In sheet metal forming operations the life length of the production equipment islargely dependent on the wear of the tools that are in direct contact with the sheet.One form of adhesive wear where some sheet material gets transferred to the tool, alsoknown as galling, is the most common cause of tool failure. The transferred materialsticks firmly to the tool and will scratch subsequent sheets and increase friction, renderingthem anywhere from aesthetically unsightly to completely ripped apart. Withcareful combination of several parameters the tools production life can be significantlyextended. The surface preparation of the tools has a large influence on the tool life, thesurface has to be smooth and yet not without texture. It was shown in strip reductiontesting that the orientation as well as the depth of the surface texture left by polishinginfluenced the tool life and that a texture perpendicular to the sliding direction was toprefer. The geometry of the forming tool is also a parameter to take into account as itinfluences the tool life not only by changing the contact pressure but also in itself. Ina sliding against flat sheet test rig a lower contact pressure increased the sliding distanceto galling. When two different geometries were compared at the same contactpressure it was found that there was a difference in tool life. As to the tool itself thematerial it’s made of influences the wear rate and tool life. Different tool steels wasinvestigated in sliding wear against metal sheets; Vancron 40 performed better thanVanadis 6 and S290PM performed better than a AISI M2 grade steel.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 265-278).

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2006. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 144-155).

Os Aços Avançados de Alta Resistência ou AHSS (do inglês Advanced High Strength Steels) apresentam muitas vantagens mecânicas em relação aos aços convencionais. Seu uso crescente na indústria automotiva deve-se principalmente à sua capacidade de possibilitar a redução de peso e, ao mesmo tempo, o aumento da segurança aos ocupantes do veículo em caso de colisões. No entanto, apresentam maiores dificuldades no que se refere à conformabilidade (maiores níveis de solicitação e desgaste das ferramentas, menor deformabilidade plástica, etc). Assim, alguns testes para avaliar a conformabilidade destes materiais ganham maior importância. É o caso do Teste de Expansão de Furos, cuja propriedade medida é a Razão de Expansão de Furos (REF). Neste trabalho investiga-se o processo de expansão de furos para o aço avançado de alta resistência (AHSS) martensítico DOCOL 190M, sob as seguintes condições de processo: duas formas de obtenção do furo (jato d’água e usinagem); duas geometrias distintas de punções (cônico de 60º e elíptico); diversos diâmetros do furo inicial; com e sem o uso de lubrificante; com acabamento diferenciado da borda do furo; e expansão com deslocamento do punção em etapas. Os experimentos demonstram que a expansão de furos possui uma estreita relação com a geometria do punção utilizado para a expansão, bem como com o diâmetro do furo inicial, acabamento da borda e condições de lubrificação. A partir dos resultados experimentais de expansão de furos foi possível realizar a calibração de um software de simulação computacional em relação ao dano crítico do material no momento da fatura na borda do furo. / Advanced High Strength Steels (AHSS) offer many mechanical advantages over conventional steels. Its increasing use in the automotive industry is mainly due to its ability to reduce weight and, at the same time, increase occupant safety in the event of collisions. However, they present greater difficulties with respect to the formability (higher levels of solicitation and wear of the tools, lower plastic formability, etc). Thus, some tests to evaluate the formability of these materials come to have greater importance. This is the case of the Hole Expansion Test, whose measured property is the Hole Expansion Ratio (REF). This work investigates the hole expansion process for a martensitic advanced high-strength steel (AHSS), DOCOL 190M, under the following process conditions: two ways of obtaining the hole (water jet and machining); two different geometries of punctures (conical of 60º and elliptical); various diameters of the initial hole; with and without the use of lubricant; with differentiated finishing of the hole edge; and expansion with punch displacement in steps. The experiments demonstrate that the hole expansion has a close relationship with the geometry of the punch used for the expansion, as well as the initial hole diameter, edge finish and lubrication conditions. From the experimental hole expansion results it was possible to carry out the calibration of a computational simulation software in relation to the critical damage of the material at the moment of hole edge rupture.

Este trabalho busca alternativas para fabricação de coletores solares planos aplicando técnicas inovadoras em conformação de chapas metálicas. O objetivo é desenvolver um processo de fabricação flexível para placa absorvedora, empregando a técnica da Estampagem Incremental. Esta técnica utiliza uma matriz de suporte de PU, um prensa-chapas e um pequeno punção em conjunto com um centro de usinagem CNC. A Ferramenta utilizada consiste um punção de ponta esférica de fácil fabricação que "desenha" o canal de passagem da água diretamente na chapa, promovendo uma deformação pontual e progressiva. Para compor o canal utilizou-se a técnica de solda por atrito (Friction Stir Welding) com uma ferramenta simples que aproveita o mesmo ferramental da estampagem incremental em um “set-up” rápido da CNC. Foram utilizadas chapas de alumínio de 1mm de espessura. O novo coletor apresenta uma eficiência aprimorada em comparação aos fabricados pelo método tradicional, com uma geometria que favoreça a área de contato com a água. Este processo permite uma formidável flexibilização, viabilizando a produção de pequenos lotes e tornando possível produzir uma enorme variedade de produtos e componentes de geometrias complexas a partir de um ferramental simples e tempos de “set-up” reduzidos. / This work searches alternatives for solar energy collectors manufacture, applying new technologies of sheet metal forming. The objective is to develop a flexible fabrication process for the absorber sheet, using Incremental Sheet Forming. It consists in a PU support die, a blank holder and a small tool, applied in a CNC machine Center. The tool consists in a spherical edge punch of easy fabrication that “draws” the water channel directly into the sheet, promoting a punctual and progressive deformation. To compose the channel, it was used a second sheet jointed by Friction Stir Welding technique, with a simple tool that uses the same tooling of the Incremental Forming in a quick setup of the CNC. Aluminum sheets of 1mm tick were used. It is expected that this new collector panel should improve the thermal efficiency when compared to the traditionally fabricated, and with a geometry that benefits the contact area with the water. This process allows a formidable flexibilization, making the low volume production feasible, allowing the production of a great variety of products and components with complex geometries from simple tooling and reduced setup times.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o processo de Estampagem Incremental de Chapas, em Latão C-268 de diferentes espessuras (s0: 0.50, 0.70 e 1.00 mm), motivado pela inobservância de pesquisas desta matéria prima neste processo de conformação de chapas. Atualmente, este material tem grande aplicação na confecção de utensílios domésticos (baixelas, travessas, etc) e ferragens para construção civil (espelhos, cubas, etc), instrumentos musicais de sopro e núcleos de radiadores automotivos, tendo assim, um amplo campo de aplicação industrial, e potencial para as aplicações do processo de Estampagem Incremental de Chapas. A pesquisa está pautada na caracterização das matérias primas, para a obtenção de dados como as Curvas de Escoamento, Índices de Anisotropia (r), Curvas Limite de Conformação (CLC) e em experimentos de Estampagem Incremental de Chapas, realizados em uma máquina dedicada a este processo de conformação. Para a realização dos experimentos, foram utilizados Incrementos Verticais com diferentes valores (∆Z: 0.10, 0.50 e 1.00 mm), assim como duas ferramentas de estampagem (DT: Ø10 e Ø15 mm). Foram aplicadas duas formas geométricas diferentes: Tronco de Cone e Tronco de Pirâmide, ambos com perfil radial das paredes verticais. Ao todo, foram realizados 15 experimentos diferentes na modalidade SPIF. Os experimentos foram realizados em uma máquina dedicada ao processo, capaz da aquisição dos valores de Força (FX, FY e FZ) durante a realização dos testes. Com a realização dos experimentos SPIF, foi possível a elaboração da Linha Limite de Fratura – LFC da chapa latão C-268 nas três espessuras investigadas, onde os resultados apontam para valores maiores de deformação verdadeira (1 vs 2), quando comparados aos valores da CLC. Adicionalmente, a LFC das três espessuras de chapas analisadas, apontam os valores das maiores deformações verdadeiras (1) muito próximos, evidenciando neste caso que a diminuição do Incremento Vertical (∆Z) é mais relevante para a estampagem do que o aumento da espessura da chapa. As geometrias Tronco de Cone e Tronco de Pirâmide apresentaram discrepâncias geométricas toleráveis em relação ao perfil projetado, mas diferentes entre si, influenciados pelo retorno elástico diferente de cada geometria. Entretanto, suas fraturas apresentaram o mesmo comportamento, propagação no sentido meridional. Os experimentos SPIF realizados com a ferramenta de estampagem com Ø10mm proporcionaram as maiores profundidades. A medição da espessura final (s1) próximas as regiões fraturadas, comprovou os valores medidos não ultrapassaram os respectivos valores resultantes da expressão matemática Lei do Seno, e ainda, que quanto menor a espessura inicial (s0) da chapa, menor a variação dos valores medidos e calculados. A análise das Forças (FX, FY e FZ) resultantes do processo SPIF mostram que quanto maior o Incremento Vertical (∆Z), maior a espessura inicial (s0) da chapa, e maior do diâmetro (DT) da ferramenta de estampagem, maiores serão as Forças necessárias no SPIF. Adicionalmente, foi possível determinar os valores de Atrito (µ), obtidos em função das Forças (FX, FY e FZ) do processo SPIF. / This paper presents a study of the Incremental Sheet Forming process, in Brass C-268 of different thicknesses (s0: 0.50, 0.70 and 1.00 mm), motivated by non-observance of research of this raw material in this sheet forming process. Currently, this material has great application in the manufacture of household items (plates, platters, etc.) and hardware for building (locks, vats, etc.), wind musical instruments and automotive radiator cores, having thus, a large industrial application field, and potential for the applications of the Incremental Sheet Forming process. The research is based on the characterization of raw materials, to obtain data such as Flow Curves, Anisotropy Indices (r), Forming Limit Curve and in Incremental Sheet Forming experiments, performed on a machine dedicated to this forming process. For the realization of the experiments, Vertical Increments with different values were used (∆Z: 0.10, 0.50 e 1.00 mm), As well as two forming tools (DT: Ø10 e Ø15 mm). Two different geometric forms were applied: Cone Frustum and Pyramid Frustum, both with radial profile of vertical walls. In all, 15 different SPIF experiments were performed. The experiments were carried out in a machine dedicated to the process, able to acquire the values of Force (FX, FY e FZ) during the tests. With the realization of SPIF experiments, it was possible to elaborate the Fracture Forming Line – FFL of Brass C-268 sheet, In the three thicknesses investigated, Where the results indicate higher values of true strain (1 vs 2), when compared to the FLC values. Additionally, the FFL of the three sheet thicknesses analyzed, indicate the values of the highest true deformations (1) very close, evidencing in this case, that the decrease of Vertical Increment (∆Z) is more relevant for the forming than the increase in sheet thickness. The Cone Frustum and Pyramid Frustum geometries presented tolerable geometric discrepancies in relation to the projected profile, more different from each other, influenced by different springback of each geometry. However, their fractures presented the same behavior, meridional direction propagation. The SPIF experiments performed with the forming tool with Ø10mm provided the greatest depths. The final thickness (s1) measurement near the fractured regions, proved the measured values did not exceed the respective values resulting from the mathematical expression Sine Law, and also, that the lower the initial thickness (s0) of sheet, lower the variation of the measured and calculated values. Analysis of Forces (FX, FY e FZ) resulting from the SPIF process, show that the larger the Vertical Increment (∆Z), larger the initial thickness (s0) of the sheet, and larger diameter (DT) of the forming tool, larger will be the necessary forces in SPIF. In addition, it was possible to determine the values of Friction (µ), obtained in function of the SPIF Forces (FX, FY e FZ).

Os Aços Avançados de Alta Resistência ou AHSS (do inglês Advanced High Strength Steels) apresentam muitas vantagens mecânicas em relação aos aços convencionais. Seu uso crescente na indústria automotiva deve-se principalmente à sua capacidade de possibilitar a redução de peso e, ao mesmo tempo, o aumento da segurança aos ocupantes do veículo em caso de colisões. No entanto, apresentam maiores dificuldades no que se refere à conformabilidade (maiores níveis de solicitação e desgaste das ferramentas, menor deformabilidade plástica, etc). Assim, alguns testes para avaliar a conformabilidade destes materiais ganham maior importância. É o caso do Teste de Expansão de Furos, cuja propriedade medida é a Razão de Expansão de Furos (REF). Neste trabalho investiga-se o processo de expansão de furos para o aço avançado de alta resistência (AHSS) martensítico DOCOL 190M, sob as seguintes condições de processo: duas formas de obtenção do furo (jato d’água e usinagem); duas geometrias distintas de punções (cônico de 60º e elíptico); diversos diâmetros do furo inicial; com e sem o uso de lubrificante; com acabamento diferenciado da borda do furo; e expansão com deslocamento do punção em etapas. Os experimentos demonstram que a expansão de furos possui uma estreita relação com a geometria do punção utilizado para a expansão, bem como com o diâmetro do furo inicial, acabamento da borda e condições de lubrificação. A partir dos resultados experimentais de expansão de furos foi possível realizar a calibração de um software de simulação computacional em relação ao dano crítico do material no momento da fatura na borda do furo. / Advanced High Strength Steels (AHSS) offer many mechanical advantages over conventional steels. Its increasing use in the automotive industry is mainly due to its ability to reduce weight and, at the same time, increase occupant safety in the event of collisions. However, they present greater difficulties with respect to the formability (higher levels of solicitation and wear of the tools, lower plastic formability, etc). Thus, some tests to evaluate the formability of these materials come to have greater importance. This is the case of the Hole Expansion Test, whose measured property is the Hole Expansion Ratio (REF). This work investigates the hole expansion process for a martensitic advanced high-strength steel (AHSS), DOCOL 190M, under the following process conditions: two ways of obtaining the hole (water jet and machining); two different geometries of punctures (conical of 60º and elliptical); various diameters of the initial hole; with and without the use of lubricant; with differentiated finishing of the hole edge; and expansion with punch displacement in steps. The experiments demonstrate that the hole expansion has a close relationship with the geometry of the punch used for the expansion, as well as the initial hole diameter, edge finish and lubrication conditions. From the experimental hole expansion results it was possible to carry out the calibration of a computational simulation software in relation to the critical damage of the material at the moment of hole edge rupture.

Este trabalho apresenta um estudo sobre o processo de Estampagem Incremental de Chapas, em Latão C-268 de diferentes espessuras (s0: 0.50, 0.70 e 1.00 mm), motivado pela inobservância de pesquisas desta matéria prima neste processo de conformação de chapas. Atualmente, este material tem grande aplicação na confecção de utensílios domésticos (baixelas, travessas, etc) e ferragens para construção civil (espelhos, cubas, etc), instrumentos musicais de sopro e núcleos de radiadores automotivos, tendo assim, um amplo campo de aplicação industrial, e potencial para as aplicações do processo de Estampagem Incremental de Chapas. A pesquisa está pautada na caracterização das matérias primas, para a obtenção de dados como as Curvas de Escoamento, Índices de Anisotropia (r), Curvas Limite de Conformação (CLC) e em experimentos de Estampagem Incremental de Chapas, realizados em uma máquina dedicada a este processo de conformação. Para a realização dos experimentos, foram utilizados Incrementos Verticais com diferentes valores (∆Z: 0.10, 0.50 e 1.00 mm), assim como duas ferramentas de estampagem (DT: Ø10 e Ø15 mm). Foram aplicadas duas formas geométricas diferentes: Tronco de Cone e Tronco de Pirâmide, ambos com perfil radial das paredes verticais. Ao todo, foram realizados 15 experimentos diferentes na modalidade SPIF. Os experimentos foram realizados em uma máquina dedicada ao processo, capaz da aquisição dos valores de Força (FX, FY e FZ) durante a realização dos testes. Com a realização dos experimentos SPIF, foi possível a elaboração da Linha Limite de Fratura – LFC da chapa latão C-268 nas três espessuras investigadas, onde os resultados apontam para valores maiores de deformação verdadeira (1 vs 2), quando comparados aos valores da CLC. Adicionalmente, a LFC das três espessuras de chapas analisadas, apontam os valores das maiores deformações verdadeiras (1) muito próximos, evidenciando neste caso que a diminuição do Incremento Vertical (∆Z) é mais relevante para a estampagem do que o aumento da espessura da chapa. As geometrias Tronco de Cone e Tronco de Pirâmide apresentaram discrepâncias geométricas toleráveis em relação ao perfil projetado, mas diferentes entre si, influenciados pelo retorno elástico diferente de cada geometria. Entretanto, suas fraturas apresentaram o mesmo comportamento, propagação no sentido meridional. Os experimentos SPIF realizados com a ferramenta de estampagem com Ø10mm proporcionaram as maiores profundidades. A medição da espessura final (s1) próximas as regiões fraturadas, comprovou os valores medidos não ultrapassaram os respectivos valores resultantes da expressão matemática Lei do Seno, e ainda, que quanto menor a espessura inicial (s0) da chapa, menor a variação dos valores medidos e calculados. A análise das Forças (FX, FY e FZ) resultantes do processo SPIF mostram que quanto maior o Incremento Vertical (∆Z), maior a espessura inicial (s0) da chapa, e maior do diâmetro (DT) da ferramenta de estampagem, maiores serão as Forças necessárias no SPIF. Adicionalmente, foi possível determinar os valores de Atrito (µ), obtidos em função das Forças (FX, FY e FZ) do processo SPIF. / This paper presents a study of the Incremental Sheet Forming process, in Brass C-268 of different thicknesses (s0: 0.50, 0.70 and 1.00 mm), motivated by non-observance of research of this raw material in this sheet forming process. Currently, this material has great application in the manufacture of household items (plates, platters, etc.) and hardware for building (locks, vats, etc.), wind musical instruments and automotive radiator cores, having thus, a large industrial application field, and potential for the applications of the Incremental Sheet Forming process. The research is based on the characterization of raw materials, to obtain data such as Flow Curves, Anisotropy Indices (r), Forming Limit Curve and in Incremental Sheet Forming experiments, performed on a machine dedicated to this forming process. For the realization of the experiments, Vertical Increments with different values were used (∆Z: 0.10, 0.50 e 1.00 mm), As well as two forming tools (DT: Ø10 e Ø15 mm). Two different geometric forms were applied: Cone Frustum and Pyramid Frustum, both with radial profile of vertical walls. In all, 15 different SPIF experiments were performed. The experiments were carried out in a machine dedicated to the process, able to acquire the values of Force (FX, FY e FZ) during the tests. With the realization of SPIF experiments, it was possible to elaborate the Fracture Forming Line – FFL of Brass C-268 sheet, In the three thicknesses investigated, Where the results indicate higher values of true strain (1 vs 2), when compared to the FLC values. Additionally, the FFL of the three sheet thicknesses analyzed, indicate the values of the highest true deformations (1) very close, evidencing in this case, that the decrease of Vertical Increment (∆Z) is more relevant for the forming than the increase in sheet thickness. The Cone Frustum and Pyramid Frustum geometries presented tolerable geometric discrepancies in relation to the projected profile, more different from each other, influenced by different springback of each geometry. However, their fractures presented the same behavior, meridional direction propagation. The SPIF experiments performed with the forming tool with Ø10mm provided the greatest depths. The final thickness (s1) measurement near the fractured regions, proved the measured values did not exceed the respective values resulting from the mathematical expression Sine Law, and also, that the lower the initial thickness (s0) of sheet, lower the variation of the measured and calculated values. Analysis of Forces (FX, FY e FZ) resulting from the SPIF process, show that the larger the Vertical Increment (∆Z), larger the initial thickness (s0) of the sheet, and larger diameter (DT) of the forming tool, larger will be the necessary forces in SPIF. In addition, it was possible to determine the values of Friction (µ), obtained in function of the SPIF Forces (FX, FY e FZ).

Este trabalho busca alternativas para fabricação de coletores solares planos aplicando técnicas inovadoras em conformação de chapas metálicas. O objetivo é desenvolver um processo de fabricação flexível para placa absorvedora, empregando a técnica da Estampagem Incremental. Esta técnica utiliza uma matriz de suporte de PU, um prensa-chapas e um pequeno punção em conjunto com um centro de usinagem CNC. A Ferramenta utilizada consiste um punção de ponta esférica de fácil fabricação que "desenha" o canal de passagem da água diretamente na chapa, promovendo uma deformação pontual e progressiva. Para compor o canal utilizou-se a técnica de solda por atrito (Friction Stir Welding) com uma ferramenta simples que aproveita o mesmo ferramental da estampagem incremental em um “set-up” rápido da CNC. Foram utilizadas chapas de alumínio de 1mm de espessura. O novo coletor apresenta uma eficiência aprimorada em comparação aos fabricados pelo método tradicional, com uma geometria que favoreça a área de contato com a água. Este processo permite uma formidável flexibilização, viabilizando a produção de pequenos lotes e tornando possível produzir uma enorme variedade de produtos e componentes de geometrias complexas a partir de um ferramental simples e tempos de “set-up” reduzidos. / This work searches alternatives for solar energy collectors manufacture, applying new technologies of sheet metal forming. The objective is to develop a flexible fabrication process for the absorber sheet, using Incremental Sheet Forming. It consists in a PU support die, a blank holder and a small tool, applied in a CNC machine Center. The tool consists in a spherical edge punch of easy fabrication that “draws” the water channel directly into the sheet, promoting a punctual and progressive deformation. To compose the channel, it was used a second sheet jointed by Friction Stir Welding technique, with a simple tool that uses the same tooling of the Incremental Forming in a quick setup of the CNC. Aluminum sheets of 1mm tick were used. It is expected that this new collector panel should improve the thermal efficiency when compared to the traditionally fabricated, and with a geometry that benefits the contact area with the water. This process allows a formidable flexibilization, making the low volume production feasible, allowing the production of a great variety of products and components with complex geometries from simple tooling and reduced setup times.

Este trabalho busca alternativas para fabricação de coletores solares planos aplicando técnicas inovadoras em conformação de chapas metálicas. O objetivo é desenvolver um processo de fabricação flexível para placa absorvedora, empregando a técnica da Estampagem Incremental. Esta técnica utiliza uma matriz de suporte de PU, um prensa-chapas e um pequeno punção em conjunto com um centro de usinagem CNC. A Ferramenta utilizada consiste um punção de ponta esférica de fácil fabricação que "desenha" o canal de passagem da água diretamente na chapa, promovendo uma deformação pontual e progressiva. Para compor o canal utilizou-se a técnica de solda por atrito (Friction Stir Welding) com uma ferramenta simples que aproveita o mesmo ferramental da estampagem incremental em um “set-up” rápido da CNC. Foram utilizadas chapas de alumínio de 1mm de espessura. O novo coletor apresenta uma eficiência aprimorada em comparação aos fabricados pelo método tradicional, com uma geometria que favoreça a área de contato com a água. Este processo permite uma formidável flexibilização, viabilizando a produção de pequenos lotes e tornando possível produzir uma enorme variedade de produtos e componentes de geometrias complexas a partir de um ferramental simples e tempos de “set-up” reduzidos. / This work searches alternatives for solar energy collectors manufacture, applying new technologies of sheet metal forming. The objective is to develop a flexible fabrication process for the absorber sheet, using Incremental Sheet Forming. It consists in a PU support die, a blank holder and a small tool, applied in a CNC machine Center. The tool consists in a spherical edge punch of easy fabrication that “draws” the water channel directly into the sheet, promoting a punctual and progressive deformation. To compose the channel, it was used a second sheet jointed by Friction Stir Welding technique, with a simple tool that uses the same tooling of the Incremental Forming in a quick setup of the CNC. Aluminum sheets of 1mm tick were used. It is expected that this new collector panel should improve the thermal efficiency when compared to the traditionally fabricated, and with a geometry that benefits the contact area with the water. This process allows a formidable flexibilization, making the low volume production feasible, allowing the production of a great variety of products and components with complex geometries from simple tooling and reduced setup times.