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.

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.

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

Orientador: Sergio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T04:18:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roque_CristinaMariaOliveiraLima_M.pdf: 8400751 bytes, checksum: 380e6dcacb81861c63bf3842e4876cc1 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: A demanda por processos de fabricação mais eficientes tem crescido nos últimos anos e o processo de forjamento a frio tem se apresentado como uma resposta a esta demanda, pois permite a produção de peças com boa qualidade superficial e resistência mecânica. Porém, o projeto da seqüência de produção de uma peça forjada a frio é altamente empírico e baseado na experiência do projetista. A modelagem computacional de cada etapa do processo de conformação através do método dos elementos finitos pode tornar o planejamentoda seqüência mais rápido e eficiente, minimizando o uso dos métodos convencionais de tentativa e erro. Neste trabalho estudou-se a aplicação de um programa comercial genérico de elementos finitos - ANSYS v. 5.0 - na modelagem de uma operação de conformação. Desenvolveram-se modelos para simular o ensaio de compressão do anel e para simular uma operação básica de forjamento (recalque) que se aplica na maioria das seqüências de peças forjadas a frio. A operação de recalque simulada é uma etapa automóveis. Foram realizados ainda, experimentos para obter a curva tensãodeformação do material, o atrito do processo, o fluxo do material durante a etapa simulada e a força necessária para a conformação. Estes experimentos forneceram resultados utilizados tanto como dados de entrada para o modelo numérico quanto para a validação das respostas fornecidas pelo modelo. A comparação entre os experimentos e os resultados numéricos comprova o potencial da metodologia desenvolvida na simulação de processos de conformação / Abstract: The demand for more efficient manufacturing processes has been increasing in the last few years. The cold forging process is presented as a possible solution, because it allows the production of parts with a good surface finish and with good mechanical properties. Nevertheless the cold forming sequence design is very empirical and it is based on the designer experience. The computational modeling of each forming process stage by the finite element method can make the sequence design faster and more efficient, decreasing the use of conventional "trial and error" methods. In this study the application of a comercial general finite element software - ANSYS - has been examined in a forming operation modeling. Models have been developed to simulate the ring compression test and to simulate a basic forming operation (upsetting) that is applied in most of the cold forging parts sequences. The simulated upsetting operation is one stage of the automotive starter parts manufacturing processo Experiments have been done to obtain the stress-strain material curve, the material flow during the simulated stage and the required forming force. These experiments provided results used as numerical model input data and as validation of model results. The comparison between experiments and numerical results confirms the developed methodology potential in the forming processes simulation / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Maria Helena Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T21:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PellaJunior_Wanderley_M.pdf: 26527568 bytes, checksum: 8e40ea67f902c098c61a48f47a2d4a7c (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O trabalho apresenta uma análise de viabilidade da utilização de materiais refratários e métodos de baixo custo, como areia aglomerada com resina fenólica ou com cimento comum, além de diferentes tipos e revestimentos refratários, na construção de matrizes e punções para o tixoforjamento da liga A2011 no estado semi-sólido. A geometria do produto foi escolhida de modo a dificultar o preenchimento da cavidade, contendo ângulos retos sem alívio para o escoamento do material semi-só1ido. A matéria prima para o tixoforjamento foi produzida por fusão parcial controlada de estrutura ultra-refinada. Testes de tixoforjamento com as matrizes não metálicas foram realizados em diferentes condições de processo, buscando os parâmetros viáveis para obtenção de produtos com qualidade aceitável. Os resultados obtidos mostram a possibilidade da utilização dos referidos materiais na construção do ferramental para o tixoforjamento da liga A2011, adequando-se os parâmetros do processo em níveis relativamente inferiores de temperatura da cavidade (entre 3300 C e 3800 C) e de força aplicada (em tomo e 130 kN) quando comparados com a utilização de matrizes de aço (630° C e 270 kN respectivamente). A microestrutura dos produtos tixoforjados mostra glóbulos equiaxiais em todo seu volume (tamanho médio de glóbulos entre 55 m e 160 mm), além da segregação do líquido para as extremidades do produto, o que acarreta um aumento na dureza do material nesta região / Abstract: The work presents an analysis of the viability of using refractory materials and low cost techniques, like phenol resin bound sand and cement bound sand, besides different refractory coatings, in the construction of tools (dies and punches) for forging the A2011 a11oy in the semisolid state (thixoforging). Die geometry was chosen to impose particularly difficult filling, on order to test the semi-solid slurry ability to flow. Semi-solid raw material was produced by a simple and practical method, however resulting in slurries with appropriate rheological properties, by partial melting of ultra-refined as-cast structures. Such structures were obtained by association of grain refiner addition and thermal effects during solidification. Thixoforging tests using non-metallic tools were performed in different process conditions, searching for viable parameters to obtain acceptable product quality. Results show the possibility of using the above mentioned materials for tools construction for forming in the semi-solid state. Results on analysis of the process parameters for thixoforging A2011 a11oy show that best products are obtained when temperatures in the die ranges from 330 to 380°C and applied forces are in the order of 130kN, for the specific chosen geometry. These values, both related to die temperatures and required forces are significantly lower than the required die temperature and applied forces when using steel to11s, for the same product (respectively 630°C and 270kN). Microstructures of thixoforged products present equiaxial A1-alpha phase throughout the product volume, with globule size ranging from 55 to 160mm. Liquid segregation towards the flowing front was observed during fi11ing of the die, leading to increase in hardness in the edges of the product / Mestrado / Engenharia de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica