A trefilação de barras é um dos mais antigos processos de conformação mecânica e pode ser definido como um processo de manufatura por deformação plástica, onde o fio-máquina (matéria-prima) é tracionado passando através de uma ferramenta cônica, causando uma redução da área da seção transversal e, aumentando o comprimento total. Este processo introduz tensões residuais no produto final. Parâmetros como ângulo de fieira, coeficiente de atrito e redução, bem como a anisotropia do material tem grande influência nestas tensões. Neste trabalho avaliou-se a influência dos parâmetros citados nas tensões residuais resultantes do processo de trefilação de barras redondas de aço AISI 1045 com diâmetro inicial de 20,46 mm e final, após trefilação, de 20,25 mm, através de simulação numérica, comparando os resultados obtidos numericamente com dados experimentais. Além disso, inseriram-se heterogeneidades nos modelos computacionais de trefilação para que fossem verificados seus efeitos sobre a distorção (empenamento) das barras. Foram criados seis modelos para simular as tensões residuais e para estes, realizadas diferentes validações numéricas, as quais sugerem uma grande proximidade entre o problema físico e o modelo computacional. O atrito teve uma maior influência na força de trefilação do que nas tensões residuais após trefilação. A utilização de duas fieiras para realizar a trefilação mostrou uma redução das tensões residuais trativas na superfície, sendo que reduzindo a distância entre as mesmas, observou-se uma redução ainda maior destas. A consideração da anisotropia do material também mostrou influência considerável no valor das tensões e deve ser levada em conta nas simulações. Observou-se também, pelas comparações entre as simulações, que pelas variações realizadas, os valores das tensões residuais simulados aproximaram-se dos valores experimentais medidos por difração de Nêutrons, porém os resultados ainda não foram satisfatórios. Neste trabalho também são discutidas as possíveis razões das diferenças observadas. / The wire drawing is one of the oldest mechanical forming processes and it may be defined as a manufacturing process for plastic deformation, where the wire rod (raw material) is pulled passing through a conical tool, causing a reduction in cross section area and increasing the total length. This process introduces residual stresses in the final product. Parameters such as die angle, friction coefficient, area reduction and the anisotropy of the material has great influence on these stresses. In this study was evaluated the influence of the parameters mentioned in the residual stresses resulting from the drawing process of round bars of AISI 1045 steel with initial diameter of 20.46 mm and final, after drawing, of 20.25 mm. Through numerical simulation, a comparison of numerical results and experimental data was carried out. Furthermore, heterogeneities were inserted in the drawing computational models to check their effects on distortion (warpage) of the bars. Six models were created to simulate the residual stresses with following numerical validations, showing good approximation between the physical problem and the computational model. Friction had a greater influence on the drawing force than in residual stresses after drawing. The use of two dies to perform the drawing showed a reduction of residual stresses, however if the distance between two dies is reduced, lower levels of resulting tensile residual stresses in the surface are seen. The consideration of the material anisotropy also showed considerable influence on the value of the residual stresses and it should be taken into account in the simulations. Concerning the comparison of simulated and measured residual stresses by the neutron diffraction method, the results approach similar profiles, however the results were still not satisfactory. This work discusses the possible reasons for the observed difference in terms of residual stresses.

Para muitos componentes e estruturas de engenharia a determinação precisa do estado de tensões residuais presente é de fundamental importância para a avaliação de sua integridade estrutural. O método do furo cego (MFC) é um dos métodos mais difundidos para a medição de tensões residuais, no entanto, por se tratar de um ensaio relativamente complexo, a determinação da sua incerteza de medição apresenta uma série de dificuldades, as quais se refletem na inexistência de estudos na literatura que abordem esse assunto de forma completa. Este trabalho tem como objetivo a determinação da incerteza de medição do MFC englobando todas as fontes de incerteza em potencial do método. Para tanto, foi elaborado um procedimento envolvendo a determinação e caracterização das fontes de incerteza tanto na parte experimental como no tratamento matemático dos dados. A partir da caracterização das fontes de incerteza detectou-se como fator principal na determinação da incerteza o erro do operador, que foi possível através do desvio de repetitividade. A fonte de incerteza devido ao erro do operador foi a de determinação mais complexa e envolveu o projeto e a construção de uma máquina especialmente desenvolvida para a aplicação de um estado de tensões homogêneo e que permitisse medir com precisão as tensões residuais com o método do furo cego. Técnicas de medição de tensões residuais por difração de raios-X e monitoramento de tensão com extensometria de resistência elétrica foram utilizadas para a verificação da homogeneidade das tensões nas amostras. A metodologia se mostrou adequada, conduzindo a resultados que permitiram determinar com sucesso a incerteza de medição através de planilhas eletrônicas. / The characterization of the residual stress state of engineering components and structures is of fundamental importance for assessments of their structural integrity. The hole drilling method is one of the most commonly used methods; however, due to its relative complexity, quantifying its measurement uncertainties is not straightforward. It is a semi-destructive method, which means that multiple measurements cannot be repeated in a same location, and stress distributions mean that it is difficult to guarantee that a number of points in the same state will be available in a given volume. This study suggests a global uncertainty measurement which includes a study of repeatability related to the operator. This is thought to be novel in the existing literature. For this, a standard sample and a machine which guarantees a homogeneous stress distribution in the sample were developed. To ensure the homogeneity of the stresses, x-ray diffraction measurements were performed. The results obtained show good repeatability for different operators and good results for the uncertainty of measurements for the method.

Este trabalho é parte da cooperação internacional BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa em Tecnologia de Fabricação) do projeto "Investigation and improvement of a manufacturing process chain from cold drawing processes to induction hardening – reducing dimensional changes and distortion" (Investigação e Melhoramento de uma Rota do Processo de Trefilação Combinada e Endurecimento por Indução para Minimização de Distorções e Mudanças de Forma) e está diretamente relacionado ao tema de estudo. As tensões residuais são aquelas presentes em um material quando não há atuação de forças externas ou presença de gradientes de temperatura, podendo gerar distorções de forma e empenamentos. Elas podem atuar de forma benéfica, para o caso de possuírem sentido contrário ao da carga de trabalho; ou maléfica, no caso do seu sinal ser o mesmo da carga aplicada em regime, o que gera, por exemplo, redução da vida em fadiga. Com a evolução dos softwares de modelagem e simulação numérica dos últimos 40 anos, a simulação computacional tem se mostrado uma importante ferramenta para prever o comportamento, as características geométricas e os parâmetros (velocidade, força, etc) dos processos de fabricação. Neste trabalho, foram simuladas numericamente através do método de elementos finitos as tensões residuais geradas durante a trefilação de barras redondas de aço AISI 1045, os resultados numéricos foram comparados com medições de tensões residuais via difração de nêutrons e com equações fornecidas pela literatura para avaliação de forças e deformações. Foram criados três modelos axissimétricos (mecânico axissimétrico, mecânico axissimétrico com fieira elástica, termomecânico axissimétrico) e outro tridimensional mecânico com o objetivo de reproduzir o processo de fabricação. Os parâmetros que alimentaram o software foram adquiridos de processos industriais em uso corrente e na literatura, dentre eles: o coeficiente de atrito do processo, a curva tensão-deformação das barras, as dimensões das barras e a velocidade de trefilação. A necessidade do conhecimento prévio do valor do coeficiente de atrito como um dado de entrada para o software impôs a realização de simulação computacional para o ensaio do anel, criando uma curva de calibração posteriormente confrontada com os resultados experimentais do mesmo ensaio. A curva de escoamento do material foi obtida através de ensaio de tração e as tensões residuais foram medidas via difração de nêutrons e comparadas com os resultados simulados. O modelo que indicou maior aproximação com os valores de força teórica foi escolhido para a variação de alguns parâmetros como: taxas de deformação, ângulos de fieira e configuração geométrica das reduções para se estimar a influência destes na geração de tensões residuais. A comparação entre os resultados de força e deformação analíticos e numéricos demonstrou que os modelos desenvolvidos descrevem corretamente o processo. Observou-se uma grande diferença entre os resultados de tensões residuais simulados e medidos via difração de nêutrons para o centro das barras na direção axial, principal responsável pelo surgimento de tensões residuais, que podem ser originados de erros da medição experimental e da não consideração de importantes fenômenos físicos que ocorrem no comportamento do material como o efeito Bauschinger e a anisotropia do material. A magnitude das tensões residuais na direção axial aumenta com o aumento do semi-ângulo de fieira; e as taxas de deformação não modificaram significativamente os resultados, demonstrando não afetar em grande escala o desenvolvimento das tensões residuais. O modelo com duas reduções de feira mostrou-se o que gera menores gradientes de tensão residual, diminuindo os valores compressivos no centro da barra, sendo este o sugerido como melhoramento do processo. / This work is part of international cooperation BRAGECRIM (Brazil-German Initiative for Research in Manufacturing Technology) of the project "Investigation and improvement of the manufacturing process chain from cold drawing to induction hardening processes - Reducing dimensional changes and distortion" is directly related to the topic of this study. Residual stresses are those present in a material when there is no action of external forces or presence of temperature gradients, it may lead distortions of form and warping. They can act in a beneficial way, in case they have opposite direction of the loading, or evil, in case your signal is the same under the applied stresses, which generates, for example, reduction of life in fadigue. The evolution of software modeling and numerical simulation of the last 40 years, computer simulation has become an important tool to predict the behavior, geometric characteristics and parameters (speed, strength, etc.) of manufacturing processes. In this work, the residual stresses generated during the drawing of round bars of steel AISI 1045 were numerically simulated using the finite element method, the numerical results were compared with measurements of residual stresses via neutron diffraction and equations given in the literature for evaluating forces and deformations. It was carried out three axisymmetric models (mechanical axisymmetric, axisymmetric with elastic die, thermomechanical axisymmetric) and other three-dimensional mechanical aiming to replicate the manufacturing process. The parameters that fed the software were acquired from industrial processes in current use and literature, among them: the coefficient of friction of the process, the stress-strain curve of the bars, the dimensions of the bars and wire drawing speed. The necessity of knowing the coefficient of friction as an input for the software imposed the implementation of computer simulation to ring test, to create a calibration curve to compare with the experimental results of the same test. The flow curve of the material was taken by tensile test and the residual stresses were measured via neutron diffraction and compared with the simulated results. The model that indicated closer values with theoretical force was chosen for the variation of some parameters such: strain rates, die angle and geometric configuration of the reductions to estimate their influence on the generation of residual stresses. The comparison between the results of theric force and deformation and numerical models developed showed that the models correctly describe the process. There was a big difference between the results of simulated and measured residual stresses via neutron diffraction in the center of the bars to the axial direction, the main responsible to the level of residual stresses, which can be derived from errors in the experimental measurement and the for not consider important physical phenomena occurring in the material behavior as the Bauschinger effect and anisotropy of the material. The magnitude of residual stresses in the axial direction increases with increasing die angle, and the strain rate did not change significantly the results showing no affect on a large field development of residual stresses. The model with two reductions showed lower gradients of residual stress, low compressive values in the center of the bar, which is suggested as a process improvement.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / As propriedades magnÃticas dos materiais ferromagnÃticos sÃo bastante influenciadas pelo estado microestrutural e o estado de tensÃes. Dessa forma, o monitoramento do comportamento magnÃtico dos materiais estruturais pode ser utilizado para a caracterizaÃÃo de seu estado interno. Este trabalho desenvolve um sistema de mediÃÃo experimental para a realizaÃÃo de ensaios nÃo-destrutivos baseados na avaliaÃÃo das caracterÃsticas magnÃticas do material e sua correlaÃÃo com o estado de tensÃes e microestrutura. O sistema foi aplicado na avaliaÃÃo da degradaÃÃo microestrutural causada por deformaÃÃo plÃstica a frio do aÃo A516 grau 60, provocada pelo processo de laminaÃÃo. Foi projetado e construÃdo um sensor para realizar simultaneamente a magnetizaÃÃo e o monitoramento do comportamento magnÃtico do material inspecionado. ParÃmetros operacionais do sensor como frequÃncia, corrente e espessura da camada de ar entre o sensor e a superfÃcie do material foram estudados atravÃs da simulaÃÃo com o mÃtodo dos elementos finitos. Entre os ensaios realizados pelo sistema està o ensaio de anisotropia magnÃtica, que obtÃm o valor da densidade de fluxo em vÃrios Ãngulos em relaÃÃo à direÃÃo de laminaÃÃo. O ensaio de histerese realiza o levantamento do ciclo de histerese do material, de onde à possÃvel extrair os parÃmetros campo coercitivo e perdas de histerese, que apresentam correlaÃÃo direta com o grau de deformaÃÃo plÃstica. O ensaio de energia magnetocristalina fornece uma avaliaÃÃo direta da anisotropia entre os eixos paralelo e perpendicular à direÃÃo de laminaÃÃo. O ensaio de anÃlise dos ciclos menores de histerese utiliza excitaÃÃo triangular, o que viabiliza uma avaliaÃÃo direta da permeabilidade magnÃtica diferencial, que à bastante sensÃvel ao estado interno do material e fornece uma visualizaÃÃo de como o processo de magnetizaÃÃo à influenciado pela deformaÃÃo plÃstica e pelas tensÃes residuais. Os ensaios apresentaram resultados coerentes com o estado final provocado pelo processo de laminaÃÃo a frio e com a literatura, caracterizando satisfatoriamente o estado do material estudado. / The magnetic properties of ferromagnetic materials are greatly influenced by the microstructure and stresses. Thus, the evaluation of the magnetic behavior of structural materials can be used for characterization of its internal state. This paper develops a experimental measurement system for non-destructive testing based on the evaluation of the magnetic characteristics of the material and its correlation with the state of stress and its microstructure. The system was used to evaluate the microstructural degradation caused by plastic deformation of A516 grade 60 steel, through cold rolling process. A sensor was designed and built to perform both the magnetization and the monitoring of magnetic behavior of the material tested. Sensor operating parameters such as frequency, current and thickness of the air gap between the sensor and the surface of the material were studied by simulation with finite element method. Among the tests performed by the system is the testing of magnetic anisotropy, which gets the value of the flux density at various angles relative to the rolling direction. The hysteresis test obtains the hysteresis loop of the material from which it is possible to extract the magnetic parameters coercive field and hysteresis losses, which have a direct correlation with the degree of plastic deformation. The magnetocrystalline energy testing provides a direct assessment of anisotropy between the axes parallel and perpendicular to the rolling direction. The testing of analysis of minor hysteresis loops uses triangular excitation, which enables a direct assessment of the differential magnetic permeability, which is very sensitive to the internal state of the material and provides a visualization of how the process of magnetization is influenced by plastic deformation and residual stresses . The tests showed results consistent with the final state caused by the process of cold rolling and similar research on the literature, providing an satisfactory characterization of the state of the studied material.

Neste trabalho desenvolve-se uma formulação teórica consistente para a análise não-linear, física e geométrica, de pórticos planos de aço, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), considerando barras com imperfeições iniciais e tensões residuais nas suas seções transversais, visando analisar os critérios de resistência adotados para projeto das colunas de aço, baseados no conceito de resistência-última, e estudar o comportamento não-linear dos pórticos de aço considerando estes dois fatores. São feitas considerações qualitativas sobre a influência das imperfeições iniciais e das tensões residuais no cálculo da resistência das colunas. e é dada uma visão geral sobre a evolução dos critérios usados na prática para dimensionamento das colunas de aço. Apresenta-se o desenvolvimento da teoria geral, que leva em conta a presença das tensões residuais auto-equilibradas nas equações de equilíbrio do elemento. Este desenvolvimento é feito dentro de uma formulação Lagrangiana utilizando a técnica corrotacional para a dedução consistente da matriz de rigidez tangente do elemento de pórtico plano com imperfeição inicial. Para implementação desta formulação é desenvolvido um programa em linguagem FORTRAN para micro-computador capaz de fazer a análise não-linear elasto-plástica de pórticos planos, baseado num processo incremental-iterativo. Utiliza-se o modelo de fatias para avaliar os coeficientes de rigidez do elemento, modelo este que se mostrou bastante adequado, permitindo o acompanhamento da plastificação ao longo da altura da seção e a consideração de qualquer modelo de distribuição das tensões residuais. Finalmente, os exemplos apresentados mostram a grande potencialidade da formulação desenvolvida. São analisados vários casos cujos resultados são comparados com os obtidos por outros autores, demonstrando a precisão e correção da teoria proposta. A aplicação na análise de pórticos de andares múltiplos confirma a validade da formulação e demonstra a sua aplicabilidade nos casos práticos. / A consistent finite element formulation to consider material and geometric nonlinearities of steel plane frames is presented. Residual stresses and initial imperfections are considered to evaluate steel columns failure criteria based on the ultimate strength and also to investigate the nonlinear behavior of steel plane frames. Some qualitative considerations are made on the initial imperfections and residual stresses influence on the practical steel columns design. A general theory considering self equilibrated residual stresses is developed based on the Lagrangian formulation. Corotacional technique is used to obtain the tangent stiffness matrix of plane frame taking the initial imperfection into account. A stand alone code has been written in FORTRAN and implemented on a microcomputer platform to perform incremental-iterative analysis of nonlinear elastoplastic plane frame problems. The frame element is made up of layers such that the plastic region can be readily identified and any kind of residual stresses through the cross section area can be taken into account in the analysis. Some examples are presented and their results compared to others in the literature. The multistory building analyses using the plane frame element presented in this research has shown to be very effective and useful to practical applications.

Este trabalho é parte da cooperação internacional BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa em Tecnologia de Fabricação) do projeto "Investigation and improvement of a manufacturing process chain from cold drawing processes to induction hardening – reducing dimensional changes and distortion" (Investigação e Melhoramento de uma Rota do Processo de Trefilação Combinada e Endurecimento por Indução para Minimização de Distorções e Mudanças de Forma) e está diretamente relacionado ao tema de estudo. As tensões residuais são aquelas presentes em um material quando não há atuação de forças externas ou presença de gradientes de temperatura, podendo gerar distorções de forma e empenamentos. Elas podem atuar de forma benéfica, para o caso de possuírem sentido contrário ao da carga de trabalho; ou maléfica, no caso do seu sinal ser o mesmo da carga aplicada em regime, o que gera, por exemplo, redução da vida em fadiga. Com a evolução dos softwares de modelagem e simulação numérica dos últimos 40 anos, a simulação computacional tem se mostrado uma importante ferramenta para prever o comportamento, as características geométricas e os parâmetros (velocidade, força, etc) dos processos de fabricação. Neste trabalho, foram simuladas numericamente através do método de elementos finitos as tensões residuais geradas durante a trefilação de barras redondas de aço AISI 1045, os resultados numéricos foram comparados com medições de tensões residuais via difração de nêutrons e com equações fornecidas pela literatura para avaliação de forças e deformações. Foram criados três modelos axissimétricos (mecânico axissimétrico, mecânico axissimétrico com fieira elástica, termomecânico axissimétrico) e outro tridimensional mecânico com o objetivo de reproduzir o processo de fabricação. Os parâmetros que alimentaram o software foram adquiridos de processos industriais em uso corrente e na literatura, dentre eles: o coeficiente de atrito do processo, a curva tensão-deformação das barras, as dimensões das barras e a velocidade de trefilação. A necessidade do conhecimento prévio do valor do coeficiente de atrito como um dado de entrada para o software impôs a realização de simulação computacional para o ensaio do anel, criando uma curva de calibração posteriormente confrontada com os resultados experimentais do mesmo ensaio. A curva de escoamento do material foi obtida através de ensaio de tração e as tensões residuais foram medidas via difração de nêutrons e comparadas com os resultados simulados. O modelo que indicou maior aproximação com os valores de força teórica foi escolhido para a variação de alguns parâmetros como: taxas de deformação, ângulos de fieira e configuração geométrica das reduções para se estimar a influência destes na geração de tensões residuais. A comparação entre os resultados de força e deformação analíticos e numéricos demonstrou que os modelos desenvolvidos descrevem corretamente o processo. Observou-se uma grande diferença entre os resultados de tensões residuais simulados e medidos via difração de nêutrons para o centro das barras na direção axial, principal responsável pelo surgimento de tensões residuais, que podem ser originados de erros da medição experimental e da não consideração de importantes fenômenos físicos que ocorrem no comportamento do material como o efeito Bauschinger e a anisotropia do material. A magnitude das tensões residuais na direção axial aumenta com o aumento do semi-ângulo de fieira; e as taxas de deformação não modificaram significativamente os resultados, demonstrando não afetar em grande escala o desenvolvimento das tensões residuais. O modelo com duas reduções de feira mostrou-se o que gera menores gradientes de tensão residual, diminuindo os valores compressivos no centro da barra, sendo este o sugerido como melhoramento do processo. / This work is part of international cooperation BRAGECRIM (Brazil-German Initiative for Research in Manufacturing Technology) of the project "Investigation and improvement of the manufacturing process chain from cold drawing to induction hardening processes - Reducing dimensional changes and distortion" is directly related to the topic of this study. Residual stresses are those present in a material when there is no action of external forces or presence of temperature gradients, it may lead distortions of form and warping. They can act in a beneficial way, in case they have opposite direction of the loading, or evil, in case your signal is the same under the applied stresses, which generates, for example, reduction of life in fadigue. The evolution of software modeling and numerical simulation of the last 40 years, computer simulation has become an important tool to predict the behavior, geometric characteristics and parameters (speed, strength, etc.) of manufacturing processes. In this work, the residual stresses generated during the drawing of round bars of steel AISI 1045 were numerically simulated using the finite element method, the numerical results were compared with measurements of residual stresses via neutron diffraction and equations given in the literature for evaluating forces and deformations. It was carried out three axisymmetric models (mechanical axisymmetric, axisymmetric with elastic die, thermomechanical axisymmetric) and other three-dimensional mechanical aiming to replicate the manufacturing process. The parameters that fed the software were acquired from industrial processes in current use and literature, among them: the coefficient of friction of the process, the stress-strain curve of the bars, the dimensions of the bars and wire drawing speed. The necessity of knowing the coefficient of friction as an input for the software imposed the implementation of computer simulation to ring test, to create a calibration curve to compare with the experimental results of the same test. The flow curve of the material was taken by tensile test and the residual stresses were measured via neutron diffraction and compared with the simulated results. The model that indicated closer values with theoretical force was chosen for the variation of some parameters such: strain rates, die angle and geometric configuration of the reductions to estimate their influence on the generation of residual stresses. The comparison between the results of theric force and deformation and numerical models developed showed that the models correctly describe the process. There was a big difference between the results of simulated and measured residual stresses via neutron diffraction in the center of the bars to the axial direction, the main responsible to the level of residual stresses, which can be derived from errors in the experimental measurement and the for not consider important physical phenomena occurring in the material behavior as the Bauschinger effect and anisotropy of the material. The magnitude of residual stresses in the axial direction increases with increasing die angle, and the strain rate did not change significantly the results showing no affect on a large field development of residual stresses. The model with two reductions showed lower gradients of residual stress, low compressive values in the center of the bar, which is suggested as a process improvement.

Assim como em qualquer processo de fabricação, a qualidade do produto final deve estar aliada à otimização dos custos do processo, portanto, deve-se conhecer os fatores que alteram as propriedades do produto e que possam causar alguma influência indesejada. A trefilação de barras de aço é usualmente utilizada para conferir precisão dimensional e melhores propriedades mecânicas ao material. Um dos grandes problemas encontrados na fabricação de eixos através deste processo é o aparecimento de distorções de forma após o tratamento térmico. Tais distorções estão diretamente ligadas ao acúmulo de tensões residuais geradas durante as etapas de pré-endireitamento, jateamento e trefilação propriamente dita, modificando o comportamento e resistência mecânica, bem como a resistência à fadiga e à corrosão das peças. Portanto, este trabalho tem por objetivo analisar, através de uma abordagem numérica computacional, a influência de parâmetros de processo e propriedades do material no aparecimento de distorções em barras trefiladas de aço AISI 1045, em função de possíveis fontes geradoras de heterogeneidades, principalmente de tensões residuais durante o processo de fabricação. A análise das tensões foi realizada através da modelagem numérica 3D do processo de trefilação, sendo utilizado o software de simulação numérica computacional DeformTM. Da mesma maneira, foram analisadas as formas de agarre que fornecem a velocidade do processo, a primeira utilizando um puxador na extremidade da barra, a segunda com um puxador envolto movimentando-se ao longo da barra. Através destas análises, verificou-se que a forma de como a barra é tracionada ocasiona uma redução de até 100 MPa nas tensões residuais no centro da barra, o que representa um fator importante no estudo das possíveis causas das distorções. Observou-se ainda que os fatores de velocidade e homogeneidade da lubrificação modificaram o perfil das tensões residuais na barra. Outros parâmetros, como desalinhamento da ferramenta, diferenças de atrito, excentricidade do eixo e curvatura da barra, também foram avaliados, sendo que ambos influenciam consideravelmente na distribuição das tensões residuais ao longo do perfil da barra. Torna-se evidente a importância de um eficiente pré-endireitamento do fio máquina, pois os resultados das simulações com curvatura mostram que a força de trefilação e a distribuição das tensões residuais ao longo da barra trefilada aumentam, bem como a barra apresenta certa curvatura remanescente, para ambas as fieiras com ângulo de 15° e 20°. Sendo assim, tais resultados evidenciam a elevada influência dos parâmetros estudados no aparecimento de distorções no produto final. / As with any manufacturing process, the quality of the final product must be coupled with cost optimization of the process, so you should know the factors that alter the properties of the product that may cause some unwanted influence. The drawing of steel bars is usually used to impart better dimensional accuracy and mechanical properties to the material. One of the major problems encountered in the manufacturing of axes through this process is the appearance of distortion of size and shape after heat treatment. Such distortions are directly linked to the accumulation of residual stresses generated during the stages of pre-straightening, shot blasting and drawing itself, modifying behavior and mechanical strength, residual stresses and resistance to fatigue and corrosion of parts. Therefore, this work aims to examine, through a computational numerical approach, the influence of material parameters and process the appearance of distortions in cold drawn steel bars AISI 1045, due to possible sources of residual stresses during the manufacture. The analysis of strains and residual stresses were performed by 3D numerical modeling of the drawing process, the software being used numerical simulation computational DeformTM. In order to transmit the drawing speed, the forms of grip were analyzed using a first end of the puller bar, the second wrapped with a puller moving along the bar. Since through these analyzes, it was found that as the shape of the bar is pulled up causes a reduction in the residual stress 100 MPa in the center of the bar, which is an important factor in the study of the possible causes of the distortion. As well as factors speed and homogeneity of lubrication significantly altered the profile of residual stresses in the bar. Other parameters, such as misalignment of the tool, friction differences, curvature and eccentricity of the axis of the bar were also evaluated, both of which significantly modify the distribution of residual stresses along the profile of the bar. It became evident that an efficient pre-straightening of the wire is important because the results of simulations show that the curvature with the drawing force and the distribution of residual stresses along the bar Cold Drawn Bars increase as well as the bar has some remnant curvature, for both dies with an angle of 15 ° and 20 °. Thus, these results demonstrate the high influence of the parameters studied distortions in the appearance of the final product.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-11-12T10:26:31Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-11-12T10:26:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Na construção de cascos resistentes de submarinos são utilizados, frequentemente, os processos de conformação a frio e de soldagem. Estes processos produzem na estrutura deformações plásticas permanentes originando tensões residuais. A presença das tensões residuais é equivalente a introduzir uma pré-carga inicial na estrutura, o que acelera o processo de plastificação, reduzindo à capacidade de resistência da estrutura à pressão hidrostática. Para quantificar esta redução foi realizado, inicialmente, um estudo considerando a presença das tensões residuais devido à conformação a frio das chapas do casco e do flange das cavernas, para submarinos com 6, 8 e 10 m de diâmetro, em aço HY100. Para isso, um modelo não-linear foi produzido considerando não-linearidades geométricas e de material. Complementarmente, também foi estudada a influência de perfis de tensões residuais definidos a partir de resultados experimentais na redução da pressão de colapso do casco resistente do submarino espanhol S-80. Estes perfis consideram a presença simultânea de tensões residuais de conformação e de soldagem. Em todos os modelos estudados, as tensões residuais foram introduzidas no modelo numérico utilizando o comando INISTATE disponível no software comercial Ansys. Este comando é frequentemente utilizado na literatura em modelos numéricos envolvendo tensões residuais e foi validado utilizando três modelos de referência disponíveis na literatura. Ao final, pôde-se verificar que a presença das tensões residuais acelera a plastificação do casco resistente e reduz a pressão de colapso em até 5%, sendo a tensão residual de conformação a que mais contribuí nesta redução. De qualquer forma, pôde-se concluir que a influência das tensões residuais é pequena quando comparada com a pressão de colapso obtida para cada casco resistente analisado. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

A simulação no tratamento térmico tem-se tornado de vital importância, principalmente na fase de projeto de produto e planejamento e controle produção, reduzindo significativamente o tempo e o custo antes dedicados a estas tarefas. Esta tecnologia quando combinada à medição das curvas de resfriamento, torna-se uma poderosa e confiável ferramenta para a predição das propriedades mecânicas e metalúrgicas em peças tratadas termicamente. A modelagem do processo de têmpera traz como resultados, a exeqüibilidade do processo, a constituição microestrutural final e a distribuição das distorções e tensões residuais da peça. O presente trabalho visa simular a transferência de calor, através do cálculo dos coeficientes de transferência de calor, e das tensões residuais térmicas e distorções em corpos de prova de aço AISI 5160 e de uma sonda de Inconel 600, com a análise posterior dos parâmetros obtidos. / The simulation of heat treating is becoming of vital importance, specially during design of product and production planning and control, reducing significantly costs and time that used to be wasted on these tasks. This technology when combined to measured cooling curves, become a powerful and trustful tool for predicting mechanical and metallurgical properties of heat treated components. Modeling the quenching process shows the feasibility of the process, the final microstructure and the distribution of residual stresses and distortions on workpiece. The present work aims at simulate the heat transfer, the thermal residual stresses and distortions in a workpiece of AISI 5160 steel and of a probe of Inconel 600, with posterior analysis of the obtained parameters.

L’intégrité de surface a un rôle significatif sur la tenue en fatigue des composants usinés. Des spécifications particulières émergent de la part des fabricants et particulièrement de ceux de l’aéronautique. Les trous percés sont des zones critiques à partir desquelles des endommagements peuvent se produire. Néanmoins les contraintes résiduelles sont peu étudiées en perçage. Elles émanent de phénomènes multi-physiques issus de l’opération de perçage difficilement identifiables à cause du confinement du trou. Ce rapport présente les travaux expérimentaux et numériques mis en œuvre au cours de la thèse. Le projet s’est d’abord focalisé autour de l’identification des phénomènes physiques mis en jeu pendant l’opération de perçage pour différents modes de lubrification et sur l’analyse des contraintes résiduelles sur la surface du trou percé. Ce premier volet expérimental a posé les bases de compréhension nécessaires au développement des modèles numériques.Les développements numériques s’articulent autour de deux axes. Le premier consiste à représenter l’opération de perçage. L’état de l’art ainsi qu’une étude préalable ont permis d’identifier les difficultés liées à la modélisation numérique d’une opération de perçage pour des longueurs percées significatives. Le premier modèle développé répond à cette problématique et détermine les sollicitations induites par le perçage nécessaires au calcul des contraintes résiduelles. Le deuxième axe de développement numérique permet de prédire les contraintes résiduelles présentes dans une pièce percée à partir des chargements issus du premier modèle. / The surface integrity has a significant impact on the fatigue life of the machined parts. New requirements appear from manufacturers and especially from aeronautical industrialists. Drilling holes are critical and can damage the component. Nevertheless, residual stresses are not studied a lot in drilling processes. The residual stresses created are a result of multi-physical phenomena during drilling processes. It is difficult to identify them due to the confinement of the hole. In the current study, experimental tests are realized and numerical model of drilling surface integrity was developed. First, experimental works were performed in several lubrication conditions to understand physical phenomena which lead to residual stresses in the drilled workpiece. The numerical developments are set-up about two sections. The first numerical model represents the drilling operation. The state of the art and an initial study were shown that the actual numerical models are not able to simulate a drilling operation in an important drilling depth. So the first numerical model gives an estimation of loads induced by the drilling operation and necessary to compute residual stresses. Finally, the second numerical model simulates residual stresses in a drilled part taking in account loads provided.