O presente trabalho apresenta um modelo matemático para o processo de dobramento contínuo por rolos em chapas metálicas. Para a análise do modelo proposto assume-se a região elastoplástica que, durante o processo, apresenta uma geometria não regular que é considerada, aproximadamente, constante do desenvolvimento do presente trabalho. Considera-se parâmetros importantes no desenvolvimento do modelo proposto, para o processo de dobramento contínuo por rolos, sendo os seguintes: a recuperação elástica da chapa após o processo de conformação; as forças principais do processo e a potência de acionamento. Esses parâmetros são determinados em função das propriedades mecânicas e geométricas de chapa metálica, da geometria da máquina para a execução do processo e dos parâmetros de anisotropia do material que, junto com os parâmetros de atrito entre o rolo e a superfície da chapa metálica, são condições necessárias para o desenvolvimento da presente teoria. No presente trabalho verifica-se, experimentalmente, a performance de vários materiais para diferentes condições de processo e espessuras de chapas. Os materiais analisados são os seguintes: aço inoxidável, cobre, ligas de alumínio e latão. Compara-se os resultados experimentais, obtidos para o processo de dobramento contínuo executado em duas máquinas, e os resultados obtidos por diferentes teorias desenvolvidas por pesquisadores da área de conformação, com os resultados obtidos pela presente teoria. Outros parâmetros relevantes ao processo são apresentados e discutidos durante o desenvolvimento do presente trabalho.

Em meio à crescente concorrência que existe no atual mercado de aviação, torna-se imprescindível aos construtores de aeronaves a constante busca por alternativas de projeto que permitam o aumento da eficiência das aeronaves, bem como a redução de custos de fabricação das mesmas. No projeto de estruturas aeronáuticas há crescente utilização de componentes produzidos com materiais compostos. Entre as principais razões para a utilização destes encontra-se a redução de peso, pois estes materiais geralmente apresentam relações resistência/peso e rigidez/peso superiores às dos materiais puramente metálicos utilizados nas estruturas aeronáuticas, tais como as ligas de alumínio. Não obstante, o potencial dos materiais compósitos em aplicações aeroespaciais comerciais só pode ser plenamente percebido se seus custos relativamente elevados são compensados, explorando sua aptidão inerente para a fabricação direta em grandes estruturas monolíticas, reduzindo significativamente os custos de produção. Desta forma o objetivo aqui proposto é o de avaliar a capacidade produtiva da fabricação de peças estruturais aeronáuticas, dos tipos longarinas e reforçadores, utilizando o processo de conformação a quente a partir de um laminado plano de carbono-epóxi obtido pela disposição manual ou automática das camadas de fibra de carbono. Este trabalho descreve o desenvolvimento do processo de conformação a quente com fibra de carbono pré-impregnada de resina epóxi em molde macho de alumínio, utilizando um dispositivo de conformação a quente com a capacidade de aquecer e conformar o material com auxílio do vácuo. O desenvolvimento deste processo foi divido em revisão bibliográfica, fabricação preliminar de corpos de prova e a fabricação de peças com o dispositivo de conformação a quente, além da estimativa de redução de tempo para a fabricação de uma longarina proposta em material composto, utilizando a conformação a quente e a laminação automática. O trabalho inclui procedimentos de teste e fabricação e os resultados que validam o desenvolvimento do processo de conformação a quente, os quais incluem a verificação da necessidade de aplicação de pré-vácuo para compactação nos painéis manualmente laminados utilizados no processo, a capacidade do aparelho de ultrassom de detectar possíveis defeitos internos gerados pelo processo e a produtividade conseguida pelo novo processo na confecção de peças estruturais aeronáuticas do tipo longarinas e reforçadores frente à técnica de laminação manual.

A estampabilidade das ligas de alumínio é um assunto que interessa à vários segmentos industriais, pois é largamente aplicada na fabricação de peças e componentes. Entre dois processos de solidificação do alumínio, a solidificação de placa (DC) e o vazamento contínuo via caster (CC), o processo caster apresenta um histórico de condições inferiores para estampagens mais críticas nestas ligas. Este estudo visa avaliar as diferenças entre os processos de fabricação para chapas na liga AA1050 laminadas para 1,80mm, na condição recristalizada, durante a laminação e tratamento térmico e, caracterizar a microestrutura e textura. Ensaios de conformabilidade foram utilizados para identificar qual processo apresenta o melhor desempenho para estampagem. Para realização do estudo foram analisados três lotes de produção da Companhia Brasileira de Alumínio CBA, proveniente de processo de vazamento tipo placa (DC), e dois outros lotes provenientes de processo de vazamento tipo caster (CC) sendo, um com homogeneização intermediária e outro sem homogeneização. Os materiais foram processados em laminadores e fornos de escala industrial. A estrutura metalúrgica foi caracterizada através de ensaios metalográficos ao longo dos processos, obtendo-se a distribuição de intermetálicos e a estrutura cristalina através de microscopia ótica. A microscopia eletrônica também foi empregada para identificação dos precipitados. Ensaio de tração foi utilizado para identificar a variação das propriedades mecânicas ao longo do processo. Na condição final, ou seja, após laminação para 1,80mm de espessura com posterior recozimento foram utilizados os ensaios de orelhamento (earing), Erichsen, análise da anisotropia e levantamento da curva limite de conformação (CLC), para identificar qual processo apresenta o melhor resultado de conformação. A fim de entender as mudanças ocorridas nos materiais, foi estudada a macrotextura gerada no material ao longo da espessura da chapa. Na condição final foi realizada a microtextura no processo placa e caster sem homogeneização. A microestrutura dos materiais apresentou resultados distintos entre os processos, o material de placa mais homogêneo, tanto na distribuição dos intermetálicos quanto na estrutura granular. As propriedades mecânicas do caster, (LRT, LE e Dureza) ficaram um pouco superiores às do material de placa. O ensaio de Erichsen indicou que o material de placa resistiu a uma maior profundidade de conformação. No ensaio de orelhamento o caster sem homogeneização apresentou o menor índice, porém o material de placa apresentou a maior profundidade de conformação. As texturas encontradas ao longo dos processos foram principalmente a tipo Goss , Cubo e Cubo rodado . Também foram identificadas texturas típicas de cisalhamento após a laminação a frio, Dillamore {4 4 11} e Taylor {11 11 8}. A textura tipo S~ que é favorável a conformabilidade de metais CFC, apareceu ao final dos processos. Na curva limite de conformação (CLC) foi possível identificar que o caster com homogeneização apresentou o melhor resultado que os outros dois processos. Os ensaios de conformabilidade indicaram que o material de placa tem uma estampagem mais profunda, enquanto que o material de caster sem homogeneização tem um orelhamento menor. / Stampability of aluminum alloys is a subject of interest to several industrial sectors because they are largely used in the fabrication of several parts and components. The choice is based upon the stampability and the relative manufacturing capability in relation to other aluminum alloys that contain larger amounts of alloying elements and, consequently, higher mechanical properties. When comparing two solidification processes, namely the direct chill (DC) and the continuous casting (CC) via caster, the CC process historically presents inferior performance for the more critical stampings in these alloys. This study aims at the evaluation of the differences between the fabrication processes (routes) of AA1050 rolled to 1,80mm sheets in the conditions as annealed, rolled and after heat treatment and to characterize their microstructure and texture. Stamping tests have been performed to identify which process presents best stamping performance. To carry out these studies three production lots from the Companhia Brasileira de Alumínio CBA have been employed namely one from the DC method and two other lots from the DC method, one with and one without an intermediate homogenization treatment. All materials have been processed in rolling mills and ovens in an industrial scale. The metallurgical structure has been characterized by optical and electronic microscopy throughout the processes analyzing the intermetallics and precipitate distribution. Tensile tests have been perfumed to identify the evolution of the mechanical properties throughout the process. In the final condition, i.e., after rolling down to 1,80mm and annealing, earing tests, Erichsen drawing tests and anisotropy have been evaluated together with the Forming Limit Diagram( FLD), to evaluate which process presented the best results in terms of formability. In order to understand the changes that occurred, the macrotexture has been studied along the thickness of the rolled sheets. In the final condition, the microtexture of the DC and the CC without homogenization have been compared. Different microstructures have been obtained for the studied processes: the DC material was more homogeneous, both in terms of intemetallic distribution and grain size. The mechanical properties of the CC material, in terms of TS, YS and hardness, were sligthly higher than those for the DC material. Erichsen test showed that the DC material takes higher deformations. Earing tests showed that the CC material without homogeneization presented the best results however the DC material presented better cup height. The textures analyzed for the different process stages were mainly of the Goss , Cube and rotated Cube types. Also some typical shear textures of the Dillamore {4 4 11} and Taylor {11 11 8} types have been observed in cold rolled sheets. The S~ type, which is favourable for the formability of FCC metals, showed up in the final processing stages. The FLD showed that the CC with homogenization presented better results when compared to the other two processing routes. The stamping tests showed that the DC material presents higher drawability while the CC material without homogenization presents lower earing index.

Neste trabalho foi desenvolvido o material e o processo de fabricação, que possibilitasse a fabricação de grampo de feixes de mola para veículos comerciais leves, médios e pesados, sem a necessidade de aplicação de tratamentos térmicos como têmpera e revenido. Assim, foram desenvolvidos/analisados cinco tipos de aço com adição de cromo, níquel e silício que possibilitassem a conformação a frio do grampo, garantindo as propriedades mecânicas requeridas pelos grampos, tais como: resistência à tração (900 MPa mín.), limite de escoamento (720 MPa mín.), alongamento(10% min.) e dureza(24-32 HRC). Os aços desenvolvidos exibiram uma microestrutura composta de grãos de perlita e ferrita, sendo que o tamanho de grão perlítico (ASTM) entre 9 a 11 foi obtido pela adição dos elementos de liga alumínio e vanádio que atuaram como refinadores de grão. A avaliação das propriedades mecânicas foram realizadas segundo a norma ASTM A-370 e os corpos de prova foram ensaiados em um sistema dinâmico MTS 810. As análises microestruturais dos aços, após a deformação a frio, foram realizadas por meio de microscopia ótica e eletrônica de varredura, com o objetivo de se identificar a deformação a frio nas áreas desejadas. A validação final do aço e do processo de fabricação do produto foi obtida após a conclusão do ensaio de fadiga que foi realizado em temperatura ambiente, sob carregamento cíclico tração-tração com R = 0,1 e freqüência de 30 Hz, onde a metodologia Probabilidade acumulada da falha (Weibull) foi utilizada para auxiliar na conclusão final do projeto. Foi observado que o aço tipo-4 com adição de cromo (0,21%) apresentou o melhor resultado em fadiga. / In this present work the steel and the production process was developed, in order to produce U-Bolts to light, medium and heavy commercial vehicles, without any heat treatment, such as heating and tempering. Thus, this search of five types of steel with chrome, nickel and silicium addictions for the U-Bolts cold forming, assuring the mechanical properties required, as, strength (900 MPa min), yield stress (720 MPa min), elongation (10% min) and hardness (24-32 HRC). The developed steel exhibited a microstructure composed by perlite and ferrite, with the perlite grain size (ASTM) from 9 to 11, as aluminum and vanadium acted as grain size refiners. The evaluation of the mechanical properties was made according to ASTM A-370 and the samples tested in a dynamic system MTS 810. The microstructure analyses of the steel after cold forming were made using optical and scanning eletronic microscopic, in order to identify the cold forming process. For the steel and the production process validation a techniques fatigue test. They were carried out under a load-controlled (tensile-tensile), R = 0,1 and 30 Hz frequency, using the Weibull statistic method, to the final conclusion of he project. Type-4 steel with chrome addiction (0,21%) presented the best result in the fatigue test.

Neste trabalho foi desenvolvido o material e o processo de fabricação, que possibilitasse a fabricação de grampo de feixes de mola para veículos comerciais leves, médios e pesados, sem a necessidade de aplicação de tratamentos térmicos como têmpera e revenido. Assim, foram desenvolvidos/analisados cinco tipos de aço com adição de cromo, níquel e silício que possibilitassem a conformação a frio do grampo, garantindo as propriedades mecânicas requeridas pelos grampos, tais como: resistência à tração (900 MPa mín.), limite de escoamento (720 MPa mín.), alongamento(10% min.) e dureza(24-32 HRC). Os aços desenvolvidos exibiram uma microestrutura composta de grãos de perlita e ferrita, sendo que o tamanho de grão perlítico (ASTM) entre 9 a 11 foi obtido pela adição dos elementos de liga alumínio e vanádio que atuaram como refinadores de grão. A avaliação das propriedades mecânicas foram realizadas segundo a norma ASTM A-370 e os corpos de prova foram ensaiados em um sistema dinâmico MTS 810. As análises microestruturais dos aços, após a deformação a frio, foram realizadas por meio de microscopia ótica e eletrônica de varredura, com o objetivo de se identificar a deformação a frio nas áreas desejadas. A validação final do aço e do processo de fabricação do produto foi obtida após a conclusão do ensaio de fadiga que foi realizado em temperatura ambiente, sob carregamento cíclico tração-tração com R = 0,1 e freqüência de 30 Hz, onde a metodologia Probabilidade acumulada da falha (Weibull) foi utilizada para auxiliar na conclusão final do projeto. Foi observado que o aço tipo-4 com adição de cromo (0,21%) apresentou o melhor resultado em fadiga. / In this present work the steel and the production process was developed, in order to produce U-Bolts to light, medium and heavy commercial vehicles, without any heat treatment, such as heating and tempering. Thus, this search of five types of steel with chrome, nickel and silicium addictions for the U-Bolts cold forming, assuring the mechanical properties required, as, strength (900 MPa min), yield stress (720 MPa min), elongation (10% min) and hardness (24-32 HRC). The developed steel exhibited a microstructure composed by perlite and ferrite, with the perlite grain size (ASTM) from 9 to 11, as aluminum and vanadium acted as grain size refiners. The evaluation of the mechanical properties was made according to ASTM A-370 and the samples tested in a dynamic system MTS 810. The microstructure analyses of the steel after cold forming were made using optical and scanning eletronic microscopic, in order to identify the cold forming process. For the steel and the production process validation a techniques fatigue test. They were carried out under a load-controlled (tensile-tensile), R = 0,1 and 30 Hz frequency, using the Weibull statistic method, to the final conclusion of he project. Type-4 steel with chrome addiction (0,21%) presented the best result in the fatigue test.

Entre os processos de fabricação mecânicos atuais destacam-se os processos de conformação de chapas metálicas devido à sua produtividade e confiabilidade e a seus baixos custos de produção, baixo consumo de material e produtos nos formatos bem próximos dos esperados nas fases de projeto. Isto só é possível se todas as variáveis do projeto e do processo estiverem conforme as especificações prévias, exigidas principalmente em setores da indústria tais como o aeronáutico e o automobilístico. Um recurso útil para se alcançar estas expectativas é o estudo da estricção e da conformabilidade em chapas metálicas, representadas em diagramas de limite de conformação (DLC), os quais, aliados à análise numérica através do Método dos Elementos Finitos, permitem predições a respeito das variáveis de projeto. Este trabalho tem como objetivos rever e aplicar conceitos relativos a estes aspectos. O objetivo principal deste trabalho é de dispor uma metodologia de avaliação e otimização para o processo de estampagem, utilizando-se elementos finitos e DLC. Uma modificação no método de Marciniak-Kuczynski é utilizada para a obtenção do DLC. Busca-se com isto uma contribuição para a redução de custos em aplicações industriais com o uso desta metodologia através da diminuição das fases de tentativas e erros em projeto e reforma de estampos (try-outs). / Nowadays, sheet metal forming processes have an important role amongst the mechanical manufacturing processes, because they are characterized by high productivity and reliability at low cost, low material waste and near net shapes from design. This is achieved by controlling the design and process parameters according to initial constraints. This scenario is common at aeronautic and at automobilistic productions . These results are obtained by studies of necking and formability in sheet metals and by the use of forming limit diagrams (FLD) and finite element numerical analysis to predict design parameters. This work reviews these concepts and presents a methodology for optimization of deep drawing processes, by using finite element method and FLD. A modification of the Marciniak-Kuczynski method has been introduced to obtain the FLD. Once this methodology has been performed, it can be possible to reduce try-outs in sheet metal dies and costs reduction can also be obtained.

A presente tese aborda duas modelagens teóricas para a conformação de Junções em "T" em tubos metálicos de parede fina, utilizando elastômeros. Enquanto um modelo utiliza a teoria do Limite Superior (Upper Bound Theory), outra emprega o método dos blocos (Slab Method) conjugado com a teoria de cascas. Em ambas as técnicas a previsão da carga de conformação, tensões e deformação são possíveis. Para verificação experimental um equipamento especial foi desenvolvido, construído e automatizado, e empregado na conformação de Junções em "T", a partir de tubos metálicos de alumínio, cobre e latão 70/30. O dispositivo foi automatizado de tal forma que o movimento dos estágios dos punções são simultâneos, empregando-se um mecanismo de quatro-barras, que foi projetado especificamente. Tal mecanismo, foi baseado na chamada "Folga do processo", que controla a relação entre a pressão aplicada no tubo e no elastrômero. Medidas de dureza, e análise metalográfica em tubos recozidos e após a conformação mostraram que o processo além de aumentar a resistência do material devido ao encruamento existente, proporcionam uma certa uniformidade das propriedades mecânicas. É também analisada a influência de outras variáveis no processo.

Esta dissertação tem como objetivo modelar numericamente a manufatura de painéis aeronáuticos de ligas AA7XXX com dupla curvatura variáveis sem reforçadores por meio do processo de conformação por fluência com envelhecimento (CFE). A fundamentação dos fenômenos processo CFE foram estudadas com ensaios de tração à quente, fluência e microscopia eletrônica de transmissão (MET) em amostras de AA7050. Utilizou-se a liga AA7010 e ensaios de fluência da literatura para a aplicação de modelos uniaxiais tanto simplificados quanto unificados para predição do comportamento de fluência com envelhecimento. Um modelo uniaxial unificado foi implementado programa de método dos elementos finitos MSC.Marc por meio de uma sub-rotina codificada em FORTRAN. Em seguida, construiu-se uma metodologia para se simular a fabricação de um revestimento feito de AA7475. Comparou-se a geometria obtida com a de um experimento real. Os resultados da modelagem uniaxial mostram que o modelo obtido é 46% mais exato que o modelo da literatura utilizado como referência e podem ser melhorados caso a influência do envelhecimento na fluência seja mais adequadamente quantificado. O método de simulação do processo CFE se mostrou aderente ao comportamento do material e pode ser mais exato conforme se melhore a modelagem do material. / This dissertation aims to model numerically the manufacture of aircraft wing panels with double variable curvature and without stringers by creep age forming (CAF) process. The phenomena fundamentals were studied using AA7050 alloy samples through hot tensile, creep tests and transmission electron microscopy (TEM).The modeling of creep behavior under uniaxial and aging condition was performed using both simplified and unified models and compared with literature data for the alloy AA7010. A unified model was implemented in MSC.Marc finite elements method program through a subroutine coded in FORTRAN. Then, it was built a methodology to simulate an AA7475 panel forming. The obtained geometry was compared with a real experiment. The uniaxial modeling results show that the obtained simplified model is 46% more exact that the literature model, utilized as reference. These results can be improved if the ageing influence on creep is better quantified. The simulation method has described the material behavior, but there are limitations due to the power law material model.

Devido a crescente necessidade de elevação dos níveis de conformação em peças estampadas em geral, existe uma demanda cada vez maior em ligas e processos diversificados que atendam as variadas exigências do setor de produtos estampados e posteriormente tratados termicamente para aumento de dureza. Desse modo desenvolveu-se a liga C80U modificada, que é uma variante da liga C80U especificada na norma DIN EN ISO 4957 porém com adição de Cromo, entretanto a liga C80U modificada ainda é pouco estudada e pouca informação técnica se tem a seu respeito. Com a finalidade de melhor conhecimento técnico dessa liga, foram conduzidos estudos de caracterização em amostras laminadas a quente e após processo de esferoidização posteriormente sendo revestidas com fosfato de zinco. Foram realizados estudos de composição química, microestrutura, textura cristalográfica, propriedades mecânicas e estrutura do fosfato, além de levantamento da curva CLC através do método Nakazima e evolução da rugosidade 2D e 3D em amostras com e sem revestimento de fosfato, antes e após conformação. Através dos resultados parciais encontrados, foi possível definir o lado da curva CLC relacionado ao estiramento da chapa bem como comparar o deslocamento e a força do punção no teste Nakazima conformando-se amostras esferoidizadas sem revestimento e com revestimento de fosfato. / Due to the increasing demand for enhanced formability levels of stamped parts in general, there is also an increasing demand for various alloys and processes that comply with the various requirements associated with stamped products that are subsequently heat treated to increase their hardness. Along this line, a modified C80U alloy has been developed, which is a variant of the alloy C80U specified in the standard DIN EN ISO 4957 but with the addition of Chrome. However, this alloy is still poorly studied and little technical information is available about it. In order to increase the knowledge of this alloy, characterization studies were conducted on hot rolled, after spheroidization and subsequently coated with zinc phosphate samples. The studies performed included chemical composition, microstructure, crystallografic texture, mechanical properties and analysis of the phosphate structure, as well as Nakazima tests in order to obtain the forming limit diagram (FLD) curve and the 2D and 3D roughness evolution of spheroidized samples coated and uncoated before and after the stamping process. Through the partial results obtained, it was possible to define the side of FLD curve related to stretching of the sheet as well as comparing the displacement and force of the punch on Nakazima test, stamping spheroidized samples both uncoated and coated with zinc phosphate.

Entre os processos de fabricação mecânicos atuais destacam-se os processos de conformação de chapas metálicas devido à sua produtividade e confiabilidade e a seus baixos custos de produção, baixo consumo de material e produtos nos formatos bem próximos dos esperados nas fases de projeto. Isto só é possível se todas as variáveis do projeto e do processo estiverem conforme as especificações prévias, exigidas principalmente em setores da indústria tais como o aeronáutico e o automobilístico. Um recurso útil para se alcançar estas expectativas é o estudo da estricção e da conformabilidade em chapas metálicas, representadas em diagramas de limite de conformação (DLC), os quais, aliados à análise numérica através do Método dos Elementos Finitos, permitem predições a respeito das variáveis de projeto. Este trabalho tem como objetivos rever e aplicar conceitos relativos a estes aspectos. O objetivo principal deste trabalho é de dispor uma metodologia de avaliação e otimização para o processo de estampagem, utilizando-se elementos finitos e DLC. Uma modificação no método de Marciniak-Kuczynski é utilizada para a obtenção do DLC. Busca-se com isto uma contribuição para a redução de custos em aplicações industriais com o uso desta metodologia através da diminuição das fases de tentativas e erros em projeto e reforma de estampos (try-outs). / Nowadays, sheet metal forming processes have an important role amongst the mechanical manufacturing processes, because they are characterized by high productivity and reliability at low cost, low material waste and near net shapes from design. This is achieved by controlling the design and process parameters according to initial constraints. This scenario is common at aeronautic and at automobilistic productions . These results are obtained by studies of necking and formability in sheet metals and by the use of forming limit diagrams (FLD) and finite element numerical analysis to predict design parameters. This work reviews these concepts and presents a methodology for optimization of deep drawing processes, by using finite element method and FLD. A modification of the Marciniak-Kuczynski method has been introduced to obtain the FLD. Once this methodology has been performed, it can be possible to reduce try-outs in sheet metal dies and costs reduction can also be obtained.