<p>Istraživanja prikazana u disertaciji imala su za cilj razvoj monotonih modela deformisanja u cilju njihove primene za određivanje dijagrama granične deformabilnosti. Kombinacijom različitih geometrija uzoraka, geometrije alata i triboloških uslova razvijeni su monotoni modeli deformisanja koji su promenjeni za određivanje dijagrama granične deformabilnosti.</p> / <p>Research presented in this dissertation was conducted in order to develop monotonic forming processes suitable for determination of forming limit diagram. Combining different geometries of billets as well as tools and friction conditions monotonic models are developed and applied for determination of forming limit diagram.</p>

Esta tese tem por objetivo a aplicação do processamento por atrito linear na liga de titânio Ti-6Al-4V. Derivado da solda por atrito linear, é um processo recente desenvolvido na década de 90 para união de alumínio. Sua aplicação em outros tipos de materiais como aços e ligas de alto desempenho, em especial o titânio, tem interessado a industria. A metodologia utilizada nesta tese para avaliar o processamento por atrito linear, consistiu na execução de ensaios mecânicos de tração em condições mistas em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V. A máquina utilizada para o processamento das chapas foi um centro de usinagem CNC convencional, adaptado com dispositivos especiais. Além dos ensaios de tração em condições mistas, foram executadas medições de microdurezas nas regiões atingidas pelo processo, avaliação das microestruturas resultantes e medições de tensão residual para uma caracterização mais ampla do processo. As microestruturas na região processada são caracterizadas por uma estrutura totalmente transformada. As temperaturas de pico na região processada excederam a temperatura -transus durante o processamento e a transformação da fase + ocorreu durante a fase de resfriamento. A transformação da fase para resultou na formação de agulhas de fase nos contornos e pelo interior dos grãos da fase . Pequenas regiões com estrutura equiaxial de grãos ( globular) foram observados na zona de processamento. A abordagem dos resultados quantitativos foi feita de forma estatística, visando identificar os parâmetros de maior interação com os resultados observados. Foi identificado nesta tese que a rotação da ferramenta apresentou a maior influência nos resultados de tensão residual, microdureza e tensão de escoamento. Uma importante contribuição à modelagem da tensão de escoamento para materiais anisotrópicos é proposta, baseado em um critério de escoamento ortotrópico. Equações complementares baseadas nos testes mistos de tração e cisalhamento são propostas para modificar o modelo ortotrópico. O intuito deste modelo é indicar em que condições o material tem seu regime de escoamento atingido, podendo servir de base para simulações práticas de peças em condições similares. / This thesis aims at the application of friction stir processing (FSP) in Ti-6Al-4V titanium alloy. Derived from friction stir welding (FSW), it is a recent process developed in the 90s for aluminum joining. Its application to other types of materials such as steel and high performance alloys, in particular titanium, has interested industry. The methodology applied in this thesis to evaluate FSP, consisted in the execution of tensile test at mixed conditions to Ti-6Al-4V sheets 4. The machine used for processing the sheet was a conventional CNC milling machine, assembled with special fixture devices. In addition to tensile tests, measurements have been performed to the regions affected by the process such as evaluation of microhardness, microstructure and residual stress condition. The microstructures at the processed region are characterized by a transformed structure. The peak temperatures, in the processed region, exceeded the -transus temperature during the processing and transformation of the phase + occurred during the cooling phase. This transformation resulted in the formation of boundary and intergranular phase (Widmanstätten) at the grains. Small regions of equiaxed grain structure (globular ) were observed in the processed zone. The approach to the quantitative results was made in statistical form aiming to identify the parameters interaction with the observed results. It was identified in this thesis that the tool spinning rotation showed the highest influence on the results of residual stress, hardness and yield strength. An important contribution to the modeling of anisotropic materials yield stress is proposed based on an orthotropic yield criterion. Additional equations based on the mixed tests for tensile and shear are proposed to modify the orthotropic model. The purpose of this model is to indicate the conditions under which the material has reached its yield regime, and may be a basis for practical simulations in similar conditions.

Konventionelles Laserstrahlschweißen von Halbzeugen aus höherfesten Stahlfeinblechen führt zum drastischen Verlust an Umformbarkeit im Schweißnahtbereich. Durch integrierte induktive Erwärmung können der Temperaturverlauf beim Schweißen modifiziert, die Verbindungseigenschaften beeinflusst und die Umformbarkeit verbessert werden. Die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und mechanischen Verbindungseigenschaften werden beschrieben und Anwendungspotenziale aufgezeigt.

No presente trabalho, a conformabilidade do aço inoxinoxidável AISI 201 foi comparada com o aço inoxidável AISI 304. O aço inoxidável AISI 201 é uma liga baixo níquel ligado com manganês e nitrogênio. Nesse estudo a conformabilidade dos dois materiais foi examinada por meio de ensaios tecnológicos como ensaio de tração, determinação da curva de escoamento, determinação do índice de anisotropia, ensaio Erichsen, dureza, composição química, simulação computacional do processo de estampagem e estampagem dos blanks. O aço inoxidável AISI 201 possui propriedades como limite de escoamento e tensão de ruptura superior as do inoxidável AISI 304. Os dois aços possuem uma similaridade na anisotropia. A máxima altura alcançada no momento da fratura pelo ensaio Erichsen também é semelhante para os dois materiais. O aço inox AISI 201 apresenta uma dureza maior que o inoxidável AISI 304. Na composição química os dois aços apresentam elementos fora do especificado, caracterizando um problema de qualidade na fabricação desses aços. A simulação computacional do processo de estampagem apresentou uma redução de espessura na região mais critica, sem comprometer a estampagem do componente. Uma vez estampadas, obteve-se peças sem indícios de trincas, conforme previsto pela simulação computacional. Os resultados desse trabalho sugerem a possibilidade de utilização do aço inoxidável AISI 201 como opção para substituição ao inoxidável AISI 304, tendo uma observação a ser feita quanto aos cuidados na qualidade durante a fabricação do aço para que atenda os padrões exigidos. / In this study, the formability of stainless steel AISI 201 was compared to stainless steel AISI 304 stainless steel AISI 201 is a low alloy nickel alloyed with manganese and nitrogen. In this study, the formability of the two materials was examined by means of technological tests such as tensile test, determination of the flow curve, determining the anisotropy index, Erichsen test, hardness, chemical composition, computer simulation of the stamping process and stamping of the blanks. Stainless steel AISI 201 has properties such as yield strength and higher breakdown voltage of the stainless steel AISI 304. The two steels have a similarity in anisotropy. The maximum height reached at the time of fracture by Erichsen test is also similar for the two materials. Stainless steel AISI 201 has a hardness greater than the stainless steel AISI 304. In chemistry the two steels have elements outside the specified, featuring a quality problem in manufacturing these steels. A computer simulation of the printing process showed a reduction in thickness in the most critical region, without compromising the component stamping. Once stamped, gave no broken pieces of evidence as provided by the computer simulation. The findings suggest the possibility of use of stainless steel AISI 201 as an option to replace the stainless steel AISI 304, with a point to be made about the care as during the manufacture of steel that meets the required standards.

No presente trabalho, a conformabilidade do aço inoxinoxidável AISI 201 foi comparada com o aço inoxidável AISI 304. O aço inoxidável AISI 201 é uma liga baixo níquel ligado com manganês e nitrogênio. Nesse estudo a conformabilidade dos dois materiais foi examinada por meio de ensaios tecnológicos como ensaio de tração, determinação da curva de escoamento, determinação do índice de anisotropia, ensaio Erichsen, dureza, composição química, simulação computacional do processo de estampagem e estampagem dos blanks. O aço inoxidável AISI 201 possui propriedades como limite de escoamento e tensão de ruptura superior as do inoxidável AISI 304. Os dois aços possuem uma similaridade na anisotropia. A máxima altura alcançada no momento da fratura pelo ensaio Erichsen também é semelhante para os dois materiais. O aço inox AISI 201 apresenta uma dureza maior que o inoxidável AISI 304. Na composição química os dois aços apresentam elementos fora do especificado, caracterizando um problema de qualidade na fabricação desses aços. A simulação computacional do processo de estampagem apresentou uma redução de espessura na região mais critica, sem comprometer a estampagem do componente. Uma vez estampadas, obteve-se peças sem indícios de trincas, conforme previsto pela simulação computacional. Os resultados desse trabalho sugerem a possibilidade de utilização do aço inoxidável AISI 201 como opção para substituição ao inoxidável AISI 304, tendo uma observação a ser feita quanto aos cuidados na qualidade durante a fabricação do aço para que atenda os padrões exigidos. / In this study, the formability of stainless steel AISI 201 was compared to stainless steel AISI 304 stainless steel AISI 201 is a low alloy nickel alloyed with manganese and nitrogen. In this study, the formability of the two materials was examined by means of technological tests such as tensile test, determination of the flow curve, determining the anisotropy index, Erichsen test, hardness, chemical composition, computer simulation of the stamping process and stamping of the blanks. Stainless steel AISI 201 has properties such as yield strength and higher breakdown voltage of the stainless steel AISI 304. The two steels have a similarity in anisotropy. The maximum height reached at the time of fracture by Erichsen test is also similar for the two materials. Stainless steel AISI 201 has a hardness greater than the stainless steel AISI 304. In chemistry the two steels have elements outside the specified, featuring a quality problem in manufacturing these steels. A computer simulation of the printing process showed a reduction in thickness in the most critical region, without compromising the component stamping. Once stamped, gave no broken pieces of evidence as provided by the computer simulation. The findings suggest the possibility of use of stainless steel AISI 201 as an option to replace the stainless steel AISI 304, with a point to be made about the care as during the manufacture of steel that meets the required standards.

O processo de estampagem é influenciado por diferentes variáveis, tais como, propriedades mecânicas e rugosidade da chapa, lubrificação do blank, coeficiente de atrito entre o blank e a ferramenta, parâmetros da prensa (força relativamente constante e velocidade), bem como variações nas ferramentas de conformação (deformação elástica). Este trabalho se dedica a investigação da influência do atrito entre a ferramenta e o blank. Em particular, será investigado o desenvolvimento de padrões artificiais de rugosidade de chapas metálicas (textura de superfície). O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D e estampabilidade de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de estampabilidade (medido pelo deslocamento do blank durante a estampagem) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados aqui apresentados estão em concordância com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros são necessários. / The stamping process is influenced by several variables such as sheet mechanical properties and roughness, blank lubrication, friction coefficient, press parameters (press force and speed), as well as variations in the forming tools (elastic strain). This work is dedicated to study the influence of friction between the tool and the blank. In this sense, it is necessary to study the development of artificial roughness patterns of sheet metals (surface textures). The aim of this research work is to study the inter-relationship, using the surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters and the formability of steel sheets for automotive panels. Different surface textures of sheet metal have been evaluated in terms of formability (measured by material flow during the process stamping) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained in the sheet metal prior to stamping. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research work showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed.

No presente trabalho, a conformabilidade do aço inoxinoxidável AISI 201 foi comparada com o aço inoxidável AISI 304. O aço inoxidável AISI 201 é uma liga baixo níquel ligado com manganês e nitrogênio. Nesse estudo a conformabilidade dos dois materiais foi examinada por meio de ensaios tecnológicos como ensaio de tração, determinação da curva de escoamento, determinação do índice de anisotropia, ensaio Erichsen, dureza, composição química, simulação computacional do processo de estampagem e estampagem dos blanks. O aço inoxidável AISI 201 possui propriedades como limite de escoamento e tensão de ruptura superior as do inoxidável AISI 304. Os dois aços possuem uma similaridade na anisotropia. A máxima altura alcançada no momento da fratura pelo ensaio Erichsen também é semelhante para os dois materiais. O aço inox AISI 201 apresenta uma dureza maior que o inoxidável AISI 304. Na composição química os dois aços apresentam elementos fora do especificado, caracterizando um problema de qualidade na fabricação desses aços. A simulação computacional do processo de estampagem apresentou uma redução de espessura na região mais critica, sem comprometer a estampagem do componente. Uma vez estampadas, obteve-se peças sem indícios de trincas, conforme previsto pela simulação computacional. Os resultados desse trabalho sugerem a possibilidade de utilização do aço inoxidável AISI 201 como opção para substituição ao inoxidável AISI 304, tendo uma observação a ser feita quanto aos cuidados na qualidade durante a fabricação do aço para que atenda os padrões exigidos. / In this study, the formability of stainless steel AISI 201 was compared to stainless steel AISI 304 stainless steel AISI 201 is a low alloy nickel alloyed with manganese and nitrogen. In this study, the formability of the two materials was examined by means of technological tests such as tensile test, determination of the flow curve, determining the anisotropy index, Erichsen test, hardness, chemical composition, computer simulation of the stamping process and stamping of the blanks. Stainless steel AISI 201 has properties such as yield strength and higher breakdown voltage of the stainless steel AISI 304. The two steels have a similarity in anisotropy. The maximum height reached at the time of fracture by Erichsen test is also similar for the two materials. Stainless steel AISI 201 has a hardness greater than the stainless steel AISI 304. In chemistry the two steels have elements outside the specified, featuring a quality problem in manufacturing these steels. A computer simulation of the printing process showed a reduction in thickness in the most critical region, without compromising the component stamping. Once stamped, gave no broken pieces of evidence as provided by the computer simulation. The findings suggest the possibility of use of stainless steel AISI 201 as an option to replace the stainless steel AISI 304, with a point to be made about the care as during the manufacture of steel that meets the required standards.

Orientador: Sergio Tonini Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T01:24:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caldin_Renato_M.pdf: 3510420 bytes, checksum: 7632c444a9b61c552c640c1faec863a9 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Em virtude do número crescente de veículos automotores e uma legislação ambiental cada vez mais rigorosa, as indústrias automobilísticas e os centros de pesquisas avançados buscam desenvolver novos materiais e processos de fabricação que visam à produção de peças com maior resistência mecânica, melhor conformabilidade do material e a redução das espessuras dos materiais empregados na fabricação, sem comprometer a rigidez e estabilidade estrutural das carroçarias. Esse conceito tem por objetivo minimizar os custos de produção, aumentar a segurança e reduzir o peso total do conjunto montado, diminuindo os índices de emissões de poluentes lançados no meio ambiente, em decorrência da melhor relação peso x potência do veículo e proporcionando melhores condições de conforto e dirigibilidade aos usuários. Baseado nessas características, o objetivo deste estudo foi viabilizar a utilização simultânea de dois processos de fabricação não convencionais: Hidroconformação de "Tailored Welded Blank:' (TWB). Para tanto, comparou-se a conformabilidade do TWB submetido à estampagem convencional e a hidroconformação, empregando-se o Diagrama Limite de Conformação, obtido a partir do ensaio Nakazima modificado, para determinar o limite de conformação da matéria­prima, e a Frente Máxima de Deformação (FMD) para determinar a deformação máxima ocorrida nos produtos. Para isso, foi desenvolvido um ferramental híbrido que possibilita a fabricação de peças pelos métodos da estampagem convencional e da hidroconformação, a partir de chapas de aço ST -06 e ST -07 com espessuras 1,5 e 0,9mm respectivamente, soldadas a laser para compor o TWB. Com a análise comparativa entre a CLC da matéria-prima e a FMD dos produtos estampados convencionalmente e hidroconformados, foi possível identificar que a hidroconformação de chapas supera a estampagem convencional em relação a conformabilidade dos "Tailored Welded Blanks", pois permitiu obter produtos com domos mais elevados e regulares, com uma menor redução de espessura e sem o aparecimento de falhas / Abstract: The increasing number of vehic1es and a more rigorous environmental legislation, are forcing automobile industries and research centers to develop new materials and manufacturing processes to the production of parts with higher mechanical properties, better formability and sheet thickness reduction, without comprirnising the rigidity and structural stability of the auto bodies. The main objective is to minimize the production costs, to increase the safety and to reduce vehic1e weight, reducing pollutants emissions, resulting in a best relation weight x power and providing better conditions of comfort and driveability. Based in these characteristics, the objective of this work was to study the simultaneous use of two not conventional manufacturing processes: hydroforming of Tailored Welded Blank (TWB). Therefore it was compared the formability of TWB in conventional stamping and hydroforrning, from the Forming Limit Diagram (FLD), plotted from the modified Nakazima test, to determine the forming limit of the raw material, and the Maximum Front of Deformation (MFD) to determine the maximum deformation in the products. A hybrid tool was designed and assembled to manufacture parts by conventional stamping and hydroforming steel plates ST -06 and ST-07 com thickness 1,5 and 0,9mm respectively, welded by laser to form the TWBs. With the comparative analysis between FLD of the raw material and MFD of the products conventionally stamped and hydroformed, it was possible to identify that hydroforming overcomes the conventional stamping in respect to the formability of Tailored Welded Blanks, and therefore it was possible to form products with higher and regular domes, with lower reduction of thickness, and without any failures / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Esta tese tem por objetivo a aplicação do processamento por atrito linear na liga de titânio Ti-6Al-4V. Derivado da solda por atrito linear, é um processo recente desenvolvido na década de 90 para união de alumínio. Sua aplicação em outros tipos de materiais como aços e ligas de alto desempenho, em especial o titânio, tem interessado a industria. A metodologia utilizada nesta tese para avaliar o processamento por atrito linear, consistiu na execução de ensaios mecânicos de tração em condições mistas em chapas da liga de titânio Ti-6Al-4V. A máquina utilizada para o processamento das chapas foi um centro de usinagem CNC convencional, adaptado com dispositivos especiais. Além dos ensaios de tração em condições mistas, foram executadas medições de microdurezas nas regiões atingidas pelo processo, avaliação das microestruturas resultantes e medições de tensão residual para uma caracterização mais ampla do processo. As microestruturas na região processada são caracterizadas por uma estrutura totalmente transformada. As temperaturas de pico na região processada excederam a temperatura -transus durante o processamento e a transformação da fase + ocorreu durante a fase de resfriamento. A transformação da fase para resultou na formação de agulhas de fase nos contornos e pelo interior dos grãos da fase . Pequenas regiões com estrutura equiaxial de grãos ( globular) foram observados na zona de processamento. A abordagem dos resultados quantitativos foi feita de forma estatística, visando identificar os parâmetros de maior interação com os resultados observados. Foi identificado nesta tese que a rotação da ferramenta apresentou a maior influência nos resultados de tensão residual, microdureza e tensão de escoamento. Uma importante contribuição à modelagem da tensão de escoamento para materiais anisotrópicos é proposta, baseado em um critério de escoamento ortotrópico. Equações complementares baseadas nos testes mistos de tração e cisalhamento são propostas para modificar o modelo ortotrópico. O intuito deste modelo é indicar em que condições o material tem seu regime de escoamento atingido, podendo servir de base para simulações práticas de peças em condições similares. / This thesis aims at the application of friction stir processing (FSP) in Ti-6Al-4V titanium alloy. Derived from friction stir welding (FSW), it is a recent process developed in the 90s for aluminum joining. Its application to other types of materials such as steel and high performance alloys, in particular titanium, has interested industry. The methodology applied in this thesis to evaluate FSP, consisted in the execution of tensile test at mixed conditions to Ti-6Al-4V sheets 4. The machine used for processing the sheet was a conventional CNC milling machine, assembled with special fixture devices. In addition to tensile tests, measurements have been performed to the regions affected by the process such as evaluation of microhardness, microstructure and residual stress condition. The microstructures at the processed region are characterized by a transformed structure. The peak temperatures, in the processed region, exceeded the -transus temperature during the processing and transformation of the phase + occurred during the cooling phase. This transformation resulted in the formation of boundary and intergranular phase (Widmanstätten) at the grains. Small regions of equiaxed grain structure (globular ) were observed in the processed zone. The approach to the quantitative results was made in statistical form aiming to identify the parameters interaction with the observed results. It was identified in this thesis that the tool spinning rotation showed the highest influence on the results of residual stress, hardness and yield strength. An important contribution to the modeling of anisotropic materials yield stress is proposed based on an orthotropic yield criterion. Additional equations based on the mixed tests for tensile and shear are proposed to modify the orthotropic model. The purpose of this model is to indicate the conditions under which the material has reached its yield regime, and may be a basis for practical simulations in similar conditions.

The aim of this research work is to study the inter-relationship, under controlled industrial conditions, among skin pass reductions, surface topography characterized by 2D and 3D roughness parameters, stampability and painted surface finish quality for automotive steel sheet stampings. Different surface textures obtained from cold rolling finishing have been evaluated in terms of paint appearance (rating and spectral curve) and tentatively related to roughness parameters (2D and 3D) obtained from the cold finished sheets. Some relevant tendencies have been established amongst these parameters. The results presented here are in accordance with other recently published research showing that there is a clear relationship between these parameters, and that further detailed studies are needed. / O foco do presente trabalho é o estudo, em condições industriais, da inter-relação entre grau de redução do passe de acabamento, topografia superficial caracterizada pelos parâmetros de rugosidade 2D e 3D, estampabilidade e aparência de pintura de chapas de aço para painéis automotivos. Diferentes texturas superficiais de chapas de aço foram analisadas em termos de aparência de pintura (rating e curvas espectrais) e tentativamente relacionadas com os parâmetros de rugosidades (2D e 3D) obtidos na chapa antes de estampar. Algumas tendências relevantes foram estabelecidas entre estes parâmetros. Os resultados presentes aqui estão de acordo com publicações recentes mostrando uma clara relação entre estes parâmetros e que trabalhos futuros ainda são necessários.