a evolução do encruamento e amolecimento das amostras tratadas termicamente em diferentes temperaturas. A caracterização do EMF foi realizada por meio de ensaio de compressão, sendo aplicadas deformações de 4% e 6%, e do mecanismo de desgaste foi realizada por meio de ensaio do tipo pino contra lixa. Empregou-se a técnica de calorimetria diferencial de varredura para determinar as temperaturas de transformação de fase. O aumento da temperatura de austenitização e do tempo de patamar promoveu um aumento do tamanho de grão austenítico. A liga com maiores teores de cromo e níquel e menor teor de manganês apresentou menor crescimento de grão, maiores valores de dureza e de tensão de escoamento, independente da temperatura de austenitização utilizada, e melhor resistência ao desgaste. Também foi evidenciado, para esta liga, um contínuo incremento da máxima tensão em compressão à medida que a temperatura de austenitização aumentou, independente da deformação aplicada durante o ensaio de compressão. Comportamento exatamente inverso foi observado para a liga com menores teores de cromo e níquel e maior teor de manganês. Ao aumentar a temperatura de austenitização, independente da composição química, ocorreu uma redução significativa de dureza, mas não foi observada alteração da tensão de escoamento, que até apresentou um pequeno aumento. As ligas estudadas apresentaram resultados de módulo de elasticidade estatisticamente iguais mesmo com a diferença de composição existente. A alteração da temperatura de revenimento não implicou em mudança significativa de dureza. No entanto, a liga com maiores teores de cromo e níquel e menor teor de manganês apresentou aumento de dureza após o revenimento, comportamento exatamente oposto às demais ligas estudadas. Na análise microestrutural observou-se o aparecimento de pequenos precipitados ricos em cromo e silício, o que confirma a ocorrência de endurecimento secundário para esta liga. Este efeito parece ser tanto maior quanto maior é a temperatura de austenitização utilizada. A liga com menores teores de cromo e níquel e maior teor de manganês apresentou melhor capacidade de recuperação total independente da deformação aplicada. Comprovou-se que, se a resistência mecânica da matriz é menor, obtém-se uma melhor capacidade de recuperação de forma. Para este material, a contribuição da recuperação de forma supera a contribuição associada à recuperação elástica. Obteve-se uma recuperação total de 3,9% para a liga com menores teores de cromo e níquel e maior teor de manganês ao ser aplicada deformação de 6%, resultado obtido quando a austenitização foi realizada a 950C. Esta liga não apresentou variação significativa nas temperaturas de transformação de fase independente da temperatura de austenitização empregada.

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.

Estágio realizado na ETMA, S. A. e orientado pelo Eng.º João Pedro Sousa / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

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.

Este trabalho tem como objetivo apresentar e aplicar uma metodologia de desenvolvimento integrado de produto para forjamento, baseada na integração efetiva do conhecimento científico e da prática industrial. Esta metodologia foi definida a partir de cinco fases, denominadas: Projeto Informacional, Projeto Conceitual, Projeto Preliminar, Projeto Detalhado e o Controle da Qualidade e Produção. Após detalhar cada fase, e visando avaliar a adoção da metodologia apresentada, foram realizados simulações físicas (em plasticina) e numérico-computacionais (através do Simufact.Forming 8.1) para um produto destinado a elevadores. Este produto, denominado grampo de 3/8”, é forjado a quente a partir de uma barra de aço ABNT/SAE/AISI 1020, porém apresenta falta de homogeneidade na largura da rebarba, o que acarreta desperdício de material e comprometimento de sua qualidade. Nesse sentido, foram dimensionadas – através do método de Drabing, diferentes geratrizes de seções circular, quadrada e hexagonal, bem como, uma pré-forma de seção circular, para posterior análise da largura da rebarba. Através da análise via software também foi possível estimar a força e energia requeridas ao processo de forjamento em cada geratriz e pré-forma simuladas, sendo os resultados comparados a outros métodos utilizados nesta estimativa. Ao final, pode-se verificar que os valores de força e energia obtidos através das simulações numérico-computacionais não apresentaram uma convergência com os demais métodos utilizados. E, com relação às geratrizes e pré-forma simuladas, não foi possível verificar uma diferença significativa dos valores de força e energia que pudesse inviabilizar a utilização de qualquer um destes sólidos como sendo a matéria-prima ao grampo de 3/8”. Nas simulações em plasticina e numérico-computacionais da largura da rebarba, em geral, foi constatado o mesmo comportamento da largura da rebarba para as diferentes geratrizes e pré-forma simuladas, apresentando comprometimento desta grandeza junto aos vértices do grampo de 3/8”. Porém, e a partir do custo de fornecimento da matériaprima de cada geratriz e dos resultados obtidos, pode-se prever que a geratriz de seção circular e a pré-forma são economicamente e tecnicamente mais viáveis do que as geratrizes de seção quadrada ou hexagonal. / This paper aims to present and implement a methodology for developing integrated product for forging, based on the effective integration of scientific knowledge and industrial practice. This methodology was defined by five stages, called: Informational Design, Conceptual Design, Preliminary Design, Detailed Design and Quality Control and Production. After detailing each stage, and to evaluate the adoption of the methodology presented, physical simulations were performed (with plasticine) and numeric-computational (by Simufact.Forming 8.1) for a product intended to lifts. This product, called Clamp 3/8", is hot forged from a bar AISI/SAE/AISI 1020, but shows a lack of homogeneity in the width of the fash, resulting in waste of material and commitment to quality. In this sense, were designed - by the method of Drabing, different billets of circular sections, square and hexagonal, as well as a pre-form circular section, for further analysis of the width of the fash. Through the analysis by software was also possible to estimate the strength and energy required to forging process at each billet and pre-form simulated, and the results compared to other methods used in this estimate. In the end, was can verify that the values of strength and energy obtained through numericcomputational simulations did not show a convergence with the other methods used. And, with respect to the billets and pre-form simulated, it was not possible to verify a difference in the values of strength and energy that could prevent the use of any of these solids as the raw material to clamp 3/8". In the physical and numeric-computational simulations about width of the fash, in general, was found the same behavior as the width of the fash for the different billets and preform simulated, showing commitment of this magnitude along the vertices of the clamp 3/8". However, and as the cost of providing the raw material of each billet and the results obtained, it is expected that the billet of circular section and pre-form is technically and economically more viable than the billets of a square or hexagonal section.

Componentes mecânicos conformados, possuem maior resistência quando comparados aos produzidos por outros processos de fabricação como fundição ou usinagem. Entre os motivos está a heterogeneidade de sua estrutura resultante da orientação da fibragem. Isto se deve pelo fenômeno de anisotropia que o processo de conformação induz ao material. Sabendo desta afirmação, muitas vezes, projetistas se perguntam o quanto esta orientação representa na resistência e na vida de um componente ou se esta não estiver adequada ao projeto do componente, o quanto poderá comprometer seu desempenho. Este trabalho compara quantitativamente através de ensaio de fadiga flexo rotacional em corpos de prova forjados a quente a influência da orientação da fibragem, simulando uma configuração adequada, isto é, com a fibragem disposta longitudinalmente e orientada no sentido de laminação e uma configuração não adequada, com a fibragem disposta transversalmente a 90° do sentido de laminação. Por fim para efeito de comparação foram testados corpos de prova usinados diretamente da barra laminada, com sua fibragem disposta longitudinalmente para verificar qual o impacto desta situação frente ao processo de forjamento a quente. Os resultados dos testes demonstram a importância deste estudo, pois fica comprovado que os corpos de prova forjados com a fibragem disposta longitudinalmente no sentido de laminação, apresentaram uma vida a fadiga superior as demais configurações testadas. Já as demais configurações apresentaram valores semelhantes nos testes de fadiga. / Mechanical formed components have greater resistance when compared with those produced by other manufacturing processes such as casting or machining. Among the reasons is the heterogeneity of its structure resulted from the grain flow orientation. This is due to the anisotropy phenomenon which forming process induces to the material. This statement knowledge often, make designers wonder how this orientation is related to the component resistance and life, or if it is not appropriate to the component design how it could implicate on their performance. This study compares quantitatively by rotational flexing fatigue test the grain flow orientation influence on forged specimens, simulating a suitable configuration, i.e. with the grain flow orientation longitudinally disposed and oriented to the rolling direction and another with a non-adequate configuration, with the grain flow orientation 90° transversely disposed to the rollin g direction. Lastly specimens machined from the rolled bar were tested for comparison, with its grain flow orientation longitudinally disposed in order to check this situation impact compared to the hot forging process. The test results evidenced the importance of this study as it is proven that the forged specimens with the grain flow orientation disposed longitudinally to the rolling direction presented a higher fatigue life compared to the other tested configurations. The other studied settings presented similar values in fatigue tests.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T19:29:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 104716.pdf: 30229245 bytes, checksum: 1be1a52d85019ef51179d6f52e96b676 (MD5) Previous issue date: 1995 / A presente tese se enquadra na área de materiais magneticamente duros e estuda o forjamento uniaxial a quente de ligas fundidas, Pr(Nd)-Fe-B-Cu, para produzir uma orientação preferencial do eixo-C, eixo de fácil magnetização, durante a prensagem na direção de forjamento. O forjamento uniaxial a quente possui a grande vantagem de não envolver o estágio de trabalho com o material na forma de pó. Nesse processo, somente um passo de deformação após o lingote ser fundido e dois simples tratamentos térmicos são necessários para se ter um bom produto final, o que se diferencia dos complicados passos da metalurgia do pó.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T13:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338223.pdf: 6331702 bytes, checksum: 075fbdd17c9b549656a64a1a28f177d4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Os aços maraging são uma classe especial de aços com alta resistência e tenacidade. Apesar das suas excelentes propriedades, suas aplicações são limitadas devido ao seu alto custo de produção. Com o propósito de encontrar novos processos para melhorar as propriedades mecânicas deste aço, foram analisados os efeitos produzidos pelo forjamento a quente sobre a microestrutura, dureza e cinética de precipitação de um aço maraging C300. Para isto, corpos de prova prismáticos foram deformados sem lubrificação usando diferentes condições de forjamento, e depois foram analisados nas condições como forjado e envelhecido usando diferentes técnicas de caracterização, tais como: microscopia ótica, ensaios de dureza, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, difração de raios X e dilatometria. Os resultados experimentais mostraram que se obteve um importante refinamento da largura dos blocos de martensita quando o forjamento produziu uma austenita não recristalizada ou parcialmente recristalizada. Adicionalmente, os espécimes nos quais a martensita foi produzida a partir de uma austenita não recristalizada apresentaram um endurecimento mais rápido e uma maior quantidade de austenita reversa do que as amostras restantes. Estes fatos sugerem que houve uma aceleração significativa nas reações de precipitação e de formação de austenita reversa nas amostras cuja martensita foi produzida a partir de austenita não recristalizada. Finalmente, se detectou um acréscimo da dureza no estado como forjado nas amostras deformadas a quente, cujo valor máximo foi de 8% nas condições de maior redução de altura. Este endurecimento foi reduzido durante o envelhecimento devido provavelmente à ação da recuperação da subestrutura da martensita.<br> / Abstract : Maraging steels are special steels with high strength and high toughness. Despite their desirable properties, their applications are limited due to their high production cost. In order to discover new processes that improve the mechanical properties of this alloy, the kinetical and microstructural changes induced by hot forging in a maraging C300 steel were analysed. Prismatic samples were deformed without lubrication using several forging conditions, and then were analysed in both the as forged and aged stages employing different techniques such as: optical microscopy, hardness testing, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction and dilatometry. The experimental results showed that an important refinement of the martensite block width was obtained when hot working produced either work-hardened or partially recrystallized austenite. In addition, the specimens in which the martensite phase was produced from a work-hardened austenite hardened faster in the early stages of precipitation than non-deformed ones. Besides, the amount of austenite in the former samples was higher than the one found in the latter. These two facts suggest that a significant acceleration of the precipitation and reverted austenite formation reactions might be taking place in the samples where hot forging produced a work-hardened austenite. Finally, an increase in hardness was observed in the hot worked samples, which maximum value was 8% in the most deformed specimens. This raise was partially eliminated during aging, probably due to the recovery of the martensite substructure.